Probabilistic analysis of ultimate seismic bearing capacity of strip foundations

This paper presents a reliability analysis of the pseudo-static seismic bearing capacity of a strip foundation using the limit equilibrium theory. The first-order reliability method (FORM) is employed to calculate the reliability index. The response surface methodology (RSM) is used to assess the Hasofer–Lind reliability index and then it is optimized using a genetic algorithm (GA). The random variables used are the soil shear strength parameters and the seismic coefficients (k_h and k_v). Two assumptions (normal and non-normal distribution) are used for the random variables. The assumption of uncorrelated variables was found to be conservative in comparison to that of negatively correlated soil shear strength parameters. The assumption of non-normal distribution for the random variables can induce a negative effect on the reliability index of the practical range of the seismic bearing capacity.     

建筑物沉降预测的改进Verhulst模型研究

为进一步提高灰色Verhulst模型的预测精度,将LS-SVM算法与灰色Verhulst模型相结合,对灰色Verhulst模型的参数估计方法和预测方法进行了改进。该方法采用LS-SVM算法,构造以背景值序列和原始序列为训练样本的LS-SVM,将Verhulst模型参数的估计问题转化为灰色LS-SVM的参数估计问题,依据LS-SVM算法求得灰色LS-SVM的参数,进而得到Verhulst模型的参数估计,方法上遵循了结构风险最小化原则,适合Verhulst小样本建模的特点。将改进的模型应用于软土地基建筑物的沉降预测,结果表明本文的方法是可行的且有效的,比传统方法预测精度高。     

基于承载力和沉降的条形基础稳定性区间非概率可靠性综合分析方法

 提出采用区间值表示土体力学参数取值,以反映参数取值的不确定性特征,并根据参数取值特性建立出相应参数的区间值确定方法。在研究地基承载力计算方法基础上建立条形基础承载力区间非概率可靠性分析模型,并以沉降计算方法为基础建立条形基础沉降区间非概率可靠性分析模型。运用区间理论与一维优化算法求解非概率可靠性指标,并采用可靠性评价准则对条形基础稳定性进行综合评价,从而建立出基于承载力和沉降的条形基础稳定性区间非概率可靠性综合分析方法,该方法能综合反映承载力和沉降对条形基础稳定性的影响。工程算例分析表明该方法具有一定的合理性,能完善条形基础稳定性的可靠性分析方法与理论。     

Investigation of feature contribution to shield tunneling-induced settlement using Shapley additive explanations method

Accurate prediction of shield tunneling-induced settlement is a complex problem that requires consideration of many influential parameters. Recent studies reveal that machine learning (ML) algorithms can predict the settlement caused by tunneling. However, well-performing ML models are usually less interpretable. Irrelevant input features decrease the performance and interpretability of an ML model. Nonetheless, feature selection, a critical step in the ML pipeline, is usually ignored in most studies that focused on predicting tunneling-induced settlement. This study applies four techniques, i.e. Pearson correlation method, sequential forward selection (SFS), sequential backward selection (SBS) and Boruta algorithm, to investigate the effect of feature selection on the model's performance when predicting the tunneling-induced maximum surface settlement (S_max). The data set used in this study was compiled from two metro tunnel projects excavated in Hangzhou, China using earth pressure balance (EPB) shields and consists of 14 input features and a single output (i.e. S_max). The ML model that is trained on features selected from the Boruta algorithm demonstrates the best performance in both the training and testing phases. The relevant features chosen from the Boruta algorithm further indicate that tunneling-induced settlement is affected by parameters related to tunnel geometry, geological conditions and shield operation. The recently proposed Shapley additive explanations (SHAP) method explores how the input features contribute to the output of a complex ML model. It is observed that the larger settlements are induced during shield tunneling in silty clay. Moreover, the SHAP analysis reveals that the low magnitudes of face pressure at the top of the shield increase the model's output.     

基于截尾概率分布的基坑突涌模糊可靠度分析

岩土工程可靠度分析中,计算参数具有随机性,稳定性评价具有模糊性。传统的Monte Carlo模拟方法计算可靠度时,往往假定参数概率分布在正负无穷之间分布,与真实情况不符,而且其计算效率也往往较低。规范推荐的基坑突涌验算公式,计算结果往往偏于保守。引入截尾概率分布的确定方法,对参数概率分布进行截尾处理;提出拉丁超立方抽样与最大熵原理结合来确定结构响应概率分布的方法,并将其与模糊可靠度原理结合,构建了基于抽样模拟的模糊可靠度计算模型;推荐了考虑土体抗剪强度的突涌验算公式。将所提方法应用于某深基坑工程突涌分析中,其结果表明,基于截尾分布的抽样可以有效避免参数抽样值为负数的情况,所提计算模型效率明显优于传统的Monte Carlo模拟方法,模糊可靠度的计算结果比经典可靠度更符合工程实际情况。     

Design and analyses of floating stone columns

Two-dimensional (2D) finite element analyses were performed on floating stone columns using the unit cell concept to investigate the settlement and the consolidation characteristics of an improved foundation system. Undrained analyses, followed by consolidation analyses, were conducted throughout the study. The computed values for settlement and excess pore pressure distribution over time are compared for different area replacement ratios. Based on these coupled consolidation analyses, a simple approximate method is developed to predict the degree of consolidation for floating stone columns. In addition, a simple method to calculate the settlement improvement factor for floating columns is proposed. The proposed method may provide more realistic answers than other design methods in view of the yielding characteristics and the influence of key parameters that are considered in the analyses. The key parameters relevant to the design of floating stone columns include the area replacement ratio, the friction angle of the column material, the loading intensity, and the post-installation earth pressure. Closer agreements are obtained with the proposed method than with the established Priebe׳s method or α–β method.     

分层地基模型|桩筏基础|沉降|非线性|离心模型试验

基于改进的分层地基模型,考虑桩–土–筏的共同作用,提出了刚性桩筏基础非线性分析方法。地基附加应力计算考虑土层参数的变化,采用层状弹性体系的Burmister应力解;地基变形采用分层总和法,所采用的计算参数压缩模量和一维回弹模量试验确定方便。通过简单的室内一维加卸载试验确定其随加卸载次数的变化,进一步得到桩筏基础在重复加卸载下的沉降规律。对单桩和桩筏基础进行离心模型试验,并将计算结果和试验结果进行对比分析,验证了本文方法的正确性,可应用于实际工程问题的分析。     

强夯后地基土变形模量与承载力的反演计算

通过建立反分析模型,提出强夯后地基土变形模量的确定方法,即可根据计算所得的夯沉量随变形模量变化的关系曲线,运用单值反分析法,以达到夯实效果时的单击夯沉量来确定,进而结合载荷实验的基本理论,按相对沉降法预测夯后地基土的容许承载力。大量反演计算实例表明,所得结果精度满足工程要求,可靠性也较高,为预测强夯加固效果、检验原设计的合理性和改进强夯设计方案提供了一种新的分析途径。     

由单桩载荷试验推算群桩沉降的相互作用系数法

传统的相互作用系数法只能计算群桩的弹性沉降,且所得相互作用系数也明显偏大。采用三维数值方法拟合单桩荷载–沉降曲线,通过弹性及弹塑性分析确定土的弹性参数和桩–土弹塑性接触面参数;由此建立双桩模型,计算分析了桩顶荷载水平、桩距径比、桩端土–桩周土模量比、桩–土模量比、桩长径比、桩–桩之间存在第三桩等因素对相互作用系数的影响,并利用多项式回归拟合;根据数值分析及实测结果,提出了在相互作用系数法中利用单桩载荷曲线分析群桩线弹性和非线性沉降的方法,将相互作用系数法扩展至群桩沉降的非线性计算上。算例分析表明:计算结果与实测值吻合较好;较常规的数值模拟,节省了大量的运算机时,可用于大规模的较大桩距桩筏基础的分析计算。     

基于变形控制标准的高土石坝地震可靠度分析

基于可靠度分析的设计方法是科学定量地研究和保证岩土工程安全性的重要手段之一。通过定量考察土石坝工程中的不确定性因素,综合评估地震失效概率,可为高土石坝抗震设计和风险评估提供参考。以坝顶震陷率作为地震安全控制指标,提出了同时考虑地震和筑坝料参数不确定性的高土石坝地震可靠度分析方法。首先,采用地震烈度作为地震危险性的宏观衡量尺度,通过引入地震烈度概率模型,将基于概率烈度的地震动峰值作为地震强度因子,调整规范谱人工地震波的幅值进行动力有限元计算。然后,采用适用于处理小样本和非线性问题的高斯过程响应面法,建立筑坝料参数与坝顶震陷率之间的非线性映射关系,结合蒙特卡罗法计算高土石坝地震失效概率。最后,以紫坪铺面板堆石坝为例,应用该方法考察了设计基准期内的地震失效概率。     

高铁软基工后沉降特性与加固效果

高速铁路深厚软土地基的工后沉降控制是世界性难题,为此,依托于沪宁城际高速铁路,统计分析100余公里路基段3a运营期的沉降监测数据,将工后沉降划分成可以评价沉降控制效果的4个等级,并结合沉降推测评估,将其区划为稳定、基本稳定、临界超限与超限4个状态;针对地基处理措施工后沉降控制效果分析中传统方法存在的问题,提出"当量软弱土厚度"概念,可量化分析地基处理措施的工后沉降控制效果。分析表明:高铁路基的工后沉降与当量软弱土厚度成正相关关系,不同处理措施加固地基存在一个"临界"当量软弱土厚度,桩-板结构处理的地基沉降处于临界超限时,对应的当量软弱土厚度是桩-筏复合地基的1.7倍,是桩-网复合地基的2.2倍;桩-板结构处理的地基单位当量软弱土厚度工后沉降值仅为桩-筏复合地基的59%,桩-筏复合地基是桩-网复合地基的76%。     

分层总和法计算地基沉降调整系数讨论

现阶段的基础设计规范推荐采用分层总和法计算地基的最终沉降量,然而分层总和法假设条件太多,计算结果可能出现很大偏差,因此需要调整。通过建立有限元二维和三维模型,选取不同力学参数地基土作沉降数值分析,分析结果与分层总和法计算值作对比,前者与后者的比值即为文章推荐的分层总和法计算地基沉降调整系数。对分层总和法各假设条件引起的...     

上部结构、基础和地基协同工作时刚性桩复合地基沉降计算分析

上部结构、基础和地基协同工作时进行地基沉降分析计算的精确性,主要取决于地基模型及其参数的选用。探讨在刚性桩复合地基中文克尔地基模型参数不同确定方法的适用性和可靠性,通过一典型工程实例,检验了文克尔地基模型参数静载试验法的计算精度。证明了考虑上部结构、基础和地基协同工作,利用单桩复合地基静载试验成果计算刚性桩复合地基基床系数的可靠性,可供设计参考。     

基于JC法的多支撑桩墙支护基坑变形可靠性分析

基坑围护结构的设计与评价方法一般采用安全系数法,但该方法不能考虑参数随机性和变异性,而可靠性分析方法可以充分考虑基坑支护体系参数的随机性和变异性,能更为客观地反映基坑的安全性。本文针对多支撑桩墙支护深基坑,建立了关于多支撑桩墙支护深基坑的变形计算模型,在该模型的基础上,应用JC法分析基坑的变形可靠性,并对某工程实例现场实测数据与可靠性分析结果对比分析。通过对比分析得出,可靠性分析能大体反应围护结构可能存在风险的区域及其失效概率,是一种有效的基坑设计和评价的手段。     

深埋暗道CFG桩及碎石垫层复合地基变形特性

将CFG桩复合地基技术应用于深埋暗道这类特种结构的地基处理问题,通过对具体试验工程进行现场测试以及不同厚度碎石垫层的室内模型试验研究,对深埋暗道CFG桩复合地基沉降变形进行了分析,指出褥垫层的压缩量是应该被考虑到的,沉降变形计算不能仅仅考虑针对复合地基的修正,并应同时考虑褥垫层变形的修正。利用ABAQUS有限单元法分析了不同厚度褥垫层对CFG桩复合地基桩土应力比、总沉降量、垫层压缩量和桩身轴向应力的影响规律。介绍了一种输煤暗道沉降变形监测方法,通过现场测试、室内模型试验以及有限元分析,确定了深埋暗道CFG桩复合地基褥垫层的选用原则。     

Uncertainty analysis of parameters in non‐point source pollution simulation: case study of the application of the Soil and Water Assessment Tool model to Yitong River watershed in northeast China

Uncertainty analysis of the model parameters in non‐point source pollution (NPSP) simulation is important because of its great effects on predictions and decision‐making. Understanding the main parameters that effect the uncertainty of NPSP is necessary to provide the basis for formulating control measures. In this study, two methods were applied to conduct parameter uncertainty analysis for Soil and Water Assessment Tool (SWAT). Sobol’ method was used to screen out the model parameters with great effects on the runoff, sediment, total nitrogen (TN) and total phosphorus (TP). The results obtained by sensitivity analysis were used subsequent model calibration and further uncertainty analysis. Monte Carlo (MC) method was employed to analyse the effects of parameter uncertainty on the model outputs. However, such problems are time‐consuming because the MC method required to invoke simulation model thousands of times. To address this challenge, a kriging surrogate model was developed to improve the overall calculation efficiency. The results obtained by sensitivity analysis showed that curve number value (CN2), soil evaporation compensation factor (ESCO), universal soil loss equation support practice factor (USLE_P) and initial organic nitrogen concentration in soil layer (SOL_ORGN) had significant effects on the SWAT outputs. The uncertainty analysis results showed that the uncertainty of runoff is the lowest, followed by TP and TN, and the uncertainty of sediment was the greatest. The kriging surrogate model has the ability to solve this time‐consuming problem rapidly with a high degree of accuracy, and thus it is very robust.     

软基堆载预压固结设计方法的研究

在软基上填筑路堤或进行堆载预压时主要关心的是稳定问题和固结沉降问题。稳定分析常用的计算方法是圆弧滑动法和地基承载力法 ;对沉降计算常用侧限压缩模量。也有考虑土的本构关系 ,用其变形模量进行计算的简化方法。对这些常用的方法进行了探讨 ,开发了相应的计算软件。通过对某工程实例进行计算 ,对不同方法的计算结果进行了比较     

复合桩基的承载力安全度与可靠度分析

本文分析了沉降控制复合桩基的承载特点和设计方法,针对目前工程界普遍关心的设计条件下的整体安全度与承载能力可靠度的计算问题进行了研究。在提出沉降控制复合桩基安全度计算方法的基础上,运用可靠度理论建立了相应的可靠性指标计算方法。结合工程实例,对现行沉降控制复合桩基设计方法的安全度进行了校核,对各随机变量在复合桩基可靠度计算中的敏感性进行了分析,明确了各随机变量变异性对可靠性指标的影响程度。同时,对设计容许沉降量、安全系数和可靠性指标之间的关系进行了探讨,取得了一些规律性的结果。为进一步建立基于概率极限状态的可靠性设计方法打下了基础,对实际工程中的复合桩基设计也有一定的指导意义。     

地下通道开挖对邻近条形基础的影响

运用理论分析和数值模拟相结合的方法研究了地下通道开挖引起地表沉降及对邻近条形基础的影响,并给出了条形基础竖直沉降和水平位移最敏感距离的估算方法。文章首先针对无条形基础的自由场地基运用三维快速拉格朗日差分软件FLAC3D进行数值模拟并与Peck推导的理论公式即Peck公式进行地表沉降的对比验证,证明该数值模型的可靠性。然后通过数值模拟,研究了距地下通道中心轴线不同距离的条形基础在地下通道开挖时的沉降和水平位移。最后,根据计算结果给出邻近条形基础的地下通道开挖的安全距离,为安全施工提供依据。     

用简单原位试验确定切线模量法的参数及 其在砂土地基非线性沉降分析中的验证

地基沉降计算一直是岩土工程研究中的热点和难点问题,其困难在于室内试验与原位岩土参数差异较大,尤其是砂土地基和结构性强的硬黏土地基,基于室内试验参数的沉降计算与实际的误差较大。基于原位压板载荷试验来确定计算参数的切线模量法能克服这个缺点,并能计算地基的非线性沉降,是地基沉降计算的一个新进步。但原位压板载荷试验相对其他试验难度大、费用高,尤其对于深层土体,难度更大。为此,利用位于美国Texas A&M University大学河滨校区砂土地基上进行的系统的岩土试验资料,通过其不同压板尺寸的载荷试验,对切线模量法应用于砂土地基非线性沉降计算的适用性进行了验证,然后进一步研究由旁压试验、静力触探等简单的原位试验确定切线模量法所需的计算参数的可行性。结果表明：切线模量法所需的计算参数由旁压试验、静力触探等简单的原位试验确定是可行的,从而为切线模量法的推广应用确定提供了更简单的方法。对推动地基设计理论的发展有较好的意义。