可靠度理论在岩质边坡楔形体破坏反分析中的应用

以可靠度理论为基础,分别对以安全系数和破坏概率为目标的反算法进行讨论。根据楔形体破坏极限状态函数,运用Monte Carlo方法对一核电工程基坑边坡楔形体破坏进行反分析,用破坏概率表征破坏边坡的临界状态,指出以临界安全系数为目标的反分析法存在的不足,认为直接以破坏概率作为反算目标更为简单合理,并结合工程实例讨论黏聚力和内摩擦角的变异系数、截尾位置、相关系数等参数设置对反算结果的影响。研究结果表明,采用反算法得出的结构面抗剪强度值更符合实际,对工程实践具有指导意义。     

土坡系统可靠度分析

基于可靠度分析理论,利用蒙特卡洛法,对某土坡可靠度稳定性进行数值模拟,分别进行了系统可靠度和常规可靠度分析,讨论了粘聚力和摩擦角相关性对失效概率的影响,并将二者进行对比,分析结果表明:系统可靠度分析比常规可靠度分析方法所得的结果偏大。     

边坡稳定有限元可靠度分析的有限步长迭代法

边坡稳定一阶可靠度分析的常用方法是验算点法,该方法在求解可靠指标时需要进行迭代计算。但是,对于边坡稳定的有限元可靠度分析,其功能函数形式常为高度非线性的,采用常规的验算点法可能会出现迭代计算不收敛、无法计算可靠指标的问题。将结构可靠度分析中的有限步长迭代法引入边坡稳定的有限元可靠分析,探讨有限步长迭代法中初始步长及步长调整系数的取值方法。在边坡的可靠指标计算方面,采用以基于滑面应力分析的弹塑性随机有限元理论为基础的方法。其中功能函数的形式是以考虑滑面方向的Mohr-Coulomb屈服准则来建立的;导数的求解采用的是基于增量切线刚度法及Aitken加速算法的偏微分法;边坡整体可靠指标取的是所有可能滑面的可靠指标的最小值。算例分析表明,将有限步长迭代法用于边坡稳定的有限元可靠度分析是可行的,该方法可保证在功能函数为高度非线性时可靠指标的迭代计算也能收敛,而且收敛速度较快,从而大大提高有限元可靠分析的计算速度。     

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。     

边坡稳定的有限元可靠度计算及敏感性分析

假定边坡岩土体为满足Mohr-Coulomb屈服准则的理想弹塑性体,以基于滑面应力分析的弹塑性随机有限元理论为基础,采用增量初应力法及偏微分技术,求解边坡体中的应力以及应力对基本变量的导数;建立考虑滑面方向的功能函数,基于一阶可靠性分析方法,对整个边坡的可靠度进行分析,计算边坡的整体可靠指标,为边坡的稳定性评价及防治提供重要依据。由于边坡稳定的有限元可靠度计算工作量较大,故应进行参数的敏感性分析。推导基本变量相关时在原始空间中求解可靠指标对参数敏感性的计算公式,其优点是无需求解转换矩阵,计算更加简单直接。考虑到基本变量的单位不同,提出可靠指标对随机变量分布参数的相对敏感性分析计算公式,并将之用于边坡稳定的有限元可靠度分析。算例分析结果表明：该方法与基于有限元强度折减法得出的可靠指标基本一致;一阶可靠性方法所求可靠指标比均值一阶可靠性方法的稍大;参数c,φ对可靠指标的相对影响比其他参数的影响要大得多;随着c,φ间负相关系数的增加,其对可靠指标的影响也相应增加。     

蒙特卡罗法在边坡可靠度分析中的应用

针对某均质边坡,采用简化Bishop法和Morgenstern-Price法计算滑动面的安全系数,对给定的滑动面进行了不同抽样次数的比较分析,选取了不同的土性随机参数进行计算,并进行了最大失效概率滑动面的搜索,得出了一些有意义的结论。     

考虑锚杆腐蚀作用的岩质边坡系统可靠度分析

 锚杆腐蚀是导致锚固工程事故的重要原因之一,为此,主要研究锚杆腐蚀作用对锚固岩质边坡系统可靠度的影响。首先,在系统分析现有钢筋腐蚀模型及锚杆腐蚀试验数据基础上,确定锚杆腐蚀模型。分析与腐蚀作用相关的锚杆自由段屈服失效模式和锚固段锚杆与注浆体界面黏结失效模式,进而确定相应的锚固边坡失效模式。给出基于蒙特卡洛模拟的边坡时变系统可靠度分析方法,并以锚固岩质边坡为例证明所提方法的有效性。结果表明：K. A. T. Vu和M. G. Stewart提出的钢筋腐蚀模型适用于分析处于密闭潮湿和干湿交替环境条件之间的锚杆腐蚀作用。在锚杆服役的前期,自由段锚杆的腐蚀作用对边坡稳定性的影响较大,而在后期锚固段锚杆的腐蚀作用对边坡稳定性的影响开始变得较大,并且锚杆服役后期锚固力和边坡系统失效概率的变化幅度明显大于前期。边坡系统失效概率随锚杆握裹层厚度的增加而减小,随注浆体水灰比的增加而增大,当握裹层厚度和水灰比达到一定值时,边坡系统失效概率随时间增大的程度并不明显。     

基于n维等效方法的岩质边坡楔体稳定体系可靠度分析

 提出岩质边坡楔体稳定体系可靠度分析的n维等效方法,建立考虑多失效模式相关的楔体稳定体系可靠度分析的概率故障树模型。采用四参数b 分布来描述可靠度分析中基本随机变量的分布。最后采用n维等效方法计算楔体稳定体系可靠度,并着重分析随机变量敏感性分析的3个层次及不同层次上的可靠度对基本随机变量的敏感性。结果表明,n维等效方法计算的楔体体系失效概率均在Cornell简单上下限法的范围内,它能够有效地评价楔体体系可靠度。概率故障树模型能够清晰直观地模拟多失效模式相关的楔体体系可靠度问题,忽略失效模式间的相关性将会明显高估楔体体系失效概率。此外,黏聚力和内摩擦角之间的负相关性对边坡的可靠度具有有利的影响。随机变量敏感性分为单一极限状态方程、单一失效模式以及体系可靠度3个不同的层次,在研究随机变量敏感性时必须明确相应的分析层次。水压力和结构面产状的敏感因子较大,因此布置良好的边坡排水系统以及进行详细的地质勘测工作是提高楔体可靠度有效的方法。研究成果为边坡风险分析奠定了一定的基础。     

边坡的弹塑性有限元可靠度分析

以弹塑性有限元理论和可靠度理论为基础,基于偏微分技术及增量初应力法,对采用Mohr-Coulomb屈服准则的边坡土体进行了弹塑性随机有限元可靠度分析,比较了基于强度折减法和基于滑面应力分析的弹塑性随机有限元分析法的异同:前者编程简单,可利用现有大型有限元计算软件计算边坡的整体可靠指标,但不能确定边坡中相应的潜在滑动面的位置,计算量较大,运算速度较慢;后者可以同时求出边坡的整体可靠指标及潜在滑动面的位置,运算速度快,但编程复杂。文中还研究了基于滑面应力分析的弹塑性随机有限元可靠度分析方法中滑面可靠指标的4种计算方法,比较了不同功能函数形式对边坡可靠指标及滑面位置的影响,指出采用考虑滑面方向的功能函数形式来求解可靠指标的方法3与基于强度折减法的可靠度分析本质相同,较为合理。     

考虑多失效模式相关的岩质边坡体系可靠度分析

 岩质边坡稳定的可靠度分析中包含多个相关的失效模式,传统的岩质边坡体系可靠度分析方法不能有效地考虑多失效模式相关的体系可靠度问题。为此,提出考虑多失效模式相关的岩质边坡平面滑动的体系可靠度分析方法。建立考虑多失效模式相关的岩质边坡平面滑动体系可靠度分析的概率故障树模型。采用b分布描述岩质边坡稳定分析中张裂缝的位置、岩体的黏聚力和内摩擦角。张裂缝中充水深度用截尾指数分布来描述。采用自适应重要抽样方法计算岩质边坡平面滑动的体系可靠度,并进行随机变量分布参数的敏感性分析。算例结果表明,概率故障树模型能够有效地分析岩质边坡多失效模式相关的体系可靠度问题,如果不考虑失效模式间的相关性对边坡体系可靠度的影响,岩质边坡的体系可靠度将会被低估。岩质边坡2个块体之间不发生相互作用的可能性明显地比2个块体之间发生相互作用的可能性要高。建议在进行岩质边坡体系可靠度分析时将张裂缝中充水深度系数取为区间[0.0,1.0]内的截尾指数分布。此外,变量的均值敏感性因子和标准差敏感性因子都表明,张裂缝中充水深度和张裂缝位置对边坡的体系可靠度影响最大,因此设置良好的边坡排水系统以及进行详细的地质勘测工作是提高边坡稳定性的有效措施。变量的均值和标准差敏感性因子之间是高度相关的,它们都可以用来识别最敏感的随机变量。     

System Reliability of Slopes by RFEM

In a probabilistic slope stability analysis, the failure probability associated with the most critical slip surface (the one with the minimum reliability index) is known to be smaller than that for the system that comprises all potential slip surfaces. The first order reliability method (FORM) targets the minimum reliability index related to the critical slip surface, and thus cannot be used to predict the system reliability of slopes, except when all possible slip surfaces are perfectly correlated. It is shown in this paper that the random finite element method (RFEM), which uses elastoplastic finite elements combined with random field theory in a Monte-Carlo framework can accurately predict the system probability of failure (p_f) of slopes.     

基于DEM-SRM和盲数理论的边坡地震稳定可靠性分析

针对地震作用和边坡岩土体参数的多种不确定性,采用离散元强度折减法和盲数理论提出了一种边坡地震稳定可靠性分析方法.首先,基于离散元强度折减法和拟静力法计算分析地震作用下边坡的安全稳定状态,并结合响应面法和蒙特卡洛法建立地震边坡的极限状态方程,其次,运用盲数理论对边坡岩土体参数进行盲数化处理,并进一步建立地震边坡的安全系数...     

基于Monte-Carlo法的土坡抗震可靠度分析

结合Morgenstern-Price条分法和Monte-Carlo数值模拟方法,采用拟静力的方法考虑水平和竖向地震加速度的作用,运用可靠度理论分析了地震效应和土性参数对土坡稳定性的影响,且将常规的可靠度分析结果和考虑土性参数空间变异性的可靠度分析结果进行了对比,计算结果表明:水平地震加速度、土性参数及其空间变异性对土坡稳定性具有显著的影响.     

山区公路边坡稳定性参数敏感性分析

以湖南省常吉高速公路某路段左侧边坡为依托,通过相关地质资料分析,选取了对边坡稳定性影响较大的坡度、坡高、粘聚力、内摩擦角和弹性模量五个指标。并借助于有限元强度折减模块,采用单因素敏感性分析方法进行了边坡稳定性影响参数敏感性分析并比较分析结果。结果表明:常吉高速公路边坡的稳定性参数相对于边坡安全系数的敏感性排序从大到小依次为:坡度、坡高、内摩擦角、粘聚力、弹性模量,边坡的失稳主要依赖于坡度和坡高,此为山区公路边坡稳定性评价分级和针对性地防治设计起到了指导作用。     

土石坝坝坡稳定分析浅议

土坝稳定分析的目的是保证土坝在自重、渗漏压力、孔隙压力和其他外荷载的作用下,具有足够的稳定,不致发生通过坝体或坝基接触面的整体剪切破坏。本文详细论述求解土石坝坝坡稳定过程,明确坝坡抗滑稳定求解的意义和目的。     

某岩质边坡地质调查及稳定性分析

通过具体工程实例,对某矿山开挖山体岩质边坡进行了地质调查,对其稳定性进行了分析和评价;通过现场采取的岩样、尾矿砂样进行实验室化验得到的岩土参数,并用FLAC3D的模型计算,对开挖山体边坡的危岩掉块或滑塌提出了治理方案。     

Reliability-Based Seismic Deformation Analysis of Reinforced Soil Slopes

The paper describes a precise technique to compute the limit state exceedance probability of typical earth slopes and geosynthetic-reinforced soil (GRS) slopes using a low-discrepancy sequence Monte Carlo (LDSMC) method and an importance sampling with low-discrepancy sequence Monte Carlo (ISLDSMC) method. The LDSMC and ISLDSMC methods can efficiently compute the accurate limit state exceedance probabilities of typical earth slopes and GRS slopes with a limited number of simulations. This study presents a practically useful nomogram of seismic deformation and limit state exceedance probability with variable slope heights, backfill soil properties, and geometries. A simple estimation of the limit state exceedance probability of the GRS slopes is given based on the results of the conventional deterministic analysis. The results of these analyses show that the LDSMC and ISLDSMC methods are practically useful, efficient, and accurate for the limit state exceedance probability calculation.     

岩质边坡在地震荷载作用下的动力响应分析

在动力有限元理论的基础上,运用ANSYS软件对石家庄至武汉铁路客运专线岩质边坡进行地震荷载作用下的动力响应分析。获得了位移、加速度和锚杆(索)轴向力放大系数及其变化规律,结果表明:边坡对地震加速度存在放大作用,坡顶水平向峰值加速度为5.13 m·s^-2,约为输入地震峰值加速度的1.6倍,锚杆(索)框架梁支护能有效地提高岩质边坡的动力稳定性,具有良好的抗震效果。研究结果对岩质边坡的抗震设计具有一定的借鉴意义。     

附加荷载对边坡稳定影响的二维有限元分析

坡顶附加荷载是边坡失稳的一个极其重要的诱发因素。采用Geo-Studio分析软件,在不同荷载大小、不同作用位置以及不同的荷载作用长度三种情况下对边坡的稳定性进行对比分析。研究发现,对于不同的荷载大小,荷载边界距离坡顶边界约5m以上为安全范围。当荷载边界移至距坡顶边界5m范围以内时,边坡的安全系数出现骤降,荷载越大,安全系数降幅就越大。对于同一荷载大小,荷载作用长度对边坡的稳定影响不显著,荷载边界距坡顶边界始终为约5m以上的安全范围。对于工程上路堤填方,坡顶临时堆放材料以及新建构筑物等工程的实施具有极其重要的参考价值。     

楔形住宅 鲸鱼海滩 1999-2001

楔形住宅位于陡坡上,鸟瞰大海和悉尼北部海滩满是岩石的海岸线。两个交叉的楔形生成了别具一格的房子,楔形交叉的地方是房子的入口。在入口处,两个楔形向相反的方向延伸,砖石楔形深入土里,而较轻的木质楔形朝大海和天空的方向延伸。木质楔形位