基于DEM-SRM和盲数理论的边坡地震稳定可靠性分析

针对地震作用和边坡岩土体参数的多种不确定性,采用离散元强度折减法和盲数理论提出了一种边坡地震稳定可靠性分析方法.首先,基于离散元强度折减法和拟静力法计算分析地震作用下边坡的安全稳定状态,并结合响应面法和蒙特卡洛法建立地震边坡的极限状态方程,其次,运用盲数理论对边坡岩土体参数进行盲数化处理,并进一步建立地震边坡的安全系数...     

基于动态和整体强度折减法的边坡稳定性分析

 基于强度折减法的边坡稳定性评价只能获得静态单一的安全系数。为获得边坡渐进失稳过程中的稳定性状况,提出基于动态和整体强度折减法的边坡动态稳定性评价方法,利用动态强度折减法搜索出渐进扩展的滑动面,并结合整体强度折减法计算安全系数的优势,在边坡渐进失稳过程中计算动态安全系数,从而实现对边坡失稳全过程的分析和调控。首先,利用动态强度折减法确定出一系列扩展的滑动面,然后,在每一步折减中降低滑动面的强度参数,随后采用整体强度折减法计算此刻的安全系数。最后进行滑动面扩展–安全系数的对应分析,根据安全系数的动态变化规律对边坡进行稳定性评价和支护。两实例计算表明,动态强度折减法获得的滑动面与实际监测数据相吻合,合理反映边坡(滑坡)的变形破坏特征。利用动态和整体强度折减法的各自优势,获得边坡渐进失稳过程中的一系列动态安全系数,更利于边坡的稳定性判断及支护措施建议。相比于极限平衡法,动态强度折减法也更适合于非均质边坡的稳定性评价,能搜索出正确的潜在滑动面。     

三维不连续变形分析理论及其在岩质边坡工程中的应用

 三维非连续变形分析主要包括3个关键问题：块体系统的拓扑识别问题;单个块体(刚体或变形体)运动方程建立与求解;伴随着块体运动和变形,块体间的接触关系需要不断地判别和更新。针对这3个关键问题,从代数拓扑中单纯形及单纯复合形的概念出发,依靠边界算子来生成三维空间块体的几何识别算法,采用Euler-Poincaré公式来确保块体搜索的准确性;利用单纯形积分来获得块体物理特征量的解析解;在一阶位移模式下,按照最小势能原理建立三维块体系统非连续变形分析的总体平衡方程;针对岩体工程破坏特点,提出面–面接触模型,并在此基础上采用强度折减法来计算岩质边坡的安全系数。由简单楔形体破坏算例可知,三维DDA能够解决由传统极限平衡方法假定条件带来的问题,能够正确计算楔形体破坏的抗滑安全系数。通过工程边坡算例可知,采用三维非连续变形分析方法来研究岩体边坡稳定问题,既能深入理解岩质边坡的破坏机制,又能方便地确定临界滑动块体位置、体积、滑动方向以及相应支护方式等;同时,鉴于DDA方法能够精确地求解切向滑动力,结合强度折减法能够获得比较合理的安全系数。     

边坡可靠度关于岩土体力学指标的敏感性分析

将Morgenstern-Price法与响应面法相结合,对传统的响应面法进行改良,使计算过程改繁为简。再运用蒙特卡洛法进行二次评价。采用该方法对东岗电站人工边坡可靠度进行分析,得出边坡可靠度对γ,c,值的敏感性规律,为该电站边坡工程设计提供了依据。     

改进的响应面法及其在可靠度分析中的应用

分析了常用的基于响应面迭代的响应面法之不足，提出了改进的响应面法——一阶可靠性方法一响应面法二步法。该方法在第一步计算中用一阶可靠性方法求解可靠指标，用差分法或有理多项式法来求解求导数值，不需形成显式功能函数。然后，在一阶可靠性方法的验算点处进行常规的响应面拟合，并对此响应面用一阶可靠性方法、二阶可靠性方法或蒙特卡罗模拟法求解可靠指标。此方法在整个求解过程中只需拟合一个响应面，实例计算表明，该方法在计算精度及效率上均比常用的基于响应面选代的响应面法有所提高。     

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。     

基于光纤光栅传感技术的边坡实时在线监测研究

光纤光栅传感技术在边坡变形监测中的应用发展迅速。针对宁波市象山县一公路高边坡的实时在线安全监测项目,利用测斜管原理,制备了一套光纤Bragg光栅测斜装置,同时采用有限元局部强度折减法对边坡进行了稳定性分析,获取了边坡的临界位移场,并构建了边坡实时在线监测的网络骨架,初步实现了对高边坡的实时监测及早期预警。     

基于有限元强度折减法的边坡稳定性分析

采用强度折减法,根据基于摩尔-库仑屈服准则的广义米塞斯屈服准则（D—P准则）,通过前后处理软件,对边坡稳定性进行非线性有限元分析。综合考虑土体参数的变化和边坡边界条件的特点,从计算结果中分析边坡的位移,变形及其塑性发展趋势,从而可以得出安全系数。结果表明：强度折减法分析边坡稳定性时,不但能够得到边坡的安全系数,而且能够确定最危险滑移面。     

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。     

变模量弹塑性强度折减法及其在边坡稳定分析中的应用

 目前用于边坡稳定性分析的数值方法中的强度折减法通常是仅对强度参数进行折减,且采用的是理想弹塑性模型。该方法主要用于求解边坡的安全系数,由于其在弹性阶段是按线弹性且对弹性模量不折减,故未能充分考虑屈服前岩土体的非线性,采用这种理想弹塑性模型的强度折减法计算所的变形偏小。基于Duncan-Chang非线性本构模型,提出在弹性阶段对弹性模量也进行折减的变模量弹塑性模型强度折减法,可以获得更符合实际的变形场,模量的变化是依据简化的非线性本构模型来实现的。通过与条形基础沉降的理论解和原位压板试验结果对比,证实了新方法在获得合理位移场方面的合理性。将其初步应用于边坡工程的变形计算,并希望由此进一步建立变形与安全系数的关系,以便于更合理地进行现场变形监控。如果采用变形突变来确定安全系数,理想弹塑性模型的强度折减法更明显一些。因此,建议采用理想弹塑性模型的强度折减法确定安全系数,采用变模量弹塑性模型强度折减法确定变形场。     

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SVM响应面的人员疏散可靠度分析

为解决火灾中人员疏散可靠性分析面临的没有显式极限状态方程和计算量过大的问题,提出了一种基于支持向量机(SVM)的响应面可靠度分析技术。采用均匀试验设计初始计算输入参数组,分别使用CFAST和EVACNET计算不同参数组下人员可用疏散时间ASET和必需疏散时间RSET,在此基础上采用SVM回归出ASET和RSET关于输入参数的响应面,进一步在响应面基础上使用直接Monte Carlo模拟技术获得ASET和RSET的概率分布和人员疏散的失效概率。     

基于支持向量机的边坡可靠性分析

将支持向量机与一阶二次矩方法结合,提出了边坡可靠性分析的支持向量机方法。利用极限平衡分析构造学习样本,通过支持向量机学习,建立安全系数与随机变量之间映射关系的支持向量机表达,进而实现边坡极限状态函数及其偏导数的显式表达,从而计算边坡的可靠性指标。该方法避免了传统可靠性分析的缺点。利用一个算例进行了分析,结果表明:该方法计算效率高,结果可靠,对含有大量随机变量的复杂岩土工程可靠性分析具有很大的潜力,具有广泛的应用前景和工程价值。     

非均质边坡多级稳定性分析方法

为了实现对非均质边坡稳定性的全面表征与系统评价,提出了一种针对非均质边坡的“多级次”评价方法。这种方法以强度折减理论为基础,首先对岩土体进行多次局部强度折减,得到边坡不同深度、不同岩层控制的多级潜在滑动面;然后运用极限平衡法进行各个潜在滑动面的稳定性计算,即可得到边坡不同深度、不同级次的稳定性系数。这种方法在确定多级滑动面的过程中充分利用了强度折减法客观性的优点,避开了极限平衡方法主观性的缺点,折减所得滑动面更能反映边坡在重力作用下的变形破坏过程,优于滑弧法搜索结果。通过规则模型的验证及实际边坡的应用,证明这种方法对于综合评价非均质边坡的稳定状态是有效的,并可为边坡的治理、监测设计及施工提供指导。     

关于土坡稳定性分析中的分项系数取值的讨论

基于可靠度理论的分项系数法已在结构工程设计中广泛应用,并成为当前岩土工程设计方法发展的一种趋势。针对土质边坡抗剪强度参数(凝聚力c和摩擦系数f)的分项系数取值进行讨论:首先结合条分法、响应面法以及设计域的概念,在不同工况下标定分项系数的取值;然后评估,在采用不同分项系数组合进行边坡设计时,实际边坡的可靠度水平。研究结果表明:1变异系数对分项系数的标定有重要影响;2减小分位比能够部分抵消一定目标可靠度下由变异系数所引起的分项系数标定值变化以及一定分项系数下实际边坡可靠度水平的波动;3设计验算点是设计域中特殊的一点,它并不是最优的设计值取值点,使用标准化空间里设计域上特定角度一点作为设计值取值点更具优势;4当分位比为0.1,目标可靠度3.2时,经过优化分析,推荐土质边坡分项系数取值为c?=1.30,f?=1.15;5使用该方法,可以对现有安全系数设计方法的可靠度水平进行评估。     

建筑结构可靠度分析方法

介绍了建筑结构可靠度研究的意义,详细阐述了结构可靠度的基本计算方法,对矩法、响应面法、蒙特卡罗法等可靠度计算分析方法进行了分析,指出了各种方法的优点及适用范围,并对结构体系可靠度研究进行了展望.     

基于区间变量的响应面可靠性分析方法

通过对响应面方法、区间变量和地下结构不确定性特点的研究发现:(1)响应面方法在具有不确定性结构的静力响应分析中具有相当高的准确性;(2)地下岩体结构物理、力学参数及力学响应的不确定性特征非常适合通过区间数进行表达,但结构功能函数解析表达式往往很难直接求出。因此,对基于数理统计特征的响应面方法进行了改进,提出了基于区间变量的响应面函数形式选取,试验设计方法及函数解析式的拟合程序。在此基础上,根据函数中自变量的特点,研究了区间变量函数值域区间的求解方法。其中结合响应面函数形式,重点研究了同一自变量多次出现的函数形式的值域求解方法和具体计算程序。从而形成了完整的基于区间变量的响应面非概率可靠性分析方法,利用该方法分析了某一工程实例,展示了其有效性和可行性。     

抗滑桩加固边坡的稳定可靠度分析

经常需要在试验资料不充分的条件下进行边坡工程设计,故如何从搜集到的各方面信息中统计得到工程设计所需参数具有重要的理论和工程意义。某边坡工程以实测两断层实验数据为基础,参照类似工程的实测资料分析结果,利用岩石分类确定断层的内摩擦角,利用反演分析和考虑残差的最小二乘拟合的方法确定断层的黏聚力;抗滑桩是横向受力体系,考虑抗滑桩4种失效模式的相关性,利用反分析的方法确定出抗滑桩的抗力统计参数;根据规范推荐的传递系数法确定出边坡滑动的功能函数,利用离散化降维解法求得边坡稳定的可靠度指标。分析结果表明:利用反演方法修正参数,减少了认识的不确定性,能够提高边坡工程设计的可靠性,在统计数据不足的情况下按可靠度进行边坡工程设计是一种可行方法;同时表明锚索抗滑桩加固边坡的效果是显著的。     

基于节理产状不确定性的边坡稳定性及敏感度分析

用Monte Carlo法对服从Fisher分布的节理产状进行模拟,计算每个模拟产状的安全系数,并统计拟合安全系数的分布规律及边坡的可靠度。为同时考虑安全系数对节理倾角和倾向的敏感度,提出了以安全系数对节理面法向矢量球面距离的敏感度来反映其对产状敏感度的分析方法,并建议用平均值和最大值两个指标来反映任意产状的敏感度。用赤平投影方法在赤平图上绘制安全系数等值线图和敏感度等值线图,实现了计算结果的可视化展示。算例分析表明：此方法实现了对节理产状不确定性的全面直观分析,消除了产状测量数据离散化可能造成的安全隐患,解决了以往产状敏感度分析中需单独对倾角或倾向分析的不足。