基于Bootstrap方法的堆石坝坝坡稳定可靠度分析

基于Bootstrap方法提出了一种堆石坝坝坡稳定可靠度分析方法.首先,介绍了一种堆石坝坝坡稳定可靠度分析方法;其次,运用Bootstrap方法对抗剪强度参数的边缘分布函数及表征相关性的Copula函数的统计不确定性进行了度量;最后,以糯扎渡水电站心墙堆石坝为例研究了边缘分布函数与Copula函数的统计不确定性对堆石坝坝坡稳定可靠度分析结果的影响规律.结果表明:基于抗剪强度参数试验数据估计的边缘分布函数与Copula函数具有较大统计不确定性;Bootstrap方法可以有效地模拟边缘分布函数和Copula函数的统计不确定性并将坝坡稳定失效概率表征为具有一定置信水平的置信区间;同时考虑边缘分布参数、边缘分布类型、相关系数与相关结构统计不确定性与仅考虑边缘分布参数与相关系数的统计不确定性相比将使失效概率具有更大变异性,且失效概率均值更大,忽略分布类型和相关结构的统计不确定性将高估堆石坝坝坡的实际稳定状况.     

基于小样本下统计不确定性的边坡可靠度Bootstrap-BC_a方法

传统方法对小样本下的岩土抗剪强度参数估计区间较宽,会导致工程设计偏于保守,为此,提出一种考虑测量数据统计不确定性的边坡可靠度分析Bootstrap-BC_a法。该方法在Bootstrap的基础上加入偏差修正量■和加速量a,进一步校正了置信区间的端点值,提高了估计精度。在保证样本容量和变异性一致的条件下,对比分析Bootstrap-BC_a法和Bootstrap法在95%置信水平下的置信区间以及相对应的安全系数估计值。结果表明:Bootstrap-BC_a法能够有效收窄区间宽度且保证率下限值更趋近实际值;Bootstrap-BC_a法计算所得边坡安全系数均值相对较大,离散型更小,且与样本容量成正比,与安全系数方差成反比;3种变异水平的安全系数均值都随着样本容量n的增大而增大,而安全系数方差则逐渐减小,且大变异水平下计算所得安全系数均值更大。     

土体抗剪强度指标变异水平对边坡稳定安全系数取值的影响

针对传统的边坡稳定极限平衡方法不能考虑土体抗剪强度指标变异性影响的问题,基于极限状态的概率分析原理,采用Monte-Carlo法对均质路堤边坡的稳定性开展了可靠度计算,讨论了稳定安全系数一定的条件下边坡失效概率随土体抗剪强度指标变异水平的变化规律,分析了安全系数与边坡可靠指标的对应关系及其随土体抗剪强度指标变异水平的变化特征。研究表明：边坡可靠度受土体抗剪强度指标变异性影响显著,呈现出随土体抗剪强度指标变异水平提高而急剧减小的趋势;为保证边坡具有相同的可靠性,安全系数的取值应与土体抗剪强度指标的变异性相适应,据此提出了基于可靠指标和土体抗剪强度指标变异水平的安全系数取值原则及其对应的三参数函数关系式。     

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.     

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.     

考虑统计不确定性的基坑变形可靠度高效蒙特卡洛分析方法

受技术经济条件限制,基坑工程勘察中获取的勘探数据十分有限,无法准确估计岩土体参数的统计特征,不可避免地存在统计不确定性.Bootstrap方法为合理地考虑统计不确定性对基坑工程安全性和可靠性的影响提供了一条有效途径.然而,采用Bootstrap方法考虑统计不确定性通常需要重复执行可靠度分析,计算量大,计算效率低,使其在实际工程应用中受到很大的局限.基于概率密度加权法和Bootstrap方法提出了考虑统计不确定性的基坑变形高效可靠度分析方法,避免了不同岩土体参数概率分布条件下重复计算基坑变形响应,提高了计算效率.以台北TNEC(Taipei National Enterprise Center)基坑工程变形可靠度分析为例,说明了所提方法的有效性.结果表明:所提方法能够合理地考虑统计不确定性对基坑变形可靠度的影响,结合Bootstrap方法与概率密度加权分析法能够在考虑统计不确定性的条件下高效地计算基坑变形可靠度,克服了Bootstrap方法在工程应用中的局限性.     

岩体等效抗剪强度概率特征值评估在边坡稳定性可靠度分析中的应用

为消除因采用Hock-Brown准则中间变量而导致评估等效抗剪强度参数概率特征时产生累积误差,针对Hoek-Brown准则各变量具可变性和不确定性,提出应直接由基本变量人手来评估.在简要介绍Hoek-Brown准则基础上,选用了Rosenblueth点估计法和Monte-Carlo抽样法对边坡岩体的等效抗剪强度概率特征值以及边坡稳定性可靠度和破坏概率进行了对比计算分析.尽管2种方法计算结果差异很小,但是与Monte-Carlo抽样法相比,Roseriblueth点估计法计算量明显减小.而Rosenbheth点估计法较为简单,因此工程中可以用它来估计岩体有关参数概率特征值、稳定性可靠度和破坏概率.     

抗剪强度c,φ值概率分布对边坡可靠性分析的影响

抗剪强度参数c,φ值是评价边坡稳定性的重要指标.以某公路边坡为例,讨论了c,φ值不同的概率分布及其相关性对边坡可靠度计算结果的影响.对边坡可靠度计算十分重要.     

抗剪强度c,ψ值概率分布对边坡可靠性分析的影响

抗剪强度参数c,ψ值是评价边坡稳定性的重要指标.以某公路边坡为例,讨论了c,ψ值不同的概率分布及其相关性对边坡可靠度计算结果的影响.对边坡可靠度计算十分重要.