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1.
提出了基于响应面法的边坡稳定二阶可靠度分析的实用算法。选择U空间中的随机变量,通过空间变换和相关矩阵分解,计算试验点的功能函数;通过迭代算法构造响应面、以确保通过最小的计算量获得最优精度,并在此基础上进行FORM/SORM计算。以一岩石边坡的平面滑动问题为例,通过与蒙特卡洛模拟、FORM及随机响应面法的比较,证明了该方法的准确性和高效性。分析了参数的相关性及试验点取值范围对计算结果的影响,讨论了可靠度分析结果中参数敏感性和物理属性问题。该方法可为实际边坡问题的可靠度分析提供参考,并可以用来进行基于可靠度分析的加固设计。 相似文献
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提出基于非侵入式随机有限元法的边坡可靠度分析方法,并编写计算程序NISFEM。采用有限元滑面应力法计算边坡安全系数,将Hermite随机多项式展开与SIGMA/W和SLOPE/W模块有机结合实现边坡可靠度非侵入式随机分析。根据随机多项式展开系数,给出边坡安全系数前4阶统计矩（均值、标准差、偏度和峰度）和Sobol指标解析表达式,并采用Sobol指标进行边坡可靠度参数敏感性分析。最后,以均质土坡可靠度问题为例,证明该方法在边坡可靠度分析中的有效性。结果表明,边坡可靠度分析的非侵入式随机有限元法能够有效地考虑边坡变形对边坡可靠度的影响,计算效率远远高于蒙特卡罗模拟方法（MCS）,是解决复杂边坡可靠度问题一种有效地分析手段;黏聚力和内摩擦角变异性对边坡安全系数前四阶统计矩具有明显的影响,重度变异性对安全系数前4阶统计矩几乎没有影响;抗剪强度参数间负相关性对边坡安全系数均值几乎没有影响,但对安全系数标准差、偏度和峰度均有明显的影响。此外,随着抗剪强度参数间负相关性的增加,边坡安全系数由近似正态分布逐渐变为明显的非正态分布。 相似文献
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可靠度分析中梯度求解方法的研究 总被引：2，自引：0，他引：2
在岩土工程的可靠度分析中，功能函数的形式非常复杂，甚至是隐式的。而对于常用的可靠度分析方法，如一阶可靠性方法（FORM）、二阶可靠性方法（SORM）等，一个重要的问题是求功能函数对基本随机变量的梯度。因此，对于隐式的或复杂的显式功能函数，必须采用数值微分方法来求解功能函数的梯度。对于可靠度分析中常用的有限差分法（FDM）及有理多项式法（RPT）这两种数值微分方法，本文详细研究了二者问的异同及其求导结果与步长的关系，指出了对于相同的步长控制系数及取样方式，FDM是RPT在线性情况下的特例；对于连续的线性功能函数，可直接用3点FDM求导：对于连续的非线性功能函数，可用5点RPT求导；对于非连续的功能函数，应采用RPT求导。建议取步长控制系数等于1。 相似文献
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确定性设计安全系数法由于简单易行得到了广泛的应用。可靠度方法在一定程度上弥补了确定性设计中不能考虑实际工程中岩体参数离散性的问题，使设计更加符合实际情况。函数连分式方法在边坡一次二阶矩概率设计中可以方便地计算出状态函数对各随机变量的偏导数，也可使传统安全系数法和可靠度分析有机结合。考虑经济最优的原则，结合风险分析来确定可靠度法设计中的可靠度数值问题。由安全系数和可靠性共同度量边坡系统的稳定性，建立传统安全系数与可靠度理论耦合的边坡稳定二元体系，可有效地考虑边坡系统内实际存在的不确定性和相关性，使边坡的稳定性评价更加客观精确，为边坡安全和滑坡灾害的风险性管理提供理论和方法。 相似文献
5.
基于均质路堤边坡Monte Carlo法的稳定可靠度计算,分析了临界滑面搜索策略和稳定分析方法两类模型不确定性对边坡可靠度的影响特性,讨论了边坡失效概率随土工参数变异性的变化规律。研究表明,选用不同的临界滑面搜索策略所得可靠度结果差异不大,参数滑面法（overall slope）的失效概率略大于均值滑面法（global minimum）,但差别对边坡稳定性分析没有实质性影响;土性参数变异水平是影响边坡可靠度的最重要因素,边坡在相同设计参数安全系数下的可靠度指标随参数变异性增大而急剧降低;不同稳定性分析方法对应的安全系数概率密度函数曲线形态基本一致,但失效概率差异明显,因此目标可靠度指标取值应与稳定性分析方法相适应。提出的考虑土工参数变异水平的安全系数取值修正原则,对改进确定性设计的边坡稳定分析技术有积极意义。 相似文献
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基于模糊随机理论的广义可靠度在边坡稳定性分析中的应用 总被引：4，自引：2，他引：4
在常规的概率极限状态理论基础上 ,分析了边坡体安全状态的模糊性 ,在此基础上构造了基于MCS以及FORM算法的模糊随机可靠度算法 ,分别就边坡体的滑动失效、渗透破坏两种失效模式作了参数敏感性分析 ,并进一步对边坡体的系统失效模式作了探讨 相似文献
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针对基坑工程中岩土参数存在随机性和变异性的特点,基于响应面重构法、遗传算法和禁忌搜索方法研究了土钉墙边坡可靠性分析方法。考虑土钉的加固作用,建立了适用于土钉墙边坡任意形状滑面安全系数计算的改进Morgenstern-Price法。基于响应面原理,将改进Morgenstern-Price法取代传统响应面法中的有限单元法来随机抽样构造响应面函数,建立了一种近似的土钉墙边坡可靠度计算方法。以土体的抗剪强度指标 、 为随机变量,提出了一种能同时确定土钉墙边坡最小可靠度指标 及相应最危险滑面的全局优化计算方法--土钉墙可靠性分析自适应禁忌搜索遗传算法（ATSGA）。结合算例,分别以土钉墙边坡的最小可靠度指标和最小中值安全系数为目标函数,采用ATSGA法搜索其相应的最危险滑动面,结果表明,二者相差较大。 相似文献
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提出了一套基于随机响应面法的边坡系统可靠度分析方法。该方法首先从大量潜在滑动面中筛选出代表性滑动面。针对每条代表性滑动面,采用Hermite多项式展开建立其安全系数与土体参数间的非线性显式函数关系（即随机响应面）。然后,采用直接蒙特卡洛模拟计算边坡系统失效概率。在蒙特卡罗模拟中,采用所有代表性滑动面的随机响应面计算每一组样本所对应的边坡最小安全系数。最后,以两个典型多层边坡系统可靠度问题为例验证了该方法的有效性。结果表明：文中提出的边坡系统可靠度分析方法能够有效地识别边坡代表性滑动面,具有较高的计算精度和效率,并且确定代表性滑动面时无需计算滑动面间的相关系数。同时该方法可以有效地计算低失效概率水平的边坡系统可靠度,为含相关非正态参数的边坡系统可靠度问题提供了一条有效的分析途径。此外,多层边坡可能同时存在多条潜在滑动面,基于单一滑动面（如临界确定性滑动面）或者部分代表性滑动面进行边坡系统可靠度分析均会低估边坡失效概率。 相似文献
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作为一种高效且准确的代理模型,克里金方法近年来被广泛用于边坡高效可靠度分析。然而,传统方法一般直接将克里金模型与蒙特卡洛模拟耦合进行可靠度分析,导致其在高维小失效概率的边坡可靠度计算中容易出现内存占用过大甚至溢出而无法求解的问题。为此,提出一种基于克里金代理模型的子集模拟方法,以高效解决小概率水平的边坡可靠度分析问题。该方法首先采用一定数量的样本校准克里金模型并进行精度验证,然后基于构建的模型开展子集模拟边坡可靠度计算。最后,采用一个单层粘性土坡与一个工程实例土坡验证所提方法的有效性,并研究回归模型、相关函数模型以及训练样本对该方法精度的影响。结果表明：（1）该方法可以有效计算边坡的失效概率,并且比传统方法更高效;（2）构建克里金模型时,采用10倍随机变量数的训练样本即可得到满足计算精度需求的模型,而额外增加训练样本对计算结果影响较小。 相似文献
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多层土坡在岩土工程实际中十分常见,不仅土体参数存在一定的空间变异性,而且土体框架呈现明显的层状分布特征,然而目前对考虑土体参数空间变异性的多层土坡稳定可靠度研究的远远不够。提出了基于多重响应面边坡系统可靠度分析的蒙特卡洛模拟（MCS）方法,给出了计算流程图,系统地研究了考虑土体参数空间变异性的多层土坡系统可靠度问题。结果表明,提出方法能够有效地分析考虑参数空间变异性低失效概率水平的多层土坡系统可靠度问题,并且具有较高的参数敏感性分析计算效率。 相似文献
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Slope reliability analysis by updated support vector machine and Monte Carlo simulation 总被引：1，自引：0，他引：1
This paper presents a new methodology for slope reliability analysis by integrating the technologies of updated support vector machine (SVM) and Monte Carlo simulation (MCS). MCS is a powerful tool that may be used to solve a broad range of reliability problems and has therefore become widely used in slope reliability analysis. However, MCS often involves a great number of slope stability analysis computations, a process that requires excessive time consumption. The updated SVM is introduced in order to build the relationship between factor of safety and random variables of slope, contributing to reducing a large number of normal computing tasks and enlarging the problem scale and sample size of MCS. In the algorithm of the updated SVM, the particle swarm optimization method is adopted in order to seek the optimal SVM parameters, enhancing the performance of SVM for solving complex problems in slope stability analysis. Finally, the integrating method is applied to a classic slope for addressing the problem of reliability analysis. The results of this study indicate that the new methodology is capable of obtaining positive results that are consistent with the results of classic solutions; therefore, the methodology is proven to be a powerful and effective tool in slope reliability analysis. 相似文献
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Slope reliability analysis using a support vector machine 总被引：6，自引：0，他引：6
The first-order second-moment method (FOSM) reliability analysis is commonly used for slope stability analysis. It requires the values and partial derivatives of the performance function with respect to the random variables for the design. Such calculations can be cumbersome when the performance functions are implicit. Implicit performance functions are normally encountered when the slope is geologically complicated and the limit equilibrium method (LEM) is used for the stability analysis.
To address this issue, this paper presents a support vector machine (SVM)-based reliability analysis method which combines the SVM with the FOSM. This method employs the SVM method to approximate the implicit performance functions, thus arriving at SVM-based explicit performance functions. The SVM method uses a small set of the actual values of the performance functions obtained via the LEM for complicated slope engineering. Using the SVM model, a large number of values and partial derivatives of the performance functions can be obtained for conventional reliability analysis using the FOSM. Examples are given to illustrate the proposed SVM-based slope reliability analysis. The results show that the proposed approach is applicable to slope reliability analysis which involves implicit performance functions. 相似文献
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Excavation projects related to urban redevelopment and infrastructure improvement are often governed by serviceability-based design, rather than failure prevention criteria. Deformation tolerance specifications are often prescribed based on minimizing potential damage to adjacent structures. A risk-based approach to serviceability performance that systematically incorporates design parameter uncertainty will allow engineers to address soil uncertainty in performance-based design. This paper demonstrates the use of various kinds of reliability methods, such as response surface method (RSM), first-order reliability method (FORM), second-order reliability method (SORM), adaptive importance sampling (AIS), Monte Carlo simulation (MCS) and system reliability, to assess the risk of stability and/or serviceability failure of an entire excavation support system throughout the entire construction process. By considering multiple failure modes (including serviceability criteria) of an excavation, the component and system reliability indices for each excavation step are assessed during the entire excavation process. Sensitivity analyses are conducted for the system reliability calculations, which demonstrate that the adjacent structure damage potential limit state function is the dominant factor for determining excavation system reliability. An example is presented to show how the serviceability performance for braced excavation problems can be assessed based on the system reliability index. 相似文献
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The first order reliability method (FORM) is efficient, but it has limited accuracy; the second order reliability method (SORM) provides greater accuracy, but with additional computational effort. In this study, a new method which integrates two quasi-Newton approximation algorithms is proposed to efficiently estimate the second order reliability of geotechnical problems with reasonable accuracy. In particular, the Hasofer–Lind–Rackwitz–Fiessler–Broyden–Fletcher–Goldfarb–Shanno (HLRF–BFGS) algorithm is applied to identify the design point on the limit state function (LSF), and consequently to compute the first order reliability index; whereas the Symmetric Rank-one (SR1) algorithm is nested within the HLRF–BFGS algorithm to compute good approximations, yet with a reduced computational effort, of the Hessian matrix required to compute second order reliabilities. Three typical geotechnical problems are employed to demonstrate the ability of the suggested procedure, and advantages of the proposed approach with respect to conventional alternatives are discussed. Results show that the proposed method is able to achieve the accuracy of conventional SORM, but with a reduced computational cost that is equal to the computational cost of HLRF–BFGS-based FORM. 相似文献
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基于认知聚类分区方法的边坡可靠度分析 总被引：1，自引：0，他引：1
提出了边坡可靠度分析的一种新的全局优化方法--认知聚类分区方法。该方法主要包括5个步骤：分区、随机抽样、计算极径L、回代、计算可靠指标及验算点。给出了相应的计算流程图,并编写了基于C语言的计算程序KCPREL。最后,以岩质边坡稳定可靠度问题为例证明了所提方法的有效性。结果表明,认知聚类分区方法能同时计算出可靠指标和验算点,并能获得全局最优解。该方法的计算精度和蒙特卡洛模拟方法相当,计算效率远远高于传统的蒙特卡洛模拟方法。此外,该方法在分析含有复杂的隐式及非线性功能函数的边坡稳定可靠度问题方面体现出明显的优越性。等步长认知聚类分区方法能全面且均匀地搜索角度,从而得到更准确的验算点。为了保证足够的计算精度及减小计算量,建议步长取10º以内。 相似文献
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针对传统响应面法在求解具有高度非线性隐式功能函数边坡可靠性问题上的局限性,采用适用于处理高维度、小样本、非线性回归问题的高斯过程回归模型构建隐式功能函数的响应面,将高斯过程响应面与蒙特卡罗模拟法相结合,通过构造合理的迭代方式,在利用高斯过程回归模型的不确定性评价功能获取最优采样点的基础上,实现了高斯过程响应面动态更新,由此提出了边坡失效概率快速估计的高斯过程动态响应面法。利用数值算例验证了该方法的有效性,在此基础上对3个边坡算例进行了可靠性分析。结果表明,与传统响应面法相比较,该方法计算精度与计算效率明显较高,易于与既有的边坡分析软件相结合,且实现容易,适用于边坡可靠性的快速分析。 相似文献
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SVM在地下工程可靠性分析中的应用 总被引：4，自引：0，他引：4
将支持向量机应用到地下工程可靠性分析中,通过将支持向量机分别与一阶二次矩和蒙特卡洛结合,提出了基于支持向量机的可靠性分析方法,利用数值模拟构造学习样本,通过支持向量机学习,建立变形与随机变量之间映射关系的支持向量机表达,进而实现隧道极限状态函数及其偏导数的显式表达,从而计算隧道的可靠性指标。该方法避免了传统可靠性分析的缺点。算例分析结果表明,该方法计算效率高、结果可靠,对含有大量随机变量的复杂岩土工程可靠性分析具有很大的潜力,具有广泛的应用前景和工程价值。 相似文献
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Reliability-based design (RBD) can play a useful complementary role to overcome some limitations in the Eurocode 7 (EC7) design approach, for example in situations with parameters not covered in EC7, different parametric sensitivities across different problems, cross-correlated or spatially correlated parameters, design aiming at a target reliability or failure probability, or when uncertainty in unit weight of soil is modeled. The complementary role played by RBD under these circumstances is illustrated and discussed for a shallow foundation, a reinforced rock slope, a Norwegian clay slope with spatial variability, a laterally loaded pile requiring implicit numerical analysis, and an anchored sheet pile wall. A pragmatic RBD approach involving first-order reliability method (FORM) only and a more rigorous RBD approach involving both first-order and second-order reliability method (SORM) are offered. Both approaches are implementable using either spreadsheet-based FORM and SORM procedures, or using various commercially available FORM/SORM packages. 相似文献