函数连分式渐近法在斜坡稳定性概率评价中的应用

介绍了函数连分式方法在斜坡稳定性概率评价中的应用,该方法可方便容易地计算出状态函数对各随机变量的偏导数,从而使传统的安全系数方法和概率评价有机地结合,相互补充。文中给出了研究实例。     

斜坡稳定性概率理论和方法研究

 博士学位论文摘要　从随机理论与滑坡学相交叉的角度, 论述了概率理论和方法在斜坡稳定性研究中的应用。构造了概率滑坡学的基本框架和主要内容。根据国内外最新研究文献及作者的研究成果, 系统总结了斜坡稳定性评价中的概率理论和方法, 并配有研究实例, 突出其实用性和可操作性。主要内容为:论述了斜坡系统的复杂性、不确定性和相关性, 指出了传统安全系数方法的缺陷和引入概率方法的必要性。给出了强度参数的变异性和相关性对斜坡系统的可靠度影响。系统介绍和总结了可靠性理论在斜坡稳定性分析中的基本原理、方法。主要包括模拟实验的Monte Carlo 模拟方法, 近似概率方法的一次二阶矩法(FOSM) , 统计矩法(Rosenblueth) 。详述了这些方法的计算步骤、应用条件和实例分析。在斜坡的可靠性分析中, 引入了函数连分式渐近法, 其特点是计算速度快、简捷、精度高, 有效地将斜坡稳定性评价的定值方法和概率方法有机地相结合。简介了随机有限元方法、最大熵密度函数法, 马氏链方法。对上述的主要方法应用同一实例进行对比研究, 结果相近, 结论一致。论述了空间预测预报的理论基础。对比研究了信息量法和回归分析, 结果较吻合。根据破坏概率数值区间(0 , 0. 3) , (0. 3 ,0. 5) , (0. 5 , 0. 7) , (0. 7 , 1) 将斜坡划分成稳定、基本稳定、稳定性较差和稳定性差四级, 弥补了现行划分标准相对性和模糊性的缺陷。引入了描述生物个体空间分布的播散指数应用于滑坡的时空分布研究, 克服了滑坡服从随机分布假设的不足。给出陕南陇南地区重大滑坡的时空分布特征。空间指数大于1 , 区内滑坡分布形态呈丛集分布, 时间指数反映了区内滑坡发生的频次及随时间的变化规律。总结了降雨、地下水对斜坡稳定性影响的作用机理、统计规律、研究方法。给出降雨诱发滑坡概率的计算公式。从理论上定量地给出了滑坡风险评价的原理、方法和主要概念, 提出了单位风险的概念。对比国内外研究资料, 给出滑坡灾害一般可接受的风险水平。天然斜坡年超越概率是10 - 3～10 - 2 , 人工边坡年超越概率是10 - 3～10 - 5 。初步给出了滑坡灾害保险费率的计算公式。     

矿区岩质斜坡稳定性评价与研究

以某矿为例,采用不平衡推力法和统计矩法等方法对矿区斜坡稳定性进行了评价,给出了各种算法下斜坡的安全系数和可靠指标;同时采用FLAC3D有限差分数值计算方法,对斜坡的位移场、速度场和稳定性做出综合评价,得出了斜坡安全系数;最后运用瑞典法、Bishop法、Janbu法等其他方法也对斜坡的安全系数进行了计算;比较研究结果表明:工程地质环境等随机变量对斜坡稳定性影响较大;FLAC3D与其他方法计算值基本一致,在矿区特殊的地质环境下,统计矩法能够有效地避免不确定因素过多产生的误差,其简便的计算和合理的结果显示了很大的优越性;对斜坡稳定性分析要求严格时,应采用多种方法进行综合比较.     

广州科学城岩质边坡稳定性可靠度分析

边坡稳定性问题是边坡工程最关键的问题,如何研究其稳定性也是岩土工程的重点研究课题。把Monte Carlo法引入边坡稳定性分析和评价中,借助传统的极限平衡理论,建立边坡稳定性分析的极限状态函数。运算过程中采用伪随机数的方法生成服从正态分布的抗剪强度参数随机变量,进而求出边坡安全系数、安全系数的可靠度指标和失效概率。与传统的极限平衡方法相比,可靠性分析可以直观地反映边坡稳定的可靠程度及其失效概率,能为边坡工程支护设计提供更为可靠的参数,同时也能为生产提供指导作用。因此,可靠度分析方法是边坡稳定性评价的有效方法,具有广泛的应用前景。     

土石围堰边坡安全性研究

结合山西天桥水电站除险加固工程中土石围堰的边坡,提出了采用安全系数和失效概率来综合评价其安全性.采用工程上常用的瑞典条分法建立极限状态方程,考虑土体内摩擦角、粘聚力为随机变量,利用蒙特卡罗法来求解边坡的可靠度指标,并对边坡稳定性分析中最重要的评价指标安全系数与可靠指标的关系进行了探讨.结果表明,采用安全系数和可靠概率综合评价土石围堰边坡的稳定性能更好地了解工程的实际安全状况.该方法为土石围堰边坡的安全性评价提供了一种参考.     

地震作用下顺层岩质边坡动力可靠度

针对地震的动力特性以及岩体强度参数的随机性,提出计算地震作用下顺层岩质边坡动力可靠度时程的方法,并提出以最小平均安全系数和平均大失效概率作为联合评价指标来评价顺层边坡的整体稳定性。首先,建立了顺层岩质边坡地震响应的分析模型,根据得到的岩体应力地震响应求出了顺层岩质边坡的动力安全系数时程曲线;建立了顺层岩质边坡极限状态方程,并运用JC法求出了边坡的失效概率时程曲线。最后,求出了顺层岩质边坡的最小平均安全系数和平均大失效概率。算例分析表明,与传统方法相比,采用最小平均安全系数和平均大失效概率来作为评价顺层岩质边坡稳定性的综合指标,能更安全地评价边坡的稳定性。     

基于区间组合法的边坡稳定非概率模糊可靠性分析方法

根据边坡稳定性影响因素的随机性、模糊性以及岩土材料力学参数取值的区间性特征,采用非对称三角模糊数表示岩土力学参数取值可能性分布,并对试验数据进行区间模糊优化分析。将所得非对称三角模糊数转化成区间数,运用边坡稳定性分析的简化Bishop法与区间组合法建立边坡安全系数区间值及可能滑动面求解方法,避免了区间函数运算的区间扩张问题。将安全系数区间计算函数与给定安全系数值之差作为功能函数,利用非概率模糊可靠性分析方法计算不同截集水平下的模糊可靠性指标,进而得到其可能性分布曲线,并由可能性理论求得边坡失效可能度,从而建立了基于区间组合法的边坡稳定非概率模糊可靠性分析方法。工程算例表明,该方法具有一定的合理性,为边坡工程稳定性评价提供了新的途径。     

水力作用下近水平边坡变形力学机制分析

通过分析斜坡的水力作用,建立了出水口未被堵塞和出水口堵塞两种水力学模型,探讨了在水力作用影响下斜坡稳定性变化规律,推导出出水口堵塞前后安全系数Fs表达式,研究表明,当斜坡出水口被堵塞后,前缘岩土体安全系数降低幅度较大,后缘岩土体安全系数变化较小;出水口堵塞后,当斜坡体形态适当,斜坡前缘失稳概率较大,容易发生牵引式变形破坏。     

西藏江雄水库左坝肩山体稳定可靠性分析

通过运用概率评价中的Rosenblueth方法和定值法中的简布法相结合，对西藏江雄水库左坝肩山体蓄水前后的稳定性进行评价，得出失稳的可能性比较大，山体的加固处理是非常必要的结论。实践表明，该方法对西藏异常多变的高原气候下的边坡稳定性评价有重要的意义。     

正态分布下边坡稳定性二元指标体系研究

安全系数是边坡稳定性评价中的常用方法,在长期的工程实践中积累了丰富的经验,其最大的缺点是不能考虑边坡岩土体中实际存在的不确定性。可靠性理论可有效地考虑边坡系统内实际存在的不确定性和相关性,但是缺乏丰富的工程实践经验,因此,将工程实践经验丰富的安全系数与先进的可靠性理论相结合,建立安全系数与可靠性相耦合的二元评价体系具有重要的理论意义和应用价值。取影响参数的平均值,计算得到最大可能安全系数(中值安全系数)。设安全系数服从正态分布,取系列的最大可能安全系数和变异系数,计算得到边坡在不同最大可能安全系数和变异系数下的破坏概率Pf。将最大可能安全系数与边坡可靠性相乘,对最大可能安全系数进行折减,得到边坡可靠的安全系数。从折减后安全系数的极限状态中,计算出不同最大可能安全系数的临界变异系数和临界破坏概率。根据不同的最大可能安全系数及它的临界破坏概率,绘制出边坡稳定性分区图。选择典型的安全系数及相对应的可靠性,建立传统安全系数与可靠性耦合的边坡稳定性二元指标体系,由安全系数和可靠性共同度量边坡系统的稳定性。提供了小样本条件下,利用矩估计原理计算参数方差的方法,研究实例表明,边坡稳定性判别的二元指标体系是可行的。     

基于三维力学模型的大范围自然边坡稳定性概率评价方法

 为了对大范围自然边坡的滑坡危险度进行评价,利用GIS技术作为平台,把传统的三维极限平衡力学模型耦合到概率统计分析框架中,提出一个基于边坡单元的定量评价的新方法。在把大面积的研究区域划分为边坡单元后,采用一个基于GIS的三维力学模型计算每个边坡单元三维安全系数的分布。假定此分布遵从对数正态分布,再采用一个可靠性指标计算该分布中小于某临界值的概率,并以此来定量评价该边坡单元的整体滑坡危险度。此方法同时也可以求得各边坡单元的最危险滑动面的位置和规模。开发一个专业GIS系统来完成所有的计算分析步骤,本系统能够快速、高效地完成大量的三维建模与安全系数计算,综合了三维力学模型与概率统计方法的优点,实现了对地形地质条件复杂多变的大范围自然边坡的稳定性定量评价。通过对日本一国道边坡应用对本方法的有效性进行了验证。     

208高速公路集丰段边坡稳定可靠性研究

用传统的安全系数法对208高速公路集丰段路基高边坡的稳定性进行了分析，并计算了边坡安全系数，采用灌砂法测量路基的压实密度，并计算了边坡结构可靠指标，由传统安全系数法和可靠性分析方法的结果得出该路段边坡非常稳定的结论。     

基于遗传算法的土坡三维可靠度分析

 边坡稳定分析的三维安全系数方法和三维可靠度分析方法一般均需人为给定一个与滑坡体宽度相关的参数或仅针对固定三维滑面进行分析计算。由于这样计算得到三维安全指标并不是最小值，因此难以反映边坡真正的安全度水平。引入随机场局部平均计算模型，考虑土性参数的空间相关性，边坡存在一个最小可靠指标对应的三维滑坡形态，这为采用优化方法进行土坡稳定三维可靠度分析奠定基础。对最小三维可靠度指标与三维临界滑面存在的缘由进行分析。遗传算法是一种优秀的全局寻优算法，可以有效解决边坡稳定分析临界滑面搜索问题。引入土性参数的空间相关模型，结合边坡稳定的三维简化毕肖普方法，直接以边坡稳定的三维可靠度指标为优化目标，建立基于遗传算法的边坡稳定三维可靠度分析方法。该方法无需滑坡宽度的假定，可以得到真正的边坡稳定三维可靠指标及对应的三维临界滑面。算例说明该方法的有效性。     

边(滑)坡工程设计中安全系数的讨论

不同的安全系数定义会引起计算得到的边（滑）坡安全系数与作用在抗滑桩上推力设计值的不同，造成边（滑）坡设计的混乱，因而有必要对边（滑）坡安全系数作出统一的定义。探讨几种不同安全系数定义形式，不同的安全系数定义对安全系数的数值与滑坡推力设计值都是不同的，指出按照传统的计算方法与目前国际上采用的边（滑）坡安全系数的定义，采用强度储备安全系数是较合理的，也符合边（滑）坡破坏的实际情况，因此建议一般情况下采用强度储备安全系数作为边（滑）坡的安全系数，在特殊情况下，采用超载储备安全系数更能符合设计情况。下滑力超载安全系数不符合工程实际，因为随着荷载的增大，抗滑力也会增大，实际上不会出现这种情况，不宜采用。     

顺层滑坡弹塑性接触有限元稳定性分析

有限元强度折减法可以作为极限平衡分析方法的一种逆过程。根据已有文献报道和工程实践,建立有限元强度折减法与极限平衡法计算稳定性系数的数理统计相关式,为充分利用极限平衡法计算滑坡稳定性系数的优点、发挥有限元强度折减法计算滑坡稳定性系数的优势和保证滑坡稳定性系数计算及分析的可靠性提供更加充分的依据。确定有限元强度折减法中滑体(包括滑带)的强度参数和重度、精确划分网格和收敛准则等原则。通过工程实例分析认为,这些原则的确定在风化岩质顺层滑坡稳定性系数计算及稳定性分析中是正确的,可作为该类型滑坡稳定性分析和计算的参考。采用不分离接触弹塑性有限元强度折减法分析高度非线性问题的风化岩质顺层滑坡稳定性,可以更加逼真地反映滑坡变形、破坏的实际情况。     

基于极限平衡法的边坡稳定性可靠度分析

传统方法对边坡稳定性进行分析时,不能定量考虑土体参数随机性、变异性的影响。为更好地对边坡稳定性进行评价,本文基于传统边坡稳定性计算方法,同时考虑参数的变异性和分布类型的差异,利用蒙特卡洛模拟技术,编制了相应程序。针对某匀质边坡,利用Fellenius法、Bishop法、Janbu法和Morgenstern-Price法进行破坏概率计算。结果表明,安全系数大于1时,边坡仍有破坏的可能,边坡稳定性对参数变异性的敏感度不同,参数变量分布类型也会对边坡稳定性评价结果产生影响。利用可靠度方法得到的可靠度指标、破坏概率等指标,能够定量地描述各参数变异性对边坡稳定性的影响。因此,可以将可靠度的方法和确定性的方法相结合,对边坡的稳定性进行描述,为滑坡风险的评估提供参考依据。     

锦屏一级水电站左岸坝肩边坡施工期高效三维可靠度分析

 基于可靠度理论的边坡稳定性分析是一个重要的发展趋势,然而目前国内外关于复杂三维高边坡可靠度方面的研究几乎还是空白。以锦屏一级水电站左岸坝肩边坡为例,研究了施工阶段三维边坡可靠度问题。由于三维边坡稳定性分析有限差分强度折减法计算量较大,并且安全系数没有显式表达式,通过参数敏感性分析减少随机变量数目,提出三维边坡可靠度分析的非侵入式随机有限差分法。探讨了预应力锚索和深层混凝土抗剪洞2种主要加固措施失效对边坡变形、稳定及其可靠度的影响规律。研究了施工阶段边坡横河向位移、安全系数以及失效概率的变化规律。结果表明：参数敏感性分析可以有效地识别敏感性较大的随机变量,从而提高边坡可靠度计算效率。非侵入式随机有限差分法实现了概率分析与通用商业软件如FLAC3D的有机结合,极大地简化了可靠度分析过程,而且能充分利用参数敏感性分析中边坡稳定性计算结果,为解决三维高边坡可靠度问题提供一种有效的工具。此外,锦屏一级水电站左岸坝肩边坡所采取的预应力锚索和深层混凝土抗剪洞联合加固措施能够有效地控制边坡变形和确保边坡稳定性。施工阶段边坡开挖扰动作用对边坡稳定可靠度有着重要的影响。     

强降雨作用下的浅层滑坡稳定性分析

根据实测和室内物理力学试验结果以及工程实践，研究强降雨作用下浅层滑坡稳定性系数与滑面带抗剪强度指标及滑体饱水面积比三者的关系，建立其数理统计相关式。依据建立的数理统计相关式，对采用不分离接触弹塑性有限元强度折减算法分析强降雨作用下浅层滑坡稳定性的难处进行初步探讨。结果表明：首先，可以利用建立的数理统计相关式，选择不同滑体饱水面积比求出强降雨时滑面带的等效抗剪强度指标，作为不分离接触弹塑性有限元强度折减算法中滑面带上接触单元的抗剪强度指标；然后，采用该算法分析强降雨作用下的浅层滑坡稳定性，通过建立的数理统计相关式计算滑坡的稳定性系数，为该类型浅层滑坡稳定性分析和较准确地预报提供更加可靠和充分的依据。研究结果揭示了强降雨对浅层滑坡变形解体和破坏的作用机理，表明强降雨是诱发浅层滑坡的最关键因素。     

同时考虑基本变量和极限状态模糊性的边坡模糊随机有限元可靠度分析

 基于边坡稳定有限元分析的滑面应力法,研究同时考虑基本变量模糊性和极限状态模糊性的边坡稳定模糊随机有限元可靠度分析方法。对于基本变量的模糊性,采用等价变换的方法将模糊变量等价变换为随机变量;对于极限状态的模糊性,基于概率积分法研究了模糊破坏概率及模糊随机可靠指标的求解方法。本方法既可求解边坡剖面上各有限单元的模糊随机可靠指标,亦可求解边坡整体最小可靠指标及临界滑面的位置;既可考虑基本变量的模糊性,又可考虑极限状态的模糊性,是常规的随机有限元可靠度分析方法的推广。当不考虑基本变量和极限状态的模糊性时,它即退化为随机有限元可靠度分析方法。