基于通用发生函数的边坡系统滑坡危险度研究

摘要

本文通过概念阐述和方法对比,系统的指出了边坡稳定性分析、危险度分析评价以及边坡滑坡风险评价之间依次递进的关系,提出了有限差分数值模拟与边坡可靠度分析相结合的FLAC-统计矩分析方法,针对具有多条潜在滑动面的复杂边坡问题,首次将系统可靠性分析领域中的多状态系统的理论和方法引入边坡滑坡的危险度研究中,并对其中的一些问题做了深入的探讨和研究,主要包括:
　　 (1)分析探讨了边坡稳定性分析、边坡滑坡危险度评价以及边坡滑坡风险评价之间依次递进的关系,将边坡稳定性分析以及边坡系统滑坡危险度评价作为重点,综述了边坡稳定性分析以及滑坡危险性分析的国内外研究现状,为本文分析方法及数学模型的提出打下基础。
　　 (2)针对具有多个潜在滑动面的复杂边坡,首次将系统可靠性分析领域中的多状态系统理论及其通用发生函数方法引入此类边坡系统的滑坡危险度评价中,建立了多状态边坡系统模型以及基于通用发生函数的边坡系统滑坡危险度模型,将边坡滑坡的危险性进行数学表达,求出危险度这一定量指标。
　　 (3)分析了边坡可靠度方法,如一次二阶矩法、蒙特卡洛模拟、响应面法、神经网络法以及统计矩法各自的优缺点以及适用范围,结合有限差分FLAC模拟,提出了基于FLAC-统计矩法的边坡稳定性分析方法,并根据边坡特点,建立了边坡可靠度分析的功能函数和极限状态方程,以此求出边坡系统的多条潜在滑动面的位置及其可靠指标和失效概率。
　　 (4)进行工程实例研究,将所建立的多状态边坡系统模型以及基于通用发生函数的边坡滑坡危险度评价模型应用于广东省某露天矿边坡的危险度评价中,并运用Auto CAD等工具进行滑坡强度指标的分析和计算,最终完成边坡危险度定量值的计算并提出边坡维护及治理建议。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 概念综述

1.2.1 风险

1.2.2 风险度、危险度和易损度

1.3 国内外研究现状

1.3.1 边坡稳定性分析研究现状

1.3.2 边坡滑坡危险度评价研究现状

1.4 研究内容与创新点

第二章 多状态系统理论及其通用发生函数方法

2.1 多状态系统理论

2.1.1 多状态系统的概念

2.1.2 多状态系统的一般模型[65]

2.2 多状态系统的可靠性分析方法

2.2.1 扩展的布尔模型方法

2.2.2 随机过程方法

2.3 通用发生函数方法

2.3.1 矩发生函数和z-变换

2.3.2 通用发生函数的定义

2.3.3 组合算子的性质

2.3.4 基于通用发生函数的多状态系统可靠性分析

2.4 多状态边坡系统滑坡危险度评价

2.4.1 多状态边坡系统模型

2.4.2 基于通用发生函数的多状态边坡系统滑坡危险度评价模型

2.5 本章小结

第三章 边坡可靠度分析方法

3.1 一次可靠度分析方法

3.1.1 中心点法

3.1.2 验算点法

3.1.3 JC法

3.2 蒙特卡洛模拟

3.2.1 基本原理

3.2.2 边坡工程的直接蒙特卡洛模拟

3.2.3 模拟的精度和效率

3.2.4 随机变量的抽样

3.3 响应面法

3.4 神经网络算法

3.5 统计矩法

3.5.1 统计矩法的基本原理

3.5.2 基于FLAG-统计矩法的边坡可靠度分析

3.5.3 算例分析

3.6 本章小结

第四章 工程应用研究

4.1 工程概况

4.2 基于FLAC的边坡稳定性分析

4.2.1 FLAC简介

4.2.2 边坡有限差分模型建立

4.2.3 边坡滑动面及其安全系数求解

4.3 边坡滑动面的滑动概率及破坏能量计算

4.3.1 各滑动面的滑动概率

4.3.2 边坡滑坡的破坏能量计算

4.4 边坡系统滑坡的危险度评价

4.5 边坡维护建议

4.6 本章小结

第五章 结论和展望

5.1 全文总结

5.2 研究展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的主要研究成果