岩土参数随机场建模及工程应用

摘要

随着科学技术的发展和人们认识的逐步深入，岩土参数的随机建模问题日益引起众多学者的关注。近年来，关于岩土参数随机场的研究有了迅速发展，并在诸如水利工程、地基工程和边坡工程等领域取得了许多新的研究成果。但是，在有关岩土参数随机场建模、数值模拟以及统计特性分析等方面的研究尚属罕见，有大量的工作要做。本文以随机场基本理论为出发点，在广泛收集岩土参数实测资料的基础上，就岩土参数随机场的建模、数值模拟、离散方法以及随机有限元法、结构可靠度计算等问题开展了大量的研究工作。相关距离是描述岩土参数随机场的重要参数之一，可以通过采用相应的方差折减公式，实现岩土参数“点”方差到“空间平均”方差的转换，因此相关距离的计算是随机场理论应用的一个重要内容。早期的随机有限元法是基于随机变量模型进行讨论的，然而随机变量模型不能表征岩土参数的空间变异性，因此考虑岩土参数的空间变异性特征，建立岩土参数随机场模型，并与随机有限元法相结合分析工程结构的可靠度，就具有重要的理论研究价值和工程实用意义。主要内容如下： (1)针对目前岩土参数随机场理论和应用研究现状，提出了其中存在的需要进一步研究的问题。 (2)在总结已有相关距离计算方法的基础上，提出了可以考虑统计不确定性影响的最大值法，并研制了计算程序。就统计不确定性对相关距离计算结果的影响进行了研究，并对需要考虑统计不确定性影响的条件进行了分析。 (3)提出了岩土参数随机场数值建模的方法，研制了仿真建模计算程序，并将该方法应用于小湾拱坝岩石坝基弹性模量随机场的研究中。研究结果表明，本文提出的建模方法简便、实用、可行，具有较大的理论意义和重要的工程应用价值。 (4)首次将随机场理论引入到地下洞室变形稳定可靠度分析中，洞室不同部位围岩的弹性模量采用随机场模型，对相关距离、变异系数、参数分布、相关模型等因素对变形稳定可靠度的影响进行了系统、深入的研究，取得一些有意义的研究成果。 (5)基于可靠指标的几何意义，研究了一种不用导数计算工程结构可靠指标的新算法-蚁群优化算法，并通过算例进行了具体分析。

目录

文摘

英文文摘

前言

声明

第一章绪论

1.1研究背景和意义

1.2国内外研究现状

1.3需要研究的问题及本文的主要工作

第二章随机场及其统计特性

2.1随机场及其数字特征

2.2随机场的一般分析方法

2.3高斯随机场

2.4小结

第三章岩土参数随机场

3.1岩土参数随机场的统计特性

3.2相关距离的常用计算方法

3.3考虑统计不确定性的最大值法

3.4方法比较与几点认识

3.5小结

第四章岩土参数随机场的仿真建模

4.1随机场离散

4.2随机场的数字模拟

4.3岩土参数随机场的模拟实现

4.4小结

第五章结构可靠度计算

5.1结构可靠度计算的常用方法

5.2蚁群优化算法

5.3随机有限元法

5.4小结

第六章基于随机场理论的地下洞室可靠度分析

6.1概述

6.2地下洞室围岩弹模随机场的建立

6.3地下洞室可靠度计算与分析

6.4随机场分布形式及相关模型敏感性研究

6.5小结

第七章总结与展望

7.1全文总结

7.2主要创新点

7.3展望

参考文献

附录

致谢