闸门结构刚度可靠度分析

基于可靠性原理,建立了刚度可靠度分析的极限状态方程,分析了抗力折统计数据。利用现有的荷载及抗力的统计数据对《水利水电工程钢闸门设计规范》进行了刚度可靠指标的校准计算和分析。提出了钢闸门结构设计刚度目标可靠指标的取值建议。可供《水利水电工程钢闸门设计规范》修订时参考或作为进一步研究的基础。     

边坡可靠度分析的随机响应面法及程序实现

提出分析相关非正态变量可靠度计算问题的随机响应面法,采用Nataf变换成功地解决输入变量相关时随机响应面法的配点问题及可靠度计算问题。推导4～6阶Hermite随机多项式展开的解析表达式,并编写基于C#语言的随机响应面法计算程序。以岩质边坡平面滑动破坏模式为例证明随机响应面法在边坡可靠度分析中的有效性。研究结果表明,基于Nataf变换的随机响应面法能够有效分析含有相关非正态变量的边坡可靠度问题。随机响应面法的计算精度优于传统的FORM方法,其计算效率高于传统的蒙特卡罗模拟方法,其收敛性在数学意义上是有保证的。随机多项式展开的阶数几乎对边坡安全系数均值的估计没有影响,但是在边坡失效概率的计算中要选择适当的随机多项式展开的阶数。在基于随机响应面法的可靠度分析框架内,边坡安全系数计算和可靠度分析2个过程分开独立进行,同时计算安全系数和失效概率能够更加系统地进行边坡稳定性分析。研究成果为拓展随机响应面法在边坡可靠度分析中的应用奠定了一定的基础。     

基于可靠度理论的断裂可靠性分析

基于可靠度理论,采用JC法用算例对断裂力学中两种常用的断裂判据进行了可靠性分析,算例结果分析表明,JC法计算精度较高,用JC法来计算结构的断裂可靠指标是可行的。     

多目标优化设计的最小偏差法

提出了处理多目标问题的最小偏差法，并将其应用于普通圆柱螺旋弹簧的优化设计，以普通圆柱螺旋弹簧的质量、高度及防共振性能为目标函数进行了优化设计。算例结果表明，此方法能够克服传统优化算法极易陷入局部最优的缺点，而且收敛速度快。因而得到了比传统算法更优的设计方案。     

锦屏一级水电站左岸坝肩边坡施工期高效三维可靠度分析

 基于可靠度理论的边坡稳定性分析是一个重要的发展趋势,然而目前国内外关于复杂三维高边坡可靠度方面的研究几乎还是空白。以锦屏一级水电站左岸坝肩边坡为例,研究了施工阶段三维边坡可靠度问题。由于三维边坡稳定性分析有限差分强度折减法计算量较大,并且安全系数没有显式表达式,通过参数敏感性分析减少随机变量数目,提出三维边坡可靠度分析的非侵入式随机有限差分法。探讨了预应力锚索和深层混凝土抗剪洞2种主要加固措施失效对边坡变形、稳定及其可靠度的影响规律。研究了施工阶段边坡横河向位移、安全系数以及失效概率的变化规律。结果表明：参数敏感性分析可以有效地识别敏感性较大的随机变量,从而提高边坡可靠度计算效率。非侵入式随机有限差分法实现了概率分析与通用商业软件如FLAC3D的有机结合,极大地简化了可靠度分析过程,而且能充分利用参数敏感性分析中边坡稳定性计算结果,为解决三维高边坡可靠度问题提供一种有效的工具。此外,锦屏一级水电站左岸坝肩边坡所采取的预应力锚索和深层混凝土抗剪洞联合加固措施能够有效地控制边坡变形和确保边坡稳定性。施工阶段边坡开挖扰动作用对边坡稳定可靠度有着重要的影响。     

水工钢闸门主梁失效模式间相关性分析

分析了主梁受弯、受剪和弯剪复合破坏3种主要的失效模式.推导了不同失效模式中含有不完全独立亦不完全相关的随机变量时失效模式间相关系数的计算公式.采用JC法计算了主梁不同失效模式的可靠指标及其敏感性因子.在此基础上,采用Ditlevsen窄界限公式计算了水工钢闸门主梁的体系可靠指标.结果表明所提出的失效模式间相关系数计算公式更具有一般性,它既可以考虑不同失效模式中含有相同随机变量时的相关性,也可以分析不同失效模式间包含相关随机变量的相关性.该公式为Ditlevsen窄界限公式计算结构体系可靠度提供了有益的补充.如果忽略了失效模式间的相关性,水工钢闸门主梁的体系可靠度水平将会被低估.Ditlevsen窄界限公式计算的主梁体系可靠度范围非常小,它完全可以满足一般情况下主梁体系可靠度计算精度的要求.     

相关非正态变量变换时相关性变化对可靠度的影响

为了系统定量地分析相关非正态变量变换到相关标准正态变量时相关性变化对结构可靠度的影响,首先通过结构可靠度计算中常用的正交变换和Nataf变换来定量地考虑这种相关性的差别.然后,给出了通用的基于正交变换和Nataf变换的FORM方法可靠度计算步骤.最后,以相关对数正态分布变量为例,系统地比较了Nataf变换后的相关标准正态空间中等效相关系数和原相关系数间差别,分析了相关系数变化对可靠指标的影响程度,并探讨了可靠指标变化程度随相关系数变化程度的变化规律.算例结果表明,当相关非正态变量的变异系数较小时,采用正交变换的FORM方法计算精度很高,尤其是变量间正相关情况.但是当相关非正态变量的变异系数较大而且是高度负相关时,正交变换的结果与蒙特卡罗模拟结果差别非常大,而Nataf变换的结果始终与蒙特卡罗模拟保持了较好的一致性.因此,含相关非正态变量的结构可靠度计算应该考虑映射变换时相关性的变化,建议优先采用Nataf变换方法.     

基于Hermite多项式的等效相关系数求解及可靠度分析

改进了相关非正态变量变换到相关标准正态空间时相关系数计算的Hermite多项式方法.介绍了Hermite多项式方法计算等效相关系数的基本原理.系统地比较了Hermite多项式方法与Nataf变换方法的计算精度、计算效率及适用范围.最后研究了变量变换时相关系数的变化对边坡可靠度的影响.结果表明:Hermite多项式方法具有与Nataf变换方法相同的精度,不受变量分布类型的影响,适用范围广,避免了无穷积分问题及非线性积分方程的求解问题,计算效率高,建议优先采用;忽略黏聚力和内摩擦角变换到相关标准正态空间时相关系数的变化将会严重高估边坡失效概率,使得边坡设计偏于保守.     

土水特征曲线试验单阶段贝叶斯优化设计方法

直接测量土水特征曲线（SWCC）十分耗时。因此,SWCC试验通常只能获得有限的试验数据,基于有限数据估计SWCC不可避免地存在不确定性。因此,合理地确定试验方案（即指定SWCC测点控制变量的值）,以提高试验数据的价值,减少所估计SWCC的不确定性十分重要。基于SWCC模型参数先验信息和试验仪器信息,提出了一种SWCC试验单阶段贝叶斯优化设计（OBEDO）方法。首先,所提方法通过离散试验控制变量（比如基质吸力）生成试验方案设计空间;设计空间中的候选试验方案由控制点及附加点构成,其作用分别为控制SWCC的主要趋势和降低SWCC的不确定性。然后,采用期望效用量化候选试验方案对应数据的价值,并利用子集模拟优化（SSO）方法搜索具有最大期望效用的候选试验方案。最后选取具有最大期望效用的候选试验方案为最优试验设计方案。通过一个SWCC试验设计实例说明了所提方法的有效性。结果表明,所提方法可为考虑不确定性条件下的SWCC试验设计提供一个合理的工具。     

考虑自相关函数影响的边坡可靠度分析

自相关函数是表征岩土体参数空间变异性的重要参数,不同自相关函数对边坡可靠度影响程度还缺乏定量地评价。给出了基于乔列斯基分解中点法的相关非高斯随机场模拟步骤,统计了抗剪强度参数自相关长度的取值范围。在考虑土体抗剪强度参数间互相关性、变异性、黏聚力和内摩擦角取不同波动范围的基础上,以摩擦/黏性土坡可靠度问题为例研究了常用的5种自相关函数对边坡可靠度的影响。结果表明：基于乔列斯基分解中点法的相关非高斯随机场模拟计算过程简便,容易编程实现,可模拟任意几何形状的随机场分布,具有较高的计算精度和效率。在参数负相关性和垂直波动范围较大、变异性较小时,不同自相关函数得到的边坡可靠度结果差别较明显。当黏聚力和内摩擦角的垂直波动范围不同时,不同自相关函数对边坡可靠度的影响非常显著。高斯型、二阶自回归型和指数余弦型自相关函数产生的随机场分布光滑度和连续性较好,较为符合实际情况,它们能够有效地描述土体参数的空间自相关性。由这三种自相关函数计算得到的边坡可靠度结果偏小。基于指数型自相关函数的随机场分布波动性较大,连续性较差,计算的边坡可靠度偏大。