基于随机场理论的地基稳定性模糊可靠度分析

根据Vanmarcke提出的随机场理论描述土性参数的空间变异性,建立了考虑土性参数空间变异性的地基失稳模糊概率公式,并通过实例分析了两种情况下地基的模糊失效概率值,得出用随机场理论空间均值方差计算的模糊失效概率值比不考虑土性参数的空间变异性计算模糊失效概率值偏低的结论.     

考虑参数空间变异性的隧道下穿建筑物安全性评价

考虑土性参数的空间变异性,构建了基于随机场理论和数值分析手段的隧道下穿建筑物安全概率评价方法。将土体参数弹性模量视为随机场模型,采用应力释放方法模拟隧道施工,并基于地表建筑物为柔性简支梁的假设,利用极限拉应变作为判定指标对建筑物安全进行概率性评价。结果表明,所提出方法能够在考虑土性参数空间变异性的前提下有效地评价隧道下穿建筑物的安全性。土体弹性模量变异系数和自相关距离对隧道下穿建筑物安全性具有显著的影响;弹性模量的变异程度越高造成建筑物内最大拉应变的概率分布越离散,达到较高破坏等级的概率也越大。     

考虑土性参数空间变异性的桩基可靠度分析

土性参数空间变异性是土性不确定性的一个主要来源,对岩土结构稳定性影响非常大,但目前多数研究采用间接近似的隐式模型模拟,采用直接明确的显式模型模拟的研究较少。本文将基于蒙特卡洛模拟的可靠度方法与随机场理论相结合,建立基于随机场理论的桩基可靠度分析方法,采用随机场法直接明确地模拟土性参数空间变异性,并基于钻孔桩实例分析土性参数空间变异性对钻孔桩可靠度设计的影响。结果表明,土性参数空间变异性对桩基设计结果影响很大,忽略空间变异性将导致设计结果更保守,土性参数空间变异性对小直径钻孔桩的设计结果影响更突出。另外,文章还采用等效方差折减法间接近似地模拟空间变异性,结果表明,采用方差折减函数简化形式的等效方差折减法模拟设计结果偏保守。     

基于随机场理论的盾构隧道地表变形分析

采用随机场理论和数值分析相结合的方法,研究土性参数的空间变异性对盾构隧道施工地表变形的影响。利用协方差矩阵分解法建立描述土性参数空间变异性特征的随机场模型,结合Monte-Carlo策略,采用FLAC3D软件分析弹性模量的变异系数、相关距离对地表变形的影响。研究结果表明:土体弹性模量的空间变异性对地表变形规律有着重要的影响,在变形形态和量值上均有不同程度的体现;根据土体弹性模量的相关距离与隧道直径之间比值的大小关系,总结提出3种地表变形模式;最大地表沉降近似服从对数正态分布,且随着土体弹性模量的变异系数和相关距离的增大,最大地表沉降的概率分布越分散,超出沉降监测控制值的概率逐渐增加。     

基于随机场理论的地基概率沉降分析

将土性参数中的压缩模量建模为随机场而非传统意义上的随机变量,利用随机场的局部平均理论,确立了计算参数由点特性过渡到空间平均特性的方差计算方法。结合目前基础设计中主流的沉降计算方法(分层总和法),推导了能够反映土性参数空间变化特性的基础沉降表达式,地基土分单层和多层两种情况;在假定自相关函数的条件下,利用5点Gauss积分,实现了基础沉降概率反映特性的一次二阶矩分析,进而提出了基础沉降的概率预报方法及给定沉降控制标准下的可靠性分析步骤;避免了随机场模拟的复杂性和Monte-Carlo抽样的庞大计算量,实现了与通常计算方法相互兼容的目的,便于一般工程设计人员所采用。最后,通过一个工程算例再现了此方法的分析过程和适用性。这对岩土工程的风险评价和可靠度分析具有重要的应用价值。     

各向异性随机场下的边坡模糊随机可靠度分析

土性参数具有很大的空间变异性,且在水平方向和垂直方向上差异显著。基于随机变量模型的传统边坡模糊随机可靠度分析方法并未对此进行考虑。提出一种能合理考虑土性参数空间变异性的边坡模糊随机可靠度分析方法。首先,视黏聚力和内摩擦角的均值为正态模糊数,对其取不同的λ截集水平并在各截集水平上进行参数组合。其次,利用各向异性随机场模拟土性参数的空间变异性,将有限元法和Monte–Carlo模拟相结合,计算各参数组合对应的可靠度指标。再通过数学方法得到边坡在各截集水平上的可靠度指标。最后,运用加权平均法计算边坡的模糊随机可靠度指标。算例分析表明:与水平方向的空间变异性相比,垂直方向的空间变异性对边坡模糊随机可靠度的影响更为显著;不考虑土性参数的空间变异性在一般情况下会低估边坡的模糊随机可靠度指标,但在抗剪强度参数变异性较大时,反而可能会高估边坡的模糊随机可靠度指标;此外,黏聚力与内摩擦角之间的相关性对边坡失效概率的影响趋势基本不受土性参数空间变异性的干扰。     

不排水强度的空间变异性及单桩承载力可靠性分析

对于土性随深度变化的情况,讨论了不排水剪切强度cu空间变异性的随机场概率统计模型.由于现有的土层随机场模型都是针对平稳随机场,即土性的随机分量的,所以首先要用回归的方法分离出趋势分量来,然后才能对随机分量进行模拟.认为在进行岩土工程可靠度分析时,不仅要考虑抽样所带来的误差,还要考虑土性本身的空间变异性.并用不排水剪强度cu的变异性来计算粘性土中单桩承载力的方差,旨在阐明随机场理论在岩土工程可靠性分析中的应用.最后用一个算例作了具体说明.     

考虑参数空间变异性的隧道结构变形分析简化方法

土体参数具有空间变异性是被广泛接受的,而这种变异性对岩土中结构性能有着重要的影响.随机场理论是一种常用的用来模拟土体参数空间变异性的方法.基于随机场理论,以土体弹性模量的空间变异性为切入点,采用蒙特卡罗方法和有限差分模拟计算相结合的方法,开展隧道水平收敛的随机分析.在大量蒙特卡罗计算基础上,提出了3种简单易用的简化考虑...     

基于随机场理论的双线盾构隧道地层变形分析

准确预测隧道开挖引起的地层变形对保障施工安全非常关键。依托厦门地区典型风化花岗岩地层的盾构隧道工程,以土性参数的空间变异性为切入点,针对多层土双线盾构隧道施工地层变形问题,基于随机场理论,采用蒙特卡洛策略和有限差分模拟计算相结合的方法,开展地层变形随机分析。以土体弹性模量E的空间变异性效应为研究重点,系统研究土体弹性模量的竖向、水平波动距离(zθ,xθ)及其变异系数(COV)对双线盾构隧道施工地层变形的影响。结果表明:弹性模量变异系数对变形的影响明显强于波动距离的影响;各向异性系数(/)x zξθθ取值小于32时,地层变形对ξ的敏感性较大;地表沉降变形曲线的特征与隧道上方土体模量的随机分布密切相关。在此基础上,综合考虑低刚度占优效应和模量概率分布形式的影响,提出厦门地区盾构隧道工程设计计算的土体弹性模量等效特征建议值。     

超大直径盾构隧道随机场建模及分析研究

超大直径盾构在掘进过程中由于面临复杂的地质环境,其地质参数的不确定性导致盾构驾驶司机往往依赖于经验进行操作,存在一定的未知风险。尽管随机场模型能在一定条件下描述土体参数的空间变异性,但对于变异性较高的土体往往难以合理评价其参数的差异性。因此,本文通过将随机场理论与克里金方法相结合,从而建立以有限钻孔数据为约束条件的随机场;并以某盾构隧道工程中部分黏聚力、内摩擦角数据为基础验证了该方法的适用性。结果显示:(1)完全随机场模型能基于岩土力学参数的统计量信息,在一定程度上模拟其空间变异性;(2)约束随机场模型能充分利用有限的钻孔数据表征土体各空间位置岩土力学参数的差异性,从而可为超大直径盾构施工提供较为详细的岩土力学参数资料,进而对盾构掘进操作参数的选取提供一定帮助。     

长江堤防三维随机渗流场研究

给出分析各向异性非均质稳定随机渗流场问题的三维有限元模型;结合实际工程问题,统计分析长江荆南干堤土性参数的分布特征,通过Kolomogorov-Smirnov统计检验表明,渗透系数呈高斯分布假设可以接受。通过对长江荆南干堤随机渗流场的三维有限元统计模拟的数值分析,研究长江荆南干堤渗流场的各种随机特性,并进一步对随机模拟结果进行统计检验,验证模拟结果的合理性。在实际的分析研究中把上下游水位的随机波动引入三维有限元的随机分析模型,分析上下游水位的变异性对渗流场矢量的随机干扰和边界条件的随机性对随机渗流场分析结果变异性的影响。在此基础上进一步考虑施加诸如垂直截渗墙、下游导渗沟等抗渗措施后其作为复杂边界条件的扰动,在与场内土性参数的变异性共同影响下,对渗流场水头势分布的随机干扰特性,并与相应的确定性稳定渗流场问题的结果对比,证实随机渗流场研究的必要性、可行性及实用性,实现对长江荆南干堤的三维渗流场的较为全面的随机场模拟及特性分析,分析得到的结论通过统计检验并结合实测工程数据对照证明是可靠的,所研制的程序是适用的。     

土工离心模型的空间变异性研究

土工离心模型的试验结果主要由模型箱内空间平均的土性指标影响。基于随机场的原理,研究了土工离心模型中土性指标的空间变异性。根据实测土密度和孔隙率数据,采用相关函数法计算相关距离,并讨论了模型与原型的空间变异性的相似关系。结果表明,离心模型中土性指标的点变异系数相比原位测试值偏小,相关距离则远小于原位土的相关距离。即使点变异系数和相关距离一致,不同比尺的模型对应原型的空间均值变异系数也不相等。给出了空间均值变异系数云图,可用来调整离心模型以满足原型空间均值变异系数的要求。     

基于现行规范岩土参数的统计方法分析及应用

对现行《岩土工程勘察规范》中岩土参数的统计方法进行了系统的说明,同时结合工程勘察实践,讨论了如何利用随机场理论结合土的相关距离来求岩土参数的标准值。     

基于随机场理论的江苏海相黏土空间变异性评价研究

土体空间变异性分析是进行岩土工程可靠度设计的理论基础。采用随机场理论,提出了典型江苏海相黏土的随机场特征及参数,对基于孔压静力触探(CPTU)测试数据的空间变异性进行了系统分析。由于竖直方向上CPTU锥尖阻力数据的样本容量较高,通过对锥尖阻力进行一次多项式去趋势来获得平稳的波动分量,并利用常用的5种自相关模型拟合波动分量的自相关系数。采用修正的Bartlett统计公式来检验波动分量的平稳性,选取最优的竖直波动范围。竖直变异系数由波动分量和去趋势函数来确定。鉴于水平方向上的CPTU锥尖阻力数据的样本容量较小,采用平均零跨距法估计水平波动范围,水平变异系数由总体变异系数来表示。结果表明,竖直向和水平向上江苏海相黏土较报道值显示出更强的空间变异性。     

随机场理论在抗剪强度指标统计中的应用

 根据土力学关于地基承载力等课题的基本假定,土的抗剪强度指标是描述均匀土体平均强度趋势的参数,统计时应计算其一定空间范围的均值及其均值方差,因而有必要将随机场理论引入抗剪强度指标的统计方法,并考虑土性指标的自相关性及互相关性。以抗剪强度指标的传统统计方法为基础,结合随机场理论,提出抗剪强度指标的随机场统计方法,在抗剪强度指标统计时既考虑单个指标的自相关性,又考虑指标之间的互相关性;并且不必分别研究c,tanj 的自相关函数及互相关函数,而是通过回归直接得到其均值方差,使计算大为简化。最后,通过天津新港的工程算例,进一步说明用此统计方法得到的可靠度指标与工程的实际安全程度相对应,且较传统的统计方法更为合理。     

材料参数空间变异性对水泥固化淤泥填筑路堤稳定性影响研究

采用水泥固化疏浚淤泥(CSM)作为路堤填料既能有效解决砂石等理想填料资源的短缺难题,又能科学地减轻疏浚淤泥弃置给社会带来的经济和环境压力,值得大力推广。但实际工程中CSM材性参数往往表现出极强的空间变异性,明显影响路堤的稳定性,而常规确定性设计方法(CDDM)对此考虑不足。鉴于此,基于现场CSM材性参数统计特征,通过随机有限元法(RFEM)分析了不同工况下参数空间变异性对CSM路堤稳定性的影响规律,重点比较了RFEM可靠度方法和CDDM在CSM路堤设计中的差异,结果表明CDDM无法合理表征CSM材性参数强空间变异性的影响,设计结果往往偏于危险。最后,以RFEM分析为纽带,提出了CDDM稳定安全系数、路堤设计参数、材料参数变异系数和可靠度指标四者之间的对应关系,有助于实现在不改变CDDM设计架构前提下等效表征CSM材性参数强空间变异性影响的目的。     

隧道施工导致的地表移动及变形研究

为确保城市地面建筑的安全和正常使用,因此对隧道施工所产生的地表位移的预测极为重要。随机介质理论利用线性叠加的方法,在不考虑工况之间相互耦合作用的前提下,能够处理相应的地表响应,包括隧道的掘进、降水等施工措施所产生的地表响应。为了适应不规则的地层损失,作者引入了将不规则地层损失进行等参变换的方法,更好的适应了实际工程需要。在此基础上,对井点降水施工引起的地表位移利用随机介质理论进行详细的分析,结果表明与现场实测的数据吻合良好。     

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。