基于混合模拟计算法的车辆构架结构可靠性分析

车辆构件承载状况复杂,为保证安全使用,对其结构可靠性提出了较高要求.本文运用有限元分析软件ANSYS,采用蒙特卡罗和混合模拟两种方法分别对车辆构架可靠性进行分析、计算和比对.结果表明,混合模拟计算法具有较高的计算效率,可以满足车辆构架可靠性计算和模拟仿真需要.     

响应面法在船撞桥可靠度分析中的应用

船撞桥梁的可靠度,其结构响应变量与基本变量之间的函数关系复杂,传统的求解方法难以奏效,需要借助于有限元等数值计算方法来获得。利用APDL语言采用两种方法求解船撞桥的可靠度,对比蒙特卡洛法(MCS)的7种工况下和响应面法(ODRSM-MCS)的桥墩的失效概率,在10 000次MCS拉丁抽样与ODRSM-MCS法抽样桥墩的失效概率分别是6.02×10-3和2.06×10-3。响应面法达到与MCS法同等精度的情况下,MCS与ODRSM-MCS所用的时间分别是280 min和5 min,从而证明响应面法的有效性和高效性。     

基于迭代序列响应面的桥梁体系承载力可靠度评估

运用迭代序列响应面法和非线件有限元法,对桥梁结构承载能力体系进行可靠度评估.对大桥结构进行概率灵敏度分析,获得影响桥梁结构极限承载力的主要结构参数.应用实验设计方法得到输入参数值(桥梁荷载和体系状态),将桥梁极限承载力作为响应面的输出参数,按照迭代序列响应而法得到桥梁体系极限承载力的回归方程,再与荷载共同组成桥梁体系承载力的极限状态方程;使用该极限状态方程和改进的一次二阶矩法,计算桥梁体系的失效概率与验箅点,利用验算点求得新的展开点进行迭代计算,最终得到桥梁体系承载力的可靠度.应用该方法对九江长江大桥进行体系承载力可靠度评估的结果表明:经2次响应面迭代计算得到的响应面拟合精度达0.61%;九江长江大桥3大拱在中跨满载和边跨满载时的体系承载能力可靠度分别为5.75与5.90,均在正常范围内.     

基于有限元响应面法的隧道衬砌可靠度分析

文章介绍了有限元响应面法的基本原理。结合具体的隧道工程,在考虑隧道长期安全性条件下,运用有限元响应面法对确定的最危险截面进行了数值分析,拟合出荷载效应的响应面方程,而后运用概率论的知识由响应面方程求出响应面函数的统计特征。采用推荐的分位值法并结合公路隧道设计规范给定的极限状态方程,计算出隧道衬砌可靠度指标。计算结果对确定公路隧道长期安全性的可靠度水平具有一定的参考价值。     

边坡稳定可靠性分析程序研制

研制了一个具有四大功能的边坡稳定可靠度分析系统.可以对基本随机变量异常值进行剔除和从7种常用的分布函数中选出最优的拟合函数.介绍了验算点计算过程,研究了基于稳定性系数计算式为隐函数的边坡滑动模式的响应面可靠度计算方法.将各模块功能集成系统后,对系统分析结果的准确性进行了验证.作为系统部分功能的展示,分析了某边坡工程最终可靠度对基本参数的变异性和相关性的敏感性.研究结果表明,本系统具有工程实用价值和理论意义.     

基于Monte-Carlo模拟的余王扁边坡可靠性分析

介绍了Monte-Carlo法的基本原理,以西安市雁塔区余王扁黄土高边坡为例,应用岩土工程和岩土环境模拟计算仿真软件Geostudio-slope/w,采用摩根斯坦—普拉斯法(Morgenstern-Price)边坡稳定性分析方法,对该边坡不同工况下的可靠性及稳定性进行分析,得出了相应工况的稳定系数、可靠性指标和破坏概率,计算结果与实际相吻合,从而实现了Geostudio软件与蒙特卡罗法的结合,也为黄土高边坡可靠性分析提供了参考.     

塑性极限分析上限法在边坡安全系数求解中的应用

基于塑性极限分析上限法在边坡中建立一个合理的速度场,取滑动面为对数螺旋曲面,分别求得边坡滑动体、外荷载所做外功率和滑动面上内能消散率的计算表达式.然后定义材料强度储备安全系数为边坡的稳定安全系数,即边坡中岩土体的c和φ按同一比例折减后边坡达到极限平衡状态,由此可求得边坡处于极限状态时的外功率与内能消散率.再结合虚功率方程得出边坡安全系数的表达式,进而求得其最小上限解,便能确定边坡最不利滑动面的位置以及其最小安全系数.最后,以一个边坡安全系数求解为算例,把本文的计算结果与多种传统方法的计算结果比较,证明本文所提出的方法合理可行.     

新建并行工程对高铁轨道位移影响的概率分位研究

目前,既有高速铁路用地范围内新建并行工程越来越普遍。在计算新建并行桥梁对既有高铁轨道位移的影响过程中,针对土层力学参数离散性大造成的计算结果可靠性难以评估的问题,建立土体-桥梁-轨道有限元模型,采用参数敏感性分析方法计算轨道位移变化对土层力学参数摄动的敏感性,提取敏感系数较大的参数,利用响应面法获得轨道变形与敏感的土层力学参量的多项式关系。根据土层参数的概率分布进行响应面函数计算,并评估计算结果的可靠度。研究结果表明：依托工程所处地区,轨道位移对含砾质黏土和粉质黏土的力学参数敏感性系数较大,其中内摩擦角对轨道位移的影响最为显著。对响应面函数进行评估,高铁轨道位移响应面预测值与有限元模型计算值的误差在1%之内,响应面函数可以代替有限元模型进行既有高铁轨道位移计算;以95%的置信水平计算土层参数变异时依托工程的桥墩位移,得到墩顶横向位移值为1.119 mm,竖向位移值为-0.725 mm,工程的可靠性较高。通过响应面拟合有限元计算结果,可以极大地提高计算效率,获得考虑土层参数离散性时既有高铁轨道位移计算结果的概率分位值,能为今后类似工程预测轨道位移提供一种可靠度分析方法。     

地震作用下结构动力可靠度时域显式子集模拟方法

时域显式表达式将随机样本变量成功分离出来,使结构动力响应的求解变得更为简洁,从而有效提高了用蒙特卡罗法计算结构动力可靠度的效率。而传统子集模拟法求解可靠度所需的样本数比传统蒙特卡罗法少,因此本文在时域显式表达式基础上引入子集抽样方法,基于Metropolis-Hastings法则可以获得所需条件样本,利用概率论乘法原理可以获得最终失效概率,从而减少了可靠度计算所需的样本总数,进一步提高了计算效率。计算结果表明改进的方法在保证较高计算精度的基础上,计算时间成量级减小,在小失效概率情况和大型复杂结构情况下,改进方法的优势更加明显。     

广义对数螺旋型滑面模型的构建与验证

临界滑动面的合理确定是边坡稳定性分析的关键问题之一。传统的边坡滑动面假设方法构造生成的潜在滑动面形式单一,且无法考虑复杂边坡中土层强度参数变化对临界滑动面形状的影响,从而降低了边坡稳定性分析结果的可靠性。基于此,提出一种新的广义对数螺旋型滑面模型,该模型可生成包含传统圆弧滑动面和对数螺旋滑动面在内的多种形式的潜在滑动面;并针对非均质边坡中各土层抗剪强度不同的特点,采用多中心分段构造策略,将该滑面模型应用于非均质边坡稳定性分析中。基于极限平衡理论计算滑动面安全系数并搜索临界滑动面,对边坡进行稳定性评估。选取多个均质边坡及多种型式的非均质边坡(水平分层、倾斜分层和斜折线分层)经典算例与现有研究成果以及数值模拟软件获得的结果进行对比分析,验证该滑面模型的合理性与优势性。研究结果表明：文中方法计算所得安全系数与其他方法相比更小,相对误差在5%以内。能够得到传统滑动面假设方法下难以搜索到的临界滑动面,并与数值模拟结果吻合度较好,稳定性分析结果更接近实际情况。由此说明,此方法用于均质边坡及非均质边坡稳定性分析是合理可行的,有望为工程实践提供更优的临界滑动面解决方案。     

黄土边坡稳定性分析方法研究

研究目的:为了寻求一种新的黄土边坡稳定性分析方法,解决极限平衡法不能将黄土垂直节理发育特性纳入到分析过程中的弊端,本文采用ABAQUS软件,利用有限元法对黄土路堑边坡进行数值模拟,在黄土边坡稳定性分析中对岩、土体内部节理、裂隙参数进行计算.研究结论:利用有限元法对黄土边坡的稳定性进行分析,能够考虑黄土边坡垂直节理发育的特性,与极限平衡法相比,有限元法对黄土边坡稳定性分析具有明显的优越性.算例表明ABAQUS有限元软件中的节理材料模型适用于黄土边坡,ABAQUS软件在黄土边坡稳定性分析方面具有良好的适用性.     

有限元极限平衡法在黄土边坡稳定性分析中的应用探讨

对目前边坡稳定分析中的极限平衡和有限元两类方法进行分析阐述,在此基础上,结合黄土边坡工程算例,利用geostudio软件将有限元与极限平衡法相结合进行黄土边坡稳定性分析,并对其计算结果进行比较。算例分析结果表明:极限平衡法在求解过程中作出各种假定来解决超静定问题;有限元法克服了极限平衡法的不足,考虑土体的本构关系,但不能确定可能破裂面,对边坡失稳破坏的判断没有一个定量的标准,将有限元法和极限平衡法相结合,取长补短,既能反映边坡的稳定和变形之间的关系,准确描绘出破坏面的特征,又能得到更精准可靠的安全系数;有限元极限平衡法可自动搜索出坡肩带有垂直裂缝的组合滑动面,比极限平衡法搜索出的单一圆弧滑动面更贴近实际情况,提高了边坡稳定性分析的合理性,为类似边坡稳定性分析方法提供参考。     

边桩对PBA法黄土车站地表变形的影响分析

研究目的:边桩作为PBA法施工中主要的承重构件之一,其参数对控制车站变形具有重要意义。因此,本文以西安黄土地区某PBA法施工的地铁车站为背景,分别研究不同入土深度和直径对地表和边桩变形的影响规律,从而为黄土地区PBA法施工边桩参数选取提供参考。研究结论:(1)地表沉降曲线沿车站中线轴对称分布,中间沉降量最大,向两边减小;边桩水平位移曲线呈现"鼓肚"形式;(2)地表的沉降量及边桩的侧向位移随入土深度的增加而减小;随着直径的增加,地表下沉和边桩的侧向位移逐渐减小,减小速率随着相关参数的增加而减小;(3)从变化幅度来讲,入土深度达到承载力和稳定性要求后,增加入土深度对改善边桩位移影响较小;适当增加边桩桩径,可以有效改善边桩的水平位移;(4)入土深度对塑性区的分布范围具有重要意义,入土深度过小会产生较大的塑性区,影响结构的整体稳定性;(5)本研究成果可为日后黄土地区PBA法施工边桩参数选取提供一定的参考依据。     

黄土滑坡最不利滑面综合分析方法

研究目的：在滑坡稳定性计算中，滑面位置的选择对计算结果有着重要的影响，而黄土滑坡因受含水率影响较大，常常存在多重滑面，本文研究目的就是确定最不利滑面的位置。研究方法：以宝中线某高路堤黄土滑坡为例，探讨了综合考虑液性指数、塑性指数、含水率、新老土层接合面和坡面开裂及鼓出控制点等多种因素综合确定滑动面的方法。根据地质钻探获得的数据，通过不同的组合方式形成一系列的折线滑面，依据坡面开裂及鼓出控制点确定各组圆弧滑面，从单因素分析到多因素综合，从而找出最不利滑面。研究结论：根据最不利滑面计算的滑坡推力及据此做出的抗滑桩设计应用于工程实践的结果，表明了该方法的可行性，它适用于已有一定微量蠕动和变形，而又尚未发生明显整体位移，且又无法通过复杂表象确定滑动面位置的均质土体滑坡。     

高陡边坡桥基安全距离研究

研究目的:高陡边坡桥基位置的确定不仅关系到高边坡的稳定和桥梁的安全,也直接关系到整个桥梁的技术指标和造价。而目前相应的规范及手册中,对高陡边坡桥基位置没有明确的规定。研究方法:荷载作用下高陡边坡岩体力学行为特征是桥基位置确定的基础。利用数值分析方法,分析不同边坡几何状态下荷载对边坡岩体应力的影响。研究结果:根据荷载作用下边坡岩体应力影响范围的变化特征,提出高陡边坡桥基安全距离的确定原则。边坡岩体应力影响范围主要与荷载强度、桥基宽度、边坡坡度以及桥基水平距离等因素有关。根据坡面岩体应力影响系数最大值与各影响因素的关系,再利用岩体质量对应力影响系数进行限定,提出高陡边坡桥基安全距离的确定公式。研究结论:工程实践表明,用本文方法来确定高陡边坡桥基位置是方便的、适用的。     

山区道路工程与环境协调的设计原理

研究目的：山区道路沿线自然环境脆弱，道路下程建设引发的急待解决的主要环境问题有：隧道排水导致山区水资源涸竭，路堑高边坡破坏植被，路堑开挖诱发工程滑坡，工程弃方引起水土流失。 研究方法：为解决这些工程环境问题，从工程与环境的相瓦作用出发，归纳了相应的与环境协调的设计原理。 研究结果：（1）通过建立隧道工程与水环境的相互作用链，提出基于水环境平衡的隧道“以堵为主”的防排水设计原理，以防治洞顶水环境灾害和隧道水害；（2）通过分析边坡高度与支挡工程的关系和边坡防护与生态环境的关系，提出控制路基边坡高度的支挡收坡设计原理，为路基高边坡的防治提供对策；（3）通过分析路堑边坡的工程路径与坡体岩土的响应，将传统的自上向下开挖再自下而上支护的工程路径更新为自上而下分级支护和坡脚预加固工程路径的路堑边坡设计施工新理念，以保持开挖坡体的稳定；（4）针对工程弃方所致环境问题，提出沟头填垦的工程弃方开发性处理原理。 研究结论：上述道路工程与环境协调的设计原理可从源头上控制主要的道路工程环境问题。转变固有的设计观念，更新为与环境协调的设计理念，需要一个深化认识的过程。加之这些道路工程与环境协调的设计原理还尚待完善，因此能引起同行对道路工程环境问题及其设计对策的关注，就达到了本文的目的。     

软弱地层大断面铁路隧道进洞方法研究与实践

为解决软弱地层隧道洞口暗挖进洞施工的难题,以新建成昆铁路杨家湾隧道和西(安)成(都)高铁石梯子隧道为工程依托,采用理论分析与工程实践相结合的方法,对隧道洞口边仰坡稳定性及加固设计方法进行研究分析。研究结果表明,软弱地层隧道洞口上台阶开挖及开挖至路基面,仰坡安全系数均小于1,处于不稳定状态易形成潜在滑动面,开挖塌方风险大。基于隧道洞口稳定性分析,隧道仰坡滑塌必然存在潜在滑动面,洞口加固设计应以稳定滑动面为核心;基于该设计理念提出隧道洞口加固设计的3种方法,分别为玻璃纤维钻孔桩加固方法、桩基托梁护拱加固方法和纵横梁加固方法。3种方法的核心设计理念是通过洞口护拱或明洞对仰坡滑坡体形成反压,通过锚固桩或玻璃纤维桩抵抗潜在滑动面,并成功应用于新建成昆铁路杨家湾隧道和西成高铁石梯子隧道,保证隧道洞口的稳定性,并安全顺利暗挖进洞。     

岩质边坡可能的失稳判断方法

判断不同岩质边坡结构面构成的块体在特定的条件下是否具备临空面,以及是否滑动的可能性,其分析步骤不仅十分繁琐,而且其空间概念十分抽象,难以把握。介绍一种能有效判断岩质边坡是否可能失稳的方法,即赤平极射投影法,并在具体工程中得到成功应用。     

锚索框格梁支护某二级公路边坡的数值模拟

利用有限差分强度折减法,讨论自然状态下的边坡稳定性情况,对锚索框格梁支护结构受力及其对边坡稳定性影响进行分析,并将各开挖步下的边坡稳定性情况进行了对比,计算结果表明：经锚索框格梁加固支护后,边坡稳定性显著提高,锚索对土体起到明显的反向锚固作用,同时,边坡滑动面首次出现在开挖支护面之上,表现为潜在的滑体将越过支护面滑出,为满足边坡的使用功能,需作长远考虑。     

铁路路基本体结构极限状态设计方法研究

极限状态设计方法是工程结构设计方法发展的必然趋势,它基于概率统计论以可靠指标β和失效概率Ff,考虑计算参数的均值同时也考虑了各参数的概率分布特征,不同于以往以容许应力为基础的安全系数设计方法。针对铁路路基本体的结构特点,从概率统计的原理出发,对铁路路基极限状态设计方法进行综合性分析研究,提出以基床表层变形控制的铁路路基基床极限状态设计方法和以瑞典条分法为功能函数铁路路基边坡极限状态设计方法,并利用分离函数建立铁路路基边坡实用设计表达式。