Kriging法在饱和-非饱和土石坝坝坡稳定可靠度分析中的应用研究

摘要

土石坝坝坡稳定性分析常作为土石坝工程安全评价的重要依据，然而非饱和渗流条件下坝坡稳定分析一直是水利工程中的研究热点和难点问题。鉴于传统的单一安全系数法无法定量分析众多不确定性因素对坝坡稳定性的影响，本文为客观有效的对坝坡稳定进行安全评价，将基于概率统计理论，引入Kriging方法，以失效概率及可靠度指标对土石坝坝坡安全性进行评估，主要研究内容如下：
　　（1）基于Van Genuchten渗流模型理论、抗剪强度理论和毕肖普方法建立了坝坡安全系数计算公式，进而建立考虑参数不确定性的坝坡稳定可靠度分析功能函数，最后利用蒙特卡罗模拟法（MCS）研究了稳定渗流条件下饱和—非饱和土石坝坝坡稳定可靠度问题，研究成果较好地揭示了渗流条件下土石坝坝坡稳定性及可靠度变化规律。
　　（2）发展了基于Kriging的土石坝坝坡可靠度分析方法，识别了对坝坡稳定具有重要影响的随机变量，利用拉丁超立方抽样（LHS）和软件GEOSTUDIO编写了边坡稳定性分析批处理程序，通过选定适当的回归模型及相关函数建立了坝坡稳定Kriging代理模型，系统探讨了稳定渗流条件下饱和—非饱和土石坝坝坡稳定可靠度问题。本文所提方法具有较高的计算效率，只需几十次运算便可获得较为精确的计算结果，然而常用的MCS需要进行成千上万次有限元分析，从而为稳定渗流条件下土石坝坝坡稳定可靠度分析提供一个有效的工具。
　　（3）建立考虑坝体材料参数空间变异性的坝坡可靠度分析方法，基于随机场理论，发展了相关非高斯参数随机场离散的Karhunen-Loève（K-L）级数展开方法，将考虑材料空间变异性的坝坡可靠度问题转化为含多个随机变量的经典结构可靠度问题进行，然后同样建立坝坡稳定Kriging代理模型，研究了提出方法在考虑坝体材料参数空间变异性的稳定渗流条件下饱和—非饱和土石坝坝坡稳定可靠度分析中的应用，结果表明本文所提方法可有效考虑坝体材料参数的空间变异性对坝坡稳定性的影响。

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第1章 绪论

1.1 选题的意义及背景

1.2 研究现状

1.3 问题的提出

1.4 本文的主要内容

第2章 土石坝坝坡稳定可靠度分析基本理论

2.1 概述

2.2 土石坝坝坡失稳特点及成因机理

2.3 坝坡稳定可靠度分析基本原理

2.4 坝坡稳定可靠度分析方法

第3章 稳定渗流条件下的饱和-非饱和土石坝坝坡稳定可靠度分析

3.1 概述

3.2 渗流基本理论

3.3 非饱和渗流特性函数

3.4 算例分析

3.5 本章小结

第4章 基于Kriging法的饱和-非饱和土石坝坝坡稳定可靠度分析

4.1 概述

4.2 Kriging方法的基本理论

4.3 拉丁超立方抽样（LHS）方法基本原理

4.4 Nataf变换方法基本原理

4.5 算例分析

4.6 本章小结

第5章 考虑参数空间变异的饱和-非饱和土石坝坝坡可靠度分析

5.1 概述

5.2 随机场基本理论

5.3 相关非高斯随机场的离散

5.4 算例分析

5.6 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 全文总结

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果