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 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)用也越來越多。本文首先闡述可靠性理論對邊坡穩(wěn)定分析的 重要性，接著重點闡述在邊坡穩(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題和發(fā)展趨勢。關(guān)鍵詞：可靠性；邊坡；穩(wěn)定性中圖分類號：U416.1+4文獻標(biāo)識碼：A文章編號：邊坡的穩(wěn)定對建設(shè)項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)值計算等方法。但通過原位試驗來 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)情況原位試驗不 能大量進行，而常采用經(jīng)

2、驗公式來確定巖體抗剪強度參數(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 礦山等國民經(jīng)濟重大建設(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)項目都涉及到邊坡的穩(wěn)定問題。 邊坡的穩(wěn)定對建設(shè)項目 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力直接計算邊坡安全系數(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）確定邊坡的位移場和應(yīng)力場，再采用超載法、強度儲備法等使邊坡達(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、隨機的、相 關(guān)的。因此用傳統(tǒng)的定值方法來描述這種復(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)計不確定性。主要由測試手段、測試精度、量測取樣、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，其簡化條件不同，計算程 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)定的時間內(nèi)， 完成規(guī)定功能的概率.對邊坡而言，就是指邊坡在預(yù)定時間內(nèi)，滿足 設(shè)計安全系數(shù)值要求的概率。對于建(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)，滑動面的特征；強度參數(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 組合對可靠性的綜合影響。2.3可靠性計算模型的研究(l )蒙特卡洛模擬

5、方法即隨機模擬法或統(tǒng)計試驗法。該方法首 先選取安全系數(shù)或安全儲備作為功能函數(shù)，即Z= R7 S或Z= R- S,其中R S是隨機變量的函數(shù)，為容重、粘聚力、摩擦系數(shù)、空隙水 壓力、荷載強度、降雨強度等因素。(2)統(tǒng)計矩方法 統(tǒng)計矩方法是由Rosen-blueth于1975年提出的一種矩估計的近似方法。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，改輸常量為隨機變量，其結(jié)果單元應(yīng)力和結(jié)點位移也為隨機變量，通過計算單元應(yīng)力和結(jié)點位移的均值和方差，利用Mohr Couiomb破壞準(zhǔn) 則，得到單無的可靠指標(biāo)。除以上幾種方法外，具有精度高、適宜性強的可靠性計算

6、模型也 得到進一步的發(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、施工和使用條件下無 明顯退化。所以，在選擇模型時，一般不直接選用與時間有關(guān)的隨機 過程模型，而選用間接考慮時間影響的隨機變量模型。 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時抽樣邊坡穩(wěn)定；計算分塊巖土介質(zhì)內(nèi)聚；計算分塊的條塊寬；計算分塊的條塊重；計算分塊巖土介質(zhì)材料內(nèi)摩擦角；計算分塊條塊底面與水平線夾角。根據(jù)E?Heok和E?T?Brown多年來的巖石力學(xué)理論研究和實際經(jīng) 驗確立的巖石破壞準(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：式中巖石強度I有效正應(yīng)力巖石分類評分巖石分類平分指標(biāo)其他的符號意義同前。此時在巖石滑動面上的力學(xué)參數(shù)為。2.5最危險滑面的確定邊坡的可靠分析是指邊坡通過大量的子樣隨機模擬、抽佯中，在預(yù)定的時間內(nèi)保

8、持邊坡穩(wěn)定的統(tǒng)計理論值. 針對每次隨機抽樣的邊坡 計算，是一個“確定”邊坡的穩(wěn)定分析問題. 考慮到節(jié)理裂隙構(gòu)造面 的隨機性和巖石的破壞特性，在最危險滑面的尋找時，首先對節(jié)理裂 隙隨機生成模擬抽樣，利用隨機搜索、優(yōu)化理論，在生成的“確定” 邊坡中進行隨機搜索優(yōu)化，找到該抽樣邊坡的最危險滑面及最小安全 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)計抽樣求解邊坡的可靠性.首 先對邊坡中的諸多隨機變量建立一個與該變量有著相似概率分布的 模型，然后，對該模型進行大量的隨機抽樣，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)生頻率來估算邊坡的破壞概 率，工程實例證明，以上地理論分析與實際結(jié)果比較吻合。存在的問題和研究趨勢以上分析表明：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)定支護的可靠性設(shè)計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)計經(jīng)驗，因此，有著良好的前景，是巖土工 程設(shè)計的發(fā)展趨勢。但是在邊坡系統(tǒng)可靠性分析中還存在著以下問題，需進一步加 強。3.1邊坡系統(tǒng)可靠性分析中存在的問題許多人認(rèn)為概率方法數(shù)學(xué)上太難，不會在復(fù)雜邊坡工程中取得 突破性進展；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一步開展； 由于邊坡體變形破 壞過程機理復(fù)雜，各因素

10、之間的交互效應(yīng)和時間效應(yīng)還不能進行可靠 的定量描述。3.2邊坡系統(tǒng)可靠性分析研究趨勢加強影響邊坡穩(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)計方 案；加強安全系數(shù)與可靠度的聯(lián)合研究， 建立兩指標(biāo)體系的邊坡穩(wěn) 定性評價方法；在確定性模型和隨機參數(shù)模型的基礎(chǔ)上，進行動態(tài)的隨機過程可靠性模型（包括滑動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）時空預(yù)測的可靠性模型。4、結(jié)語本文從邊坡體統(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內(nèi)容。具體說明了極限方程的建立、最危險滑 面的確定和破壞概率的確定。并對可靠性在邊坡穩(wěn)定性分析的應(yīng)用中 存在的