基于响应面法的边坡稳定逆可靠度设计分析方法

岩土工程稳定性潜在失效风险问题日益引起人们的重视。分析了岩土边坡极限平衡理论特征，针对其滑动模式的稳定性系数计算公式为隐式表达，逆可靠度极限状态方程偏导数不易求解等问题，以极限理论中的Bishop模式为例，结合响应面途径，导出了将边坡稳定性系数隐式表达函数近似为显式二次多项式的简化方法。然后将其与基于一次二阶矩的结构逆可靠度算法融合，构建出基于风险控制的边坡稳定逆可靠度分析设计方法。基于该设计方法得出的方案具有可靠度与稳定性系数的双重控制指标。通过对示例边坡的拓展分析，阐述了该方法的实施过程，展示了边坡稳定失效风险与稳定系数的关系及相关因素对风险影响程度的分析方法。本文为边坡工程的风险设计提供了有效的可选途径。     

基于响应面法的边坡稳定逆可靠度设计分析方法

岩土工程稳定性潜在失效风险问题日益引起人们的重视。分析了岩土边坡极限平衡理论特征,针对其滑动模式的稳定性系数计算公式为隐式表达,逆可靠度极限状态方程偏导数不易求解等问题,以极限理论中的Bishop模式为例,结合响应面途径,导出了将边坡稳定性系数隐式表达函数近似为显式二次多项式的简化方法。然后将其与基于一次二阶矩的结构逆可靠度算法融合,构建出基于风险控制的边坡稳定逆可靠度分析设计方法。基于该设计方法得出的方案具有可靠度与稳定性系数的双重控制指标。通过对示例边坡的拓展分析,阐述了该方法的实施过程,展示了边坡稳定失效风险与稳定系数的关系及相关因素对风险影响程度的分析方法。本文为边坡工程的风险设计提供了有效的可选途径。     

路堑边坡锚固防护参数的响应面优化设计

边坡锚固防护结构参数的选取直接影响防治工程设计,进而影响到公路边坡的稳定性,科学合理地进行参数选取意义十分重大。提出了响应面试验设计法,并将其应用于锚固防护结构的参数选取上,研究了锚索支护参数对稳定系数的影响,建立了稳定系数与各影响因子的定量关系模型,给出了稳定系数的残差分布以及不同操作变量之间的稳定系数等值线图和响应面三维图,并对试验条件进行了优化,得出了各锚索支护参数的最佳取值方案。同时,将响应面法优化方案与极限平衡法稳定性计算结果进行了对比分析,对优化设计后边坡的稳定性进行了评价。结果表明,响应面优化设计方案合理可靠,从而为公路边坡锚索支护参数设计和优化提供了科学依据,为公路路堑边坡的稳定性研究提供了有用的方法。     

边坡工程模糊随机可靠度分析

将模糊随机理论应用于边坡可靠性评价当中,为了考虑随机变量的模糊随机性,引入稳定系数的隶属函数对边坡的实际工作状态进行模糊可靠评价。提出模糊随机极限状态方程的二次构造思想,即将模糊随机理论和响应面法相结合,首先利用响应面法进行一次构造,得到可靠度响应面函数,在此基础上借助隶属函数的补函数作为辅助,进行二次构造极限状态方程来计算边坡的模糊随机可靠度。结果表明,该方法计算简便、收敛速度快,克服了对模糊概率密度函数直接积分求解时过程复杂、耗费机时的缺点,具有较高的计算精度和广泛的工程实用性。计算所得到的可靠性指标更加能够真实地反映边坡的稳定状态,为边坡工程可靠性研究提供了一种新的方法。     

BP神经网络在鱼洞河滑坡稳定性评价中的应用

 以边坡高度、边坡角度、岩土重度、粘聚力、内摩擦角等作为输入模式变量，建立BP人工神经网络训练样本集以之用作滑坡稳定性评价。通过对网络学习参数的优化，如学习速率为0.9，学习步长为0.7，在迭代12 589次网络训练后样本收敛。以此为基础，建立BP神经网络各隐含层的连接权重和阈值，进行模式识别，完成了鱼洞河边坡状态和稳定系数的计算。计算结果表明，鱼洞河边坡处于破坏（不稳定）状态，稳定系数为1.100 5     

地震作用下反倾向层状岩质边坡弯曲倾倒稳定性分析

当前关于弯曲倾倒破坏的研究鲜有涉及到地震荷载,地震荷载对反倾向边坡弯曲倾倒稳定性的影响规律尚不清楚。为了解决上述问题,提出一种分析地震作用下反倾向层状边坡弯曲倾倒稳定性的极限平衡方法,该方法认为边坡发生破坏时,坡体内部应力达到极限平衡状态,即基于边坡破坏面计算得到的坡脚岩层剩余下滑力(倾倒力)为0。基于静力等效替代思想推导了推力线高度的计算公式;通过严格的力学推导确定岩层的稳定区域、破坏区域及破坏区岩层的破坏模式,并通过逐步迭代的方式计算坡脚剩余下滑力(倾倒力)。选用皖南板岩边坡作为工程实例,计算结果表明采用本文方法得到的边坡破坏面和稳定系数是合理可信的。通过地震影响系数的敏感性分析发现,随着地震影响系数的增大,坡脚剩余下滑力(倾倒力)增大,而边坡稳定系数减小,边坡更容易发生浅层破坏,变得愈发不稳定。     

考虑结构面退化的岩质边坡动力稳定性分析

在总结前人关于结构面屈服加速度的累积位移和速率效应的成果基础上，结合动力强度折减法，提出了一种考虑结构面退化的岩质边坡动力稳定性系数计算方法，并提供了该方法实施的具体步骤。针对一概化岩质边坡模型，应用所提方法计算了其动力稳定系数。结果表明，当计算岩质边坡的动力稳定性时，采用考虑结构面退化效应的动态摩擦系数是非常有必要的，相较于结构面静态摩擦系数，选用前者所获得的计算结果更加符合实际情况。     

考虑地下水作用的Goodman-Bray方法改进及应用

反倾岩质边坡的稳定性分析方法一般为Goodman-Bray法,但其没有考虑地下水。对Goodman-Bray法进行改进,推导出了考虑地下水作用的反倾岩质边坡稳定性计算方法,并用MATLAB编写了计算程序。最后以重庆巫溪县中梁水库硝洞槽-郑家大沟反倾岩质边坡为例,采用Sarma法和传递系数法(TCM)对改进的Goodman-Bray法(简称WGB法)进行验证。结果表明:反倾岩质边坡往往受自身岩体结构的控制,条块划分结合结构面产状的Sarma法和WGB法比铅直方向条分的TCM法更符合实际情况,但Sarma法忽视了对条块底面连通性的考虑,使计算结果偏低。综合比较3种计算方法,WGB法更加适用于考虑地下水作用的库岸反倾岩质边坡稳定性分析。     

基于极限平衡法的三维边坡稳定性分析方法

提出一种新的求解三维边坡稳定性的极限平衡条分法。该方法根据滑裂面的几何特征,假定行方向的土柱条间力与水平面夹角和列方向的土柱条间力与水平面夹角为常数,根据每个条块力的平衡和稳定系数的定义,求出每个条柱的条间力、柱底法向力和剪力的隐式表达式。将柱底法向力和剪力代入3个方向的整体力矩平衡方程,利用迭代算法求出相应的稳定系数Fs。相较于其他三维边坡极限平衡方法,该方法考虑了尽可能多的条间力作用,并且满足每个条柱3个方向力的平衡,以及滑体绕3个轴的力矩平衡,更符合实际情况。算例计算结果表明,利用极限平衡条分法可以得到相对保守的稳定系数。     

基于突变理论的边坡安全系数自动搜索方法及应用分析

为解决搜寻强度折减系数与边坡位移关系曲线突变点数值计算量大、主观性较强等问题,基于尖点突变理论,提出边坡安全系数自动搜索方法,以Fortran语言和FLAC 3D数值计算软件为平台,开发了适用于自动搜索边坡安全系数的计算程序。将该方法应用于边坡实例的稳定性研究,讨论了各种评判标准所得安全系数的大小差别,并与极限平衡法计算的安全系数进行对比分析。结果表明:自动搜索边坡安全系数的计算程序能快速定量找到边坡临界稳定的突变点,提高了边坡稳定性分析的准确性和计算工作效率;计算结果与边坡规范推荐的极限平衡法所得的结果对比误差较小,并且对于未知滑动面边坡,极限平衡法得出的滑动面位置与该方法所得安全系数下对应的塑性区贯通区域基本一致。文中方法为边坡稳定性评价提供了有益借鉴。     

顺层岩质边坡稳定性极限平衡分析方法比较研究

顺层岩质边坡是影响工程岩体稳定性、导致地质灾害发生的典型边坡岩体结构类型。顺层岩质边坡的稳定性是边坡研究的重要内容。不平衡推力法、Sarma法和直线型分析法是应用广泛的边坡稳定性分析方法,在介绍这3种方法的基础上,以宜巴高速舒家槽大桥桥基顺层岩质边坡为研究对象,分析边坡岩体结构特征和破坏情况,运用这3种方法分析边坡的稳定性,并与边坡岩体结构特征和破坏情况进行比较分析。研究结果表明:Sarma法稳定性分析结果与边坡实际破坏情况非常吻合,更适合于节理裂隙发育的顺层岩质边坡的稳定性分析;不平衡推力法计算结果偏大;直线型分析法结果偏小,较保守。     

不排水条件下开挖边坡稳定性极限分析

为了在初期勘察阶段少量室内和现场试验基础上准确快速地对开挖边坡进行稳定性评价,提出了一种新的边坡稳定性评价方法。基于极限分析上限定理,推导不排水条件下开挖边坡二维稳定性极限分析理论,根据理论公式编程计算,得到不排水条件下开挖边坡稳定系数图表及滑动面变化规律,从而建立不排水条件下开挖边坡稳定性评价方法。结果表明,以极限分析上限定理为依据确定边坡稳定系数和不排水抗剪强度比值的关系、滑动面与限制深度的关系来评价边坡稳定性,其物理意义明确,计算结果客观,相比于极限平衡法和数值分析法,极限分析法更适合于开挖边坡的稳定性评价。     

三峡船闸高边坡在地震作用下的稳定性分析

采用有限元动力分析和改进的Sarma极限稳定分析程序对三峡船闸高边坡的动力特性、动态应力和动位移以及边坡的动力放大系数进行了计算分析 ,并对船闸高边坡在地震作用下的稳定性进行了计算。结果表明 ,在自重和地震作用下 ,边坡整体是稳定的。     

三峡水库消落带岩质边坡稳定可靠度分析

为了建立三峡库区消落带岩质边坡的可靠指标和失稳概率计算方法,基于极限平衡和可靠度分析原理,考虑边坡出流缝被堵塞和未被堵塞两种情况,采用不同的静水压力分布假设,建立了消落带岩质边坡在水压力作用下的力学模型。以暴雨工况下三峡库区重庆巫山箭穿洞岩质边坡为例,进行可靠度计算。计算结果表明:该危岩失稳概率达到26.76%,处于基本稳定状态,与实际情况相符合。采用控制变量法,分析了各敏感性因素对岩质边坡失稳概率的影响规律。研究结果表明:该消落带岩质边坡在滑面倾角增大时,稳定系数降低,失稳概率增大;在凝聚强度、内摩擦角、后缘裂隙倾角增大时,其稳定系数增大,失稳概率降低。研究结果可为三峡库区消落带岩质边坡的稳定性分析提供新的方法和理论依据。     

基于GGSO和有限元的土坡稳定性计算研究

针对传统土坡稳定性系数试算过于粗糙、未考虑岩土体应力应变特征的不足等问题,以提出一种更为合理的边坡稳定性计算方法为目标,对标准的萤火虫算法(Glowworm Swarm Optimization,GSO)进行改进,加入高斯白噪声扰动策略,增强了算法的全局寻优能力,提出一种改进萤火虫算法(Gauss Glowworm Swarm Optimization,GGSO)。通过标准函数测试表明了新方法的有效性。三个标准函数的测试结果显示:GGSO的寻优效果较GSO大幅度提升;通过有限元应力法计算土坡稳定性系数,并以圆心和半径为自变量,将边坡稳定性计算转化为一个完备的数学优化问题,该优化问题可通过GGSO求解。通过均质土坡和非均质土坡算例验证提出方法的有效性,结果表明:提出的边坡稳定性计算方法能够获得合理的边坡稳定性系数值。最后将提出的边坡稳定性计算方法用于许卡滑坡土质边坡的稳定性计算之中。研究成果对土坡稳定性分析具有一定的参考价值。     

改进传递系数法在边坡稳定性分析中的应用

传递系数法是我国常用的边坡稳定性分析方法,具有适用范围广、计算方法简便的特点,但此法计算结果偏于保守。为了充分发挥传递系数法的特点与优势,使计算结果更加符合实际工程情况,在传统算法基础上,将锚索锚固力均匀分布在锚索所穿过的坡体单元上,即锚固力不视为集中力,而是锚墩处沿锚固方向以一定角度向滑动裂缝面扩散,进而得出基于改进传递系数法预应力锚索锚固力计算公式。结合某边坡工程与传统传递系数法进行对比分析,并运用ＭＩＤＡＳ／ＧＴＳ软件对加锚后的边坡进行数值模拟。结果表明:改进后传递系数法计算的抗滑力相对较大,剩余下滑力计算结果与传统算法比较相对较小。改进后的预应力锚索锚固力的分配情况较合理,不会出现应力集中,安全系数合理,更符合实际工程情况。     

节理岩体陡倾高边坡抗滑稳定性研究

在分析岩体节理裂隙发育的陡倾高边坡的抗滑稳定性时,滑移模式的确定和计算方法的选择是非常重要的。以吉林台一级水电站联合进水口引渠左侧边坡的抗滑稳定性计算为例,在对岩体结构面的几何特征进行系统统计分析的基础上,探讨了边坡的失稳模式,并用Sarma法对该边坡进行了稳定性复核。     

基于GA-BP算法的岩质边坡稳定性和加固效应预测模型及其应用研究

针对岩质边坡稳定性预测及加固效应具有的非线性和非明确性等特征,为了准确的预测稳定安全系数和加固效应,采用在实际工程中较为常见的二折线滑动面边坡概化模型,以边坡潜在滑块高度、上下滑动面倾角、坡面倾角、滑块面积,以及上下滑动面的黏聚力和摩擦系数作为影响因素,进行基于强度折减法的数值计算获得安全系数,得到足够数量的样本。然后利用遗传算法GA优化BP神经网络的权值和阈值,建立边坡稳定性的安全系数GA-BP预测模型,将其预测结果与标准BP神经网络进行对比分析。在此基础上,建立混凝土置换加固和锚索加固的方案优化方法。最后,将该方法应用于白鹤滩水电站泄洪洞出口边坡典型剖面在天然和开挖状态下的安全系数预测,并分别对混凝土置换加固和锚索加固进行了方案优化。结果表明:GA-BP神经网络模型精度更高,收敛速度更快,比使用标准BP网络模型的效果更优。研究成果对边坡稳定性评价和加固方案优化具有参考意义。