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。     

基于简化的Bishop法的河道边坡可靠度分析

传统的极限平衡方法常将边坡中力学参数取为定值,通过求解安全系数来衡量边坡稳定性。忽略了实际工程边坡力学参数取值的不确定性。本文以巢湖流域派河段典型河道边坡为例通过河道边坡饱和状态下对应的简化Bishop安全系数公式积分形式,并基于可靠度理论建立考虑土体力学参数不确定性的简化Bishop安全系数积分形式的功能函数,利用改进响应面法及改进的一次二阶矩法研究不同坡度条件下边坡可靠度指标。研究结果表明,今后应从综合考虑满足安全系数标准与边坡可靠度指标两个方面,对河道边坡工程进行安全性设计。     

基于FLAC3D的饱和-非饱和渗流场初始化方法

建立与真实状态相近的初始渗流场是正确分析边坡降雨入渗的重要前提。鉴于目前FLAC^3D中的饱和-非饱和渗流场初始化方法寥寥无几,提出并详细介绍了饱和-非饱和渗流场初始化的设置方法。根据5种分布形式的基质吸力,按照其基质吸力线性分布和非线性分布规律提出了2种对应的初始化方法:对于线性分布的基质吸力运用MIDAS建模和FLAC^3D内置FISH语言进行渗流场初始化设置;对于非线性分布的基质吸力,用函数来表示其复杂几何形态的地下水位面具有一定的难度,不适合大面积推广应用,将地下水位面简化成一平面后,可利用FISH语言编程进行渗流场初始化设置。通过与常规渗流场初始化方法的计算结果对比,初始渗流场对边坡降雨入渗最终计算结果有较大影响,初始渗流场与真实状态越相近,其计算精度越高。     

岩质边坡坡率与滑动面倾角对锚固效果的影响

以含结构面的岩质边坡为例,首先采用ANSYS进行建模与网格划分;之后使用FLAC^3D软件内置接触面语句,建立固定的滑动面倾角;最后采用强度折减法求解边坡的安全系数。通过对理论公式的推导与数值模拟结果的拟合,得出如下结论:①在岩质边坡中,通过理论推导,将最优锚固角定义为锚杆自由段承受最大抗滑力时所对应的锚固角。②当坡率固定时,锚固角与安全系数呈负相关关系,随着锚固角增大,安全系数逐渐减小;当滑动面倾角固定时,在最优锚固角状态下,边坡的安全系数随着边坡坡率的增大而减小。③当滑动面倾角固定时,锚固角与安全系数呈负相关关系,随着锚固角的增大,安全系数逐渐减小;当坡率固定时,在最优锚固角状态下,随着边坡滑动面倾角的增大,安全系数先减小后增大。     

重力坝胶结面抗滑稳定性的综合评价方法

在传统的极限平衡法和基于解析式的可靠度分析方法的基础上,结合有限元可靠度分析方法,提出了"重力坝-胶结面-基岩"为整体的系统抗滑稳定性的多级多方法综合评价方法。通过对某在役重力坝胶结面抗滑稳定性进行综合分析,验证了方法的有效性。结果表明,传统的安全系数和可靠度分析方法计算结果偏保守;综合分析方法不但可以得到更加接近实际的安全状况,还能得到随机变量统计特征值的敏感性、失效破坏机理和过程,所得结论更为合理。     

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。     

基于有限元的边坡稳定可靠度改进一次二阶矩法研究

为研究岩质边坡岩体参数变化时的稳定性，提出一种基于有限元的边坡稳定可靠度改进一次二阶矩法。首先，针对边坡工程中广泛存在的隐式极限状态函数可靠性问题，定义极限状态函数为滑体极限状态下抗滑力与下滑力的差值，考虑黏聚力及内摩擦角作为随机变量并且服从独立正态分布，求出极限状态方程中随机变量的偏导数；然后，根据改进一次二阶矩法编写了求解边坡失稳概率和可靠指标的计算程序；最后，通过算例验证了所提方法的适用性。某库岸边坡可靠性分析结果表明，该方法具有计算流程简单、便于开展、节省机时、计算精度高的优点。     

Rosenblueth法在边坡可靠度分析中的应用

针对在确定具有最小可靠度指标的滑动面时蒙特卡罗法耗时长的问题,通过两个典型土坡,采用简化Bishop法计算滑动面的抗滑稳定安全系数从而构建了边坡可靠度分析的功能函数,利用圆弧构建潜在滑动面,利用Rosenblueth法计算每个潜在滑动面的可靠度指标,采用和声搜索算法搜索潜在滑动面的变化以寻求最小可靠度指标滑动面,并与常规极限平衡方法得到的最小安全系数对应的滑动面进行了比较。结果表明:简单均质土坡临界滑动面与最小可靠度指标滑动面基本重合,非均质土坡最小可靠度指标滑动面与临界滑动面相差较大,可靠度指标相差也较大,在具体应用时建议采用Rosenblueth法进行最小可靠度指标滑动面的确定。     

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。     

地震作用下土工格栅加筋高土石坝的稳定性分析

针对拟静力法得到最小安全系数评价边坡稳定性的局限性,通过有限差分软件FLAC^3D的二次开发平台,用FISH语言开发一个安全系数时程的计算方法。建立三维模型,使用修正的Mohr-Coulomb本构模型,通过安全系数时程分析土工格栅加筋高土石坝的坝坡稳定性。改变格栅的材料强度、格栅长度以及格栅的铺设间距等参数,研究格栅参数对安全系数的影响,确定土工格栅的最佳铺设方法。结果表明:动力安全系数时程图不仅可以从时程上分析安全系数,还可以分析坝坡破坏的起始时间;土工格栅弹性模量为2.5 GPa、满铺间距为4 m时加固效果最佳。根据模拟结果提供的土工格栅铺设方法加固双江口堆石坝,对比可研报告,模拟结果与报告规律基本一致,验证土工格栅铺设方法的合理性,模拟效果较好。     

基于正交试验和神经网络的堤防边坡抗滑稳定可靠度研究

对于功能函数不能显式表达的边坡类等复杂结构,不方便采用传统的可靠度理论计算其失效概率,因而采用BP神经网络模型代替边坡失效的隐式函数,通过神经网络强大的非线性拟合能力进而构造边坡抗滑稳定可靠度分析的功能函数,并结合蒙特卡洛方法计算边坡抗滑稳定的失效概率。采用正交试验选取网络训练所需的样本点,利用有限元强度折减法计算样本点的抗滑稳定安全系数。通过算例研究了以内摩擦角和黏聚力为随机变量的堤防边坡抗滑稳定的失效概率,验证了该方法操作的简便性与结果的合理性。     

Reliability analysis method for slope stability based on sample weight

The single safety factor criteria for slope stability evaluation,derived from the rigid limit equilibrium method or finite element method (FEM),may not include some important information,especially for steep slopes with complex geological conditions.This paper presents a new reliability method that uses sample weight analysis.Based on the distribution characteristics of random variables,the minimal sample size of every random variable is extracted according to a small sample t-distribution under a certain expected value,and the weight coefficient of each extracted sample is considered to be its contribution to the random variables.Then,the weight coefficients of the random sample combinations are determined using the Bayes formula,and different sample combinations are taken as the input for slope stability analysis.According to one-to-one mapping between the input sample combination and the output safety coefficient,the reliability index of slope stability can be obtained with the multiplication principle.Slope stability analysis of the left bank of the Baihetan Project is used as an example,and the analysis results show that the present method is reasonable and practicable for the reliability analysis of steep slopes with complex geological conditions.     

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。     

基于DE-LSSVM的地下洞室群支护参数智能优化

为解决大型地下洞室群三维支护优化计算量大、耗时长的问题,提出了一种基于差异进化算法(DE)和最小二乘支持向量机(LSSVM)的三维支护优化方法。该方法利用正交设计和FLAC^3D三维数值模拟构造学习样本,再用差异进化算法搜寻最优的LSSVM模型参数,由此构建支护参数与评价指标之间的非线性映射关系,最后用差异进化算法从一定约束条件下的全局空间中搜索最优的支护参数。利用该方法对某水电站地下洞室群上部开挖支护参数进行了优化,提出了经济合理的支护参数,确保了工程开挖稳定,说明该方法在大型地下洞室群三维支护优化中具有良好的应用价值。     

弹塑性各向异性损伤模型的FLAC3D开发与数值验证

探讨适用于硬岩的各向异性损伤模型在FLAC^3D中的实现方法。首先,基于不可逆热力学框架下的弹塑性损伤本构基本理论,结合弹塑性力学塑性势与非关联塑性流动法则,导出了弹塑性各向异性损伤本构模型的增量形式及损伤演化速率的计算公式,在此基础上,采用复合M-C准则并考虑黏聚力随损伤的逐步弱化,详细给出了该损伤模型在FLAC^3D中的实现流程并探讨了相关细节处理方法,编写了相应的DLL文件以供调用。进而,通过圆柱试样的压缩数值试验验证其正确性与合理性,结果表明该损伤模型能够较好地描述岩石材料的非线性力学行为;以一个概化的地下洞室分层开挖实例初步检验了模型的应用效果,计算所得洞周损伤较大部位与实际工程中直接或间接观测到的围岩损伤情况较为一致,由此表明以拉应变度量的损伤及其演化方程能够合理地反映硬岩的损伤本质。     

基于概率—模糊—区间混合模型和改进分枝限界法的重力坝可靠性分析方法

借助传统概率模型评估重力坝服役安全需明确参数的概率分布,而非概率区间模型所得结论难以准确度量重力坝服役可靠程度,因此,本文提出了基于概率-模糊-区间混合模型和改进分枝限界法的重力坝可靠性分析方法。基于原型、室内试验成果与安全监测资料,结合参数时变模型和区间反演分析方法,建立综合考虑随机变量、模糊变量和区间变量的重力坝可靠性分析混合模型;利用信息熵法和Karush-Kuhn-Tucker(KKT)最优化条件解耦混合模型,通过基于当量正态化法的验算点法(JC法)计算可靠指标;对传统分枝限界法加以改进搜索主要失效模式,采用Ditlevsen窄界限法计算体系可靠度,综合评估重力坝整体服役安全。工程实例分析表明,本文方法可求解多种不确定因素共存的重力坝可靠性分析问题,适用范围较广;计算结果仍为概率可靠指标,表明在符合重力坝运行规律的前提下所选定坝段存在滑动失稳的可能性,与大坝的实际服役情况相吻合。此外,建立的可靠性分析混合模型,经一定的改进和拓展后,亦可用于其他结构工程的可靠性分析。