软土地基抗剪强度指标的变异性

引入土层剖面随机场模型,把土性参数的点变异性和空间变异性联系起来。利用上海地区17个典型场地的直固快剪试验资料的统计结果,提出土层抗剪强度指标点变异系数的置信区间,建议在可靠度分析中使用置信上限估计值并考虑空间平均后的折减效应。     

杭州地区典型土层抗剪强度指标的变异性研究

根据杭州地区大量实际工程的勘察资料,通过采用土层剖面随机场模型,把土性参数的点变异性和空间变异性联系起来,对几个典型土层强度指标的空间概率特征进行了统计分析,得出了强度指标相关距离和空间变异系数的变化规律。另外,还对杭州地区几个土层强度指标三轴实验和直剪实验的差异性和相关性进行了实验研究。     

地基土抗剪强度指标统计的方差分离法

<正>一、问题的提出 我们知道,土是一种变异性很大的材料,土层中各点的性质都不相同。传统意义上的均质土层实际是统计均匀的(statistical homogeneity)。定数论方法把这种所谓的“均质土层”的土性看成是等值的,这是不合理的。 国内外有不少文献把土层的土性模拟成一个简单的随机变量,而未考虑方差的来源。实际上,方差的来源不同,其作用和影响也不同,因此必须分开考虑。 我们在分析抗剪强度指标时,把其变异性按来源不同分为四个部分:①土性本身的变异;②模型变异;③试验误差;④统计误差。     

考虑多参数空间变异性的降雨入渗边坡失稳机理及可靠度分析

降雨入渗边坡稳定可靠度研究大多只考虑了土体饱和渗透系数空间变异性的影响,而忽略了土体抗剪强度参数空间变异性的影响。以无限长边坡模型为例,发展了可确定不同降雨历时边坡土体含水率分布和湿润锋深度的修正Green-Ampt入渗模型,探讨了土体多参数(饱和渗透系数和抗剪强度参数)空间变异性与降雨入渗相互作用下的边坡失稳机理,进而比较了不同降雨历时下的边坡失效概率。结果表明:考虑土体饱和渗透系数变异性时,降雨初期较小的饱和渗透系数变异系数对应较小的边坡失效概率,但随着降雨历时的增加,较小的饱和渗透系数变异系数反而对应更大的边坡失效概率。此外,降雨初期土体抗剪强度参数空间变异性引起的滑动面位置不确定性是影响边坡稳定性的关键因素。边坡除了会沿湿润锋附近和不透水层处失稳,还可能沿因抗剪强度参数空间变异性引起的软弱带处失稳,故考虑抗剪强度参数空间变异性对应的边坡失效概率更大。相比之下,降雨后期湿润锋的推进是影响边坡稳定性的关键因素,此时不管是否考虑了抗剪强度参数空间变异性边坡都主要沿湿润锋附近失稳,获得的边坡失效概率相近。     

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.     

考虑土体空间变异性的边坡最危险滑动面随机分析方法

现有边坡可靠度研究均未考虑土体空间变异性对边坡最危险滑面的影响。为此，提出了考虑土体空间变异性的边坡最危险滑动面随机分析方法。首先，采用谱表现法建立了表征土体空间变异性的随机场模型。在此基础上，提出了基于SIGMA/W和SLOPE/W的自动定位搜索最危险滑动面方法。其次，采用非侵入式随机分析方法研究了抗剪强度参数空间变异性对边坡最危险滑动面空间分布的影响。最后，采用算例验证了所提方法的有效性。结果表明：提出的边坡最危险滑动面随机分析方法能够有效地确定边坡最危险滑动面空间分布特征。土体抗剪强度参数的空间变异性对边坡最危险滑动面的空间分布特征有重要的影响，它直接决定了边坡最危险滑动面的位置和滑体规模。土体抗剪强度参数波动范围越大，最危险滑动面的空间分布范围越大。随着土体抗剪强度参数水平向和竖直向波动范围比值的增大，边坡上部发生局部滑动的可能性增大。抗剪强度参数的变异系数越大，最危险滑动面的空间分布范围越大，边坡发生小规模局部滑动的可能性越大。     

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。     

考虑参数空间变异性的边坡可靠度分析非侵入式 随机有限元法

提出了考虑土体参数空间变异性的边坡可靠度分析的非侵入式随机有限元法。采用Karhunen-Loeve级数展开方法表征土体抗剪强度参数空间变异性,其中通过wavelet-Galerkin技术求解Fredholm积分方程得到相关函数的特征解。基于有限元滑面应力法计算边坡安全系数,采用随机多项式展开将隐式函数表达的安全系数替换为显式函数表达的安全系数,并编写了计算程序NISFEM。研究了所提方法在考虑土体参数空间变异性的边坡稳定可靠度分析中的应用。结果表明：提出的非侵入式随机有限元法极大地提高了考虑土体参数空间变异性的边坡可靠度分析的计算效率,为解决复杂边坡稳定可靠度问题提供了一条有效的途径。考虑抗剪强度参数空间变异性的边坡可靠度分析存在临界变异系数,其随边坡安全系数的增加而增大。当抗剪强度参数的变异系数小于临界变异系数时,忽略土体参数空间变异性将会高估边坡失效概率。当边坡安全系数小于1时,边坡失效概率并不总是随着抗剪强度变异系数的增加而增大。此外,土体黏聚力和内摩擦角随机场间相关性对边坡失效概率具有十分明显的影响。     

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。     

土性参数不确定性描述方法的探讨

通过分析土体自然历史形成条件,从土性参数变异性表现特征着手,对其进行归类分析,初步回答了土性指标变异性的含义;对比分析了土层剖面的两种建模方法,据此提出了基于随机场理论的变异性统计方法,并通过实际工程勘探数据的统计分析,诠释了该方法的优越性所在。结果表明:土性指标变异性并非土体分层后层与层之间土性指标的差异,而是层内土性点与点之间的空间变异;相对于传统随机变量的建模方法,这种空间变异性用随机场理论建模更加科学合理;随机场理论用空间趋势函数和随机波动分量分别表征土性指标的确定性部分和随机扰动部分,通过去趋势化处理,可把握土性参数不确定性的核心;实例分析显示,本文提出的方法可更加精确地了解土性参数的不确定性,为可靠性理念在实际工程中的应用提供有利的途径。     

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.     

Reliability analysis of unsaturated soil slope stability under infiltration considering hydraulic and shear strength parameters

Bulletin of Engineering Geology and the Environment - In general, soil properties, including shear strength and hydraulic parameters, are characterised as a spatial variability. This paper aims to...     

考虑参数空间变异性的边坡稳定可靠性有限元极限分析

当土性参数空间变异性较大时,极限平衡法得到的滑移面不尽合理。阐述了基于广义变分原理的有限元极限分析方法,采用混合有限元方法,构筑了线性应力三角形单元与线性速度三角形单元,结合强度折减法与线性规划算法,建立了边坡稳定安全系数上下限分析方法,分析了土的抗剪强度参数空间变异性对边坡稳定性的影响,并与3种典型极限平衡法进行了对比。结果表明,FELA方法可有效搜索边坡临界滑移面,并给出安全系数的严格上下限。对于简单均质边坡,有限元极限分析与极限平衡法结果接近,极限平衡法结果大多位于极限分析的上下限内;对于空间变异性较大的边坡,有限元极限分析法可以有效搜索可能的多种临界滑移面,而极限平衡法则存在显著偏差,且往往高估滑坡风险。强度参数的空间变异性还导致边坡安全系数分布形式变化显著,仅采用安全系数无法反应这一变化。根据安全系数的分布形式,给出了土性参数设计值建议。     

考虑参数空间变异性的失稳边坡参数概率反分析

概率反分析能够有效地考虑岩土体参数不确定性并融合现场监测数据和观测信息等更新岩土体参数统计特征,进而使得边坡稳定性评价更为符合客观工程实际,然而目前参数概率反分析几乎没有考虑参数固有空间变异性的影响。结合多重响应面和子集模拟提出了考虑岩土体参数空间变异性的边坡参数概率反分析方法,并以芝加哥国会街切坡为例,融合边坡失稳和滑动面入滑点与出滑点的大致位置这两个现场观测信息,概率反分析得到边坡不排水抗剪强度参数的后验统计特征。结果表明:本文提出方法可以有效地解决考虑参数空间变异性的低概率水平边坡参数概率反分析问题,具有较高的计算效率。子集模拟中每层随机样本数目对计算结果具有重要的影响,常用的500组样本点难以获得满意的计算结果。此外,土体参数空间变异性对概率反分析计算结果具有重要的影响,考虑参数空间变异性边坡参数由平稳随机场更新为非平稳随机场,与工程实际相符,然而忽略参数空间变异性更新后的参数仍服从平稳分布。     

Variability in the shear strength characteristics of an amphibolite derived laterite soil

Variability in the shear strength characteristics of a fine grained amphibolite derived laterite soil within an area of one square metre in the same horizon is investigated by means of consolidated undrained triaxial compression tests. The shear strength parameters in terms of both effective and total stresses show remarkable variabilities. Cohesion values have coenfficients of variation of 65.1% and 54.7% respectively while the angle of internal friction values have coefficients of variation of 16.1% and 23.6% respectively. The chemistry of the soil has been found to be essentially constant while the spatial distribution of the goethite present was found to be non-uniform The variability in the shear strength characteristics of the soil is attributed to the inconsistent cementation of the soil particles by the goethite.