边坡可靠度理论分析方法研究综述

自然界中边坡土体的强度参数普遍存在随机性和离散性,因此应用可靠度理论来分析边坡的稳定性性成为岩土工程领域的一大热门,如何准确地量化分析边坡的可靠度指标和失效概率具有重要意义。基于国内外多位学者在边坡可靠度理论方面的研究成果,系统地总结了可靠度指标和失效概率的求解方法,并就边坡可靠度理论的发展方向提出了新的看法。

中国南海神狐海域水合物储层井壁稳定可靠度分析

天然气水合物具有巨大的潜在经济和环境价值,其开发利用对国家能源安全和实现国家碳达峰碳中和的“双碳目标”具有战略意义。我国天然气水合物资源主要分布于南海海域,海洋环境的复杂性和隐蔽性使工程测量数据具有较大不确定性,影响钻井安全。目前未见有水合物储层井壁稳定可靠度研究。为定量评估在我国南海神狐海域水合物储层钻井风险,基于水合物储层钻井井壁稳定解析理论和南海神狐海域具体地质条件,结合可靠度分析方法中的改进一次二阶矩法和响应面法,研究南海神狐海域水合物储层钻井井壁失稳概率分布特征,分析该海域井壁失稳概率及安全钻井液压力窗口对主要参数均值和不确定性的敏感性,结果表明:(1)若测量数据足够精确,在我国南海神狐海域水合物储层进行钻井活动的安全性较高,安全钻井液压力窗口也较大。测量数据的不确定性增大将使井壁失稳概率显著升高,缩窄安全钻井液压力窗口。(2)较低的钻井液温度对降低井壁失稳概率略有帮助,且能明显地扩大安全钻井液压力窗口。(3)5个主要参数的均值和不确定性对井壁失稳概率的影响次序相同,均为初始地应力>初始内摩擦角>弹性模量比>初始黏聚力>初始弹性模量。实际工程中对初始地应力数据精确测量,能够显著提高水合物储层钻井井壁稳定性。

勘察数据变化条件下空间变异土坡稳定可靠度协同更新方法

贝叶斯理论为合理表征土性参数的空间变异性以及量化勘察数据(如不排水剪切强度值)对边坡稳定可靠度的影响提供了有效工具。然而,勘察数据随边坡空间位置变化,而且土性参数空间变异性表征模型(如随机场模型)包含高维不确定性参数。勘察数据的动态变化与高维随机参数反演导致基于贝叶斯理论的边坡稳定可靠度更新具有显著的计算量。为此,提出了考虑变化勘察数据的空间变异土坡稳定可靠度协同更新方法。该方法首先基于贝叶斯更新框架BUS模拟条件随机场,执行边坡稳定性分析;然后基于拒绝抽样原理和协同式分析方法根据不同勘察数据表征岩土体参数的空间变异性,并更新边坡的稳定可靠度。当勘察数据在边坡不同空间位置变化时,避免了重新模拟条件随机场以及执行边坡稳定性分析,同时继承了BUS解决高维随机参数反演的特性,实现了基于贝叶斯理论的空间变异边坡稳定可靠度快速更新。以单层非平稳随机场土坡为例验证了所提方法的合理性和有效性。结果表明,所提方法为勘察数据变化条件下土性参数空间变异性动态表征以及边坡稳定可靠度实时更新提供重要工具。

可靠度理论下矿山法开挖的稳定性分析

分析可靠度理论下矿山法开挖的稳定性,以某矿场为研究对象,采用蒙特卡洛分析法对应用矿山法开挖的矿场边坡进行可靠性分析,得出稳定性相关指标,试验验证了该方法具有较好的应用效果。

工程结构可靠度计算方法分析

围绕工程结构可靠度计算理论,深入阐述了结构可靠度计算的各种方法,并总结出这些方法的优缺点,为实际工程结构的可靠度分析提供了有力参考。尤其是对一次二阶矩法中的中心点法、验算点法以及JC法进行了详细的推导分析,同时基于一次二阶矩理论得到了结构可靠指标的几何含义,并建立了可靠指标β的数学优化模型。

基于可靠度理论的桥梁结构安全性能评估方法

在大型桥梁的设计、施工和运维全过程中,由于涉及众多的构件和参数,难以保证结构安全性能评估的效率和精度。文章提出了基于可靠度理论的桥梁结构安全性能评估方法,首先分析了影响结构性能的主要因素并提出了桥梁结构安全智能评估方法。对比发现,文章提出的智能评估方法相较于传统的有限元方法节省了70%的计算时间,且精度超过95%,该方法将安全评估过程中的物理问题转化为数学问题,为桥梁的安全评估提供了新的思路。

基于子集模拟法的施工进度计划可靠性评估

建筑工程施工进度管理是项目管理的核心,施工进度计划的可靠性对工程建设起着决定性作用。为及时准确评估建筑工程施工进度计划的可靠性,结合随机概率理论,将可靠度分析引入关键路径法中,基于子集模拟法提出了一种动态的施工进度计划可靠性评估方法。实际工程案例分析表明,该方法概念简单易懂、实时性强、计算效率高,能够实时地为项目管理者提供决策依据,有效避免工程进度逾期风险,提升了项目管理的效率和质量。

胶凝砂砾石坝抗滑稳定可靠度分析方法研究

为探索胶凝砂砾石(CSG)坝抗滑稳定性分析方法,文章采用加权响应面法及滑动面应力分析的非线性有限元法,计算CSG坝各可能滑动路径抗滑稳定可靠性指标,分析基于滑动面应力分析的有限单元法与强度折减法的相关关系,比较CSG坝各层面可靠性指标及可能滑动面的抗滑稳定安全指标,分析可靠性指标与强度折减系数的关系,为胶凝砂砾石坝的工程应用提供依据。

考虑参数空间变异性和基于高效代理模型的边坡可靠度分析

在考虑参数空间变异性情况下评估小失效概率的边坡可靠度,传统可靠度分析方法往往存在耗时冗长或难以求解等问题。为此,提出了一种基于分段逆回归的主动学习多元自适应回归样条法与子集模拟结合的边坡可靠度分析方法,并探讨了分段逆回归方法对代理模型响应值的影响。首先,利用Karhunen-Loève展开法离散抗剪强度参数随机场,通过强度折减法计算得到一定数量的训练样本用于构建初始代理模型。接着,采用主动学习函数选取一定量最优样本点更新代理模型,使用最终的代理模型与子集模拟耦合进行边坡可靠度分析。最后,以两个典型的边坡算例,验证所提方法的有效性。结果表明:在考虑参数空间变异性情况下,所提方法可以采用更少的训练样本进行小失效概率边坡可靠度分析,不仅可得到比较精确的结果,而且避免出现内存溢出情况。

基于响应面法的地表塌陷可靠度分析

地下矿开采诱发的地表塌陷已成为矿山生产中重大的安全隐患.目前地表塌陷范围圈定仍采用传统的岩移角概念,其圈定范围与实际塌陷范围存在较大偏差.为改善上述问题,基于响应面法得到的可靠度指标建立了塌陷区范围的计算方法.首先利用离散元数值计算方法开展岩层塌陷变形的岩体力学参数敏感度分析,选择敏感度较强的参数作为随机变量拟合响应面函数;然后采用MATLAB计算不同劣化程度下岩体的可靠度指标,最终利用可靠度指标划分不同风险等级区域.利用该方法对辽宁省朝阳新华钼业有限责任公司钼矿塌陷区范围进行了计算分析,数值计算结果显示,岩体的弹性模量、内聚力和内摩擦角是地表塌陷区计算的敏感性参数,通过与无人机扫描的塌陷坑范围比对,证明提出的塌陷区计算方法较为合理与准确,可以为矿山塌陷区的安全管理提供工程指导.

导弹发射飞行可靠度评估方法研究

发射飞行可靠度是导弹重要的战术技术指标,在导弹鉴定飞行试验数据无法满足导弹高可靠度指标评估要求的情况下,综合考虑地面数据提出了一种基于折合因子Bayes理论的导弹发射飞行可靠度评估方法。该方法首先将地面试验数据进行等效转换并开展一致性检验;其次,采用L-M法将地面数据折合为导弹飞行试验的验前信息;最后,采用基于折合因子的Bayes理论方法对导弹发射飞行可靠度下限进行评估。典型案例研究结果表明,所提出的方法能够充分利用导弹及各分系统可靠性鉴定试验数据信息,既降低了飞行试验的成本和风险,又增加了导弹发射飞行可靠度评估值的合理性。

基于BP神经网络的边坡可靠度分析

为高效准确计算边坡稳定可靠度指标,提出了一种基于BP神经网络响应面的边坡可靠度计算方法。基于有限元强度折减法和结构可靠度理论建立了边坡结构可靠度功能函数,通过BP神经网络对边坡结构响应特性进行学习拟合,采用蒙特卡洛模拟方法在边坡临界状态进行重要抽样,计算边坡稳定可靠度指标,以洪辰边坡工程为例验证了该方法的可行性。结果表明:BP神经网络可以精确拟合边坡结构响应特性;基于BP神经网络得到的边坡可靠度指标为1.255,与有限元计算得到的相对误差仅为-0.51%;提出的方法计算得到的可靠度指标精度较高,结果略偏保守,边坡结构整体处于稳定状态。

基于未确知测度理论的边坡稳定性评价

应用未确知测度理论建立露天矿山边坡失稳的评价模型,根据影响边坡稳定性成因的重要程度,选取地质构造、水文地质、岩体结构、坡高、坡面角、内摩擦角、爆破质点振动速度、地震烈度、年均降雨量三大类9项指标建立评价体系,构建直线型测度函数,利用客观赋值法确定各评价指标的权重,结合多指标综合测度向量和置信度识别准则进行边坡稳定等级判定。经工程应用表明,该评价模型对露天矿山边坡稳定性分析、矿山安全管理具有一定的参考价值。

基于有限元的重力坝抗滑稳定静动力可靠度快速求解方法

重力坝的抗滑稳定是重力坝工程能够安全运行的关键,其抗滑稳定的可靠度研究是当前水利工程领域的重要研究课题.为了解决采用蒙特卡罗法求解可靠指标时计算效率低、采用响应面法时求解精度不高问题,本文提出一种基于有限元的改进一次二阶矩法进行重力坝抗滑稳定可靠度计算.首先,将坝基岩体抗剪断强度参数视为随机变量,定义功能函数为抗滑稳定极限平衡状态下阻滑力与滑动力的差值,在极限平衡状态条件下推导了功能函数中随机变量的偏导数;然后考虑地震荷载作用的随机性,采用基于全概率公式的数值拟合积分方法计算抗滑稳定静动力可靠指标并将此方法应用于某重力坝工程的抗滑稳定分析中.研究结果表明,该方法在保证计算精度的情况下具有更高的求解效率和收敛速度,故可为类似工程的抗滑稳定静动力可靠度分析提供方法借鉴.

基于有限元的边坡稳定可靠度改进一次二阶矩法研究

为研究岩质边坡岩体参数变化时的稳定性,提出一种基于有限元的边坡稳定可靠度改进一次二阶矩法。首先,针对边坡工程中广泛存在的隐式极限状态函数可靠性问题,定义极限状态函数为滑体极限状态下抗滑力与下滑力的差值,考虑黏聚力及内摩擦角作为随机变量并且服从独立正态分布,求出极限状态方程中随机变量的偏导数;然后,根据改进一次二阶矩法编写了求解边坡失稳概率和可靠指标的计算程序;最后,通过算例验证了所提方法的适用性。某库岸边坡可靠性分析结果表明,该方法具有计算流程简单、便于开展、节省机时、计算精度高的优点。

基于BP神经网络和一次二阶矩法的结构可靠度分析

工程结构的功能函数大多为隐式表达式,使得以功能函数的显式表达式为基础的可靠度计算方法难以应用。为此,基于BP神经网络法和一次二阶矩法,根据结构随机变量的统计特性进行随机抽样获取有限数量的样本点,计算出每组样本点下结构的响应值;然后,将其代入由结构响应容许值与实际响应值建立的功能函数中,得到每组样本点下结构的功能函数值;利用BP神经网络对功能函数进行拟合,得到其显式表达式之后,采用一次二阶矩法计算结构可靠度,提出了一种针对隐式功能函数的结构可靠度分析方法。本文方法可以将结构的隐式功能函数进行拟合,从而得到显式功能函数,并最终利用基于显式功能函数的可靠度算法来计算结构可靠度。算例分析表明,本文方法能正确计算结构的验算点和可靠指标,具有较高的计算精度,为功能函数无法显式表达的结构可靠度分析提供了一种可行的方法。

边坡稳定性分析的Sarma模式及其可靠度计算方法

推导了边坡Sarma力学模式稳定性分析的有关公式,揭示了其稳定性系数是隐式函数的特点,研究了该隐式稳定性系数的迭代计算方法。针对Sarma模式和经典响应面法的特点,将响应面中的有限元数值模拟以Sarma模式中隐含稳定性系数的迭代方法代替,而隐含稳定性系数迭代计算过程中随机变量的抽样则遵从响应面中的规则,将传统的响应面思路与Sarma模式结合起来,形成了一种新的边坡稳定可靠性响应面分析方法。最后采用此方法分析了某一边坡工程的稳定可靠性,并把分析过程与结果与蒙特卡洛模拟法计算结果进行对照,表明该方法计算效率较高,原理简单,精度满足要求。

基于MAHP-MEW的桥梁体系可靠度评估方法

为了合理准确地评估桥梁体系的可靠性,文章提出基于多指标熵权法(MEW)和改进层次分析法(MAHP)的桥梁体系可靠度计算方法,结合桥梁可靠度指标等桥梁状态参数建立评价体系,采用横向分布系数构造判断矩阵以改进传统AHP,利用具有客观性特点的多指标熵权法构造综合权重。为了验证提出方法的准确性与合理性,选取一座装配式板桥的上部结构为案例,分析其体系可靠度指标,结果表明该方法的桥梁体系可靠度计算结果具有一定的全面性和合理性。

模糊响应面法及其在边坡稳定可靠度分析中的应用

基于模糊随机变量理论,提出了边坡稳定的模糊响应面法.模糊响应面法将截集法与随机响应面法有机地组合在一起,可同时考虑边坡工程中存在的模糊性与随机性,是随机响应面法的推广.模糊响应面法可将隐式的模糊极限状态函数显式化,因而可以直观地显示基于模糊随机变量理论的模糊随机可靠度分析方法的实质.算例分析表明:可以将参数的不确定性用变异系数及模糊程度参数来表示,变异系数主要影响模糊可靠指标的大小,变异系数越大,可靠指标越小;模糊程度系数主要影响模糊可靠指标的模糊程度,模糊程度系数越大,可靠指标的模糊分布范围越宽.

基于剩余推力法的黄土高边坡稳定性可靠度分析

把边坡稳定性分析的剩余推力法与可靠度分析的JC法相结合,建立了基于剩余推力法的边坡稳定性可靠度分析模型,研制了相应计算程序,并对某黄土高边坡稳定性可靠度进行了实例分析。结果表明:该模型避免了每次迭代时要进行R-F变换,从而提高了计算效率;该模型及相应程序实现方法对基于其他稳定性分析法的边坡可靠度分析也具有一定的参考价值。