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约束随机场下的边坡可靠度随机有限元分析方法 总被引：2，自引：1，他引：1
目前边坡可靠度中常用的简化分析方法,不考虑边坡土体的空间变异性,每次计算整个边坡都取用相同的强度参数,由离散点试样试验得到的土体参数统计特性只能反映点特性,而边坡的稳定性受滑面上平均抗剪强度特性控制,因此,需要考虑空间范围内的平均特性。描述空间变异性的随机场理论对变异性较高的土体,实际上高估了其空间变异性。把随机场理论和地质统计中的区域化变量理论结合起来,建立约束随机场,并在此基础上进行Monte-Carlo随机有限元分析。计算实例表明,在高变异性条件下约束随机场能有效降低完全随机场的模拟方差,得到更低的破坏概率。对比了随机有限元和简化法的计算结果表明,简化法在土体强度变异性很高时其结果并非偏于保守。另外也指出了可靠度分析中存在的边坡尺度效应和简化法的适用条件。 相似文献
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《岩土力学》2017,(5):1385-1396
目前涉及岩土体不均匀性的岩土问题可靠度分析大多只考虑岩土体的固有变异,即岩土体特性参数的不均匀性,未考虑涉及不同岩土体材料的地层变异。地层变异在实际滑坡中广泛存在,其表现为不同类型岩土材料(如黏土、粉土、砂土)的互相嵌套,或一种类型岩土体在另一种较均质岩土体中的随机分布。为此,提出了利用钻孔资料评估考虑地层变异时边坡稳定不确定性的分析方法。根据已有钻孔资料设计了不同的钻孔布置方案,建立了表征地层变异的马尔可夫链模型,采用有限元强度折减法进行边坡稳定性分析,探讨了钻孔布置方案对评估边坡稳定安全系数和失效概率不确定性的影响。以澳大利亚珀斯市钻孔资料为例,分析了所提方法的有效性。结果表明,钻孔布置方案对边坡稳定安全系数和失效概率的不确定性评估有重要影响。考虑地层变异时,边坡稳定安全系数可以用Johnson分布来描述;边坡稳定安全系数统计量和失效概率不一定随钻孔数量增加而单调变化,边坡影响区域以内钻孔对评估边坡稳定安全系数的不确定性最为有效;当钻孔数目逐渐增加时,边坡安全系数均值逐渐收敛至精确值。 相似文献
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边坡可靠度分析中通常假定采用平稳或准平稳随机场表征土体参数的空间变异性,然而大量现场试验数据表明,土体参数如不排水抗剪强度沿土体埋深常呈现明显的非平稳分布特征,即其均值和标准差均随埋深发生变化,因此亟需发展土体参数非平稳随机场模型及其模拟方法。针对目前不能有效单独模拟土体参数趋势分量和随机波动分量的不确定性,提出了一种有效的不排水抗剪强度参数非平稳随机场模型,并给出了土体参数二维非平稳随机场模拟方法计算流程,同时将新提出的模型与现有非平稳随机场模型及平稳随机场模型进行了系统比较。最后通过不排水饱和黏土边坡算例验证了提出模型的有效性,并揭示了不排水抗剪强度非平稳分布特征对边坡可靠度的影响规律。结果表明：提出模型能够有效地单独模拟土体参数趋势分量和随机波动分量的不确定性,考虑土体参数均值和标准差随埋深增加而增大的特性,可为表征土体参数非平稳分布特征提供了一条有效的途径。此外,与采用非平稳随机场模拟土体参数空间变异性相比,采用常用的平稳随机场模型会低估边坡失效概率,从而造成偏危险的边坡工程设计方案。 相似文献
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岩土参数的随机性会直接影响边坡稳定性评价结果的精度。首先,依据边坡参数的常用分布特征,利用拉丁超立方抽样法生成若干组边坡土性参数和几何参数的随机样本,用有限元强度折减法求解各组样本对应的边坡安全系数。再考虑土性参数的空间变异性,在二维随机场模型下将蒙特卡罗模拟和有限元强度折减法相结合求解各组样本对应的边坡失效概率。然后,利用样本数据及其安全系数和失效概率对径向基函数（RBF）神经网络进行训练和测试,从而建立边坡安全系数和失效概率的预测模型。算例表明,二维随机场模型能相对精确地考虑参数的空间变异性;在此基础上建立的神经网络模型对边坡的安全系数和失效概率具有较高的预测精度,且能极大地节省边坡稳定性分析的时间。 相似文献
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岩土工程现场勘察试验通常只能获得有限的试验数据,据此难以真实地量化土体参数的空间变异性。提出了考虑土体参数空间变异性的概率反演和边坡可靠度更新方法,基于室内和现场两种不同来源的试验数据概率反演空间变异参数统计特征和更新边坡可靠度水平,并给出了计算流程。此外为合理地描述土体参数先验信息,发展了不排水抗剪强度非平稳随机场模型。最后通过不排水饱和黏土边坡算例验证了提出方法的有效性,并探讨了试验数据和钻孔位置对边坡后验失效概率的影响。结果表明：提出方法实现了空间变异土体参数概率反演与边坡可靠度更新的一体化,基于有限的多源试验数据概率反演得到的土体参数均值与试验数据非常吻合,明显降低了对参数不确定性的估计,更新的边坡可靠度水平显著增加。受土体参数空间自相关性的影响,试验数据对钻孔取样点附近区域土体参数统计特征更新的影响明显大于距离取样点较远区域。 相似文献
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边坡失稳是涉及土体大变形的动态演化过程,该过程往往决定了滑坡失事后果。传统的边坡稳定分析方法如极限平衡方法与有限元方法难以模拟边坡失稳演化过程,尤其是失稳后的土体变形破坏过程。边坡失稳受到多重不确定性因素影响,其中一个重要因素是土体参数的空间分布不均匀性。在考虑土体参数的空间不均匀分布情况下,本文采用一种随机极限平衡-物质点法研究边坡不同破坏模式的动态演化过程,同时利用极限平衡方法简单、高效的优点和物质点方法模拟土体大变形破坏的能力。以一个两层不排水土坡算例为例,识别了4种不同的边坡破坏模式（即浅层、中层、深层和渐进）,研究了它们的演化过程与土体参数的空间分布之间的关系。结果表明边坡的破坏模式演化过程与土体参数的空间分布密切相关,强调了岩土工程勘察信息对充分表征土体参数空间变异性的重要作用。 相似文献
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考虑参数空间变异性的非饱和土坡可靠度分析 总被引：2，自引：0，他引：2
在考虑多个土体参数空间变异性的基础上,提出了基于拉丁超立方抽样的非饱和土坡稳定可靠度分析的非侵入式随机有限元法。利用Hermite随机多项式展开拟合边坡安全系数与输入参数间的隐式函数关系,采用拉丁超立方抽样技术产生输入参数样本点,通过Karhunen-Loève展开方法离散土体渗透系数、有效黏聚力和内摩擦角随机场,并编写了计算程序NISFEM-KL-LHS。研究了该方法在稳定渗流条件下非饱和土坡可靠度分析中的应用。结果表明：非侵入式随机有限元法为考虑多个土体参数空间变异性的非饱和土坡可靠度问题提供了一种有效的分析工具。土体渗透系数空间变异性和坡面降雨强度对边坡地下水位和最危险滑动面位置均有明显的影响。当降雨强度与饱和渗透系数的比值大于0.01时,边坡失效概率急剧增加。当土体参数变异性或者参数间负相关性较大时,忽略土体参数空间变异性会明显高估边坡失效概率。 相似文献
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鉴于目前关于节理岩体力学参数空间变异性表征及存在潜在滑移面边坡的可靠性问题研究较多,但对于岩质边坡力学参数空间变异性影响及开挖卸荷响应(变形与塑性区)不确定性分析的研究较为有限。提出考虑力学参数不确定性的岩质边坡开挖卸荷响应概率评价方法,该方法以室内岩石力学试验及现场地质勘察测绘数据为基础,利用Hoek-Brown经验准则与Monte Carlo分析手段,构建了以岩石单轴抗压强度(uniaxial compressive strength,简称UCS)、地质强度指标(geological strengthindex,简称GSI)和节理工程参数为输入的边坡岩体力学参数概率统计模型,并采用卡方检验进行模型的吻合度检验;基于点估计原理构建岩体力学参数组合方案,并结合数值模拟开展边坡开挖过程的仿真分析,获得边坡开挖后整体安全系数及位移及塑性区的概率分布。利用该方法对在建京秦高速沿线某路堑边坡岩体力学参数及开挖卸荷响应进行分析,得到了岩体强度、弹性模量、黏聚力与内摩擦角的取值及不确定性分布,采用点估计与FLAC3D模拟分析,得到了边坡安全系数及典型观测点的位移与塑性区分布结... 相似文献
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《岩土力学》2019,(12)
斜坡岩土体抗剪强度参数的空间变异性具有一定的结构性。为研究岩土体参数空间变异结构对边坡失效概率的影响,依据变异函数的内涵推导出变程与相关距离的数学变换关系,并在此基础上提出了结构化交叉约束随机场模拟方法,用以模拟具有互相关性的参数随机场。建立了结构化交叉约束随机场计算模型,研究不同空间变异结构的抗剪强度参数对边坡失效概率的影响。研究结果表明:结构化交叉约束随机场可用于生成模拟具有复杂各向异性空间变异结构的参数随机场,由于考虑了随机偏差、条件数据和空间变异结构,能较为真实地反映地层实际参数,数据波动较条件参数插值场小。可靠性分析结果表明:不考虑抗剪强度参数空间结构分析易高估边坡的失效概率;考虑c′和φ′互相关性时,失效概率随着相关系数的增加而增加,当参数间呈负相关性时更容易高估边坡的失效概率。 相似文献
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为揭示土体参数旋转各向异性空间变异性对边坡大变形特征的影响规律,将土体不排水抗剪强度参数模拟为旋转各向异性随机场,提出采用多重响应面法对随机场样本进行边坡稳定性安全系数高效求解和升序排列,进而使用随机物质点法按序模拟随机场样本的边坡大变形过程.以一饱和不排水粘土边坡为例,研究了旋转各向异性随机场的旋转角度β和弱主方向自相关长度θ2对边坡大变形特征和破坏模式的影响.结果表明：提出的基于多重响应面的随机物质点方法可以高效开展边坡大变形概率分析;β和θ2对边坡大变形特征和破坏模式均有显著影响;边坡大变形破坏的影响距离、滑动距离和滑动体积的平均值与标准差均随θ2的增加而增加;边坡大变形过程中可能产生4种破坏模式,其中深层滑动和渐进式滑动为该边坡模型的主要概率失稳模式.因此,提出的方法为边坡大变形概率分析提供了一条有效途径,考虑参数旋转各向异性空间变异性的边坡大变形概率分析对准确评估边坡失稳风险具有一定的理论参考意义. 相似文献
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填筑和开挖边坡的稳定性分析 总被引：1，自引：0，他引：1
在有限元应力应变分析的基础上,采用以剪应力定义的安全系数和模式搜索的方法确定边坡的安全系数及最危险滑动面。在平面应变条件下,对土层均质的填筑和开挖边坡的稳定性进行了较为全面的研究,并同天然边坡的安全系数和破坏面进行比较,计算结果表明,这3类边坡滑动面的形状基本一致,天然边坡安全系数要高于填筑和开挖边坡;同时比较了采用有限元稳定评价方法和采用极限平衡方法计算结果的差别;最后分析研究了计算参数变化对填筑和开挖边坡稳定性的影响。 相似文献
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极限分析有限元法讲座—— Ⅰ岩土工程极限分析有限元法 总被引：35，自引：1，他引：35
经典岩土工程极限分析方法一般采用解析方法，有些还要对滑动面作假设，且不适用于非均质材料，尤其是强度不均的岩石工程，从而使极限分析法的应用受到限制。随着计算技术的发展，极限分析有限元法应运而生，它能通过强度降低或者荷载增加直接算得岩土工程的安全系数和滑动面，十分贴近工程设计。为此，探讨了极限分析有限元法及其在边坡、地基、隧道稳定性计算中的应用，算例表明了此法的可行性，拓宽了该方法的应用范围。随着计算机技术与计算力学的发展，岩土工程极限分析有限元法正在成为一门新的学问，而且有着良好的发展前景。 相似文献
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典型岩溶峰丛洼地坡面土壤水分空间变异性 总被引：3，自引：1，他引：2
采用网格法测量典型坡面上旱季（12月）和雨季（5月）的表层(0~5 cm)土壤含水量,以地统计学方法分析其空间变异性,结果表明:（1）与单一土地利用坡面相比,人为扰动强、土地利用多样的岩溶峰丛坡地表层土壤含水量表现为坡上未被扰动的自然植被区明显高于坡下人为改造的区域;旱季时坡地林地表层土壤平均含水量（32.8%）明显高于位于坡下的梯田空闲地（24.2%）、梯田橘园（20.0%）、梯田菜园（22.0%）、坡地裸地（23.5%）;雨季时,坡地裸地（30.2%）和梯田橘园（32.1%）有明显增大,梯田空闲地（17.8%）剧烈减小,坡地林地（32.2%）土壤含水量依然最高;（2）旱、雨季整个坡面上空间结构比分别为21.0%、8.7%,表现为雨季的空间相关性更好;旱、雨季表层土壤含水量变异系数分别为20.1%和31.7%,属中等程度变异;雨季表层土壤含水量的变程（77.5 m）显著高于旱季（8.0 m）,雨季的土壤含水量具有较好的空间变异结构;（3）裸岩周围空间的土壤含水量随与裸岩的距离增大而减小,梯田石坎周围空间的土壤含水量随与梯田石坎的距离增大而递减。 相似文献
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对于超固结黏土和密实砂土等软化材料或非关联塑性材料组成的地基、边坡及挡土墙墙后土体,在其破坏过程中,会产生应变局部化现象,使得控制方程的类型发生改变,从而导致出现数值解不惟一和解的网格相关性等现象。为了克服这些数值困难,基于强间断分析方法,及单元内嵌不连续面的有限元模型,对地基、土坡、墙后土体的渐进破坏过程进行了数值模拟。计算结果表明,单元内嵌不连续面模型可以有效地模拟土工结构失稳破坏过程,并且能够明显地改善采用常规有限元方法所产生的网格尺寸相关性问题。这一方法可作为传统极限平衡法进行稳定分析、承载力分析的有益补充。 相似文献
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Zuoan Wei Guangzhi Yin J. G. Wang Ling Wan Liping Jin 《Environmental Earth Sciences》2012,67(6):1651-1662
The stability of both natural and cut slopes in mountainous areas is a great challenge to highway constructions and operations. This paper presents a successful case study of stability analyses and protection treatments for high-steep cut soil slopes in an ancient landslide zone which was located at Km12+700 to Km15+000 along the Tehran?CChalus highway. This report has three parts. First, geotechnical investigations of in situ direct shear test, SPT tests and laboratory tests were implemented to get the subsurface profiles and the mechanical properties of the soil mass. Second, finite difference analysis was carried out to evaluate the stability of both the natural and cut slopes. Minimum safety factors and potential failure modes of cut slopes were obtained under both static and dynamic conditions. These results indicated that the ancient landslide could not be reactivated under the present climatic and morphological conditions, but there were some potential shallow failures in some cut soil slopes (failure actually occurred during excavation). Protection treatments and reinforcements were thus necessary. Third, the stability of the cut slopes was re-assessed by simplified Bishop limit equilibrium analysis (using Slide 5.0). Some potential failure zones were designed to be protected by back-anchored concrete retaining wall at the slope toe, rock bolts and frame beams on the slope face and planting grass on the slope face. Numerical analysis indicated that these protection measures could stabilize this remedial slope. These practical experiences may be of benefit for similar highway construction projects. 相似文献
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为了研究弃土场边坡挡墙加固中,挡墙基底在不同换填宽度条件下以及在同一宽度条件下不同换填深度对弃土场边坡稳定性的影响。基于有限元强度折减法理论,利用midas GTS有限元软件,依托工程实例建立二维有限元模型。分析了不同换填宽度及换填深度情况下弃土场边坡在暴雨工况下的稳定性系数。研究发现在同一换填宽度条件下,换填深度对边坡稳定性起决定性作用;只有在换填深度达到一定值时,增加换填宽度才对边坡稳定性有提升作用。 相似文献
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为研究切坡建房对边坡稳定性的影响,本文通过统计分析浙江省余杭区鸬鸟镇地质灾害发育分布特征与成灾模式,概化四类具有不同坡度的斜坡模型,利用有限元极限平衡法模拟计算斜坡开挖后应力、应变分布及安全系数变化规律,借助函数曲线拟合边坡开挖进尺与安全系数间的关系,推算出斜坡开挖失稳时的开挖进尺临界值。得出以下结论:（1）未开挖状态,斜坡潜在失稳区位于坡顶处,开挖后坡脚附近失稳概率高于坡顶。（2）斜坡开挖后,坡度与开挖进尺共同影响边坡稳定性,且坡度影响大于开挖进尺。（3）误差分析发现,坡度小于20°斜坡的临界值误差较大,坡度大于20°斜坡的临界值误差较小。 相似文献
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为探究挡墙前存在斜坡临空面条件下土体破坏与侧土压力特征,采用强度折减法研究了不同临坡距与嵌入深度下的挡墙前侧有限斜坡土体的破坏特征,并用水平层分析法与静力平衡法,推导了一种考虑斜坡坡度、临坡距及临空斜坡内土体层间剪切力的被动土压力理论计算公式。通过与室内试验、数值模型及其他计算理论对比,建议方法同模型试验、数值解及其他理论计算结果基本吻合,证明了建议方法对计算有限斜坡条件下被动土压力的有效性,最后分析了斜坡坡度、临坡距对被动土压力与临空斜坡土层中层间剪力的影响。研究表明:平动模式下的有限斜坡土体破坏面主要沿墙底与斜坡坡脚附近破坏,这与半无限空间条件的破坏特征明显不同;斜坡条件下的被动土压力随深度呈指数增加规律,且随临坡距减小与坡度增大,被动土压力均出现了一定程度的减小,其中临坡距为0时,被动土压力相比半无限空间条件时降低幅度达到30% ~50%;平动模式下的临空斜坡土体中的层间剪切系数为0.07~0.1;当墙背光滑且临坡距足够大时,建议方法可简化为理想条件的朗肯被动土压力公式。 相似文献