边坡失稳概率评估的随机模拟方法与材料强度分项系数标定

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边坡岩土体在其形成和存在的整个地质历史过程中,经过了各种复杂的地质作用,具有天然的不确定性,亟需一套理论的分析方法对不确定性的影响进行合理的评估,随机模拟方法是解决这一问题的有效工具。因此,本文开展了边坡失稳概率评估的随机模拟方法与材料强度分项系数标定研究建立了边坡潜在滑动面不确定条件下系统可靠度模拟方法;基于方向模拟技术提出了岩质边坡楔形体小概率破坏的计算方法;将概率分析与快速拉格朗日有限差分商业程序FLAC3D结合起来,实现了非侵入式随机有限差分方法;提出了材料强度参数分项系数的标准差反馈标定方法;并将非侵入式随机有限差分方法应用于糯扎渡高边坡开挖的模拟分析。  论文研究工作主要集中在以下几个方面:  (1)针对边坡潜在滑动面不确定的问题,提出参数空间中的系统极限状态面概念,将系统可靠度与与固定滑面可靠度做了区分。以边坡全局安全系数求解为基础,建立一种新的边坡系统可靠度的计算方法,采用MonteCarlo模拟方法生成一组随机参数,利用Excel编程实现安全系数的快速计算,对计算结果进行统计分析,获得边坡系统可靠度。  (2)针对岩质边坡小概率破坏的求解问题,提出基于方向模拟的楔形体小概率破坏的计算方法。利用Matlab编制岩质边坡楔形体破坏安全系数求解程序,采用方向模拟技术进行抽样分析,并与Monte Carlo、子集模拟等方法进行对比,指出该方法在失稳概率较大的情况下,与Monte Carlo方法、子集模拟方法具有同样的精度,当失稳概率低于一定值时,方向模拟方法与子集模拟方法精度较为一致。  (3)建立了非侵入式随机有限差分模拟方法,基于FAI理论,获得并实现了单元破坏概率以及FAI统计结果的可视化表征。基于上述方法,开展了糯扎渡溢洪道消力塘边坡高程620m~605m开挖的随机有限差分模拟,模拟结果显示,单元破坏概率由于事先就将参数变异性考虑在随机变量中,因此既避免了塑性区对强度参数的依赖,又避开了剪应变增量对强度参数不敏感的缺陷,因此能很好地反映开挖和参数变异性的影响。  (4)提出岩土材料强度分项系数的标准差反馈标定法,该方法在目标可靠度的基础上,通过观察均值的调整对标准差调整的抵消作用来确定材料强度分项系数,由此确定的分项系数能充分反映强度参数的离散性。通过算例对该标定方法的实现进行了说明,并与验算点校核法进行了对比分析,指出标准差反馈标定法比验算点校核法更加合理。
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