基于随机场理论的顶管隧道施工地表变形特性分析

针对顶管施工引发的地表变形问题,采用基于高斯型自相关函数和Karhunen-Loeve(KL)级数展开法的随机场理论,考虑地层参数的空间变异性及自相关性,建立三维数值模型中土体参数的随机模拟方法。结合具体顶管施工案例,分析地表纵向及横向变形规律,并与现场实测结果进行对比验证计算方法的可靠性。研究地层土体摩擦角、黏聚力、弹性模量的变异性、相关距离和变异系数对地表变形的影响规律。研究结果表明:与确定性数值模拟相比,随机模拟方法在分析顶管施工地表变形时具有更好的适用性;三维随机场较二维随机场更能够反映3个维度的空间变异性和顶管顶进的空间效应,得到不同顶进距离下各断面地表变形超出控制值的概率;弹性模量的空间变异性对地表变形随机曲线的离散程度和包络范围有较大影响,但不改变变形趋势和规律;变异系数和相关距离对随机曲线的离散程度有较大影响。

基于随机场理论的江苏海相黏土空间变异性评价研究

土体空间变异性分析是进行岩土工程可靠度设计的理论基础。采用随机场理论,提出了典型江苏海相黏土的随机场特征及参数,对基于孔压静力触探(CPTU)测试数据的空间变异性进行了系统分析。由于竖直方向上CPTU锥尖阻力数据的样本容量较高,通过对锥尖阻力进行一次多项式去趋势来获得平稳的波动分量,并利用常用的5种自相关模型拟合波动分量的自相关系数。采用修正的Bartlett统计公式来检验波动分量的平稳性,选取最优的竖直波动范围。竖直变异系数由波动分量和去趋势函数来确定。鉴于水平方向上的CPTU锥尖阻力数据的样本容量较小,采用平均零跨距法估计水平波动范围,水平变异系数由总体变异系数来表示。结果表明,竖直向和水平向上江苏海相黏土较报道值显示出更强的空间变异性。

基于随机场理论的地基概率沉降分析

将土性参数中的压缩模量建模为随机场而非传统意义上的随机变量,利用随机场的局部平均理论,确立了计算参数由点特性过渡到空间平均特性的方差计算方法。结合目前基础设计中主流的沉降计算方法(分层总和法),推导了能够反映土性参数空间变化特性的基础沉降表达式,地基土分单层和多层两种情况;在假定自相关函数的条件下,利用5点Gauss积分,实现了基础沉降概率反映特性的一次二阶矩分析,进而提出了基础沉降的概率预报方法及给定沉降控制标准下的可靠性分析步骤;避免了随机场模拟的复杂性和Monte-Carlo抽样的庞大计算量,实现了与通常计算方法相互兼容的目的,便于一般工程设计人员所采用。最后,通过一个工程算例再现了此方法的分析过程和适用性。这对岩土工程的风险评价和可靠度分析具有重要的应用价值。

随机场理论在海洋结构物地基可靠度分析中的应用

对随机场理论应用于海洋土地基可靠度研究中的必要性及其理论意义进行了深入的分析和探讨,提出了检验土性指标的平稳性和各态历经性的方法,结合渤海油田在开发和建设中积累的大量工程地质勘察资料,对海洋土竖直和水平向土性剖面建立齐次正态随机场模型.并在此基础上,以渤海某油田海洋平台的地基可靠度分析为例,说明随机场理论在海洋土地基可靠度分析中的具体应用及其所发挥的重要作用.

随机场理论在混凝土桥梁结构中的应用

目的建立混凝土桥梁结构的弹性模量随机场,确定该随机场的相关函数、相关距离、及方差折减函数.方法对肇源大桥进行了混凝土强度的现场大量实测,并根据相应关系转化为混凝土弹性模量,以实测数据为基础,通过曲线拟和的方法得到该随机场的相关函数表达式,同时利用随机场的经验公式,确定了该随机场的相关距离和方差折减函数.结果实测数据与指数余弦II型相关函数拟和较好,认为指数余弦II型函数可以作为混凝土桥梁结构弹性模量随机场的相关函数表达式,经计算得到该随机场的相关距离为0.715 m,与工程上的经验取值0.5 m较为接近,认为符合实际.结论通过随机场理论得到了混凝土桥梁结构空间两点的相关性,根据实桥得到的随机场参数可以应用于类似的桥梁结构中.

基于随机场理论的桩基沉降预测方法

针对土性指标普遍存在的变异性与自相关性 ,引入随机场理论分析方法 ,在研究桩基沉降概率分布特征及其特征值计算的基础上 ,提出了一种估算桩基沉降上限的方法 。

基于随机场理论的盾构隧道地表沉降槽曲线研究

在对地表变形产生的沉降槽的研究中,通常将土性参数看作确定值,并且假定沉降槽是关于隧道轴线对称的,这样往往忽略了土体的非均质性特点,对沉降槽的假定也偏于理想化。为此,借助随机场的计算机模拟方法,在引入曲线偏移量对经典Peck公式改进的基础上,开展Monte-Carlo随机分析,分析土体弹性模量空间变异性对沉降槽曲线的影响。研究结果表明:(1)引入曲线偏移量是可行的,并且可以表现沉降槽在隧道轴线位置的不对称性;(2)土体弹性模量空间变异性对沉降槽的形态影响不明显,但对沉降槽宽度、最大沉降值和最大沉降位置有重要影响。

基于随机场理论的盾构隧道地表变形研究

在对地铁隧道开挖引起的地表变形研究中,通常将土体假定为均质各向同性材料,这与实际土体性质的随机性和不确定性不符。为此,利用随机场的计算机模拟和Monte-Carlo策略,以确定性分析为基础开展随机分析,研究土体弹性模量空间变异性对盾构隧道地表变形的影响。结果表明,考虑土体弹性模量空间变异性后,地表变形曲线仍符合高斯分布规律,与实际工程一致;土体弹性模量的随机性对地表变形程度和范围有重要影响,这与确定性分析有很大不同。

基于随机场理论的水电工程渣料场边坡稳定性分析

渣料抗剪强度参数的空间变异性对渣料场边坡稳定性的影响非常显著。利用随机场理论开展抗剪强度参数空间变异性对水电工程渣料场边坡稳定性影响的分析,首先采用自相关函数构建抗剪强度参数随机场,然后利用改进的乔列斯基分解法离散抗剪强度参数随机场,最后利用非侵入式随机有限元方法进行边坡稳定性分析。算例结果表明岩土体抗剪强度参数的空间变异性对边坡安全稳定性有较大影响,边坡滑动面与抗剪强度参数的空间分布有关。工程实例计算结果表明,对于水电工程渣料场这一典型的非均质边坡,单一的安全系数不足以评价渣料场边坡的稳定性,应考虑渣体抗剪强度参数的空间变异性,并结合工程实际进行稳定性及滑动面的综合分析和评价。

基于随机场理论和强度折减法进行边坡稳定性分析

进行边坡稳定性分析时,常常是将边坡模型划分为几层,假定材料参数为随机变量模型,这种模拟方法只考虑了层与层之间材料参数的不同,没有反映出边坡实际情况,而随机场理论的引入恰好纠正了随机变量模型的不足。本文将随机场理论与有限元理论相结合,再利用强度折减法计算出边坡稳定安全系数。通过算例分析表明:在相同离散单元个数情况下,基于随机场理论和强度折减法计算的边坡稳定安全系数均比不引入随机场时要大。

基于参数空间变异性随机场的地铁基坑变形研究

鉴于地铁基坑工程存在土体参数不确定性导致难以精细化控制变形的问题,依托济南地铁闫千户站基坑工程,考虑土体参数空间变异性,将随机场理论与数值模拟有机耦合,研究基坑变形特性与变异系数对变形的影响规律。结果表明,土体参数变异性较小时,可将二维随机场模型简化为一维计算;地表沉降大小和围护结构的变形具有较强相关性,围护结构最大变形区域在0.5 H~0.9 H,平均值约在0.7 H;变异系数与地表沉降呈正相关,变异系数从0.1增加到0.4,地表沉降值增大了70%。

基于随机场模型的桩基竖向承载力可靠性分析

结合随机场理论和误差传递原理求得了利用CPT确定桩基竖向抗压承载力统计特性的理论公式。为把所得公式应用于工程实际,对相关距离、桩截面尺寸、端阻力计算范围等在程序编制中的协调问题进行了研究,给出了符合实际土层厚薄不均特点的统计原则。最后利用可靠度理论,对上海地区19个预制桩场地和17个灌注桩场地进行了电算,求出了上海地区利用CPT确定桩基竖向抗压承载力的可靠度指标及其统计特性。从而为桩基确定性设计方法向概率极限状态设计方法的过渡提供了理论依据和符合实际的计算结果。

基于随机场模型的粉喷桩承载力可靠度分析

应用随机场理论求得利用静力触探比贯入阻力确定粉喷桩承载力统计特性的公式,结合实际工程计算了粉喷桩承载力的可靠指标,并对影响可靠度指标的因素进行了分析,最终得出粉喷桩的可靠度指标。

岩土参数随机场计算机模拟及其工程应用

基于随机场模拟的局部平均细分法理论,借助随机数发生器的子程序库,实现随机场可靠性分析的计算机模拟,并结合有限元软件ANSYS的后处理模块将模拟结果可视化,进而分析离散尺寸和相关距离对模拟结果的影响,通过工程实例,应用随机场计算机模拟结合Monte-Carlo抽样分析的手段,进行工程可靠性分析。结果表明随着相关距离的增加,随机场的变化特性减慢;越靠近上部的土层,土性参数的不确定性对基础沉降的概率反映特性的影响越大。研究成果不仅提供岩土参数随机场计算机模拟的实现方法,而且诠释其应用过程,完善随机场理论在岩土工程可应用领域的一个重要拼图。

随机介质一维概率固结特性

基于土层剖面随机场理论,将土体固结系数cv模拟成服从对数正态分布的空间随机场,该随机场可以通过均值、变异系数、相关距离表示.利用Monte-Carlo方法对土体一维概率固结特性进行了分析,同时用一实例演示了所提方法的计算过程.结果表明:不考虑cv变异性的确定性固结分析过高地估计了实际土体的固结速率;超静孔压和固结度的标准差都对时间因数Tv的敏感性小,可以通过所提出的简便公式近似计算;当相关距离较大时,实际中可以不对cv的方差进行折减,相反,当相关距离较小时,推荐了方差折减系数的简便计算公式.该结论对固结系数变异性较大地区的实际工程建设具有指导意义,简便的方差计算方法能够有效地预测土体固结过程中的不确定性.

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。

含有随机夹杂的统计非均匀弹性介质参数的分析

本文提出了随机点场理论用于研究含有随机夹杂的统计非均匀介质。本文不同于其它作者,一般均将随机理论建立在Eshelby的等效夹杂原理之上,而这里是建立在Kunin的微结构理论基础之上。作为理论的一个应用,本文对复合材料的有效模量及夹杂内部及周围微观场进行了计算。

以随机简易模式评估深基坑工程引致邻房受损之风险

本研究旨在发展一简易模式评估深基坑工程引致邻房受损之风险。结合KJHH简易分析法和随机场理论,透过蒙特卡罗仿真,因而可以考虑岩土材料性质的不确定性。和传统分析方法相较,本研究发展的分析模式,是较合理的分析方法。本研究采用一个台北盆地实际的深基坑工桯案例,验证本研究发展的方法的适用性,并以角变量作为检验邻房受损之准则。结果显示;本研究的分析方法可以合理地评估,深基坑工程所引致的邻房损害潜能。

考虑空间参数随机特征的沥青路面力学行为分析

沥青路面作为应用广泛的路面结构在我国设计规范中被视为各向同性弹性多层体系,这种假设使得设计过程中无法准确描述沥青路面实际工作状态下的受力情况。本文运用平稳随机场参数模型来描述沥青混合料的各向异性,再通过有限元模型模拟沥青路面结构的受力状况,进行确定性和随机性的分析和评价。研究得出:运用随机场理论并采用平稳随机场参数模型分析沥青混合料的各向异性是可行的,对面层层底应力影响较小,对层底应变及层顶竖向位移有一定影响,如果只考虑各向同性将会高估路面结构的稳定性,因此沥青路面设计应考虑沥青混合料的各向异性。

基于KL展开法的基桩竖向极限承载力可靠度

为研究土体空间变异性对基桩承载特性和可靠度的影响,建立了空间变异土体中竖向基桩的数值计算模型,采用KL一阶可靠性方法进行了基桩在承载能力极限状态下的可靠度分析,验证了根据全局方差相对误差确定级数最优展开项数的合理性,分析了土体不排水抗剪强度Su与弹性模量E的空间变异性对竖向基桩可靠指标的影响规律。结果表明:在数值模拟中应考虑桩土接触面黏聚力强度随着Su随机场离散值的变化而变化;E的空间变异性影响基桩抗力与桩顶位移曲线的形状,但不影响基桩极限承载力及可靠指标的大小;可靠指标随着Su的变异系数及竖直自相关距离的增加而减小;在相同的离散精度条件下,单指数型与平方指数型自相关函数对基桩可靠指标的影响很小,但后者的计算量明显小于前者。