水工钢闸门结构设计分项系数的确定

在前期所做的对闸门设计规范可靠度校准的工作基础上,根据水工统标等的有关规定,对闸门设计规范承载能力极限状态设计表达式中的5个分项系数值进行了确定,并通过对可靠指标的比较和用钢量的比较,说明了所取的各分项系数值是合适的。其结果可供闸门设计规范修订时参考或采用。     

机械设计中的可靠度反分析方法

提出了一种用于分析单个设计变量的可靠度反分析问题的一种通用方法。研究了此方法在机械设计中的应用,用几个算例证明这种方法的有效性和适用性。     

基于极值法的应力强度系统的可靠度计算

提出了将极值法应用于应力-强度系统的可靠度计算,对应力强度系统分别采用了正态模式、对数正态模式、极值I型模式用极值法和JC法来计算,算例分析表明极值法的精度比JC法要高,极值法计算可靠指标时,不必进行反复当量正态化,而且计算精度也能满足一般工程设计的要求。     

水工钢闸门面板可靠度分析

基于可靠性原理,建立了闸门面板可靠度分析的极限状态方程。利用统计分析所得的数据,对影响闸门面板可靠度的荷载及抗力的统计数据进行了分析计算,得到了其统计参数。采用一次二阶矩的近似概率法对《水利水电工程钢闸门设计规范》中闸门面板的可靠度进行了校准计算和分析。结果表明闸门面板的可靠指标满足一级建筑物的安全水准;也大于闸门主梁的目标可靠指标。提出了水工钢闸门面板结构设计的目标可靠指标的取值建议,可供修订《水利水电钢闸门设计规范》时参考或作为进一步研究的基础。     

考虑参数空间变异性的无限长边坡可靠度分析

目前有关土体参数空间变异性对边坡稳定性影响的研究没有考虑抗剪强度参数随深度变化的影响。为此,提出了考虑土体抗剪强度参数均值随深度变化的无限长边坡稳定性概率分析方法。采用Karhunen-Loeve展开建立了表征土体空间变异性的随机场模型。探讨了考虑土体抗剪强度参数空间变异性时边坡失效概率和最危险滑动面的变化规律。最后,以无限长边坡稳定性概率分析问题为例验证了所提方法的有效性。结果表明：土体抗剪强度参数的空间变异性对无限长边坡失效概率有明显的影响,边坡失效概率随土体抗剪强度参数相关距离的增加而减小。对于不排水黏性边坡来说,边坡不排水抗剪强度随深度变化越明显,边坡失效概率越小。边坡最危险滑动面大部分都位于边坡底部。对于摩擦/黏性边坡来说,随着边坡抗剪强度随深度变化的增强,边坡失效概率有先减后增的趋势。抗剪强度参数随深度变化不同趋势对最危险滑动面分布规律有明显的影响。不考虑抗剪强度参数均值随深度变化将会导致最危险滑动面最可能出现在边坡底部。     

考虑岩体空间变异性的隧洞围岩变形随机分析

准确和全面地预测隧洞开挖所引起的围岩变形是隧洞设计和施工中的一个关键问题。目前常用的确定性分析方法不能考虑岩体的空间变异性,而这种空间变异性对围岩变形计算结果的准确性和可靠性有着重要的影响。为此,提出采用非侵入式随机分析方法研究岩体空间变异性对围岩变形的影响。采用随机场模拟岩体的空间变异性,采用有限元计算围岩的变形,研究岩体弹性模量和侧压力系数的空间变异性对围岩变形特别是地表位移的影响。结果表明,非侵入式随机分析方法的优势在于有限元计算和随机分析不耦合。侧压力系数的空间变异性对围岩变形的影响远小于弹性模量的影响。由于低强度占优效应的影响,岩体的特征模量小于数学平均值。弹性模量随机场中横向和竖向波动范围参数对围岩变形有明显不同的影响。     

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。     

考虑不排水抗剪强度空间变异性的条形基础极限承载力随机分析

目前有关抗剪强度参数随深度变化对地基稳定性影响的研究还不深入。为此,提出了考虑土体不排水抗剪强度均值和标准差随深度变化的地基稳定性随机分析方法。建立了表征不排水抗剪强度空间变异性的不平稳随机场模型,采用Karhunen-Loeve（KL）展开离散随机场。探讨了土体不排水抗剪强度参数空间变异性对地基极限承载力的影响规律,并比较了不排水抗剪强度参数平稳和不平稳随机场模型对地基稳定的影响。以不排水黏性地基稳定随机分析问题为例验证了所提方法的有效性。结果表明：考虑不排水抗剪强度参数空间变异性时,地基极限承载力均值和标准差随相关距离的增大而增大,地基极限承载力对竖直向相关距离更为敏感。地基极限承载力均值随不排水抗剪强度变异系数的增加而减小,标准差随变异系数的增加而增加。不排水抗剪强度变异性对地基失效概率有明显的影响,安全系数较大时,不排水抗剪强度相关距离越小,地基失效概率越小。与不排水抗剪强度参数的不平稳随机场相比,不排水抗剪强度的平稳随机场模型会高估地基极限承载力的变异性,在相同的安全度水平下,当地基的安全系数较低时,平稳随机场模型会导致对地基失效概率的低估;当地基安全系数较高时,平稳随机场模型会导致对地基失效概率的高估。     

基于极限平衡法和有限元法的边坡协同式可靠度分析

极限平衡法和有限元法是两种常用的边坡稳定分析方法。基于极限平衡法的边坡可靠度分析计算效率较高,但需要假定失效模式,从而导致计算结果不准;与之相反,基于有限元法的边坡可靠度分析更为严格,但计算效率较低。为此,提出了一种新的基于随机模拟的边坡可靠度分析方法——边坡协同式可靠度分析方法。该方法包括初步可靠度分析和精细可靠度分析两步,可以同时利用极限平衡法和有限元法的优势,实现既高效又准确的边坡可靠度分析。通过一个考虑空间变异性的两层土坡算例验证了该方法的有效性,结果表明:协同式可靠度分析方法与基于有限元法的蒙特卡洛模拟或子集模拟相比,不仅具有一致的可靠度分析结果,而且显著提高了小概率水平下的计算效率,促进了基于有限元法的边坡可靠度分析在实际工程中的应用。该方法可以将基于极限平衡法的边坡可靠度分析成果合理纳入到基于有限元法的边坡可靠度分析中,从而获得大量的失效样本,以制定合理的边坡防治措施。该方法非常适用于高维可靠度问题,如考虑空间变异性的边坡可靠度问题。     

基于静力触探的土层自动划分方法与不确定性表征

提出了一种基于I_c数据自动划分土层的贝叶斯方法,所提方法不仅能够在考虑I_c的空间变异性的条件下自动划分土层,识别最可能的土层界面,而且能够定量地表征土层界面的不确定性,为制定下一步勘探方案和岩土工程设计提供参考依据。本文采用基于子集模拟的贝叶斯更新方法(CBUS)求解贝叶斯方程,产生土层厚度的后验分布样本,并计算每个可能的土层数目对应的模型证据,确定最可能土层数和最可能的土层界面深度,计算界面深度的标准差作为土层界面不确定性的量化指标。最后,通过上海市轨道交通10号线伊犁站基坑开挖现场的I_c数据和模拟I_c数据说明了所提方法的有效性和正确性。结果表明:所提方法划分的土层合理地反映了不同土层I_c的统计特性。相邻土层I_c的统计特性差异越大,界面深度的标准差越小,识别出的土层界面越可靠,反之亦然。