小浪底进水口边坡的可靠度分析中若干规律的探讨

结合小浪底工程,采用可靠度分析的JC法,对小浪底进水口边坡的抗滑稳定计算的可靠度进行了分析.得出了泥化夹层的抗剪强度指标的均值及变异系数等参数对可靠指标的不同影响,讨论了可靠指标和安全系数之间的关系,利用相应的抗剪强度指标计算得到的小浪底进水口边坡的可靠度有所提高.     

考虑参数空间变异性边坡可靠度分析的Kriging方法

提出了考虑土体参数空间变异性边坡可靠度分析的Kriging方法.采用拉丁超立方抽样方法产生样本点,通过Karhunen-Loève(KL)级数展开方法离散土体抗剪强度参数相关对数随机场.基于有限元滑面应力法计算边坡安全系数,利用Kriging模型的优良特性拟合边坡可靠度分析的功能函数,在此基础上采用蒙特卡洛方法计算边坡失效概率,并编写了计算程序.最后研究了该方法在2个边坡可靠度分析中的应用.结果表明:与其他方法相比,该方法在考虑土体参数空间变异性的边坡可靠度分析中不仅计算效率高,而且精度也较好,为解决复杂边坡可靠度问题提供了一种新的有效的分析工具.忽略土体参数空间变异性并不一定会导致对边坡可靠度的保守估计,同时应准确地估计抗剪强度间的互相关性.     

边坡系统可靠度区间估计方法

提出了一种高效边坡系统可靠度区间估计方法 .首先,介绍了边坡系统可靠度点估计方法,采用Copula理论构建了抗剪强度参数相关结构并在此基础上提出Copula空间的子集模拟方法 .其次,采用Bootstrap方法模拟了土体抗剪强度参数的统计不确定性.最后,基于以上方法提出了边坡系统可靠度的区间估计方法,并以一个均质边坡算例进行了说明.结果表明:子集模拟方法能够在准确估计边坡系统可靠度的同时大幅提升计算效率;Bootstrap方法可以较好地模拟土体抗剪强度参数的统计不确定性;考虑到抗剪强度参数的统计不确定性,不应仅仅将边坡系统可靠度表征为单一可靠度指标,而是应表征为具有一定置信度水平的置信区间;随着样本数目的增多,边坡系统可靠度指标的置信区间会随之变窄;随着边坡失效安全系数阈值的增大,其系统可靠度指标的均值将会减小,同时其系统可靠度指标的置信区间也将会随之变窄.     

基于稳定安全系数的路基边坡可靠指标快速估算

路基边坡稳定可靠性分析过程复杂，建立可靠指标\beta快速估算方法有助于概率分析技术在工程中推广。采用Fellenius极限平衡法与Monte Carlo模拟，开展常用坡率下简单土质边坡稳定可靠度计算，研究β随坡高h和强度参数变异系数δc、δφ变化规律；运用无量纲化和多元非线性回归技术，构建基于稳定安全系数Fs与强度参数均值c、φ的β估算方程，分析回归系数随h和δc、δφ变化趋势，讨论β估算偏差受Fs及c、φ影响规律。研究表明：β与Fs总体呈现负幂函数增大趋势，其界限值满足β_d^u=a_d^u(1- Fs^{{-b}_d^u})关系式，拟合参数a_d^u、b_d^u主要受强度参数变异水平影响，呈负指数幂函数、负线性函数变化规律；对内摩擦角和黏聚力进行无量纲化处理，采用幂函数与对数组合获得的\beta估算模型能较好描述坡高、强度变异性及稳定安全系数的综合影响；估算偏差Δβ受强度参数变异水平影响大于坡高，在φ≤18.52+1.5c-0.17c^2条件下的Δβ≥0.5，为估算风险区域，相应的Fs≤1.377。提出的显式估算方法对路基边坡稳定可靠性的快速、准确评估具有重要参考价值。     

改进的一次二阶矩方法在基坑抗隆起稳定可靠度评价中的应用

评价抗隆起稳定性是软土基坑支护设计中一项重要工作.传统的安全系数法无法考虑到岩土参数不确定性对抗隆起稳定的影响,为此基于可靠度理论,以土体参数γ、c、φ为随机变量,利用改进的一次二阶矩法计算软土基坑抗隆起稳定可靠性指标.通过基坑工程实例,分别采用可靠度和安全系数法评价了基坑抗隆起稳定性,分析了土性指标的均值和变异性对基坑抗隆起稳定可靠指标的影响.结果表明,采用改进的一次二阶矩可靠度计算方法评价基坑抗隆起稳定性具有科学性和合理性,基坑抗隆起稳定可靠指标β对参数均值变化的敏感性明显大于安全系数Fs.土性指标φ的变异性对基坑抗隆起稳定可靠指标β的影响最大,c的变异性影响次之,γ的变异性对β的影响最小.     

考虑土体参数非平稳特性下开挖边坡稳定性可靠度分析

基于极限分析上限法和随机场理论,采用蒙特卡洛模拟针对不排水条件下开挖边坡的稳定性开展可靠度分析。黏土不排水抗剪强度被模拟为非平稳随机场,并在参数敏感性分析中重点研究了非平稳程度和变异系数对边坡可靠度指标的影响。其中,将随机场中边坡的失效模式分为三类,研究了不同随机参数输入组合下每种失效模式的发生概率。结果表明边坡的可靠度指标随着非平稳程度的增加而增加,随着变异系数的增大而减小。结果显示,土体的空间变异性对边坡的失效模式影响显著。在考虑的随机参数组合下,失效模式以深部破坏模式为主,并且随着非平稳程度和变异系数的增加,深部破坏模式的发生概率逐渐降低,但坡趾破坏和深部坡趾破坏模式的发生概率增加。     

参数特性及分布形式对边坡稳定可靠性的影响分析

边坡工程中存在着大量的不确定性因素,常用的定值安全系数法不能反映不确定性因素的影响。本文采用概率方法研究了极限状态方程、土性参数变异性及其分布形式对边坡稳定可靠性的影响,并进行了参数敏感性分析,比较了概率可靠度与非概率可靠度所计算的可靠指标的差异。结果表明,在基于概率的边坡稳定性分析中,简化Bishop法比瑞典条分法更合理;土性参数变异性及分布形式对边坡稳定可靠性影响较大,当参数分布形式无法准确描述时可保守假设参数c、φ分别服从对数正态分布和学生-T分布。非概率可靠度分析方法能简单有效地解决参数样本少、分布形式难于确定的问题,是概率可靠度分析方法的有效补充。     

基于非平稳随机场的水泥土堤坝边坡可靠度分析

采用水泥固化疏浚淤泥作为堤坝填料往往会使堤坝土体参数具有较高的变异性;同时,在水泥土堤坝填筑过程中,通常设置水平排水板加速土体排水固结,这使得主固结完成后水泥土强度随排水板位置呈现一定空间变化趋势,通常的平稳或准平稳随机场模型很难表征这一趋势。为此,提出一种不排水抗剪强度垂直排水板方向衰减的非平稳随机场模型,并以水泥土堤坝边坡为例,结合强度折减法和蒙特卡洛模拟,对比提出的非平稳随机场模型和传统平稳随机场模型、深度趋势非平稳随机场模型对边坡安全系数和滑动面分布的影响,讨论模型中趋势参数对可靠度的影响。结果表明:平稳随机场模型及深度趋势非平稳随机场模型的计算结果偏于危险,提出的非平稳随机场模型既能考虑土体不排水抗剪强度沿深度方向的趋势项与随机波动项,又能考虑其沿垂直排水板方向的衰减趋势,与现有研究符合较好。     

边坡失效概率分布特性影响因素研究

受诸多因素的影响,边坡失效概率不是定值,实际上是具有一定置信度水平的置信区间分布的.以无限边坡为例,借助Bootstrap法判定抗剪强度参数最优边缘分布函数,采用Copula函数描述抗剪强度参数间互相关性,构建抗剪强度参数的联合分布函数,并从分布特性的角度研究了抗剪强度参数联合分布函数、边坡稳定性设计控制标准及参数变异水平对边坡失效概率的影响.研究表明:针对本算例,五类联合分布函数所得失效概率相近,其中No.16函数所得失效概率相对较大,Gaussian函数所得结果相对较小, Copula加权组合函数所得失效概率精确度相对较高;随着边坡设计控制标准的提高,则边坡稳定安全系数取值不断增加,边坡失效概率逐渐减小且趋近于0;边坡失效概率均随δ_φ的增加而增加,随δ_c的增加呈"增加-减小-增加"的趋势,并且边坡失效概率对内摩擦角φ的变异水平较黏聚力c更为敏感.     

横观各向同性在抗滑桩加固边坡中的应用

讨论了土体强度横观各向同性和非均质性,分析了考虑强度横观各向同性与非均质性边坡的计算方法。采用极限平衡法推导出考虑强度横观各向同性与非均质性边坡稳定计算公式,对安全系数计算方法中土体抗滑力矩与抗滑桩抗滑力矩计算公式进行了修正,得到了同时考虑土体强度横观各向同性与非均质性抗滑桩加固边坡的计算方法。通过实例验证,得到当假定水平粘聚力不变,在考虑土体强度横观各向同性时计算安全系数相对误差小于不考虑土体强度横观各向同性边坡。在实际抗滑桩加固边坡工程中考虑土体强度横观各向同性是必要的。     

山西乡宁—吉县地区黄土高边坡可靠度研究

在山西乡宁—吉县地区实测了7个具有代表性的自然极限状态黄土高边坡断面,建立边坡地层结构模型; 选取研究区合理的黄土物理力学参数,并分地层年代对10个典型工点的黄土强度参数内聚力和内摩擦角的变异性进行分析; 选取6组典型的强度参数变异系数组合,基于Monte-Carlo法进行可靠度模拟,评价该区边坡稳定性; 采用自然类比法进行边坡设计。结果表明:边坡失效概率随坡高的变化趋势一致,均是中等坡高(49.8 m)的边坡失效概率较大,低坡和高坡的失效概率较低; 当变异系数较小时,边坡失效概率对坡高和坡度的变化敏感,而当变异系数较大时,边坡失效概率对坡高和坡度的变化不敏感; 当坡型一定、强度参数变异系数较小时,边坡的稳定系数基本不变,而当参数变异系数超过某一界限时,稳定系数随变异系数的增大而增大,二者存在非线性相关关系; 研究区黄土边坡处于基本稳定状态,但其失效概率最大达69.3%,平均21.1%,介于20%～30%的比例为33.3%,大于30%的比例为14.3%,可靠度指标介于-0.5～8.5,其中小于2.7的比例为88.1%; 对于坡高约为50 m的黄土高边坡,若取30%作为可接受失效概率,边坡坡度需降至45°以下,如果期望可接受失效概率在10%以内,则坡度不宜超过34°。     

铁路路堑高边坡的长期稳定评价方法及分级预警方法

在铁路建设与运维中,由于工程地质条件、自然及施工环境条件等因素影响,路堑高边坡安全一直是铁路工程重点关注的问题。针对铁路路堑高边坡的长期稳定性问题,详细分析了边坡的安全系数与变形关系、岩土体的长期强度与时间关系,建立了边坡安全系数剪切变形时间关系模型,提出长期稳定安全系数、变形速率幂次值、位限指数等3个路堑高边坡长期稳定性评价指标,以及高边坡安全稳定四级预警方法与高边坡安全稳定八级预警方法,并明确了不同预警等级下建议采取的应急处理措施。通过实际工程监测数据对铁路路堑高边坡瞬时稳定安全系数、长期稳定安全系数、长期累积变形状态进行系统分析,确定了该路堑高边坡的风险预警分级。     

Reliability analysis of supporting pressure in tunnels based on three-dimensional failure mechanism

Based on nonlinear failure criterion,a three-dimensional failure mechanism of the possible collapse of deep tunnel is presented with limit analysis theory.Support pressure is taken into consideration in the virtual work equation performed under the upper bound theorem.It is necessary to point out that the properties of surrounding rock mass plays a vital role in the shape of collapsing rock mass.The first order reliability method and Monte Carlo simulation method are then employed to analyze the stability of presented mechanism.Different rock parameters are considered random variables to value the corresponding reliability index with an increasing applied support pressure.The reliability indexes calculated by two methods are in good agreement.Sensitivity analysis was performed and the influence of coefficient variation of rock parameters was discussed.It is shown that the tensile strength plays a much more important role in reliability index than dimensionless parameter,and that small changes occurring in the coefficient of variation would make great influence of reliability index.Thus,significant attention should be paid to the properties of surrounding rock mass and the applied support pressure to maintain the stability of tunnel can be determined for a given reliability index.     

草及灌木根系对不同土质边坡稳定性影响分析

通过建立土边坡有限元模型,运用强度折减法,针对砂、粘土两种土质边坡及有无降雨情况,分析植被根系对不同土质边坡稳定性的影响。结果表明:植被根系能有效的提高边坡的安全系数;坡角的变化不影响植被根系对边坡安全系数的提高;在降雨条件下,边坡稳定性会有一定程度的降低,但植被根系仍能提高边坡的安全系数。     

强降雨条件下含软弱夹层粘性土坡稳定性分析

为了分析含软弱夹层粘性土坡在强降雨条件下的稳定性,结合某失稳边坡工程现场实际调研资料,基于饱和非饱和渗流与非饱和抗剪强度理论,提出了一种新的含软弱夹层粘性土坡稳定性分析方法,并利用该方法分析了强降雨条件下边坡的渗流特性及安全系数变化规律。分析结果表明：降雨入渗先在边坡软弱夹层内形成暂态饱和区,且当坡顶入渗的雨水未渗流至软弱夹层时,夹层内暂态饱和区中的雨水会沿夹层上表面向着坡顶方向渗流;降雨入渗过程中,边坡基质吸力与铅直有效应力之间存在严格的正相关变化关系;随着降雨历时的增加,塑性区首先在软弱夹层内部贯通,然后向坡顶扩展,边坡安全系数逐渐降低;降雨停止一段时间后,由于坡顶入渗雨水的补给,软弱夹层内局部将仍存在暂态饱和区,此时,塑性区面积会由坡顶向软弱夹层内部减小,再由夹层内部至坡面逐渐缩减,但边坡安全系数并未明显上升;根据数值计算结果可将粘性土坡失稳过程分为夹层软化、夹层挤压、拉伸裂缝、坡顶沉降和断裂滑移等5个阶段。因此,为了降低强降雨对边坡稳定性的影响,在含软弱夹层粘性土坡支护设计时应着重考虑边坡排水系统的合理布设。     

边坡强度参数对于稳定性影响的极限平衡法分析

为了研究岩土体抗剪强度参数对边坡稳定性的影响,通过理论推导和Bishop极限平衡法计算,分别改变岩土体的粘结力c和内摩擦角,探讨边坡安全系数和滑动面的变化.结果表明：粘结力或内摩擦角改变时,边坡的安全系数将发生变化,而滑动面的变化受函数η-c的影响,η-c与粘结力和内摩擦角有关.当η-c为定值时,滑动面不随抗剪强度参数的变化而变化;当η-c增大时,边坡的滑动面从近坡面逐渐向边坡内部移动;反之,η-c减小时,边坡的滑动面从边坡内部向近坡面移动.研究结果为边坡稳定性分析的理论和实践研究提供了参考.     

基于Monte-Carlo法的边坡可靠性分析

为了研究土性参数中粘聚力系数c和内摩擦角φ对边坡可靠度指标β的影响,在传统的极限平衡原理Bishop法的基础上,结合可靠度分析方法中的MonteCarlo法,通过MATLAB来实现以上的分析过程。结果表明：粘聚力系数c的变异系数δc以及内摩擦角φ的变异系数δφ与可靠度指标β呈负相关。     

考虑土体参数空间变异性的边坡稳定性研究

为考察土体强度参数空间变异性对评价边坡稳定的影响, 以及使用概率方法评价对边坡稳定的适宜性, 以简易Morgenstern-Price法对土体参数空间变异性条件下的边坡稳定性进行了计算分析.通过Karhunen-Loève法对参数的空间协方差矩阵进行正交分解,并使用拉丁超立方抽样法和Cholesky法对空间场进行优化处理,确定了边坡土体的强度参数空间样本取值,完成了空间随机场的生成;以简易Morgenstern-Price法对参数空间变异边坡进行安全系数求解和破坏概率计算.对生成土体参数的抽样检验发现,拉丁超立方抽样和Cholesky分解共同使用后生成的抽样样本能很好地吻合目标分布.边坡稳定性计算分析显示,在抽样计算所得的边坡失稳收敛概率与Monte Carlo方法非常接近的情况下,抽样随机场能极大地降低模型达到收敛所需的计算次数,表明抽样方法用来计算边坡的失稳概率是可行的.对给定边坡的概率性失稳的研究表明：单独使用安全系数或者失效概率都无法完整地对边坡稳定性作出评价,只有同时使用两者,边坡的安全评价才会更加安全有效.     

改良滨海盐渍土物理性质及水稳定性试验研究

通过室内试验研究了滨海盐渍土及改良滨海盐渍土的比重、塑限、液限、塑性指数、最大干密度、最优含水量等物理性质指标;以无侧限抗压强度试验为依据研究改良盐渍土在养护龄期7、14、28、60 d的无侧限抗压强度;并以养护龄期14 d改良盐渍土试样为例,研究不同浸水时间(1、4、7、14 d)下改良盐渍土的浸水稳定性。试验结果表明:比重、液限、塑性指数和最大干密度随着掺合料总掺量增大基本呈线性减小。塑限和最优含水量随着掺合料总掺量增大基本呈线性增大。改良盐渍土无侧限抗压强度随养护龄期和掺合料总掺量增长都呈增长趋势。随着浸水时间的增长,改良盐渍土的无侧限抗压强度减小;随着掺合料总量的增加,改良盐渍土无侧限抗压强度基本呈线性增加;各配比水稳系数随着养护龄期的增长而增长;随着掺合料总掺量的增加,改良盐渍土无侧限抗压水稳系数基本都是呈线性增加;随着浸水时间增加,质量损失率范围越来越大;随着掺合料总掺量的增加,改良盐渍土质量损失率基本都是呈幂函数减小。