基于边坡可靠性分析的调水工程河道断面优化研究

研究以调水工程河道断面优化为背景,提出基于边坡可靠性分析的设计方法。通过建立边坡开挖模型,采用随机场理论,分析土体参数变化,确保每一级挖掘后边坡安全系数满足工程设计要求。结果表明,优化后的断面水位更为稳定,水流速度波动范围减小,验证了该方法的有效性。研究有助于确保河道断面在挖掘过程中的稳定性,从而提高工程的可行性,对调水工程领域与河道断面优化设计中具有重要意义。

节理边坡渗流离散元模拟及边坡可靠性分析

采用定性研究和定量分析相结合的方法,对地下水对节理边坡稳定性的影响进行了较为全面的研究.首先采用离散元方法进行了节理边坡地下水流动的数值模拟:其次用不确定性方法——模糊点估计方法对有水和无水作用两种情况下的边坡稳定性进行了模糊随机可靠性对比分析.研究表明,地下水的存在使边坡的破坏面积增大,破坏概率剧增,边坡可靠性指标极大地降低,因此地下水对节理边坡稳定性具有不可忽视的作用.

弓长岭露天矿顺倾断层影响边坡可靠性分析

弓长岭露天铁矿北帮边坡出现了沿顺倾断层大范围整体下滑的迹象,为避免灾难性事故的发生,进行了断层、节理的工程地质调查。考虑到边坡工程中客观存在的诸多不确定性因素,实验研究了岩石与断层泥强度的随机分布参数,运用Monte-Carlo法、Rosenblueth法对剖面1～3边坡的破坏概率进行计算,Monte Carlo法的破坏概率计算结果为0.153～0.969,Rosenblueth法的破坏概率计算结果为0.147～0.919,结果表明均已远远大于可接受破坏概率0.005,说明破坏风险极大,西部长约150m滑体必须立即采取治理措施以确保矿山的生产安全。

岩体强度空间变异性与边坡可靠性研究

为分析岩体强度空间变异性对边坡可靠性的影响,引入理论变差函数的球状模型、高斯模型、指数模型来刻画岩体强度的空间变异性。利用Visual Basic编写了上述模型对应的程序并结合现场点荷载试验数据进行拟合,得到了相关的模型参数,利用蒙特卡洛随机取样方法得到了混合岩岩体的强度参数的随机分布特征,最后利用BISHOP法进行边坡可靠性分析得到相应模型对应不同分条宽度的可靠性指标。结果表明考虑岩体强度的空间变异性会使可靠性指标计算值增大,且当分条宽度小于相关距离时可靠性指标随分条宽度增大而增大,当分条宽度大于相关距离时随分条宽度的增大可靠性指标先减小后增大。球状模型与高斯模型的可靠性指标的变化趋势与数值大小基本一致,均在指数模型之下。

地下水位随机性影响下的边坡可靠性分析

在边坡稳定性评价模型中可将地下水的水压力总分为静水压力和动水压力。建立考虑水压力的剩余推力法边坡稳定性力学分析模型。推导了利用已知两点地下水位求解其间任一点地下水位和含水层厚度的求解公式。将地下水位和滑面的抗剪强度指标作为随机变量，利用已有数据求其分布特征，提出基于Monte-Carlo法与剩余推力法的边坡可靠性分析方法，并对某公路边坡进行可靠性分析。计算结果表明地下水位的变化与边坡失效概率的变化成正相关关系。在地下水位变化较大的7、8、9月，将地下水位作为随机变量计算得到的边坡失效概率为60％左右，而将地下水位作为确定量计算的边坡失效概率为10％～30%；在地下水位变化不大的其它月份，二者差别不大，但前者总大于后者。

基于动态规划和随机有限元的边坡可靠性分析

采用动态规划和随机有限元相结合,分析边坡可靠性问题。根据有限元程序AN-SYS蒙特卡洛LHS抽样法进行模拟得到单元节点可靠性指标,用动态规划法搜索出临界滑动面,将与之对应的最小可靠度指标作为边坡的整体可靠度指标。数值算例分析说明了该方法的有效性和优越性。

基于MABC-SVR的边坡可靠性分析

针对原始人工蜂群算法收敛较慢、易陷入局部最优的缺点,提出一种新的改进人工蜂群算法,并利用支持向量机建立了边坡安全系数预测模型(MABC-SVR).在此基础上,结合蒙特卡罗法对典型边坡算例(ACADS)进行边坡可靠性分析,计算该边坡的可靠性指标与失效概率,计算结果与已有结果基本接近,且整个建模和模拟运行过程用时不到26 s,与单纯使用蒙特卡罗法相比,用时大大缩短,可见该可靠性分析方法是科学可行的.

土质边坡可靠性分析的分层非平稳随机场模型

在边坡稳定可靠度分析中使用较为广泛的土性参数平稳随机场模型,通常假设土性参数具有定值涨落尺度或相关长度。对于土壤类别差异较大、分层显著的边坡,尤其是存在局部软弱层的边坡,该模型无法有效模拟不同土层尤其是软弱层的影响。为此,针对由不同类别土壤构成的具有显著分层特性的土性边坡,建立了沿深度方向具有多涨落尺度的土性参数非平稳随机场模型。采用连续回归分析各层土性参数的均值变化函数与方差结构,利用指数相关函数构建非平稳随机场的协方差矩阵,建立了具有多涨落尺度的土性参数非平稳随机场模型,应用塑性极限分析方法,对一个实际工程边坡进行了稳定可靠性分析,研究了黏聚力、内摩擦角等强度参数的非平稳性对临界滑移面形状、位置以及边坡稳定可靠度的影响。分析结果表明,所建具有分层非平稳随机场模型,适于土性参数沿土体埋深呈明显分层特征的土质边坡,能有效反映局部软弱层对边坡稳定可靠性的影响,而平稳随机场模型或均值连续变化的非平稳随机场模型则适于由同一类型土壤构成的边坡。

基于神经网络响应面法的边坡可靠性分析

建立了神经网络响应面,提出了神经网络响应面结合ANSYS数值试验拟合边坡的极限状态方程,进行边坡的可靠度性分析,算例证明该方法具有有效性和优越性。

基于折线滑动的岩质边坡非概率可靠性分析

矿山高陡边坡稳定性研究是露天开采中的一个重要研究课题,由于边坡岩土体构成复杂,用传统的定值求解安全系数的方法已经不能很好地描述岩土体参数的不确定性。通过对折线滑动破坏模式的分区进行相关岩石室内试验,并根据实际工程岩体的情况对室内岩石参数进行强度折减,同时对边坡体不确定性参数进行区间描述。根据折线滑动的破坏模式,结合传递系数法,推导折线滑动非概率可靠度指标求解的功能函数,结合不同的区间解法对功能函数进行求解,得出最终的非概率可靠度指标,从非概率的角度对边坡可靠性进行研究分析。

参数特性及分布形式对边坡稳定可靠性的影响分析

土性参数的变异性及其分布形式对边坡稳定可靠性影响较大,而目前对此研究不足。基于概率统计理论研究了极限状态方程、土性参数变异性及其分布形式对边坡稳定可靠性的影响,进行了相关参数敏感性分析,比较了概率可靠度与非概率可靠度对可靠指标的计算差异。研究结果表明:在基于概率的边坡稳定性分析中,简化Bishop法比瑞典条分法更合理;当参数分布形式无法准确描述时可保守假设参数c、φ分别服从对数正态分布和学生-T分布。非概率可靠度分析方法能简单有效地解决参数样本少、分布形式难于确定的问题,是概率可靠度分析方法的有效补充。

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。

边坡结构可靠性通用公式的矩阵形式研究

针对复杂边坡结构,将多个参数考虑成随机变量,利用矩阵理论推导了结构安全系数K和可靠指标β的矩阵通用计算公式,以及均质边坡结构对应的特例公式.结果表明,这些公式反映边坡稳定性的规律性,可为有限层边坡结构可靠性分析方法在实际工程中的推广使用提供方便,并为其模块化编程提供了理论依据.

基于改进遗传算法的边坡可靠度分析

采用基于概率的可靠性分析方法来分析边坡的稳定性,以克服目前大多数分析方法以确定性安全系数为评判标准的弊端。对于每次搜索中给定的滑移面,结合拉格朗日乘子法提出边坡可靠度的计算模型;采用遗传算法搜索关键滑移面,提出边坡的适应度函数。为克服标准遗传算法在进化过程中无法调节全局搜索和局部搜索速度、且可能陷入次优解的缺陷,改进了子代中最佳个体的确定方法,来并以相邻两代的群体多样性特征值增量为导向,动态调节交叉概率和变异概率,以保持群体的多样性和搜索的有效性。实例分析结果表明,本文方法可以提高遗传算法的搜索能力和收敛速度,保证解全局最优;该法适用于边坡稳定可靠度分析,且前处理简单;在遗传操作前预优化可靠指标计算模型能大大减少遗传算法中的计算量,节约机时。

多随机因素条件下的峡口滑坡可靠性分析

降雨和地震是滑坡发生的主要诱发因素,且二者均具有很大的不确定性。四川雅安峡口地区为地震烈度VII度区,但地震活动较频繁,另外降雨量及地下水位随季节变化大,滑坡诱发作用强烈且具有明显的不确定性,研究诱发因素的不确定性对边坡可靠性而言至关重要。从静力学角度改进了基于Monte-Carlo法和剩余推力法的边坡可靠性分析方法,使地下水和地震力的随机性得到了考虑。综合考虑岩土体物理力学参数、地震力及地下水的随机性,以四川雅安峡口滑坡为研究对象,进行了多随机因素影响下的边坡可靠性分析。分析表明:地下水位随机性及降雨量变化对边坡可靠性影响较大,而地震随机性对边坡可靠性影响不大,但是地震力的存在对于边坡稳定系数的影响明显。

统计矩法的边坡可靠度强度折减有限元分析

文章将确定性分析的弹塑性强度折减有限元法与工程结构的统计矩可靠度分析法相结合,提出了基于统计矩法的边坡可靠度强度参数折减有限元法,并利用该法对大宝山露天铁矿南部某边坡的破坏过程进行了可靠度分析,得出边坡的安全系数和可靠指标。研究结果对大宝山边坡稳定性评价与治理具有指导意义。

基于稀疏混沌多项式的边坡可靠度分析方法

本文提出了一种基于稀疏多项式混沌展开的边坡可靠度分析方法。针对土性的空间变异特征,采用基于Karhunen-Loève分解的随机场进行模拟,建立边坡稳定性分析的多项式混沌展开代理模型,运用正交匹配追踪算法选取对安全系数评估影响较大的多项式基函数,解决了边坡可靠性分析中构建高维高阶代理模型时存在的多项式基函数快速增长问题。将该方法应用于边坡安全系数的不确定性量化及全局敏感性分析。可靠性分析结果表明,构建的多项式混沌展开代理模型仅需要调用较少次数的边坡稳定性计算即可获得精确的安全系数概率分布及统计特性。全局敏感性分析结果表明,不同特征模式的交互项对全局敏感性影响较小,影响边坡安全系数变化的主要是低阶特征模式,而对于高阶特征模式并不敏感。

基于模糊随机理论的广义可靠度在边坡稳定性分析中的应用

在常规的概率极限状态理论基础上 ,分析了边坡体安全状态的模糊性 ,在此基础上构造了基于MCS以及FORM算法的模糊随机可靠度算法 ,分别就边坡体的滑动失效、渗透破坏两种失效模式作了参数敏感性分析 。

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。

二维土质边坡稳定可靠性分析分层离散随机场矩方法

针对边坡稳定可靠性涉及多参数相关且具有空间变异性、极限状态方程非显式等难题,建立土质边坡稳定可靠性分析的分层离散随机场矩法。基于局部平均理论,根据土性参数的竖向分层特性,将层内参数简化为随机变量,不同层的参数通过方差函数体现其竖向空间变异性,提出高效的土性参数分层离散随机场模型,可有效模拟土性参数的竖向变异性以及多参数相关性。将边坡稳定可靠性功能函数简化为土性参数的降维近似函数,采用点估计的高阶矩法,建立土质边坡稳定可靠性分析的离散随机场矩法。算例分析结果与MCS以及多重随机响应面法结果高度一致,验证了本文方法的高效、简捷与合理。