李猛[1]2004年在《边坡稳定可靠度的蒙特卡罗数值模拟及其应用研究》文中认为在岩土工程中，边坡的稳定性分析是一个十分重要的问题，它涉及到诸多工程领域如道桥工程、水利工程和建筑工程等，因此边坡稳定性问题一直是岩土工程界的一个重要问题。 传统的评价方法是安全系数法，将各种设计条件、设计指标和参数都定值化，却忽略了岩土性质参数的不确定性，与实际不相符。近几年来，人们逐渐认识到岩土工程问题中的不确定性，将可靠性分析方法引入边坡工程的稳定性分析，用概率的方法定量的考虑了实际存在的种种不确定性因素，因而更能客观定量的反映边坡的实际安全性。 蒙特卡罗数值模拟方法是求解失效概率和可靠度指标一种相对精确的方法。本文采用可靠度分析的蒙特卡罗方法对边坡稳定可靠度进行了分析，并以工程实例为例，讨论了土性参数的均值和变异性及变量之间的互相关性等对可靠指标的不同影响，编制了相应的程序，研究了其中的规律性，所取得的结论对今后的边坡可靠性分析很有参考意义。
陈坤杰[2]2013年在《基于可靠度理论的风化岩质边坡稳定性分析研究》文中研究说明随着我国大规模工程建设的开展，越来越多的项目涉及到边坡问题，而边坡工程的安全稳定与否不可避免的要遇到许多不确定性因素，如岩土体性质参数的复杂性、多变性、随机性等一系列因素，这些不确定性因素使常规的定值分析方法在应用中有颇多不足，因此，可靠性理论被引入到边坡稳定性分析中。可靠性理论从概率的角度对影响边坡稳定的各种因素的不确定性进行定量分析，从而定量得到坡体稳定的不确定性，是常规方法很好的补充和发展。为了研究各主要影响因素对边坡稳定性的影响，对汝郴高速公路K9+650风化岩质边坡进行正交试验分析，考虑的因素主要有粘聚力c、内摩擦角φ、重度γ、坡高h和地震加速度A等5种参数。通过实验各因素的敏感性程度为：内摩擦角>粘聚力>高度>重度>地震加速度。为边坡的可靠度分析和优化设计提供了理论依据。通过遗传算法搜索汝郴高速K9+650风化岩质边坡最危险滑动面，得出该边坡最危险滑动面的位置。通过Bishop条分法进行稳定性分析，建立边坡的可靠度计算模型，利用Matlab软件编程实现边坡稳定性蒙特卡罗法的模拟，进行边坡可靠度模拟计算。通过计算可以知道，当模拟次数N达到7000次以上时，失效概率基本趋于稳定为9.4﹪。通过安全系数Fs和频数f的关系图可以得到Fs的均值F为1.25，标准差F为0.134，计算得到可靠度指标β为1.86。在边坡可靠度分析中,粘聚力c和内摩擦角φ的敏感性比其他因素大得多，故选取c和φ作为基本随机变量。岩土参数的变异性对可靠指标有很大的影响，通过不同变异系数的对比分析可以得到，随机变量c和φ变异性对β影响程度随变量均值的增大而增大，且φ的变异性对可靠指标β的影响要比c变异性的影响要大。
陈善攀[3]2008年在《土质边坡稳定可靠度分析遗传算法方法及程序设计》文中认为边坡工程因其重要性一直以来是岩土工程领域中的一个研究热点。对边坡稳定进行研究分析,找出既经济且安全的方法具有非常重要的实践意义。以岩土体为工程材料的边坡,其组成和结构构造都存在不均匀性,表现出的工程性质差异很大,采用基于极限平衡理论的传统边坡安全度评价方法—中值安全系数法难以体现边坡工程的不确定性,而基于随机概率分析的边坡稳定可靠度分析方法,充分考虑岩土体参数的均值及其变异性,从实际意义上来说更为合理。把工程设计和现有工程的安全评价建立在可靠度分析的基础上具有重要的现实意义,也是当前的发展趋势。由于边坡系统的复杂性,其稳定性问题及求解可靠指标问题多表现为约束优化问题,目标函数往往是具有多极值点、非凸性的隐函数,因此,采用一般的优化理论进行滑动面搜索时易陷入局部最优解,因此不易求解,从而导致了进行边坡稳定可靠性分析的程序较少,且大多为商业软件,不公开源代码。这就使得很多后来的研究者不得不自己重新编写程序进行计算,这个过程是特别费时间的,造成了许多重复的工作,也浪费了资源。为此,本文致力于研究边坡稳定可靠性分析的方法及其程序实现,希望能给这方面的研究者一些参考意义。针对以上问题,本文主要对以下内容进行了研究:(1)分析了当前常用的可靠度计算方法,比较了这些方法的优缺点,最终选用遗传算法计算可靠度。(2)分析了简单遗传算法(SGA),针对其存在的缺点与不足,引入加速遗传算法(AGA),并对其性能作了比较。计算结果表明:加速遗传算法(AGA)在计算精度,速度及结果稳定性方面明显优于简单遗传算法(SGA)。(3)在前人研究的基础上,提出了用遗传算法计算边坡可靠指标并同时搜索最危险滑动面的算法。该算法充分利用了遗传算法在求复杂、多峰、非凸性的隐函数优化问题的优势,使得计算结果更精确。(4)以面向对象方法编写了边坡稳定分析程序。该编程方法更利于程序的理解、应用、维护及源代码的重利用和扩展。程序中对边坡对象的划分及实现为以后这方面的分析提供了参考(例如将边坡模型分为几何模型和条块模型,将多段线加入土层属性形成土层界线等)。将编好的程序进行了考核,考核结果证明了本文程序的正确性,并用它进行了简单的工程应用,具有一定的工程实际意义。
余钰[4]2008年在《重力式挡土墙结构体系可靠度分析》文中研究说明重力式挡土墙结构简单,施工方便,可以就地取材,是我国常用的一种挡土墙形式。目前在挡土墙的设计分析中采用安全系数法,没有考虑土的物理力学指标的随机性,导致在工程中某些挡土墙按定值法估计的安全系数是足够的,而投入使用后却很快发生了破坏。如果将可靠度分析方法引入挡土墙的设计分析中,则可以减少很多破坏的发生。对于将可靠度方法引入挡土墙的设计计算中,国内外部分学者已经做了一些工作,本文在前人工作的基础上又进行了如下几方面的研究:(1)分析了影响重力式挡土墙可靠度的随机变量,认为回填土的内摩擦角、土对墙背的摩擦角、填土重度、基底摩擦系数、地基极限荷载、土的饱和重度和水力梯度等均是服从正态分布的随机变量;根据可靠度理论,分别建立了挡土墙抗倾覆稳定性、抗滑移稳定性、地基承载力稳定性和墙身材料抗拉强度、抗压强度、抗剪强度的结构功能函数,并利用结构可靠度分析一次二阶矩法中的验算点法分别计算出甘肃某挡土墙实例各单失效模式的可靠度指标。(2)为了真实反映重力式挡土墙稳定性的可靠度,引入了体系可靠度计算理论。将挡土墙倾覆失稳、滑移失稳和地基承载力失稳叁种失效模式视为串联系统,在单失效模式可靠度指标的基础上,进一步利用逐步等效平面法计算出结构体系可靠度指标,并得出挡土墙稳定性的结构体系失效概率。(3)利用蒙特卡罗方法模拟了甘肃某挡土墙实例的可靠度计算过程,模拟结果表明,利用一次二阶矩法中的验算点法计算出的单失效模式可靠度指标和利用逐步等效平面法计算出的结构体系可靠度指标都比较精确,所以这两种可靠度计算方法可以在挡土墙的可靠度分析中进行推广。(4)分析了某挡土墙改建工程改建前后结构体系可靠度的差别,新建挡土墙的结构体系可靠度指标要大于原有挡土墙的结构体系可靠度指标。当考虑动水压力对土压力的影响时,原有挡土墙和新建挡土墙的结构体系可靠度指标均变小,相应的结构体系失效概率变大。基于全球定位系统(GPS)及全站仪技术相结合的监测方法,对新建挡土墙的变形进行了监测,监测结果说明,整个挡土墙在观测期间未发生明显的沉降和倾斜变形,目前是稳定安全的。(5)研究了重力式挡土墙抗倾覆稳定性安全系数和抗滑移稳定性安全系数与对应可靠度指标的关系。针对甘肃某粘土边坡设计了36种不同截面尺寸的挡土墙,计算出每种挡土墙的安全系数和可靠度指标,整理计算结果并分别绘制抗倾覆稳定性安全系数和抗滑移稳定性安全系数与可靠度指标的关系曲线图,从图中可以看出,可靠度指标随着对应安全系数的增大而增大。
何朋朋[5]2006年在《基于蒙特卡罗方法的边坡可靠性分析》文中研究指明由于影响边坡稳定性的因素具有明显的不确定性,传统的安全系数已无法表示边坡发生破坏的可能性。可靠性理论被引入到边坡稳定性分析中来了,称为边坡可靠性分析,边坡可靠性分析的主要目的是计算边坡发生破坏的概率。经过多年发展,已经出现了蒙特卡罗法、一次二阶矩法、Rosenbluth点估计法等多种计算边坡可靠性指标及失效概率的方法。在这些方法中,蒙特卡罗法的计算原理简单,结果相对精确,在可靠性分析中得到广泛应用。 首先对边坡破坏的诱发因素的敏感性进行了分析,认为可靠性分析中主要应当考虑的不确定因素为破坏面的内摩擦角和粘聚力。基于不平衡推力法的力学模型,综合考虑滑坡的两个重要诱发因素水和地震,引入不确定因素,利用蒙特卡罗法可靠性分析原理建立边坡可靠性分析模型。提出了误差估计与模拟次数估计的方法,给出了满足精度要求的条件。 要想进行边坡的稳定性或可靠性分析,必须首先确定滑裂面的位置。确定滑裂面的方法主要有两种,当边坡确实存在实际的滑裂面时一般采用钻孔勘探的方法确定,当边坡不存在明显的滑裂面或者钻孔勘探条件不具备时一般采用优化的方法或数值模拟的方法寻找最危险滑裂面。将改进的遗传算法引入到边坡稳定分析领域,选择滑裂面的圆心坐标和圆弧半径为搜索变量,对土质边坡圆弧滑裂面进行了优化搜索,计算表明,该方法提高了解的精度和搜索效率。 利用基于极限平衡的蒙特卡罗边坡可靠性分析方法对四川省雅安市雨城区峡口滑坡进行可靠性分析。将滑面的内摩擦角和粘聚力作为随机变量,假设二者相互独立。利用室内测试数据,对随机变量进行统计分析,得到其数字特征,进而得到服从随机变量分布的随机数。对水压力和水平地震力的影响分四种工况进行计算,认为对于降雨型诱发破坏的边坡而言,水压力的影响至关重要,稳定性分析中必须考虑。从安全系数概率分布直方图上可以看出,安全系数在不同范围内出现的概率不同,出现概率最大的安全系数区间和传统安全系数值有一定的相关关系。边坡可靠性分析方法得出了边坡破坏的概率和安全系数分布,更好地描述了边坡的稳定性。
王锋[6]2016年在《Kriging法在饱和—非饱和土石坝坝坡稳定可靠度分析中的应用研究》文中进行了进一步梳理土石坝坝坡稳定性分析常作为土石坝工程安全评价的重要依据,然而非饱和渗流条件下坝坡稳定分析一直是水利工程中的研究热点和难点问题。鉴于传统的单一安全系数法无法定量分析众多不确定性因素对坝坡稳定性的影响,本文为客观有效的对坝坡稳定进行安全评价,将基于概率统计理论,引入Kriging方法,以失效概率及可靠度指标对土石坝坝坡安全性进行评估,主要研究内容如下:(1)基于Van Genuchten渗流模型理论、抗剪强度理论和毕肖普方法建立了坝坡安全系数计算公式,进而建立考虑参数不确定性的坝坡稳定可靠度分析功能函数,最后利用蒙特卡罗模拟法(MCS)研究了稳定渗流条件下饱和—非饱和土石坝坝坡稳定可靠度问题,研究成果较好地揭示了渗流条件下土石坝坝坡稳定性及可靠度变化规律。(2)发展了基于Kriging的土石坝坝坡可靠度分析方法,识别了对坝坡稳定具有重要影响的随机变量,利用拉丁超立方抽样(LHS)和软件GEOSTUDIO编写了边坡稳定性分析批处理程序,通过选定适当的回归模型及相关函数建立了坝坡稳定Kriging代理模型,系统探讨了稳定渗流条件下饱和—非饱和土石坝坝坡稳定可靠度问题。本文所提方法具有较高的计算效率,只需几十次运算便可获得较为精确的计算结果,然而常用的MCS需要进行成千上万次有限元分析,从而为稳定渗流条件下土石坝坝坡稳定可靠度分析提供一个有效的工具。(3)建立考虑坝体材料参数空间变异性的坝坡可靠度分析方法,基于随机场理论,发展了相关非高斯参数随机场离散的Karhunen-Loève(K-L)级数展开方法,将考虑材料空间变异性的坝坡可靠度问题转化为含多个随机变量的经典结构可靠度问题进行,然后同样建立坝坡稳定Kriging代理模型,研究了提出方法在考虑坝体材料参数空间变异性的稳定渗流条件下饱和—非饱和土石坝坝坡稳定可靠度分析中的应用,结果表明本文所提方法可有效考虑坝体材料参数的空间变异性对坝坡稳定性的影响。
冯敏杰[7]2008年在《基于神经网络的边坡稳定可靠度分析方法研究》文中研究指明随着定值分析方法在边坡稳定分析中的缺陷日益暴露,探讨新的、更为可靠的边坡稳定计算方法显得尤为重要。边坡稳定的可靠度分析方法正是弥补定值分析方法不足的一种有效方法。可靠度分析方法考虑了影响边坡稳定的各变量的变异性,并用严格的概率来度量边坡的安全性,因此,边坡稳定的可靠度分析方法对边坡稳定的分析和评价更加符合实际。目前,常用的可靠度分析方法有中心点法、验算点法及响应面法,但由于中心点法精度较低,验算点法和响应面法计算量较大,效率较低。为此,本文提出了可靠度分析的神经网络法,该方法将BP神经网络与蒙特卡罗模拟法相结合,进行边坡的稳定可靠度分析。可靠度分析的神经网络法利用BP神经网络对非线性函数的强大映射能力,逼近响应面函数,再结合蒙特卡罗模拟法对构造的响应面进行模拟计算,求解可靠指标和失效概率。本文通过对均质边坡、两层材料边坡的计算表明,神经网络法的计算精度较高,与验算点法接近,而计算效率远在验算点法和响应面法之上。这说明神经网络法在边坡稳定的可靠度分析中有一定的优越性。
陈静瑜[8]2014年在《滑坡抗剪强度参数反演方法研究》文中认为滑坡灾害给社会的可持续发展和人们的生命财产带来严重的威胁。滑坡灾害的频繁发生以及加固处治资金的大量投入,使得滑坡灾害的研究成为热点和难点问题。而岩土体的抗剪强度参数c和φ值是边坡稳定性分析评价和滑坡处置设计的基础,抗剪强度参数的取值成为影响边坡稳定性分析结果可靠度的关键。因此,研究c和φ值的确定方法对边坡工程的分析与设计具有重要的实际意义。反演分析采用的边坡稳定性分析模型不同,反算得到的强度参数值也会有所差异。目前国内外边坡稳定性分析最常用的方法为极限平衡条分法,其中传递系数法在折线形滑面边坡的应用最为广泛。本文以垂直分条折线形滑面边坡作为计算模型,考虑孔隙水压力的影响,运用传递系数法反算滑面强度参数c、φ值。鉴于极限分析上限定理考虑了岩土体材料的应力——应变关系,又较之传递系数法具有严格的理论基础,本文提出了基于极限分析上限法的强度参数反演分析新方法。由于自然界发生的滑坡绝大多数呈叁维形态,而且部分滑坡体的叁维效应极为明显。而二维分析只是对滑坡体行为的逼近模拟,忽略了滑坡体的侧向约束作用,不能反映滑坡体的实际形态,故本文将二维边坡极限分析扩展为叁维极限分析,并将二、叁维反演结果进行对比分析。传统的确定性边坡稳定性分析方法未能考虑岩土参数的随机性和不确定性对边坡稳定性的影响,因此本文将概率可靠度理论和反分析方法相结合,提出了一种简单实用的滑坡强度参数反演新方法。通过湘西朱雀洞滑坡工程实例反演结果的对比分析表明,基于二维、叁维边坡极限分析方法、概率可靠度理论方法和传统的传递系数法的边坡滑面强度参数反演结果具有较好的一致性,并与现场勘测试验值吻合良好,验证了本文提出的滑坡强度参数反演新方法的有效性。叁维极限分析上限法反演的强度参数比二维极限分析方法的反演结果小,体现了滑坡体的侧向约束作用,反演结果更能反映滑坡的真实情况。
李萍[9]2006年在《黄土边坡可靠性研究》文中研究表明通过对黄土地区自然边坡的大量野外调查，深入分析了黄土边坡的坡型和坡度特点，提出黄土“极限状态坡”的概念和野外判定标准。以穿越黄土高原中部的陕北至关中为研究区域，实地测量了16个滑坡，79个极限状态坡的断面。根据区域地形特点和土质条件的差异，将研究区分为叁个地段，即铜黄段(富县以南至关中)，甘泉段(富县到洛河、延河分水岭)和靖安段(分水岭以北)。利用叁个区段中的极限状态坡实测断面，分别建立了坡高与坡度的线性和对数线性两种相关分析模型，并作了不同置信度下的统计分析，统计结果与工程边坡对比表明在自然“极限状态坡”的框架下进行可靠性分析和工程设计是可行的。 对二维简化Bishop法作了改进，将条分法改为积分法，避免了条分的烦琐过程，并提高了计算精度，当条分法的分条足够小时，其结果逼近积分解计算结果。结合计算模型提出一种最危险滑面搜索方法，与已有方法相比，该算法严谨，不出现遗漏，便于编程。利用该稳定性计算模型实现了可靠性分析中的大量计算。地下水是影响边坡稳定性的重要因素，详细分析了地下水在边坡稳定性计算中的处理方法及在理论计算中存在的问题，讨论了工程计算中常用的“替代法”的误差来源和工程可行性。论文进一步建立了考虑黄土后缘拉裂和底部有软弱下卧层的边坡稳定性计算模型。 收集了铜川至黄陵高速公路、黄陵至延安高速公路和靖边至安塞高速公路沿线共1635组黄土物理力学性质指标试验结果，并在野外测量的边坡体上取样22组，测定了其物理指标、颗粒组成、直剪强度指标和叁轴强度指标。详细分析了黄土钻孔土样的物理力学指标的变化特点，以探井原状土样的试验结果为依据，对钻孔土样干密度和天然密度作了修正。对直快剪、固快剪、饱和固快剪、不固结不排水剪、固结不排水剪、饱和固结不排水剪六种剪切试验结果进行了比较分析。将现有滑坡恢复的初始边坡的稳定系数给定为1，进行参数反分析，结果表明按直快剪试验强度参数计算的黄土边坡稳定性与其稳定性现状较为吻合，为此边坡的可靠度计算采用了直快剪试验指标。将钻孔、探井采取土样的强度参数指标和反分析指标对比，表明铜黄段可直接采用收集到的钻探直剪试验结果，甘泉段和靖安段由于土质特殊，对直剪试验结果做了必要的修正。 对黄土强度指标的检验分析表明，黄土强度指标概型既服从正态分布，也服从对数正态分布。甘泉段和靖安段的c值还服从Weibull分布，φ服从β分布，对比分析表明黄土强度指标c、φ的概型，都采用正态分布较为合适。 系统构建了蒙特卡罗模拟模型，模拟结果表明黄土边坡的研究应分三个坡高段，即
吴坤铭[10]2011年在《边坡及其抗滑桩加固工程可靠性分析方法研究》文中提出科学评价边坡稳定性、合理设计边坡抗滑桩加固工程已成为我国基础设施建设中的一个热点和难点问题。本文在分析评价现有的边坡稳定性分析方法的基础上,将智能响应面法应用于边坡稳定性分析中,结合蒙特卡罗模拟法对边坡可靠性进行科学评价和预报；抗滑桩作为一种有效的支挡工程措施已在边坡加固工程中得到了广泛应用,然而,其理论研究却滞后于工程应用,因此本文对抗滑桩设计计算方法展开研究,以优化工程设计。主要研究成果与结论如下：(1)基于可靠度敏感性的智能响应面法分析边坡可靠度：针对边坡工程中的非线性功能函数及非线性计算量大的问题,研究边坡可靠度敏感性,提出参数的相对敏感性分析方法,并基于可靠度敏感性分析提出两种智能响应面法分析边坡稳定性。研究表明：智能响应面法分析边坡稳定性是准确的且具有较高的计算效率,并可以有效解决传统响应面法可靠度计算不收敛问题；且两种智能响应面法计算结果几乎相同,可以互为验证,确保计算结果的准确性。(2)对常用的几种滑坡推力计算方法进行系统改进,改进后的滑坡推力计算方法概念清晰、应用方便。(3)系统推导抗滑桩内力分析计算的悬臂桩法的计算公式；建立抗滑桩内力计算的弹塑性有限元模型,系统推导给出非线性有限元方程组的求解方法,并根据迭代算法编制了相应的计算程序。研究表明：有限元法在做桩身内力计算时无须对滑坡推力分布作任何假定,可以充分考虑岩土材料的非线性力学特征、复杂的几何边界条件等,其计算结果较符合工程实际。(4)建立较为合理的桩间距计算模型；基于强度折减得出相应的桩间距计算公式,以考虑边坡工程等级及其他相关影响因素；在桩间距的计算模型和计算方法的基础上,建立桩间距的极限状态方程,分析岩土体的物理力学性质参数的变异性对抗滑桩间距可靠度的影响。研究表明：岩土体参数变异性对抗滑桩间距可靠度有显着的影响,因此,在确定抗滑桩间距时应考虑参数变异性的影响。(5)基于可靠性分析研究刚性抗滑桩锚固深度：建立锚固深度的可靠性分析模型,基于强度折减有限元法进行可靠度分析。研究表明：可靠指标的选取应考虑边坡工程等级；抗滑桩锚固深度计算参数应视为随机变量,计算参数的变异性对抗滑桩锚固深度可靠指标有显着的影响,在抗滑桩设计中不可忽视。(6)本文提出位移迭代有限元法,分析桩-土相互作用的动态变形协调过程,建立二维平面应变位移迭代有限元模型,对抗滑桩的内力及位移进行计算以进行抗滑桩设计；对影响位移迭代有限元模型计算结果的主要设计参数进行了敏感性分析,为桩身结构设计的优化提供了依据。(7)基于强度折减法设计边坡抗滑桩加固工程。采用强度折减有限元法对抗滑桩最佳桩位设置进行研究,研究表明：最佳桩位介于边坡中部和未加固边坡临界滑面中部之间且更接近于边坡中部。采用强度折减的位移迭代有限元法对加固后边坡的可靠性进行分析,以目标可靠度为控制指标逐步调整桩长,使加固后边坡的整体可靠度满足设计要求。
参考文献：
[1]. 边坡稳定可靠度的蒙特卡罗数值模拟及其应用研究[D]. 李猛. 郑州大学. 2004
[2]. 基于可靠度理论的风化岩质边坡稳定性分析研究[D]. 陈坤杰. 长沙理工大学. 2013
[3]. 土质边坡稳定可靠度分析遗传算法方法及程序设计[D]. 陈善攀. 中南大学. 2008
[4]. 重力式挡土墙结构体系可靠度分析[D]. 余钰. 兰州理工大学. 2008
[5]. 基于蒙特卡罗方法的边坡可靠性分析[D]. 何朋朋. 中国地质大学（北京）. 2006
[6]. Kriging法在饱和—非饱和土石坝坝坡稳定可靠度分析中的应用研究[D]. 王锋. 南昌大学. 2016
[7]. 基于神经网络的边坡稳定可靠度分析方法研究[D]. 冯敏杰. 合肥工业大学. 2008
[8]. 滑坡抗剪强度参数反演方法研究[D]. 陈静瑜. 中南大学. 2014
[9]. 黄土边坡可靠性研究[D]. 李萍. 长安大学. 2006
[10]. 边坡及其抗滑桩加固工程可靠性分析方法研究[D]. 吴坤铭. 合肥工业大学. 2011
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