基于Copula理论的岩体抗剪强度参数估值

以锦屏I级水电站坝址微新大理岩岩体原位大剪试验结果为例,分析岩体质量指标与抗剪强度参数间的相关性。利用Copula理论可将边缘分布和相关结构分开研究的优点,建立小样本条件下各变量的边缘分布函数,并在分析岩体质量指标Q与抗剪强度参数f,c间相关结构特点的基础上构造拟合Q-f,Q-c间关系的最优Copula函数。对于相同岩性的同类岩体,在已知Q条件下求条件概率便可得到抗剪强度参数估值的保证率,或可计算一定保证率下的抗剪参数估值。最后运用该函数分析常用的优定斜率法、最小二乘法的保证率,并与Hoek-Brown准则估值进行比较。研究结果表明,岩体质量指标与抗剪断内摩擦因素f呈较高的正相关关系,与抗剪断黏结力c则呈较高的负相关关系,而具有对称结构的Nelsen NO 1和Nelsen NO 2则分别是拟合Q-f、Q-c间关系的最优Copula函数。常用的最优斜率法与最小二乘法由于忽略岩体质量指标与抗剪强度参数的相关性,因此造成较大的偏差,而具有保证率为0.8的抗剪强度估值与Hoek-Brown经验准则相比更接近实际值。该方法注重充分地利用现场有限的数据信息,可以得到具有一定保证率的抗剪强度参数估值,为岩体抗剪强度参数估值提供一种新的途径。     

基于强度折减法的边坡岩土体抗剪强度参数反演

鉴于传统位移优化反分析复杂的数学运算和迭代程序编制,提出了将强度折减法与位移优化反分析法相结合求解边坡岩土体抗剪强度参数。将双参数优化模型转变为单参数优化模型,通过折减系数将位移与抗剪强度参数联系起来,并结合有限元分析、数据拟合、最小二乘法优化,反演边坡岩土体折减系数。通过算例验证了所提方法的可靠性。结果表明:在合理选取初始值的条件下,通过该方法可以求得边坡岩土体抗剪强度参数;该方法不仅避免了复杂的数学计算和迭代程序的编制,还克服了双参数反演时二元线性或非线性回归引起的较大误差。     

JRC-JCS模型在某边坡抗剪强度取值中的应用

简要回顾了岩体结构面抗剪强度估箅方法发展的历程和JRC-JCS模型的原理,并以某边坡岩体中的硬性结构面为研究对象,利用JRC-JCS模型和结构面剪切试验两种方法相互验证,确定结构面抗剪强度指标值。     

基于模糊统计的岩体抗剪强度参数确定方法

边坡岩体抗剪强度参数是影响边坡稳定性的主要地质因素之一,影响工程岩体抗剪强度参数的因素复杂,且具有不确定性。在考虑岩石力学参数随机性和模糊性的基础上,介绍了确定岩体抗剪强度参数的随机一模糊统计原理和相关计算公式。同时以某矿岩石的变角度剪切试验资料为基础,说明采用该方法得出的力学参数能够更好地反映岩石固有的力学特性。     

岩质边坡结构面抗剪强度参数的实用确定方法研究

对坡高不大、坡体量较小的中小岩质边坡,由于资金和技术条件所限,目前确定岩体结构面抗剪强度参数大多来自规范和经验,边坡处治往往很难兼顾安全性和经济性。本文对15~30m高岩质边坡中控稳结构面抗剪强度参数粘聚力c、内摩擦角在边坡稳定中各自发挥的作用进行了定量分析。研究表明:当坡高小于25m时,抗剪强度参数中c值是边坡稳定的主要控制因素,因而提出采用现场原位抗切试验确定c值,再结合规范取值确定值。这种方法通过现场实测确定了主要参数,同时克服了做大型原位剪切试验时间长和费用高的缺点,是一种经济、实用的边坡结构面抗剪强度参数确定方法。     

边坡稳定性分析中工程岩体抗剪强度参数选取的神经网络方法

影响工程岩体抗剪强度参数的因素很复杂，具有不稳定性。由于神经网络方法不仅能考虑定量因素，而且能考虑定性因素的影响，因而神经网络适用于解决非确定性的工程岩体抗剪强度参数的选取问题。建立了选取工程岩体抗剪强度参数的人工神经网络模型，并利用大量工程资料对网络进行训练和测试，得出了一些有意义的结论。     

抗剪强度指标可靠度分析

由试验确定抗剪强度指标ψ,c的分布规律时，常遇到的问题是样本有限，并且ψ，c是存在着较强负相关的二维联合概率分布，按某一强度保证率不能唯一地确定一对分项系数设计所需要的抗剪强度标准值。一般地说，单点试验成果（τi，σi）无法唯一地确定（ψi,ci)。采取一种新的思路，假定对每个试验点（τi，σi）都存在相应一组（ψi,ci)，该（ψi,ci)是所有满足试验点（τi，σi）的组合中出现概率最大的组合。这样求解（ψi,ci)的问题即成为可靠度方法求解设计验算点的问题。一旦所有的（ψi,ci)全部定出，ψ,c的分布规律时也随之确定。在确定（ψi,ci)的同时，该点的可靠度指标βi也随之确定，可以用βi来衡量各点离散度，这样一个二维联合概率分布便转换为一个一维的概率分布问题。由此只需给出一保证率，即可定出该保证率下的ψ,c值。     

植被增加边坡抗剪强度的量化理论

把植被作为一种土木工程材料，并引入了固结理论，运用加筋机制，从理论上得出植被使边坡的抗剪强度得到增加，为边坡稳定设计作出新发展，并从实践初步作出工程施工设计。     

基于抗剪强度折减法的边坡稳定性分析

结合某边坡工程实例,利用有限差分软件FLAC,建立平面应变二维数值模型,基于抗剪强度折减法原理,分别对该边坡在锚杆加固前后的稳定性进行了数值计算分析。结果表明,在天然状态下,该边坡处于稳定状态,但在强降雨条件下(饱和状态),则存在失稳的可能;而在锚杆加固后,两种状态下的边坡安全系数均能大于工程设计要求值1.25,且潜在的滑动面也基本消除。     

岩体抗剪强度试验成果整理及参数选取

岩体抗剪强度试验成果整理及参数选取是大岗山水电站"坝区工程岩体分类及力学特性研究"专题研究中的重要部分.这部分从岩体及结构面抗剪(断)强度特性分析、强度特征点比较、整理方法选取、成果整理及标准值研究以及参数建议值选取等入手,建立起坝区工程岩体(含结构面)质量分类及配套的抗剪(断)强度参数体系,从而达到了保证复杂地质条件下工程安全性及设计合理性的目的.     

边坡可靠性分析中g-line失效域及Copula优度评价研究

针对岩土体抗剪强度参数联合分布模型中Copula优度评价问题,借助g-line给出了一种边坡失效域的抗剪强度参数表征方法,并利用积分途径得到了不同Copula及不同安全系数条件下算例边坡的失效概率,以此探讨了不同Copula计算结果的差异性,重点分析了S_n(p_c)、AIC、RMSE及Bias指标下各Copula的评价效果,并以上述各指标值为评价对象,分别计算了各Copula的熵权系数,从而给出了一种加权组合的Copula形式。结果表明,二次多项式拟合g-line的效果良好,此时边坡失效域可由抗剪强度参数独立表征;常用的评价指标得出的最优Copula结果不唯一,当不能有效地识别最优Copula时,可采用加权组合的Copula进行可靠性分析,能减小计算误差,有效地消除不同Copula引起的失效概率差异性,也能避免因直接采用某些Copula而引起的对边坡可靠度偏保守或者过高估计的问题。     

节理的剪切力学性质与含三维形貌参数的剪切强度准则比较研究

利用水泥砂浆材料浇注3组不同表面形貌的节理试件,由常法向应力下的直剪试验研究节理的剪切力学性质,并分析法向应力、三维形貌特征对抗剪强度的影响。直剪试验结果表明：峰值剪胀角与法向应力成反变化关系,与粗糙程度呈正变化关系;峰值抗剪强度与法向应力、粗糙程度均呈正变化关系。分析了JRC-JCS准则计算值偏低于试验值的原因,根据试验现象建议采用三维形貌参数、抗拉强度描述节理的剪切强度。对比分析了含三维形貌参数的峰值抗剪强度准则,建议低法向应力水平下采用双曲线形式的峰值剪切强度准则估算岩石节理的峰值抗剪强度。     

强度参数统计特性对边坡稳定可靠性的影响

由于对边坡强度参数统计特性考虑不全面,使得边坡可靠性指标计算值偏小,对应的失效概率偏大,常常超过10％,设计中难以采纳,造成地基可靠度规范的制定和执行进展缓慢。以某高速公路全风化花岗岩土质高边坡为工程背景,在分析土质参数统计特性的基础上,采用极限平衡理论和蒙特卡罗模拟法,系统地分析了土质强度参数的均值不定性、变异性、相关性、区间特性和空间变化性等对边坡稳定可靠性的影响。结果表明：土性参数的各种统计特性对边坡稳定可靠性均具有不同程度的影响。可靠性指标计算值随抽样距离的减小而增加,随 c 或φ均值的增大而增加,随c 和φ的变异系数的增大而减小,随 c 和φ相关系数绝对值的增大而增加,考虑区间性后可靠性指标计算值也明显变大。即变异性对边坡稳定不利,而相关性、区间性和空间变化性对边坡稳定有利。因此,准确而全面地考虑土质参数的统计特性,尤其是在参数变异性和相关性的基础上加以考虑土性参数空间变化性和区间性会更加符合工程实际,且计算结果趋于安全,有利于地基可靠度规范的推广运用和边坡工程的安全评价。     

Modeling of non-stationary random field of undrained shear strength of soil for slope reliability analysis

The spatial variability of soil properties is often assumed to be modeled as stationary or weakly stationary random fields in slope reliability analyses. However, abundant site-specific data have revealed that the mean and standard deviation of soil properties, such as the undrained shear strength of soil, change with depth. Thus, the non-stationary characteristics of soil properties need to be properly accounted for. The aim of this paper is to propose a non-stationary random field (RF) model for the characterization of the spatial variability and the depth-dependent nature of the undrained shear strength of soil. With the proposed model, the uncertainties of the trend and fluctuating components can be modeled individually. As an example, a clay slope under undrained conditions is investigated to illustrate the proposed model. A subset simulation is carried out to evaluate the slope reliability incorporating the non-stationary characteristics of soil properties. The advantages of the proposed model, relative to the existing non-stationary RF models and the commonly-used stationary RF model in the literature, are demonstrated through a series of sensitivity studies.     

新鲜生活垃圾抗剪强度参数变化规律研究

在环境土工实验室,人工配制新鲜生活垃圾试样,采用大型压缩与直剪联合测定仪器,对288个垃圾试样抗剪强度参数的变化规律进行了研究。将生活垃圾分为3大类,模拟城市经济发展的不发达、发展中及发达3个阶段,将生活垃圾分为3大配比。试验采用3种初始孔隙比(2.1,2.5,2.9)、4级竖向压力(25,50,100,200 k Pa),每级压力作用下的时间分别为0,0.25,0.5,1,2,6,12,24 h,研究了10种剪应变限值(2%,4%,6%,8%,10%,12%,14%,16%,18%,20%)新鲜垃圾的抗剪强度参数。试验结果表明,新鲜垃圾的抗剪强度与竖向压力可以拟合为一条直线,符合库仑定律。随着剪应变限值的增加,抗剪强度参数c值和φ值均有增加的趋势,符合对数模型。给出了不同因素影响下,新鲜生活垃圾c值和φ值的取值范围,c值在6.14~34.17 k Pa之间、φ值在4.1°~30.6°之间。     

结构用重组竹弯曲强度和剪切强度的尺寸效应研究

提出材料强度服从对数正态分布的脆性断裂理论,并与材料强度服从威布尔分布的脆性断裂理论相比,用以研究结构用重组竹强度的尺寸效应。再通过弯曲、剪切强度的尺寸效应试验,验证以上两种理论模式用于结构用重组竹弯曲、剪切强度尺寸效应计算的精度。结果表明,材料强度服从威布尔分布的脆性断裂理论精度更高。按弯曲强度标准值统计时,尺寸效应系数s为0. 045;按弯曲强度均值统计时,尺寸效应系数s为0. 043;按剪切强度标准值统计时,尺寸效应系数s为0. 223;按剪切强度均值统计时,尺寸效应系数s为0. 181。所得s值可用于尺寸效应折减系数β值的计算。     

预应力板柱节点抗冲切强度的脱离体模型

采用混凝土双轴应力状态下破坏的修正Mohr—Coulomb准则,建立预应力板柱节点冲切破坏的脱离体模型,考虑预压应力和预应力钢筋曲线对板柱节点抗冲切的有利影响,推导了预应力板柱节点的抗冲切计算公式。与试验数据对比,本文提出的计算公式具有较高的精度。     

兰永一级公路顺层滑坡抗剪强度参数确定及应用

兰永一级公路工程修建过程中在路堑边坡开挖时形成了顺层边坡,以K23+520处的大型顺层滑坡最为典型。由于岩土体抗剪强度参数在边坡稳定性分析和加固设计中不可或缺,为了更好地实现其余类似边坡的加固设计和稳定性分析,以K23+520处的滑坡为研究对象,提出含有软弱夹层的顺层滑坡结构面上抗剪强度参数的确定方法:对已知一个滑动面位置的滑移–拉裂破坏模式下的顺层滑坡,通过结合顺层滑坡失稳条件(临界高度、局部稳定系数)及变形破坏特征对满足刚体滑移模型下的多组强度参数进行逐步修正,得到了满足工程应用要求的强度参数取值,并将结果用于类似边坡的加固设计和稳定分析。方法不仅适合兰永一级公路K23+520处顺层滑坡结构面上抗剪强度参数的确定,还适用于类似滑坡工程强度参数的确定,具有一定的工程实用价值。     

用十字板强度推算软黏土抗剪强度指标的方法及应用

天津港区地基土上覆较厚的软黏土层,处于欠固结状态,含水率高,承载力低。在构筑物施工期稳定性分析中,需要采用不排水强度指标。常用的几种抗剪强度指标中,以十字板强度最为可靠。但由于十字板强度是土体各滑动面上的抗剪强度的较小值,用于计算土坡稳定性计算常得出过于保守的不合理的结果。同时,单一的十字板强度指标无法用于计算箱筒型基础的地基土压力及承载力。基于十字板强度随深度线性分布的规律及莫尔–库仑抗剪强度原理,结合收集的大量的十字板强度实测数据,通过回归统计分析推算出地基土的两个抗剪强度指标,并将其应用于软黏土土坡的稳定分析及新型箱筒型基础稳定性的计算,计算结果较为合理。 AbstractFilter('ChDivSummary','ChDivSummaryMore','ChDivSummaryReset');