考虑自相关函数影响的边坡可靠度分析

自相关函数是表征岩土体参数空间变异性的重要参数,不同自相关函数对边坡可靠度影响程度还缺乏定量地评价。给出了基于乔列斯基分解中点法的相关非高斯随机场模拟步骤,统计了抗剪强度参数自相关长度的取值范围。在考虑土体抗剪强度参数间互相关性、变异性、黏聚力和内摩擦角取不同波动范围的基础上,以摩擦/黏性土坡可靠度问题为例研究了常用的5种自相关函数对边坡可靠度的影响。结果表明：基于乔列斯基分解中点法的相关非高斯随机场模拟计算过程简便,容易编程实现,可模拟任意几何形状的随机场分布,具有较高的计算精度和效率。在参数负相关性和垂直波动范围较大、变异性较小时,不同自相关函数得到的边坡可靠度结果差别较明显。当黏聚力和内摩擦角的垂直波动范围不同时,不同自相关函数对边坡可靠度的影响非常显著。高斯型、二阶自回归型和指数余弦型自相关函数产生的随机场分布光滑度和连续性较好,较为符合实际情况,它们能够有效地描述土体参数的空间自相关性。由这三种自相关函数计算得到的边坡可靠度结果偏小。基于指数型自相关函数的随机场分布波动性较大,连续性较差,计算的边坡可靠度偏大。     

考虑参数空间变异性的边坡可靠度分析非侵入式 随机有限元法

提出了考虑土体参数空间变异性的边坡可靠度分析的非侵入式随机有限元法。采用Karhunen-Loeve级数展开方法表征土体抗剪强度参数空间变异性,其中通过wavelet-Galerkin技术求解Fredholm积分方程得到相关函数的特征解。基于有限元滑面应力法计算边坡安全系数,采用随机多项式展开将隐式函数表达的安全系数替换为显式函数表达的安全系数,并编写了计算程序NISFEM。研究了所提方法在考虑土体参数空间变异性的边坡稳定可靠度分析中的应用。结果表明：提出的非侵入式随机有限元法极大地提高了考虑土体参数空间变异性的边坡可靠度分析的计算效率,为解决复杂边坡稳定可靠度问题提供了一条有效的途径。考虑抗剪强度参数空间变异性的边坡可靠度分析存在临界变异系数,其随边坡安全系数的增加而增大。当抗剪强度参数的变异系数小于临界变异系数时,忽略土体参数空间变异性将会高估边坡失效概率。当边坡安全系数小于1时,边坡失效概率并不总是随着抗剪强度变异系数的增加而增大。此外,土体黏聚力和内摩擦角随机场间相关性对边坡失效概率具有十分明显的影响。     

基坑单支撑支护结构抗倾覆可靠度分析

采用结构可靠度方法分析基坑单支撑支护结构抗倾覆稳定性，充分考虑了参数的变异性。可靠度计算采用JC法和优化算法，分析表明两种方法计算结果相当接近，而优化算法更为简捷，便于应用。算例分析表明：当参数变异性较大时，采用安全系数评价抗倾覆稳定性不一定安全，采用可靠度指标评价则更合理；土体强度指标和支护桩嵌固深度的变异性对抗倾覆可靠度指标影响显著，支撑位置、土体重度和地面荷载的变异性影响很小，设计时可视为确定性变量：黏聚力、内摩擦角和嵌固深度的变异性对可靠度指标的影响依次增大，当嵌固深度变异性很大时可忽略黏聚力、内摩擦角的影响，而当内摩擦角变异性很大时，可忽略黏聚力的影响。     

基于随机场理论的地基稳定性模糊可靠度分析

根据Vanmarcke提出的随机场理论描述土性参数的空间变异性,建立了考虑土性参数空间变异性的地基失稳模糊概率公式,并通过实例分析了两种情况下地基的模糊失效概率值,得出用随机场理论空间均值方差计算的模糊失效概率值比不考虑土性参数的空间变异性计算模糊失效概率值偏低的结论.     

考虑空间变异性的盾构隧道地层力学响应敏感性分析

针对土体变形参数(弹性模量E、泊松比μ)、强度参数(黏聚力c、内摩擦角φ)对盾构隧道施工地层力学响应的敏感性问题,以土体参数的空间变异性为切入点,结合随机场理论、有限差分法和MonteCarlo策略,采用考虑参数空间变异性的敏感性综合评价分析方法,开展地层力学响应的参数敏感性随机分析。研究结果表明:地层力学响应对内摩擦角的空间变异性最为敏感,其次是弹性模量,然后是黏聚力,最不敏感的是泊松比;不同变异水平条件下,各参数变异性的敏感程度存在差异,参数变异水平越高,其敏感性越强;3种参数变异水平下,泊松比均为不敏感因素,随机分析中可不考虑其空间变异性对地层力学响应的影响,黏聚力在变异性较小时也为不敏感因素。     

边坡稳定的模糊随机有限元可靠度分析

边坡工程中同时存模糊性与随机性,应进行边坡稳定的模糊随机可靠度分析。在边坡稳定的随机有限元可靠度分析的基础上,提出了边坡稳定的模糊随机有限元可靠度的敏感性分析方法,它可以利用随机有限元分析的相应程序,能同时考虑参数的模糊性与随机性,能同时求得边坡的模糊可靠指标及模糊滑面位置。该方法利用了随机有限元敏感性分析的结果,在模糊截集上只需进行两次随机有限元分析即可求得该截集上可靠指标的极值,因此计算效率较高。算例分析表明:随着参数变异系数的增加,边坡的模糊可靠指标明显减小;对于均质土坡,模糊滑面的位置相对集中,形成模糊滑带;对于非均质土坡,模糊滑面的位置受边坡破坏机理的影响,参数的微小变异可能导致滑面位置发生较大变化。     

土性参数的互相关性对加筋土挡墙可靠度的影响

分析3对土性参数的互相关性,即土的粘聚力和内摩擦角、填土与筋材的摩擦系数和填土内摩擦角、填土与地基的摩擦系数和填土内摩擦角之间的互相关性对一加筋土挡墙不同破坏模式可靠指标的影响。考虑土性参数的负相关会提高可靠指标;考虑土性参数的正相关,可能降低也可能提高可靠指标。忽略填土与基底的摩擦系数和填土内摩擦角之间的互相关性,则加筋土挡墙的抗滑验算偏于危险;忽略除此以外的其他参数之间的互相关性,则偏于安全。加筋土挡墙在其他破坏模式满足要求的前提下,不会发生倾覆破坏。土性参数互相关性是土的固有特性,对岩土工程的可靠度有一定影响,可根据工程的重要性决定是否需要在可靠度分析中加以考虑。     

考虑地质成因的土坡可靠度分析

 不同地质成因的边坡在土体参数统计变异性相同的情况下,由于空间变异性不同,其稳定状态并不一定相同,传统的边坡稳定性确定性分析和基于随机变量模型的边坡可靠度分析方法无法考虑坡体的特定地质成因。由地质成因估计土体参数的波动范围,从而通过土体参数波动范围这一指标把地质成因纳入边坡稳定性分析框架,提出考虑地质成因的边坡可靠度分析方法,介绍具体的分析流程,采用一维随机场模拟和验算点法完成边坡可靠度分析。算例计算结果显示岩土参数空间变异性对边坡稳定性的影响很大,由地质成因估计土体参数的波动范围,为在边坡可靠度分析中合理考虑土体参数空间变异性提供一条现实的解决途径,值得在工程应用中推广。     

基于Monte-Carlo法的土坡抗震可靠度分析

结合Morgenstern-Price条分法和Monte-Carlo数值模拟方法,采用拟静力的方法考虑水平和竖向地震加速度的作用,运用可靠度理论分析了地震效应和土性参数对土坡稳定性的影响,且将常规的可靠度分析结果和考虑土性参数空间变异性的可靠度分析结果进行了对比,计算结果表明:水平地震加速度、土性参数及其空间变异性对土坡稳定性具有显著的影响.     

设垃圾坝填埋场平移破坏可靠度分析

在考虑垃圾土物理力学参数随机性的条件下,研究设垃圾坝垃圾填埋场抵抗平移破坏的稳定性。对设垃圾坝垃圾填埋场采用梯形–三楔体方法和可靠度分析方法,考虑垃圾土重度、内摩擦角及黏聚力作随机变量并且服从独立正态分布,通过一次二阶矩法可以得到垃圾填埋场边坡稳定性的可靠度指标。研究发现,岩土结构可靠度分析广泛要求可靠度指标达到3.0,为了满足这一要求,不同的破坏模式对安全系数的要求不尽相同。综合这2个指标(安全系数和可靠度指标)能够更好地评估设垃圾坝填埋场边坡的稳定性。     

顺坡渗流条件下土质边坡浅层稳定分析

从斜坡土体应力状态出发,结合Mohr–Coulomb破坏理论,开展了降雨入渗形成顺坡渗流条件下的无限长土质斜坡浅层稳定分析,提出了边坡浅层失稳呈现上缘张拉区、中段主滑区和下缘挤压区三段滑动区域组成的"顺坡曲线"破坏模式;基于定积分元素法,论证了上下缘滑动区域土体的破裂面具有对数螺旋线形态特征,建立了考虑渗透力作用、采用有效应力表达、能较好反映入渗深度wz和主滑区长度L2等因素影响的"顺坡曲线"组合滑面浅层稳定分析方法。研究表明:边坡浅层土体稳定性随L2增大逐渐降低,最终趋近于无限长斜坡稳定分析结果;随wz增加直到最大入渗深度fz,处于极限平衡状态下的滑体L2逐渐减小至零,浅层局部失稳的"顺坡曲线"破坏模式将退化为深层整体失稳的对数螺旋线型曲面破坏模式;wzfz时,对边坡浅层稳定性若采用整体曲面滑动法进行分析将得到偏于危险的结果。     

加卸载条件下吸力对黄土变形特性影响的试验研究

为了探讨基质吸力和净围压对黄土的变形–强度及卸载–再加载模量的影响,用非饱和土三轴仪对原状Q_3黄土及其重塑土共做了3组27个试验,即9个控制吸力和净围压等于常数的原状Q_3黄土的三轴固结排水剪切试验、9个原状Q_3黄土和9个重塑Q_3黄土的控制吸力和净围压等于常数的三轴固结排水卸载–再加载剪切试验。研究结果表明:基质吸力和净围压均对试样的强度及变形特性有显著影响;原状Q_3黄土的偏应力–应变曲线随净围压的增大从理想弹塑性型演变为硬化型,因其结构性导致偏应力–应变曲线的初始阶段存在交叉现象,试样一直处于剪缩状态;重塑试样在净围压较小时由剪缩逐渐变为较强的剪胀,在净围压较大时则只发生剪缩;表观凝聚力、切线杨氏模量和卸载–再加载模量均随着吸力的增大而增大;而吸力对有效内摩擦角及参数n(原状Q_3黄土的初始杨氏模量随净围压增大而变化的指数)、n_(ur)(原状Q_3黄土的卸载—再加载模量随净围压增大而变化的指数)和n_(ur)'(重塑Q_3黄土的卸载—再加载模量随净围压增大而变化的指数)的影响很小,皆可视为常数。基于试验研究结果,提出了考虑吸力和净围压影响的表观凝聚力、切线杨氏模量和卸载—再加载模量的修正计算公式,完善了非饱和土的增量非线性模型。     

液化层特征量对场地卓越频率影响的理论解答

液化场地对地震动影响问题以及依据地表地震记录识别场地液化问题虽分属地震波的正反演理论,但土层液化对振动特性的改变是二者共同的物理本质,应是这两方面研究的出发点。提出液化层存在下场地卓越频率变化的理论解答,并分析液化层特征量对场地卓越频率的影响规律。将实际土层视为水平成层状,以三质点体系代表具有液化夹层的场地,推导出场地卓越下降率解答,讨论土层及液化层特征量对场地卓越下降率的影响。结果表明:液化夹层的存在将使场地卓越频率下降,下降率主要与覆盖层与液化层厚度比λ_1、液化层与下卧层厚度比λ_2、液化层软化程度这3个参数相关;λ_1对场地卓越频率下降起主要的控制作用,场地卓越频率下降率随λ_1变化的可分为3种模式:指数关系降低、指数关系升高以及定值附近先增大后减小的波动,其中后者为主要表现;液化层与下卧层厚度比λ_2对场地卓越频率下降率起次要作用,场地卓越频率下降率随λ_2增大呈快速上升阶段和平稳增长两个阶段,二者转换点与λ_1相关;场地卓越频率虽与液化层软化程度呈递增关系,但绝对增幅最大为0.15,影响较小。     

考虑渗透吸力影响膨润土的修正有效应力及其验证

普遍认为膨润土是高放废物地质处置库缓冲/回填层的理想材料,膨润土在地下水溶液中的膨胀变形和剪切强度关乎高放废物地质处置库的安危。地下水溶液中膨润土膨胀变形和剪切强度受到渗透吸力影响,根据膨润土表面分形模型,建立考虑渗透吸力应力影响的修正有效应力公式,用竖向应力p和渗透吸力π表示为■,并采用膨润土在NaCl溶液中的膨胀变形和剪切强度进行验证。NaCl溶液中膨润土的膨胀变形与修正有效应力p~e表示为同一曲线■,峰值剪切强度与修正有效应力p~e表示为同一直线■,符合Mohr–Coulomb准则。     

控制吸力的非饱和土真三轴试验研究

基于西安理工大学的新型真三轴仪,在压力室底座与试样顶盖上分别安装高进气值陶土板与多孔板,从而增加孔隙气压力与孔隙水压力独立控制和量测装置,进而利用轴平移技术对基质吸力进行控制,并且新增水气控制面板和气动二联件对可控制吸力的真三轴仪进行了进一步完善。在此基础上初次尝试对重塑黄土进行了同时控制吸力(s=100 kPa)与净平均应力(p=300 kPa)为常数的真三轴固结排水剪切试验,分析了不同中主应力参数(b=0,0.25,0.5,0.75,1)条件下,各主应变(e_1,e_2,e_3)随偏应力(q)的变化情况;给出了重塑黄土在同时控制吸力与净平均应力路径下p平面上的破坏轨迹,并与Lade–Duncan强度破坏准则和Mohr–Coulomb强度破坏准则的预测破坏线进行了比较。     

非连续变形分析方法(DDA)剪切机制研究

以倾斜板上的块体稳定对象,针对摩擦性材料,对DDA剪切机制开展了研究工作。研究结果表明,即使当接触面摩擦强度略大于临界摩擦角criT?时,在一个边边接触中常会出现锁定与滑动两种不同的状态。在后续计算过程中,由于这种状态会受到阻止,会有不合理的能量产生。这种能量有可能会导致块体难以稳定。DDA可以需要选择适当的接触刚度来控制这种能量的量级,并最终使块体理论临界摩擦角criT?附近稳定。进一步研究表明,出现这一结果主要是由于单独对边边接触上的两个角边接触进行抗剪分析。基于此,提出一种新的改进方法,将边边接触中的两个角边接触进行共剪分析,即将两个角边接触上的剪切力之和与摩擦阻力之和进行分析。测试结果表明,该方法不会受到罚弹簧值和块体弹模的影响。所分析的临界摩擦角与理论值非常接近。     

加载路径对重塑黄土一维蠕变特性的影响

黄土因具有蠕变特性,在荷载v??不变的情况下,蠕变时间t的增长也能引起土体孔隙比的减小,假设蠕变时间的增长也为一种加载,为探求重塑黄土变形量的v??-t加载次序相关性,进行了4种加载路径的试验,试验结果表明:重塑黄土变形量的v??-t加载次序相关性显著,虽然各试样的最终荷载相同,加载过程中的蠕变时间也相同,但是,在一级加载过程中,先蠕变的试样比先施加荷载的试样变形量小,在分级加载过程中,按照"荷载—蠕变—荷载"施加次序的试样比"荷载—荷载—蠕变"施加次序的试样变形量小,此结论可为工期较长的高填方工程的施工计划安排提供一定参考。姚仰平等提出的一维蠕变公式能较好反映重塑黄土变形量的蠕变时间和荷载的加载次序相关性,公式所需5个参数均能简单获得。     

炎热多雨气候影响下残积土小应变刚度特性试验研究

根据炎热多雨地区轨道交通周边土体的实际工程状态,开展经历不同干湿循环过程的花岗岩残积土的共振柱试验,研究炎热多雨气候影响下残积土小应变下的刚度特性。结果表明,受反复干湿循环效应影响,在10~(-6)~10~(-4)小应变范围内,残积土G_(max)随干湿循环次数n的衰变规律与常应变下黏性土强度特性衰减规律有较大差异,最大衰减出现在干湿循环中期;经历多次循环后,小围压下残积土的G–γ关系曲线出现直线下降和骤降阶段;利用Martin–Davidenkov模型和经验关系能较好地反映G/G_(max)和D随γ的变化规律,发现不同干湿循环次数后,G/G_(max)–γ关系随围压增大逐渐出现"两极分化"现象。研究还从微观角度对残积土小应变刚度特性的干湿循环效应给与解释,说明炎热多雨气候下残积土刚度的力学行为是由于结构强度减损、微观结构重塑引起。研究可为轨道交通工程动力参数的选取,类似工程场地的设计、施工及抗震分析提供技术参考依据。     

驻波作用下有限厚度海床动应力路径特性研究

基于驻波作用下有限厚度海床动力响应的解析解,推导了海床内土体单元在以轴向偏差应力的一半为横坐标,剪应力为纵坐标的应力平面上的动应力路径,得出土体单元位于波节处的动应力路径为纵轴上的一条线段;位于波腹处为横轴上的一条线段;位于波节与波腹之间为非标准椭圆形。以北海区域为例对确定动应力路径的初始相位差?、轴向偏差应力幅值的一半a、剪应力幅值b 3个参数进行分析,得出在0~0.35倍海床深度范围内时,波节与波腹之间土体单元的动应力路径趋近于线段,而在0.35~1倍海床深度范围内时,动应力路径为非标准椭圆形,且初始相位差?沿相对深度的增加在-180°~-150°范围内变化。通过海床渗透系数、波浪周期、海床厚度对海床内土体单元动应力路径的影响分析可得:海床渗透系数、波浪周期的变化不会改变海床内相同位置土体单元a,b的取值,而对?的取值会有影响。当海床渗透系数不小于10-2 m/s时,海床内土体单元的动应力路径均为线段;而在不同波浪周期下,?在海床下部区域的变化范围均为-180°~-150°。当海床厚度较薄时,动应力路径在表层0~0.03倍波长范围内趋近于线段;当海床厚度在0.3~2倍波长范围内时,随着海床厚度的增加,海床表层动应力路径趋近于线段的深度范围逐渐增大。     

基于能量法的尾矿土动孔压模型研究

通过应力控制式动三轴不排水循环剪切试验,对饱和尾矿土在循环应力比、轴–径向固结应力比等因素下孔隙水压力与累积能量耗散关系进行研究。研究结果表明孔隙水压力增长与塑性应变累积能量耗散和土体黏滞累积能量耗散密切相关。当循环应力比cR介于0.205~0.238、轴–径向固结应力比cK介于1.0~1.3时,孔隙水压力–能量之间存在临界状态。通过非线性回归分析初步建立了循环应力比和轴–径向固结应力比条件下饱和尾矿土的孔隙水压力能量模型,从变化机理上阐述孔隙水压力的变化规律并消除了周次的不确定性对于孔隙水压力模型的影响,对预测循环荷载作用下饱和土的孔隙水压力具有借鉴意义。