边坡工程可靠性的支持向量机估计

针对边坡工程可靠性分析中存在的问题以及边坡工程地质条件、岩土体参数和力学上的不确定性,基于支持向量机的结构简单、学习性能出色和有较强的推广性等优点,提出了用支持向量机来估计边坡工程的可靠性。结果分析表明,该方法具有一定的工程参考和使用价值。     

Monte-Carlo抽样法在边坡可靠性分析中的应用研究

针对复杂边坡可靠性分析时,功能函数具有高度非线性和隐式表达的特性,为克服传统边坡可靠性分析解决此类问题的不足,将Monte-Carlo重要抽样与响应面法相结合,利用响应面法实现边坡极限状态函数的显式表达,并确定设计验算点,以该点为新的抽样中心应用Monte-Carlo重要抽样计算边坡的失效概率。通过两个算例进行了分析,结果表明:该方法在保证精度的同时提高计算效率,适于解决含有大量随机变量的复杂边坡工程可靠性分析。     

边坡可靠性评价的向量投影响应面研究及应用

岩土体的力学参数存在一定的随机性,当进行边坡稳定可靠性评价时,当功能函数不能用显式表达时,响应面法成为计算可靠度指标的重要方法。将向量投影响应面法与有限元强度折减法相结合,研究隐式功能函数边坡工程稳定可靠度计算方法。首先利用强度折减法结果拟合稳定系数计算方程从而代替隐式方程,并建立极限状态方程,然后进行向量投影以确定展开点和抽样点,进行近似方程的拟合、验算点和可靠度指标的计算,直到计算达到收敛。通过与不同计算方法进行对比,表明区别于通常以插值点为中心展开生成样本点的向量投影取样法的准确性和合理性,该方法可使可靠性分析次数显著减少,改善了对非线性程度较高的极限功能函数求解可靠指标的收敛性。同时,将该方法应用于杭兰高速公路大水田边坡的稳定可靠性分析当中。     

基于边坡位移监测数据的进化支持向量机预测模型研究

支持向量机方法是基于统计学习理论和结构风险最小化原则的学习方法,在回归预测方面具有良好外推能力,并且适合小样本的统计学习问题。建立支持向量机预测模型,对边坡位移进行预测计算,将预测值和实测值对比分析,验证了支持向量机预测模型较强的外推能力和预测计算的有效性。通过对边坡位移初始时序位移数据进行灰色理论的累加生成和累减生成处理,形成新的时间序列数据,在此基础上,计算出预测值,并与基于初始时间序列的支持向量机预测结果对比分析,基于新生成的时间序列数据进行预测计算结果精度明显提高。基于边坡位移监测数据构建训练样本数据集,研究了训练样本数据集的选取对预测结果的影响。对支持向量机预测模型的关键参数进行敏感度分析,并采用进化算法–微粒群算法对支持向量机模型参数加以优化,提高了预测精度。     

基于进化支持向量机的滑动面参数识别

提出了反算滑带岩土强度参数的一种新方法--进化支持向量机方法,该方法基于极限平衡分析方法计算出不同c、值下的安全系数与最危险滑动面,以这些数据作为学习样本,通过支持向量机学习,建立他们之间的非线性映射关系,然后基于这种关系,利用遗传算法搜索滑带岩土强度参数。结果表明,识别出的c、值可以满足工程的要求。     

支持向量机函数拟合在边坡稳定性估计中的应用

在综合分析了各种边坡稳定性分析方法的基础上，提出了基于支持向量机的边坡稳定性预测方法，并在MATLAB中编制了相应的支持向量机程序，建立了相应的边坡稳定性预测模型。以大量的实例数据为学习样本和测试样本，讨论了基于支持向量机的边坡稳定性分析及其可行性，研究表明，用支持向量机方法来预测边坡的稳定性是可行的。     

基于位移和松弛深度的岩体参数概率反分析方法

鉴于目前工程中含多目标变量多参数输出的概率反分析方法匮乏,在改进多输出支持向量机算法(MSVM)的基础上,建立基于贝叶斯理论(Bayes)的概率反分析方法(B-MSVM方法)。该方法通过改进支持向量机算法形成多个岩体参数与多目标变量之间的映射关系,以分步开挖引起的典型测点的松弛深度和表层变形监测信息为输入,以边坡岩体多个力学参数为待反分析输出,通过选择合适的核函数在改进的支持向量机算法中运算,获得多次开挖条件下待反分析参数的取值及其不确定性动态表征。应用该方法对白鹤滩水电站坝基边坡的力学参数进行反分析,得到10个非相关参数的取值及其不确定性分布,用反分析的参数值计算相应开挖步下边坡典型测点的位移和松弛深度,并与实测值进行对比,结果表明该方法的正确性,并初步讨论本方法在相关参数反分析计算中的应用思路。研究成果为岩土工程参数概率反分析方法的建立提供了思路,具有重要的理论意义和工程实用价值。     

钢管混凝土徐变效应随机性灵敏度分析

针对钢管混凝土徐变的随机性,利用支持向量机回归拟合钢管混凝土徐变效应的显式函数计算随机变量的灵敏度系数,并结合蒙特卡洛法进行随机性分析;采用自适应混合粒子群法优化支持向量机相关参数的取值以提高计算效率;对2个钢管混凝土徐变模型试验构件进行徐变随机性分析,并将计算结果与蒙特卡洛法计算结果进行对比验证了该方法的可行性;同时分析了钢管混凝土徐变效应各影响因素的灵敏度。结果表明:基于支持向量机与蒙特卡洛法对钢管混凝土轴压构件徐变随机性的分析结果与蒙特卡洛法分析结果相比相对误差较小;钢管混凝土徐变效应呈现随机性,概率密度曲线近似于正态分布。     

基于FEM-ANN-MCS法的边坡工程可靠度分析

针对有限元蒙特卡罗法计算量大的弊端和边坡工程稳定功能函数不能显式表达的可靠度分析问题,文章提出了应用于边坡工程稳定可靠度分析的基于神经网络的随机有限元分析法的基本思路。神经网络具有高度非线性的映射能力,可用来逼近结构响应量与随机变量的映射关系。借助这种方法计算出边坡工程的可靠指标,并通过寻求失稳模式进行整体稳定可靠度分析。最后对一工程实例进行几种方法的计算分析,表明该方法用于边坡整体稳定可靠度分析是切实可行的,可供工程科学技术人员参考。     

非线性位移时间序列预测的进化-支持向量机方法及应用

提出了一种新的岩土结构位移预测的进化支持向量机方法,用遗传算法来搜索支持向量机的参数和核函数,避免了人为选择参数的盲目性,同时提高了支持向量机的推广预测能力;利用这种非线性智能预测方法,滚动预测施工位移变形量,以便及时调整和优化施工步序,维护岩土结构的稳定性。将该方法用于卧龙寺边坡变形、三峡永船闸边坡变形预测,结果表明,该方法具有科学可靠、实时性的优点,具有广泛的应用前景。     

Efficient slope reliability analysis using adaptive classification-based sampling method

Slope reliability analysis can effectively account for uncertainties involved in a slope system. However, commonly used slope reliability analysis methods often require huge computational cost, especially in large-scale problems, which hinders its wide application to engineering practice. This paper proposes an efficient slope reliability analysis method based on the active learning support vector machine (SVM) and Monte Carlo simulation (MCS). The proposed method makes use of an active learning function and cross-validation techniques to select the most suitable training samples to update the SVM model. The selected training samples are associated with a small distance to the limit state surface of the slope stability model and a large local uncertainty, which are more informative to gradually tune the SVM model to approximate the actual slope performance function. As a result, the proposed method can estimate the slope reliability with a small number of evaluations of the slope performance function, thus improving the efficiency significantly. Four slope examples are employed to demonstrate the effectiveness of the proposed method. The presented approach is also compared with some other commonly used surrogate models in slope reliability analysis. It is shown that the proposed method performs better in terms of computational efficiency to obtain similar estimation accuracy of the failure probability for the investigated examples.

     

可靠度及其反问题理论在桥梁中的应用

本文介绍了概率随机可靠度计算理论中改进的一次二阶矩法及可靠度反问题计算理论。为便于理解 ,以一算例简单介绍了多个设计参数可靠度反问题的计算思路。最后以一斜拉桥为例 ,应用改进的验算点法对斜拉桥主梁作了静力可靠性及相应的反问题计算 ,并对结果进行分析。     

EVALUATION OF THE PROBABILITY OF FAILURE WITH UNCERTAIN DISTRIBUTION PARAMETERS

Formulations are presented for estimating probability of failure considering uncertainty of distribution parameters in time invariant and time variant reliability analyses. Based on the formulations the probability of failure can be calculated by recursively using the first order reliability method. Also, a more efficient approximate analysis procedure by using the point estimate method to estimate the probability of failure is given. In this analysis procedure, the point estimate method is used to discretize the uncertain distribution parameters in the time invariant reliability analysis, and to discretize the time-independent random variables and uncertain distribution parameters in the time variant reliability analysis. The probability of failure is then obtained by weighting the probability of failure conditioned at each of discrete points. The conditional probability of failure can be calculated by using first order reliability method, second order reliability method or any other convenient methods. The use of point estimate method to treat uncertain distribution parameters in calculating probability of failure is less computer time consuming than the one of recursively using FORM. Illustrative numerical examples of calculating probability of failure are presented.     

基于强度折减的边坡抗滑桩可靠性分析

为了对边坡抗滑桩加固工程进行合理的设计,建立位移迭代有限元模型模拟桩-土间的相互作用,基于强度折减的位移迭代有限元法对边坡抗滑桩加固工程进行可靠性分析,把计算参数视为随机变量考虑参数变异性对抗滑桩锚固深度及边坡加固工程可靠性的影响。可靠指标的选取应考虑边坡工程等级,以目标可靠度为控制指标去指导抗滑桩锚固深度的设计。工程...     

基于二维随机场在圆弧曲线上局部平均化的边坡可靠度分析

土质参数随机场在边坡滑移面上局部平均后的"空间特性"值是控制边坡可靠性的主导因素。以边坡滑移面为圆弧为前提,基于随机场理论进行了公式推导,通过二维随机场在圆弧曲线上的一维局部平均得出了局部平均方差的计算式。以推导出的局部平均方差计算式为基础提出了适用于均质原状边坡的简便可靠度分析方法。方法首先通过少量确定性有限元分析经拟合得出极限状态曲线,然后经过一维局部平均方差计算边坡强度参数的"空间特性"统计指标,最后通过积分计算强度参数分布函数在极限状态曲线危险侧的面积得出边坡失稳概率。经与蒙特-卡罗随机有限元法进行对比表明,提出的基于二维随机场一维局部平均的边坡可靠度分析方法计算结果可靠,可为边坡可靠性分析提供一种新思路。     

基于假设检验原理的边坡临滑时刻的动态识别方法

 位移监测技术在边坡工程中的应用越来越广泛,如何根据动态监测信息及时掌握边坡稳定性状态,判定边坡的临滑时刻是有效实施滑坡预警、避免滑坡灾害发生的关键问题之一。在分析各种典型滑坡判据的基础上,确定将位移加速度大于0作为边坡的临滑判据;基于假设检验原理,将由观测得到的位移数据生成的位移速度变量看作是一随机变量,认为边坡在等速变形阶段时的位移速度变量服从正态分布,一旦进入加速变形阶段时则不服从正态分布,据此提出基于Lilliefors检验的边坡临滑时刻的动态识别方法。结合平庄西露天矿顶帮9•15滑坡过程中的监测数据,对边坡在不同变形阶段的位移速度变量进行形态检验,得出该边坡在等速变形阶段时,位移速度变量服从正态分布,进入加速阶段后服从指数分布,并且在剧滑前的一段时间内位移加速度变量服从正态分布,验证上述方法的合理性。研究结果表明,该方法能够及时、准确识别边坡的临滑时刻,可有效提高滑坡预警的可靠性。     

伪蒙特卡罗法及其在边坡可靠度分析中的应用

在确定具有最小可靠度指标的滑动面（即临界可靠度滑动面）时,由于常规的蒙特卡罗法抽样耗时巨大,临界可靠度滑动面的获得较为耗时。对于均质边坡,利用简化Bishop法构建了可靠度分析的功能函数,设计了6种随机变量的标准差组合,假定了随机变量的4种抽样范围,利用抽样次数较小的蒙特卡罗法即伪蒙特卡罗法对随机生成的132组可行滑动面进行了伪可靠度指标的计算并与蒙特卡罗法计算得到的可靠度指标进行了比较分析,研究发现：只有一个随机变量的前提下,滑动面的伪可靠度指标与蒙特卡罗法计算的可靠度指标呈完全线性关系,在其它条件相同的情况下,伪蒙特卡罗法抽样范围越大,伪可靠度指标与蒙特卡罗法计算的可靠度指标之间的拟合直线斜率越小,反之亦然;伪蒙特卡罗法抽样次数越大,伪可靠度指标与蒙特卡罗法计算的可靠度指标之间的拟合直线斜率越大,反之亦然。对均质边坡,可应用伪蒙特卡罗法快速计算其临界可靠度指标。     

Safety and reliability of anchored bulkhead walls

This paper utilizes the classical approach of free earth support method along with the Coulomb theory of lateral earth pressure as applied to the design of anchored bulkheads. General design equations are developed and presented in a graphical form to provide: (a) depth of pile penetration; (b) maximum bending moment on the wall; and (c) force in the anchor rod. To represent true field situations, the factors affecting the design are considered as random variables. Through a first order expansion about the mean, the mean and variance of the design outputs are derived in terms of the variations in the soil parameters, water level and loading conditions. Using appropriate probability distributions along with the mean and variance of the design outputs the overall wall reliability is assessed. The suggested design provides a safe penetration depth, reduced moment and anchor force based on reliability theory. Furthermore, the results indicate that in some cases, depending on the variabilities of the design factors, a safety factor of 1.5 produced a low reliability and, thus, an unsafe design.     

Rosenblueth方法在斜坡稳定性概率评价中的应用

介绍了Rosenblueth矩估计方法的基本原理及在斜坡稳定性概率评价中的应用。给出了斜坡的安全系数，可靠指标和破坏概率。这种方法可有效地将传统安全系数与概率分析相结合，使其相互补充，为建立斜坡稳定性安全系数与可靠度相结合的二元指标评价体系，提供了一种好的方法，以若村滑坡为例进行了计算，结果与实际相吻合。     

基于ANSYS软件的大型复杂结构可靠度分析

对基于ANSYS软件的大型复杂结构可靠度计算进行了研究。首先 ,针对一次二阶矩法有时不收敛的情况提出了一种改进方法 ,对两点自适应法拟合失效曲面的算法作了修正 ;然后将结构可靠度计算模块连接到ANSYS软件 ,并对大型复杂结构的失效模式作了简要讨论。最后对某大型国家储备粮库筒仓的顶盖和仓壁结构进行了可靠度分析。