Hasofer-Lind可靠度指标优化方法求解实现

工程中较为常用的是Hasofer和Lind提出的不变二阶矩可靠度指标,可采用正交变换法、MonteCarlo法、优化等方法求解β值。使用优化方法求解Hasofer-Lind可靠度指标,避免了相关变量的独立变换以及求极限状态函数对基本变量的偏导数这两个问题,多采用Excel规划求解器求解。本文明确了Hasofer-Lind可靠度指标的物理意义,提出了Hasofer-Lind可靠度指标在Fortran语言中的优化求解方法,通过与Excel规划求解器计算结果对比,证明了本方法计算结果可靠,多变量情况下可靠度指标能够迅速收敛。该方法直接在基本变量空间求解,与已有的利用Fortran语言编制的边坡稳定程序无缝连接,除了可以用于求解边坡稳定分析中c和φ相关问题之外,还可以计算考虑土工参数空间变异情况下的土坡可靠度指标。     

土坡稳定Hasofer-Lind可靠度指标的计算方法

工程中较为常用的是Hasofer和Lind提出的不变二阶矩可靠度指标,可采用正交变换法、MonteCarlo法、优化等方法求解β值.使用优化方法求解Hasofer-Lind可靠度指标,避免了相关变量的独立变换以及求极限状态函数对基本变量的偏导数这两个问题.本文明确了Hasofer-Lind可靠度指标的物理意义,提出了H...     

基于稳定分析法的碎石桩复合地基承载力的可靠度

采用圆弧滑动稳定分析方法 ,按实用的优化方法计算碎石桩复合地基承载力的可靠度指标 ,并讨论了建立在可靠度基础上的复合地基置换率的设计问题 .所用的可靠度计算公式直接在基本变量空间中求解 ,避免了繁琐的求偏导数和正交变换工作 .并且在分析中考虑了模型不确定性的影响 .由于在稳定分析时 ,最危险滑弧事先并不知道 ,所以用优化方法求可靠度指标有巨大的优越性 .本文利用 Microsoft Excel97中的“规划求解器”来求解安全系数和可靠度指标 .最后用一个算例说明了求解过程     

基于非线性随机有限元的堤坝边坡可靠度分析

针对边坡稳定性分析中土体力学参数存在空间变异性的问题,提出了计算堤坝边坡安全系数分布的随机有限元方法,以及求解边坡可靠度的蒙特卡罗(MC)强度折减联合法与MC直接法。以各向同性二维边坡为例,首先抽样得到相应的材料特性随机场,随后求得边坡位移、应力及塑性区;然后在对随机场进行N_MC次抽样的基础上采用以下方法得到边坡的失效概率并对可靠度指标进行求解分析：(1)联合法(M1),通过强度折减法得到各样本条件下的折减系数及其分布;(2)MC直接法(M2),利用黏塑性方法直接求解并判断边坡的失稳情况,对所有样本条件下的失稳情况进行统计。结果表明：考虑材料特性随机场的边坡稳定分析,通过边坡安全系数的均值、方差、分布及可靠度指标对边坡安全进行综合评价,能够得到可靠的边坡稳定分析结果。     

基于稳定分析法的碎石桩复合地基承载力的可靠度

采用圆绵滑动稳定分析方法，按实用的优化方法计算碎石桩复合地基承载力的可靠度指标，并讨论了建立在可靠度基础上的复合地基置换率的设计问题。所用的可靠度计算公式直接在基本变量空间中求解，避免了繁琐的求偏导数和正交变换工作，并且在分析中考虑了模型不确定性的影响，由于在稳定分析时，最危险滑绵事先并不知道，所以用优化方法求可靠度指标有巨大的优越性。本文利用Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｅｘｃｅｌ９７中的”规划求解器”来     

基于中心复合设计的RSM边坡可靠度研究

为提高边坡可靠度的计算精度与效率,基于响应面法(RSM)的思想,考虑影响边坡稳定的主要强度参数粘聚力c、内摩擦角的不确定性,同时计入边坡稳定计算模型不确定性,分别采用中心复合设计(CCD)和拉丁超立方抽样(LHS)获取2种不同试验设计的样本数据,借助岩土工程极限平衡Slide程序获取Bishop、Spencer、Morgenstern-Price等3种稳定模型的样本响应值,编写Matlab程序求解边坡可靠度指标和验算点。以Monte Carlo(MC)法计算结果作为可靠性分析的基准解,并与基本二层土模型和托巴110 k V施工变电站边坡计算结果进行对比分析。结果表明,CCD求解的可靠度指标更接近MC基准解,满足精度的同时,提高了求解效率。     

基于LHS抽样RSM数据表的边坡可靠度研究

为有效求解边坡可靠度,采用拉丁超立方(LHS)抽样提出了基于响应面法(RSM)数据表的边坡可靠度计算模型。考虑影响边坡稳定性的主要强度参数c,φ的不确定性,采用LHS抽样构建RSM随机样本点,借助岩土工程极限平衡的Slide程序获取样本响应值;通过将数据表法与RSM结合求解边坡可靠指标及失效概率。以Monte Carlo法计算结果作为可靠性分析的基准解,并与基本2层土坡模型和托巴110 kV施工变电站边坡计算结果进行对比分析,结果表明此方法不仅精度满足要求,且计算量较小、效率高,对实际工程边坡可靠度分析具有一定指导意义。     

基于RVM-AFOSM模型的边坡可靠度分析

针对边坡稳定计算中的不确定性问题,提出基于相关向量机(RVM)的可靠度计算方法。模型利用RVM实现了对边坡安全系数的快速、准确估算,并推求模型导数,解决了传统计算的极限状态函数无法显式表达、难以求解导数的问题。随后,模型采用改进的一次二阶矩(AFOSM)进行可靠度计算,充分发挥其设计验算点位于失效面上的优势,使可靠度计算结果更加准确。对多层边坡实例的可靠度计算结果证明,RVM-AFOSM模型具有计算效率高、计算结果准确、简单易用等优势,因此基于该模型的边坡可靠度分析是可行的,具有良好的应用前景和工程价值。     

蚁群算法在拱坝结构可靠度分析中的应用

根据Hasofer-Lind的定义,将复杂的拱坝可靠性指标计算问题转化为数学上的优化问题,针对拱坝功能函数的复杂非线性和隐性的特点,提出基于蚁群算法的拱坝可靠度计算新方法,该方法避免了计算功能函数求导问题,不易陷入局部最优。以沙牌碾压混凝土拱坝的结构可靠度分析为例,得出了该坝坝体及诱导逢可靠性指标的分布规律,与文献[2]试验成果吻合。     

边坡稳定计算中的可靠度分析

提出了一种应用可靠度理论进行边坡稳定性计算的实用方法。该方法利用“三σ准则”估计基本变量的标准差和变异系数，采用传递系数法建立功能函数，计算边坡的可靠指标和失效概率。     

南水北调中线工程某引水渠坡稳定的可靠性分析

讨论了复杂边坡可靠性分析方法，建立了边坡可靠性分析的模型；以南水北调中线工程某引水渠为例，着重研究了渠坡稳定的失效概率计算方法，将土的容重、内摩擦角、粘聚力作为随机变量，建立渠坡稳定可靠度分析模式，并将可靠度计算的Monte-Carlo法和全局寻优的遗传算法相结合，用FOR-TRAN90编制了计算程序，确定了渠坡的最危险滑动面及其对应的失效概率和可靠指标．     

强度参数对土坡稳定可靠度指标的影响分析

 从影响土坡稳定的主要因素——强度参数c,φ出发,建立考虑数值变化的定值模型、建立考虑变异性及互相关性的随机变量模型和建立考虑自相关性的随机场模型,采用简化毕肖普法和Rosenbleuth法,着重研究强度参数c,φ对土质边坡可靠度指标的影响。从研究成果中并获得了一些可供工程设计借鉴的有益结论：c对土坡稳定影响较小,但φ在边坡稳定的计算中是最敏感的因子,其数值和变异性对安全系数和可靠度指标计算结果影响很大,在作计算时要求所提供φ的数据应更为精确;在实际工程计算中未考虑强度参数c,φ的互相关性和自相关性得到的可靠度指标较实际工程中的要小,是偏安全的,可作安全储备。     

考虑非正态变量相关性的重力坝抗滑稳定可靠度研究

为了研究相关非正态变量对重力坝抗滑稳定可靠指标的影响,采用Jc法、映射变换法和实用分析法计算了具有独立非正态变量时某重力坝抗滑稳定的可靠指标,以及用二阶矩矩阵法计算了非正态变量抗剪断摩擦系数f和黏聚力c字在相关性时重力坝抗滑稳定的可靠指标。通过计算分析表明：理论上Jc法、映射变换法、实用分析法三种方法对独立非正态变量的正态化处理方式有所不同,但对于文中实例计算结果基本一致;当变量间不考虑相关性时二阶矩矩阵法蜕化为Jc法;重力坝抗滑稳定的可靠指标随着f和c之间负相关系数的减小而增大,f和c’采用正态分布概率模型计算的重力坝抗滑稳定的可靠指标比f和c采用对数正态分布概率模型计算的重力坝抗滑稳定的可靠指标小。     

小浪底土石坝坝坡稳定性的概率分析

大坝设计的主要工作之一是对其在多种运行和环境情况下的稳定性进行分析。这种分析传统上常用确定性方法。但是,有些变量如土料的强度参数、孔隙压力及其它一些有关参数的取值包含着不确定性,而这种不确定性在传统的确定性方法中不能得到处理。因此,迫切希望能利用基于解析/数值方法的概率方法来进行大坝稳定分析,以考虑这些不确定性。利用Rosenblueth法对小浪底土石坝坝坡的可靠度指标进行了分析评估。为判断小浪底土石坝的主滑面,采用了2种不同的准则(即最小安全系数指标和最小可靠度指标)。文中也指出最小安全系数滑面不一定就是主滑面,但最小安全系数滑面可以作为最小可靠度指标主滑面搜索的近似初始滑面。     

基于杂交粒子群响应面的边坡稳定可靠性算法

针对可靠度指标β数学优化模型的理论不足,以及常规数学优化方法易陷入于局部最优解的问题,提出了基于杂交粒子群响应面的边坡可靠性算法。新方法以β的几何意义为基础,在对正值物理量、非正态、非独立随机变量预处理的基础上,补齐了附加约束条件,完整地给出了可靠性求解的数学优化模型,并澄清了β的正负取值问题。采用二次响应面法构造极限状态方程,并基于杂交粒子群算法搜索β的全局最优解。3个代表性案例结果证明:完善后的可靠性数学优化模型理论正确,对从数学优化角度求解可靠性问题进行了有效补充;基于杂交粒子群响应面的可靠性算法具有较好的全局搜索能力和较高的精度,与蒙特卡洛法的计算结果接近,但迭代次数明显减少,计算效率更高。     

基于土拱效应的桩网结构路基稳定性可靠度分析

基于路基土拱效应的应力集中现象,并考虑荷载及土体参数的变异性,建立了桩网结构路基稳定性的可靠度计算模型,给出了可靠度分析的计算方法及流程。以某一典型高速公路桩网结构路基进行稳定性分析为例,分别利用安全系数法和可靠度方法设计了该桩网结构路基加固桩长度,并基于荷载及土体参数变异性,对可靠度指标进行了敏感性分析,结果表明:荷载及土体参数的变异性对桩网结构路基的稳定性影响显著,利用可靠度方法来计算桩网结构路基加固桩长度的设计更为安全和合理;需要特别注意第二层土的极限侧阻力及路基面附加荷载变异性的影响,而路基填料内摩擦角及加固桩极限端阻力可当作常量来处理。     

土性参数空间变异性研究

利用齐次随机场模型研究方法,对样本容量按随机场离散,采用空间递推平均法对石河子北区多个钻孔统计分析后得出石河子北区典型土层的自相关距离、均值及变异系数。土性指标的相关距离具有显著的地区差异性和同一地区的相对稳定性,只有考虑了相关性的影响所得到的可靠度指标才较为可靠,因此对当地的土性相关距离的地区相关性研究很有必要。     

基于微粒群算法的重力坝坝基多滑面稳定可靠度分析

以往混凝土重力坝坝基抗滑稳定可靠度分析大多只研究单滑面或双滑面的情形,但通常的地质条件下,基岩内可能存在多滑面失稳,目前关于重力坝多滑面抗滑稳定可靠度的研究成果相对较少。本文在刚体极限平衡等安全系数法的基础上,提出了基于微粒群算法的重力坝坝基深层多滑面抗滑稳定可靠度计算方法,该方法能够处理非线性隐式功能函数的可靠指标计算问题,即根据可靠指标的几何涵义,将可靠度计算转化为约束优化问题,从而实现智能优化计算。3个算例分析表明,该方法计算工作量少,精度和计算效率高,算法适用性广,能够应用到复杂的坝基多滑面抗滑稳定可靠度计算中。工程实例分析表明,该方法具有较高的实用价值,可为重力坝稳定安全评价方法的深入研究与重力坝结构设计提供新的思路和技术支撑。     

Mapping Field Surface Soil Moisture for Hydrological Modeling

Soil moisture is a major control variable on hydrological processes both at the storm event scale and in the long term. The aggregate effect on the mean water balance over an area can be quantified successfully using hydrological models. However, determination of soil moisture distribution for semi or fully distributed models is difficult. In some types of landscape, the distribution of soil moisture is dictated by topography, in others by soil characteristics, or by a combination of both. Distribution of area-average soil moisture according to the likely effect of local topography is presented and tested. The heterogeneity of the soil moisture is described by the Xinanjiang distribution, commonly used to describe the natural spatial heterogeneity of the landscape. This distribution is then mapped onto the terrain using topographic index to locate the wettest and driest areas. Soil moisture data from Bilecik-Kurukavak catchments are used to test the method. Cumulative density functions (CDF) for soil moisture data obtained from 68 locations in eight different dates and corresponding topographic index values are obtained. From these functions the deviations of the wet values from the mean soil moisture are observed as positive and larger compared to the dry values. The temporal stability of moisture patterns was studied in order to identify optimal sampling points for field-average soil moisture. Such points were identified by calculating their deviation over time from field average. Topographic data were analyzed to determine if these sampling points could be identified from time-invariant data.     

基于DE算法的重力坝坝基多斜面抗滑稳定可靠度研究

根据可靠指标的几何涵义可将可靠度计算问题作为求极小值的优化问题求解,借此引入改进的差分进化(DE)算法对某重力坝多斜面的抗滑稳定可靠指标进行计算。工程实例研究及随机参数敏感性分析表明,与工程中通常采用的蒙特卡洛(MC)方法相比,该方法的计算结果合理且效率较高,可处理可靠度计算中极限状态方程为复杂隐式非线性方程组的情况,为重力坝可靠度分析提供了新的有效的计算方法。