巖土參數(shù)隨機(jī)性分析與邊坡穩(wěn)定可靠度研究.pdf

1、邊坡的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)一直是巖土工程中非常重要的研究課題。迄今，邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法已有安全系數(shù)法和可靠性方法兩類，但這些方法尚存在以下不足：安全系數(shù)法不能考慮邊坡的土性參數(shù)、孔隙水壓等因素中客觀存在的較大不確定性，由此導(dǎo)致具有相同安全系數(shù)的不同邊坡可能具有相去甚遠(yuǎn)的失效風(fēng)險(xiǎn)水平；可靠性方法雖考慮了參數(shù)的隨機(jī)性，但其相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料、統(tǒng)計(jì)方法和邊坡穩(wěn)定可靠性分析方法尚不完善，導(dǎo)致該法在計(jì)算量、收斂性、精度和工程實(shí)用性上存在諸多缺陷。本文針對(duì)以上問題

2、，深入研究了巖土參數(shù)隨機(jī)性統(tǒng)計(jì)方法，在廣泛收集邊坡測(cè)試資料和補(bǔ)充試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，統(tǒng)計(jì)分析了典型巖土的力學(xué)參數(shù)的概率分布規(guī)律；分析了具有單一失效模式的邊坡可靠度計(jì)算中存在的關(guān)鍵問題，提出了相應(yīng)的解決辦法；針對(duì)多失效模式的邊坡，改進(jìn)了基于矩陣的體系可靠度法（MSR法），應(yīng)用該法解決了復(fù)雜邊坡體系的穩(wěn)定可靠度計(jì)算問題；在以上分析基礎(chǔ)上，開發(fā)了邊坡穩(wěn)定可靠性計(jì)算程序。主要工作及成果如下： 1、研究了巖土參數(shù)不確定性的量化方法；統(tǒng)計(jì)分析了我

3、國部分典型土性參數(shù)的隨機(jī)性特征；收集了23個(gè)巖石邊坡的1500多組巖土力學(xué)參數(shù)的測(cè)試數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)資料，進(jìn)行了巖石力學(xué)性質(zhì)的補(bǔ)充試驗(yàn)，并統(tǒng)計(jì)了我國部分典型巖體的強(qiáng)度參數(shù)概率分布規(guī)律，為邊坡可靠性分析提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 2、針對(duì)經(jīng)典的假設(shè)檢驗(yàn)法不適用于樣本量很多或很少的極端情況，提出了新的巖土參數(shù)統(tǒng)計(jì)方法： （1）針對(duì)“大樣本”：為彌補(bǔ)信息熵推斷法的準(zhǔn)確性受參數(shù)邊界影響較大、最佳平方逼近法在多項(xiàng)式次數(shù)較高時(shí)結(jié)果不穩(wěn)定等缺點(diǎn)和不足

4、，提出了采用正交多項(xiàng)式擬合巖土參數(shù)概率密度函數(shù)的方法，利用樣本統(tǒng)計(jì)矩的信息，推導(dǎo)了勒讓德（Legendre）正交多項(xiàng)式和切爾雪夫（Chebyshev）多項(xiàng)式的擬合公式。通過仿真實(shí)驗(yàn)和工程實(shí)例驗(yàn)證了其正確性和優(yōu)勢(shì)。 （2）針對(duì)“小樣本”：首次引入Bootstrap法進(jìn)行巖土參數(shù)的統(tǒng)計(jì)分析，通過計(jì)算機(jī)仿真解決樣本量很少時(shí)參數(shù)分布的推斷問題；采用Bayes原理及其推廣公式，充分利用驗(yàn)前信息，修正和完善巖土參數(shù)的概率模型；利用多源信息，

5、首次將“K-L信息距離”引入到參數(shù)概率分布推斷中，提出了K-L信息融合法，使多源信息融合方法的客觀性和可信性得到了較大幅度的提高。仿真實(shí)例和工程實(shí)例證明了上述方法能較好地解決小樣本的統(tǒng)計(jì)問題。 3、針對(duì)單一失效模式的邊坡可靠性分析中的幾個(gè)關(guān)鍵問題（邊坡穩(wěn)定極限平衡方程的構(gòu)建、滑面的模擬技術(shù)、關(guān)鍵概率滑面的搜索和可靠指標(biāo)的求解），分別提出了相應(yīng)的解決方法：基于邊坡極限平衡原理建立了穩(wěn)定極限平衡方程（或方程組）；通過選用圓弧滑面的基

6、本控制參數(shù)避免出現(xiàn)無效滑面或遺漏關(guān)鍵滑面；通過約束非圓弧滑面底邊的傾角以控制其中間頂點(diǎn)的生成，且通過逐漸增加頂點(diǎn)個(gè)數(shù)來提高滑面模擬效率；改進(jìn)遺傳算法搜索最小可靠指標(biāo)以提高搜索的效率和質(zhì)量。測(cè)試算例和工程實(shí)例結(jié)果表明：該法比安全系數(shù)法更能反映工程實(shí)際情況；與已有可靠度分析方法相比，省卻了求解安全系數(shù)的過程，顯著降低了計(jì)算量，提高了收斂性。 4、以系統(tǒng)的觀點(diǎn)研究了具有多個(gè)失效模式的邊坡穩(wěn)定可靠性問題，提出了MSR法中事件向量c的構(gòu)造