参数变异性及样本容量对边坡可靠度影响的研究

摘要

鉴于目前边坡稳定性分析中存在的两大问题:第一,过分专注于边坡安全系数的计算,直接将各项指标和参数平均化以求得边坡安全系数,忽略了岩土工程中存在的各种不确定因素；第二,对岩土参数变异性缺少较全面的认识,特别是样本容量对参数变异性的影响研究较少.针对上述问题,本文对边坡稳定进行可靠度分析,研究参数变异性和样本容量对可靠度指标和破坏概率的影响. 选用边坡稳定性分析软件GEO-SLOPE,采用蒙特卡洛可靠度分析方法结合极限平衡法,对边坡进行稳定分析评价,给出安全系数和可靠度指标、破坏概率,两者互相补充,以提高对安全系数的认识. 对岩土参数的统计方法进行整理,引入随机场理论采用空间递推法求解参数的相关距离和变异性.对常见土工参数的变异范围进行分析总结,为可靠度计算提供合理的参数选则范围. 以标准边坡为研究对象,重点分析参数变异性和样本容量对边坡可靠度指标和破坏概率的影响,主要包括: 1.参数变异性较小时,可靠度指标～变异系数曲线较陡,即可靠度指标对变异系数敏感；参数变异性较大时,边坡可靠度指标低,破坏概率大,但可靠度指标对变异系数不太敏感.找出变异系数对可靠度指标影响的陡变区和平稳区,为参数变异性较大的垃圾填埋场进行可靠度分析提供了理论依据. 2.在参数的平均值和变异系数相同时,分层标准边坡比均质标准边坡可靠度指标大、破坏概率小.标准边坡分层越多,考虑不确定因素数量越多,蒙特卡洛模拟时参数之间的不同组合情况就越多,总的趋势趋向于平均.所以,破坏概率较小,可靠度指标较高. 3.以标准边坡为研究对象,模拟生成五组容量不同的样本,分析样本容量与参数变异性的关系,分析样本容量与可靠度指标和破坏概率的关系,探索合理的取样数量,既满足边坡设计可靠度的精度要求和又符合实际工程取样有限的特点. 4.对比分析样本总量相同时参数整体统计和分层统计对边坡可靠度分析的影响.考虑边坡的成层性,对样本总量进行分层统计时,各层土参数的变异系数较大,导致相同样本总量时分层边坡比均质边坡的破坏概率大.岩土体形成是自然过程,同土层的物质组成、沉积年代、成因条件等关系密切,合理考虑岩土体的成层性才能给出可信任的边坡失效概率. 垃圾土是城市固体废弃物(MSW)及填埋覆土的综合体,组成成分复杂多样、分布不均匀,其不确定性因素远远超过一般岩土体.以苏州七子山垃圾填埋场为例,对填埋场的主要参数进行不确定分析和变异性统计,并将其应用到可靠度分析评价中,为国内填埋场设计提供参考.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪 论

1.1问题的提出

1.2确定性安全系数研究

1.2.1极限平衡法与有限元法的对比

1.2.2极限平衡法的发展状况

1.3边坡可靠度分析的必要性

1.4边坡可靠度分析的发展现状

1.5本文的主要研究内容

第二章边坡可靠度分析原理

2.1岩土参数不确定性的分类

2.2可靠度分析基本原理

2.2.1可靠度概念

2.2.2可靠度基本原理和破坏概率

2.2.3设计可靠度的确定

2.3蒙特卡洛可靠度分析方法

2.3.1蒙特卡洛法基本原理

2.3.2可靠度指标β—可靠度分析的另一个重要指标

2.4 GEO-SLOPE程序介绍

2.4.1蒙特卡洛结合极限平衡法进行边坡可靠度分析

2.4.2土参数概率模型

2.4.3参数值的生成

2.4.4蒙特卡洛模拟次数

2.4.5算例

2.5小结

第三章岩土参数统计和变异性分析

3.1岩土参数的预处理

3.2岩土参数的统计方法

3.2.1传统的岩土参数统计方法

3.2.2土的随机场理论和相关距离

3.2.3土相关距离与勘察取样点的关系

3.3岩土参数指标的综合评价

3.4小结

第四章参数变异性和样本容量对可靠度分析的影响

4.1标准边坡的可靠度分析

4.1.1均质标准边坡可靠度及敏感度分析

4.1.2五层标准边坡可靠度分析

4.1.3蒙特卡洛模拟次数对可靠指标的影响

4.2样本容量对均匀边坡可靠度的影响

4.2.1样本的生成

4.2.2样本容量与变异系数的关系

4.2.3可靠度分析

4.3样本容量对五层边坡可靠度的影响

4.3.1分层边坡的样本统计

4.3.2可靠度分析

4.4不均匀五层边坡可靠度分析

4.5边坡可靠度分析整体框架

4.6小结

第五章垃圾填埋场的稳定可靠度分析

5.1苏州七子山垃圾填埋场概况

5.2 MSW土性参数的统计分析

5.2.1七子山填埋场垃圾组分

5.2.2干密度的统计分析

5.2.3抗剪强度参数统计分析

5.2.4各层垃圾土的参数建议值

5.3垃圾填埋场稳定性分析

5.3.1七子山垃圾填埋场一期工程稳定可靠度分析

5.3.2七子山垃圾填埋场二期工程稳定可靠度分析

5.4小节

第六章结论和建议

6.1主要结论

6.2进一步建议

参考文献

致 谢