基于SVM-GEP岩质边坡可靠性分析

由于岩质边坡通常存在节理、裂隙等不连续面,边坡滑动模式的稳定性系数是一个隐函数,导致了在其相应的可靠度研究中建立显式的极限状态方程是不可能的.为了解决这一问题,本文提出了基于SVM-GEP岩质边坡的可靠性分析方法.该方法中,以节理面性质参数及几何参数为随机变量,采用离限元结合强度折减法计算岩质边坡的稳定性系数,通过SVM对已有数据进行训练,然后对检测数据预测,采用最小二乘法对这些数据进行拟合,得到显示的极限状态函数,并应用GEP方法计算可靠度及相应的验算点,以消除经典方法在可靠度指标求解过程中方程线性化带来的误差.研究表明:应用SVM-GEP方法分析岩质边坡的可靠性是可行的.     

基于响应面的三维随机有限元法在大型结构可靠度分析中的应用

工程中大型、复杂结构的极限状态方程与输入随机变量的关系往往是未知的,利用响应面法,用一个二次多项式来模拟结构的极限状态方程.首先利用中心复合设计技术获得有关输入随机变量的多组试验点,用这些试验点分别调用有限元程序,可得到相应的多组输出随机变量;然后由已获得的输入、输出随机变量,用最小二乘法来估计二次多项式的参数,即可得到极限状态方程的一个合理近似式;最后用结构可靠度分析中的几何法来计算可靠度指标.对一个重力坝的建基面抗滑稳定可靠度以及坝体单元的可靠度进行了研究,得到了一些重要的结论,指出了提高可靠度指标的途径.算例表明了该方法的有效性.     

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。     

可靠度理论在边坡工程中的应用研究

为减少或最大程度地消除边坡稳定分析中的不确定性,研究了起源于不确定性的工程结构可靠度理论,并分析了其基本原理。从边坡稳定性分析的特征出发,类比结构可靠性分析方法,建议分别使用两种适用于边坡稳定及可靠性分析的状态方程以研究功能函数形式对边坡可靠性分析的影响。然后,对结构可靠性分析中常用的蒙特卡洛模拟法、一次二阶矩中心点法和罗森布鲁斯法的基本原理及应用特点进行了研究。最后,基于边坡稳定性分析的平滑动面法,分别运用三种可靠性分析方法对实例边坡在不同应力状态下的可靠度及稳定系数均值进行了计算分析。分析结果表明:蒙特卡洛法、一次二阶矩中心点法和罗森布鲁斯法计算的边坡可靠度能够较好地描述不同应力状态下实例边坡的可靠性与稳定性的变化规律;其中,罗森布鲁斯法基于安全系数功能函数计算的可靠度值最小。     

可靠度理论在降雨入渗边坡工程中的应用——以元磨高速K253+(400~560)边坡为例

边坡工程是岩土领域研究的热点和难点,边坡工程的状态涉及众多参数,具有不确定性,可靠度理论能利用数学方法将边坡工程中随机不确定的参数与工程的安全性有机联系。以元磨高速公路K253+(400~560)段为例,通过Bishop法,运用极限平衡理论建立极限状态模型,进而推导极限状态方程;并利用Geo-studio对不同时段中边坡的降雨入渗情况进行分析,选取最不利状态为风险评价对象进行可靠度分析,验证JC法在边坡工程风险评价方法的可行性;同时对影响可靠度指标的变量进行敏感性分析,建议在此类地层相似的边坡加固方面,应该以主要提高土层整体的内摩擦角为主,在此基础上采取提高边坡岩土的黏聚力的治理措施更为有效。     

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FEM-RSM-GA的边坡锚杆设计可靠性反问题研究

边坡锚杆通常先假定锚杆长度,通过试算边坡体的安全系数来进行锚杆设计。这种方法过程繁琐,且设计的方案为可行性方案而非最优方案。而应用可靠度反分析方法设计边坡锚杆,可获得满足边坡稳定可靠性条件下的最优设计方案。首先,用有限元法计算边坡体的安全系数,然后,利用响应面法拟合边坡的极限状态方程,最后通过遗传算法反演边坡的锚杆长度,从而建立一种基于可靠度指标体系下边坡锚杆设计的新方法。并以某停车场边坡支护加固工程为算例,将该方法与传统的边坡锚杆设计方法进行对比,结果表明:建立的边坡锚杆反演设计方法是一种合理、有效、快速的设计方法。     

基于改进Kriging代理模型的土质边坡稳定可靠度分析方法

提高土质边坡稳定可靠度计算的精度和效率对工程设计具有重要的意义,为此提出了基于改进Kriging代理模型的土质边坡稳定可靠度分析方法。首先采用基于模拟退火的粒子群算法优化Kriging模型相关参数,并以一典型算例验证了该模型的良好函数拟合能力。接着将改进的Kriging模型作为边坡极限状态函数的代理,通过拉丁超立方抽样获得样本点,并由有限差分强度折减法计算样本点对应的响应值,利用基于熵理论的学习函数逐步更新代理模型,直至达到精度要求,进而基于该模型通过蒙特卡洛模拟评估边坡失效概率。最后,以一双层土质边坡问题为例,研究了所提方法的有效性。结果表明:所提方法不仅能够逐步提高计算精度,且极大地降低了计算量,为复杂边坡稳定可靠度问题提供了一种高效的评估方法。     

考虑渗流参数相关性的边坡可靠度研究

对香港全风化花岗岩土的土水特征曲线和渗透系数实测数据进行统计分析,研究参数的变异性和相关性. 以一个全风化花岗岩土坡为算例,采用拉丁超立方抽样法研究常年平均降水和强降雨两种条件下边坡稳定可靠度,并讨论渗流参数的相关性对边坡稳定可靠度的影响.研究结果表明,渗流参数的相关性假定对边坡稳定可靠度有较大影响.渗流参数完全不相关时,边坡稳定可靠度指标计算值偏小;完全相关时,可靠度指标偏大.在非饱和土边坡的可靠度分析中应考虑渗流参数的相关性,并采用合理的相关系数计算.     

基于帕德逼近响应面法的边坡可靠度分析

边坡工程在进行稳定性分析评价时,通常其功能函数呈现出高度非线性隐式特性,从而导致无 法直接求解其可靠度。因此,提出将数值分析中的帕德有理逼近与可靠度分析中的响应面法相结合,利用帕 德逼近有理多项式拟合响应面函数。并采用拉丁超立方试验构造样本,将样本数据代入简化 Bishop 算法中 得到边坡功能函数值,求解得到代理模型待定系数,从而实现隐式功能函数显式化。且基于 Matlab 程序语 言编制 JC 法可靠度指标计算程序,建立了基于帕德逼近有理多项式的边坡稳定可靠度分析新方法（PRSM）。 通过两个经典的边坡算例,验证了所提方法的可行性、计算的高效性及准确性。最后,将所提方法应用于某 实际边坡工程中,计算结果表明,该边坡工程失稳的可能性较低,与实际监测结果吻合。