基于随机场理论的土质边坡可靠度分析

摘要

边坡稳定分析是岩土工程中一个经典问题，也是评价土石坝工程安全的一个非常重要的部分。常规的定值安全系数设计方法未能充分考虑土工在工作中的诸多不确定性因素，而不确定性因素在实际中作用显著不容忽视。因此在边坡稳定分析中引入随机场理论及可靠度分析法具有十分重要的现实意义。
　　 本文着重于对土坡稳定可靠度理论及土体的空间随机场的应用研究，系统总结了可靠度设计的基本方法、分析了土体不确定性的来源及对可靠度计算结果的影响。用C++语言编写验算点法边坡稳定可靠度计算程序，并应用此程序分析了土体参数互相关性、变异性对边坡可靠指标及失事概率的影响，得出了在安全系数相同的情况下，土体参数的统计特性对边坡可靠度影响规律：
　　 1、当参数呈负相关时，可靠指标随着相关系数绝对值增大而增大；当参数呈正相关时，可靠指标随相关系数绝对值增大而减小；参数负相关对坝坡稳定有利。工程实际中，土体c与φ多呈负相关，因此，计算时不考虑参数相关性使计算结果偏于安全。
　　 2、参数的变异性对土坡稳定不利。安全系数相同时，变异系数越大，可靠指标越小，失效概率越大。
　　 3、安全系数相同的情况下，当变异系数变幅相同时，可靠指标及失事概率随φ的变化率更大，可靠指标对的φ变异性尤为敏感。
　　 引入随机场理论，研究了土体参数空间自相关性与变异性对可靠度的影响，阐述了用一维、二维随机场模拟边坡计算断面的方法，并用此法对算例的统计参数进行修正，进而计算出考虑土体空间变异性的边坡可靠指标。考虑土体的空间变异性后得出的可靠指标显著增大。
　　 基于随机场理论的可靠度分析法可以直接计算出边坡的可靠指标与失事概率，比安全系数设计法表示的安全状态更为合理直观。合理确定土体的空间波动范围及自相关函数对可靠度分析具有重要意义，但理论对这方面的研究尚不完善，有待进一步研究。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外坝坡失稳分析研究现状

1.2.1 边坡稳定性的分析方法

1.2.2 国外研究现状

1.2.3 国内研究现状

1.3 问题的提出

1.4 本文主要研究内容

2 土质边坡稳定分析的原理与方法

2.1 边坡稳定分析安全系数法

2.1.1 边坡失稳的成因机理

2.1.2 极限平衡法的基本原理

2.1.3 条分法及受力分析

2.1.4 土石坝稳定分析的简化条分法

2.2 边坡稳定分析的数值方法

2.2.1 有限单元法

2.2.2 离散单元法

2.2.3 快速拉格朗日分析法

2.3 可靠度分析的原理与方法

2.3.1 结构的极限状态

2.3.2 可靠度与可靠指标

2.4 结构可靠指标与安全系数的关系

2.5 可靠度分析的主要方法

2.5.1 蒙特卡洛方法

2.5.2 中心点法(AFOSM法)

2.5.3 验算点法(JC法)

2.5.4 随机响应面法

2.5.5 相关变量情况下迭代格式

2.6 本章小结

3 可靠度法在边坡稳定分析中的应用

3.1 边坡可靠性分析的不确定因素

3.1.1 荷载不确定性

3.1.2 抗力不确定性

3.1.3 模型不确定性

3.2 边坡稳定可靠性分析的功能函数建立及评价标准

3.2.1 功能函数的建立

3.2.2 参数选取

3.2.3 可靠性评价标准

3.3 边坡稳定可靠性分析的工程应用

3.3.1 工程概况

3.3.2 安全系数计算

3.3.3 边坡稳定可靠度计算

3.4 参数统计特性对可靠度影响分析

3.4.1 参数相关性对可靠度的影响

3.4.2 参数变异性对可靠度的影响

3.5 本章小结

4 基于随机场理论的参数变异性研究

4.1 土体参数随机场引入

4.2 随机场数字特征

4.2.1 一维随机场数字特征

4.2.2 二维随机场数字特征

4.2.3 二维随机场降维

4.3 方差折减函数在边坡可靠度分析中的应用

4.3.1 随机场简化模型

4.3.2 方差折减函数的工程应用

4.3.3 土体参数波动范围对可靠指标的影响分析

4.4 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果

致谢