可靠性理論在邊坡穩(wěn)定分析中的應(yīng)用

1、最新【精品】范文 參考文獻(xiàn) 專業(yè)論文可靠性理論在邊坡穩(wěn)定分析中的應(yīng)用可靠性理論在邊坡穩(wěn)定分析中的應(yīng)用摘要：隨著可靠性理論的廣泛應(yīng)用，可靠性理論在邊坡穩(wěn)定分 析中的應(yīng)用也越來(lái)越多。本文首先闡述可靠性理論對(duì)邊坡穩(wěn)定分析的 重要性，接著重點(diǎn)闡述在邊坡穩(wěn)定性分析中所用到的可靠性方法，最后介紹目前存在的一些問(wèn)題和發(fā)展趨勢(shì)。關(guān)鍵詞：可靠性；邊坡；穩(wěn)定性中圖分類號(hào)：U416.1+4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：邊坡的穩(wěn)定對(duì)建設(shè)項(xiàng)目的施工和使用都極其重要。 在巖質(zhì)邊坡穩(wěn) 定性分析中廣泛應(yīng)用極限平衡、數(shù)值計(jì)算等方法。但通過(guò)原位試驗(yàn)來(lái) 確定巖體力學(xué)參數(shù)的方法有一定的局限性，并且多數(shù)情況原位試驗(yàn)不 能大量進(jìn)行，而常采用經(jīng)

2、驗(yàn)公式來(lái)確定巖體抗剪強(qiáng)度參數(shù)。 邊坡穩(wěn)定 性可靠研究的基本思想是引入安全限制作為功能函數(shù)或或，然后利用 各種可靠性計(jì)算模型求出可靠指標(biāo)和破壞概率。在邊坡的穩(wěn)定性分析中引入可靠性理論的必要性1.1邊坡穩(wěn)定的重要性邊坡是土木建筑工程、市政工程、水利水電、公路、鐵路交通和 礦山等國(guó)民經(jīng)濟(jì)重大建設(shè)工程中常見的構(gòu)筑物。 特別是山區(qū)城鎮(zhèn)建設(shè) 中大多數(shù)建設(shè)項(xiàng)目都涉及到邊坡的穩(wěn)定問(wèn)題。 邊坡的穩(wěn)定對(duì)建設(shè)項(xiàng)目 的施工和使用都極其重要。1.2傳統(tǒng)邊坡穩(wěn)定性分析的局限性目前巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性分析中主要采用兩大類方法。第一類方法是根據(jù)滑裂面上的抗滑力和滑動(dòng)力直接計(jì)算邊坡安全系數(shù)。第二類方 法首先采用數(shù)值分析方法（如有限

3、元、離散元、塊體元和DDA等）確定邊坡的位移場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)，再采用超載法、強(qiáng)度儲(chǔ)備法等使邊坡達(dá)到 極限狀態(tài)，從而間接地得到穩(wěn)定安全系數(shù)。1.3邊坡系統(tǒng)的復(fù)雜性邊坡巖土體是地質(zhì)體的一部分，是長(zhǎng)期地質(zhì)作用的產(chǎn)物，它所涉 及的工程地質(zhì)條件及巖土體性質(zhì)參數(shù)是復(fù)雜的、多變的、隨機(jī)的、相 關(guān)的。因此用傳統(tǒng)的定值方法來(lái)描述這種復(fù)雜性、 不確定性和相關(guān)性 是不適宜的，也是非常困難的。1.4邊坡系統(tǒng)的不確定性 物理不確定性。物理不確定性主要指影響邊坡系統(tǒng)穩(wěn)定性因素 的不確定性。 統(tǒng)計(jì)不確定性。主要由測(cè)試手段、測(cè)試精度、量測(cè)取樣、參數(shù) 的估值、推斷所引起的。 模型的不確定性。例如各種條分法，其簡(jiǎn)化條件不同，計(jì)算程 序

4、、算法、公式等也不相同，導(dǎo)致結(jié)果的不確定。2可靠性分析方法的引入2.1可靠性的概念可靠性是指系統(tǒng)、設(shè)備、元件等在規(guī)定的條件下和預(yù)定的時(shí)間內(nèi)， 完成規(guī)定功能的概率.對(duì)邊坡而言，就是指邊坡在預(yù)定時(shí)間內(nèi)，滿足 設(shè)計(jì)安全系數(shù)值要求的概率。對(duì)于建(構(gòu))筑物而言，結(jié)構(gòu)的可靠性 包括安全性、適用性和耐久性，它們是衡量結(jié)構(gòu)可靠的標(biāo)志。2.2影響邊坡系統(tǒng)穩(wěn)定性因素的可靠性研究影響邊坡系統(tǒng)穩(wěn)定性之因素有：坡體的地理因素；坡體的結(jié) 構(gòu)，滑動(dòng)面的特征；強(qiáng)度參數(shù)的分布類型、相關(guān)關(guān)系；降雨、地 下水的分布形態(tài)及相關(guān)關(guān)系；地震及外荷載的分布；各種因素的 組合對(duì)可靠性的綜合影響。2.3可靠性計(jì)算模型的研究(l )蒙特卡洛模擬

5、方法即隨機(jī)模擬法或統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)法。該方法首 先選取安全系數(shù)或安全儲(chǔ)備作為功能函數(shù)，即Z= R7 S或Z= R- S,其中R S是隨機(jī)變量的函數(shù)，為容重、粘聚力、摩擦系數(shù)、空隙水 壓力、荷載強(qiáng)度、降雨強(qiáng)度等因素。(2)統(tǒng)計(jì)矩方法 統(tǒng)計(jì)矩方法是由Rosen-blueth于1975年提出的一種矩估計(jì)的近似方法。80年代初應(yīng)用于工程的結(jié)構(gòu)可靠度分析(3)隨機(jī)有限元方法該方法是在常規(guī)有限元方法的基礎(chǔ)上，改輸常量為隨機(jī)變量，其結(jié)果單元應(yīng)力和結(jié)點(diǎn)位移也為隨機(jī)變量，通過(guò)計(jì)算單元應(yīng)力和結(jié)點(diǎn)位移的均值和方差，利用Mohr Couiomb破壞準(zhǔn) 則，得到單無(wú)的可靠指標(biāo)。除以上幾種方法外，具有精度高、適宜性強(qiáng)的可靠性計(jì)算

6、模型也 得到進(jìn)一步的發(fā)展，例如，最大熵密度函數(shù)法、馬氏鏈方法、函數(shù)連 分式方法等。2.4極限狀態(tài)方程的建立巖土邊坡各式各樣，一般假定在正常設(shè)計(jì)、施工和使用條件下無(wú) 明顯退化。所以，在選擇模型時(shí)，一般不直接選用與時(shí)間有關(guān)的隨機(jī) 過(guò)程模型，而選用間接考慮時(shí)間影響的隨機(jī)變量模型。 從而可以認(rèn)為， 邊坡的可靠性主要決定于在某種條件下所呈現(xiàn)的穩(wěn)定狀態(tài)。一般而言一個(gè)邊坡的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)應(yīng)是一系列影響參數(shù)的 函數(shù)。即：式中邊坡幾何邊界尺寸邊坡地下水j 邊坡節(jié)理裂隙分布巖土介質(zhì)材料內(nèi)聚力巖土介質(zhì)材料內(nèi)摩擦角q各項(xiàng)異性巖土介質(zhì)內(nèi)部應(yīng)力分布因此，邊坡的可靠性應(yīng)是上述各種隨機(jī)事件相關(guān)結(jié)合的邊坡穩(wěn)定 的概率(即邊坡

7、抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)的概率)。以邊坡工程中最常見的 Bishop法為例，則邊坡極限狀態(tài)方程為式中： 邊坡極限狀態(tài)方程，g (x)> 0時(shí)抽樣邊坡穩(wěn)定；計(jì)算分塊巖土介質(zhì)內(nèi)聚；計(jì)算分塊的條塊寬；計(jì)算分塊的條塊重；計(jì)算分塊巖土介質(zhì)材料內(nèi)摩擦角；計(jì)算分塊條塊底面與水平線夾角。根據(jù)E?Heok和E?T?Brown多年來(lái)的巖石力學(xué)理論研究和實(shí)際經(jīng) 驗(yàn)確立的巖石破壞準(zhǔn)則，認(rèn)為巖石參數(shù)指標(biāo)與力學(xué)參數(shù)之間的關(guān)系 為：式中巖石強(qiáng)度I有效正應(yīng)力巖石分類評(píng)分巖石分類平分指標(biāo)其他的符號(hào)意義同前。此時(shí)在巖石滑動(dòng)面上的力學(xué)參數(shù)為。2.5最危險(xiǎn)滑面的確定邊坡的可靠分析是指邊坡通過(guò)大量的子樣隨機(jī)模擬、抽佯中，在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)保

8、持邊坡穩(wěn)定的統(tǒng)計(jì)理論值. 針對(duì)每次隨機(jī)抽樣的邊坡 計(jì)算，是一個(gè)“確定”邊坡的穩(wěn)定分析問(wèn)題. 考慮到節(jié)理裂隙構(gòu)造面 的隨機(jī)性和巖石的破壞特性，在最危險(xiǎn)滑面的尋找時(shí)，首先對(duì)節(jié)理裂 隙隨機(jī)生成模擬抽樣，利用隨機(jī)搜索、優(yōu)化理論，在生成的“確定” 邊坡中進(jìn)行隨機(jī)搜索優(yōu)化，找到該抽樣邊坡的最危險(xiǎn)滑面及最小安全 系數(shù)值。2.6破壞概率的確定根據(jù)MomeCarlo法的原理，采用統(tǒng)計(jì)抽樣求解邊坡的可靠性.首 先對(duì)邊坡中的諸多隨機(jī)變量建立一個(gè)與該變量有著相似概率分布的 模型，然后，對(duì)該模型進(jìn)行大量的隨機(jī)抽樣，將抽樣值代入到邊坡的 極限狀態(tài)函數(shù)方程中，以確認(rèn)在該次隨機(jī)抽樣情況下，邊坡失穩(wěn)與 否.根據(jù)大量的抽樣中該邊

9、坡失穩(wěn)的發(fā)生頻率來(lái)估算邊坡的破壞概 率，工程實(shí)例證明，以上地理論分析與實(shí)際結(jié)果比較吻合。存在的問(wèn)題和研究趨勢(shì)以上分析表明：1）將可靠性理論用于邊坡的穩(wěn)定性分析中是可行的；2）邊坡穩(wěn)定支護(hù)的可靠性設(shè)計(jì)具有較為完善的理論基礎(chǔ)，又有 其他相關(guān)領(lǐng)域的可靠性設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，因此，有著良好的前景，是巖土工 程設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)。但是在邊坡系統(tǒng)可靠性分析中還存在著以下問(wèn)題，需進(jìn)一步加 強(qiáng)。3.1邊坡系統(tǒng)可靠性分析中存在的問(wèn)題許多人認(rèn)為概率方法數(shù)學(xué)上太難，不會(huì)在復(fù)雜邊坡工程中取得 突破性進(jìn)展；基本狀態(tài)變量的概率分布還不能正確地求得，基 本變量本身的可靠性研究還有待于進(jìn)一步開展； 由于邊坡體變形破 壞過(guò)程機(jī)理復(fù)雜，各因素

10、之間的交互效應(yīng)和時(shí)間效應(yīng)還不能進(jìn)行可靠 的定量描述。3.2邊坡系統(tǒng)可靠性分析研究趨勢(shì)加強(qiáng)影響邊坡穩(wěn)定性因素的概率分析及因素本身可靠度的研 究；進(jìn)一步研究可靠性模型建立系統(tǒng)與各因素之間可靠性邏輯結(jié)構(gòu) 關(guān)系及各因素可靠度的分配和組合，為滑坡的治理提供最優(yōu)設(shè)計(jì)方 案；加強(qiáng)安全系數(shù)與可靠度的聯(lián)合研究， 建立兩指標(biāo)體系的邊坡穩(wěn) 定性評(píng)價(jià)方法；在確定性模型和隨機(jī)參數(shù)模型的基礎(chǔ)上，進(jìn)行動(dòng)態(tài)的隨機(jī)過(guò)程可靠性模型（包括滑動(dòng)面己知和未知的兩種類型）的研究; 建立邊坡不穩(wěn)定性（滑坡）時(shí)空預(yù)測(cè)的可靠性模型。4、結(jié)語(yǔ)本文從邊坡體統(tǒng)的復(fù)雜性和不確定性出發(fā)，引出了可靠性的概 念，提出可靠性在邊坡穩(wěn)定性分析中的應(yīng)用的必要性。介紹了可靠性的基本原理概念和研究?jī)?nèi)容。具體說(shuō)明了極限方程的建立、最危險(xiǎn)滑 面的確定和破壞概率的確定。并對(duì)可靠性在邊坡穩(wěn)定性分析的應(yīng)用中 存在的