基于二次响应面的震区边坡稳定性可靠度分析

本文在考虑边坡岩体参数非确定的基础上,基于二次响应面的边坡稳定可靠度分析方法,采用快速拉格朗日方法建立了震区岩质边坡稳定性可靠指标计算模型。结合湖南省对口支援四川理县灾后重建项目——理县至小金公路（理县段）路堑边坡,开展了震区边坡稳定性可靠度分析,计算结果表明：二次响应面计算次数远远少于传统蒙特卡洛方法,计算结果满足精度要求;通过对依托工程边坡动力数值模拟的可靠度分析表明,采用二次响应面法计算的可靠度指标Pf=6.861%,采用传统蒙特卡洛方法计算的可靠度指标Pf=5.117×10-2,计算精度较好;最大剪应变增量出现在坡体表面坡腰处,故选择该坡腰处作为边坡安全的控制点,其可靠度最小值为3.1左右,时间出现在16.5 s,可靠度满足设计要求,表明该处边坡整体稳定性较好。     

用响应面法分析装配式公路钢桥的平面结构系统可靠度

对复杂结构进行可靠性分析时,利用传统的结构可靠性分析方法可能会遇到困难,但应用响应面法可以有效地解决问题。本文利用响应面法和有限元程序ANSYS对装配式公路钢桥主桁架的挠度、弯曲应力和压杆失稳进行了可靠度分析,得到各种结构行为下极限状态功能函数的近似表达式,从而求出相应的可靠指标。通过分析计算表明,响应面法是装配式公路钢桥平面结构可靠度分析的有效方法。     

基于混合模拟法的连续刚构桥静力可靠度分析

为对大跨连续刚构桥在多维随机因素作用下的安全性进行有效评估,将Monte-Carlo法与响应面法相结合,建立基于混合模拟法的结构可靠度分析方法。该方法首先利用MonteCarlo法对结构进行若干次循环分析,以此计算出各随机变量的可靠性灵敏度因子,再将灵敏度较高的输入变量继续作为随机变量,利用响应面法拟合出结构的功能函数,最后利用Monte-Carlo法求解出显式化功能函数的可靠指标。采用混合模拟法与概率网络估算法相结合计算承载能力极限状态下连续刚构桥的可靠度,以广西百色市江坝右江特大桥为例进行分析,结果表明,承载能力极限状态下,中跨跨中截面抗弯失效模式是该桥上部结构静力体系可靠度的控制失效模式。     

基于随机有限元的路基沉降可靠度研究

基于随机有限元理论,对路基沉降可靠度进行了研究。考虑输入参数的不确定性,采用蒙特卡洛直接抽样法(MC)、拉丁超立方抽样(LHS)、响应面-蒙特卡洛模拟方法(RSMC),分析了路基沉降可靠度,讨论了各种方法的计算效率和计算精度。算例结果显示:拉丁超立方抽样可靠度分析在保证蒙特卡洛直接抽样数值精度的同时,收敛速度较直接抽样法得到提高,可以减少抽样次数;响应面-蒙特卡洛模拟可靠度分析具有更高的计算效率,能够显著减少抽样次数,计算精度较高,因此响应面-蒙特卡洛模拟方法值得在路基沉降可靠度分析中推广采用;基于随机有限元的路基沉降可靠度计算能够为相关工程提供参考。     

随机地震作用下框架锚杆锚固边坡稳定性可靠度分析

为了能够准确进行随机地震作用下框架锚杆锚固边坡的稳定性评价,开展其稳定性评价方法及可靠性抗震设计理论研究,将坡后土体考虑为弹性体,建立了坡后土体动力计算模型,将地震激励视为随机变量,采用虚拟激励法求得边坡随机地震反应,获得了边坡地震加速度反应功率谱,给出了最危险滑移面确定的极限状态方程和稳定性可靠度计算方法。将提出的计算方法应用于工程实例,运用可靠度理论分析了地震加速度的分布特征对支护边坡稳定性的影响和最小稳定系数的变化规律,进行了随机地震动力反应分析及稳定性可靠度计算,并采用Monte Carlo法验证了提出方法的有效性。结果表明:提出的分析模型物理概念明确,是一种快速、精确、实用的分析方法;提出的方法为框架预应力锚杆支护边坡的稳定性可靠度计算提供了理论依据和一种新的计算途径。     

基于强度折减法与可靠度方法的锚框支护边坡稳定性分析

以漳州招银高速公路典型锚框支护边坡工程为背景,在FLAC3D数值平台上,基于有限元强度折减法求得其稳定性安全系数为1.514,满足相关规范要求。进一步地考虑岩土体参数的变异性,根据多个类似工程的地质勘察资料,统计了相关岩土体抗剪强度参数的均值和变异系数。同时定义了该锚框支护边坡的极限状态和功能函数,并利用响应面法将其拟合为具有显式表达的非完全二次多项式。最后利用JC法,经过若干次迭代求得该锚框支护边坡的可靠指标为2.035 9,其失效概率为2.09%。将有限元强度折减法与可靠度方法相结合,可较全面地反映岩土体参数变异性对边坡稳定性的影响。     

冈管混凝土组合高墩连续刚构桥体系可靠指标计算方法

钢管混凝土组合高墩连续刚构桥体系可靠度计算存在钢管混凝土组合高墩受力分析复杂,连续刚构桥梁失效模式较多,其功能函数不存在显式等问题.采用MIDAS有限元软件对结构进行较准确的模拟和受力分析,然后根据分析结果选取最高墩的稳定性失效和关键截面的拉、压应力失效模式.在MATLAB语言的平台上利用二次序列响应面法将隐式功能函数...     

基于支持向量机的大跨度斜拉桥可靠度分析

针对大跨度斜拉桥可靠度分析时存在的功能函数不能显式表达的问题,采用支持向量机来逼近结构的功能函数,建立结构响应量与随机变量之间的映射关系,并在此基础上结合常规的可靠度分析方法,如一次二阶矩法(FORM)、二次二阶矩法(SORM)和Monte Carlo法等来计算结构的失效概率。对某大跨度斜拉桥可靠度分析的结果表明,支持向量机能很好地模拟结构的真实响应,用于可靠度分析具有较好的计算精度。     

地震效应下二级边坡三维动态稳定性上限分析

为了给二级边坡的抗震设计提供参考,对其在地震力作用下的稳定性进行研究。基于三维破坏模型,采用拟静力法将地震力引入计算模型中,运用极限分析上限定理分析二级边坡破坏时的能量耗散,并根据虚功率原理推导稳定系数的解析解。利用穷举法优化计算,得到约束条件下稳定系数的最优上限解,并与已有研究成果进行对比。利用该方法,分析宽高比、内摩擦角、深度系数、上、下台阶倾角、地震力等因素对二级边坡稳定性的影响。针对不同的计算精度,给出二级边坡可简化为二维平面应变问题的最小宽高比。研究结果表明：该方法正确可靠;宽高比对稳定系数影响显著,随着宽高比的增大,二级边坡的三维效应逐渐弱化,最终转变为二维平面应变问题,内摩擦角、深度系数、上、下台阶倾角对稳定系数有较大影响;对边坡进行放坡时,应尽量减小上、下台阶的倾角,并增大上台阶边坡的高度,以提高二级边坡的稳定性;水平地震力与竖直地震力对二级边坡的稳定性有显著影响,如果计算中不考虑地震力,则稳定系数的相对误差分别高达40%和15%。     

基于数值差分法的边坡可靠度分析模型

通过研究Janbu模式边坡稳定的力学分析过程和特点,归纳了其安全系数的计算流程,指出了Janbu模式下边坡稳定可靠度计算存在的问题.由此引入差分法,依据复合函数求导原理,推导了采用验算点方法求解Janbu模式下边坡稳定可靠度过程中各项偏导数的计算公式和可靠度指标的线性逼近循环迭代方法,并研发了一种基于数值差分的极限平衡模式下的新型可靠度近似计算方法.最后对某公路边坡的稳定可靠度进行分析,并与响应面法及蒙特卡洛法结果进行了对比.研究表明所提出的方法简便、精度,能满足工程要求,具有较好的工程实用价值.     

基于Newmark-β法的地震作用下顺层岩质边坡可靠度时程分析方法

为了提高传统顺层岩质边坡地震响应的时程分析方法的计算效率,以及在地震作用下边坡动力可靠度评价指标的选取方法中考虑地震随机性的特征,运用Newmark-β法和MATLAB/Simulink工具建立了顺层岩质边坡地震响应的简化计算方法,基于Monte Carlo法进一步给出了安全系数与可靠度时程的计算方法。根据边坡工程技术规范中规定的边坡稳定安全系数最低要求值和实际工程中可接受的边坡最大允许破坏概率,提出了最低安全要求可靠度和最大允许失效可靠度2个新的评价指标,并给出了相应的计算方法。最后,采用2个新的评价指标对地震作用下边坡动力可靠性进行综合评判。结果表明:提出的顺层岩质边坡地震响应简化计算方法合理可行,且具有较高的计算效率和精度;与其他的边坡地震可靠度评价方法相比,该方法采用2个新的评价指标评价地震作用下边坡动力可靠性的方法可靠,其考虑了边坡地震可靠度随机性的特征,且与边坡工程技术规范和实际工程风险相结合,计算结果能更真实地反映地震作用下边坡的安全状况,更具合理性和工程适用性。     

洪水作用下受锚土质边坡稳定可靠性分析

为研究洪水对路基高陡土质边坡稳定性的影响,通过现场统计、理论推导和工程试验,构建受锚土质边坡的6种破坏模式,得到洪水作用下受锚土质边坡的失效模式、锚固结构的蠕变模型和时效可靠度解析式。以土体抗剪强度指标为基本随机变量,通过一次二阶矩法,得到考虑时间效应的受锚边坡系统可靠度指标的理论解析式。算例显示:可靠度指标随时间延续具有显著的指数衰减特征,在洪水作用早期时效可靠度指标变化非常明显;随着锚固力增加,时效可靠度指标增加,随着地下水渗透有效应力增加,抗剪强度指标提高,边坡时效可靠度指标增加。     

基于神经网络算法的大跨径斜拉桥随机地震效应主梁动力可靠度研究

为解决大跨径斜拉桥在随机地震作用下动力可靠度计算费时费力的问题,基于首次超越准则,构建了考虑地震随机性和结构本身参数随机性的双重随机功能函数,提出了使用神经网络算法获取结构内力响应均方根并使用线性规划优化方法求解最小可靠度的方法,并以某大跨径斜拉桥为算例进行了算法验证.计算结果表明:相比于传统的响应面法,基于神经网络算...     

路堑边坡模糊随机可靠度研究及工程运用

将边坡稳定的安全系数及搜索最危险滑面计算的安全系数分别作为结构强度和结构荷载，构造边坡可靠性分析的功能函数显式表达式，以此为基础，既考虑岩体力学参数的随机性，又考虑“边坡稳定”这一概念的模糊性，求解边坡模糊随机可靠度。将上述理论运用于海南中线高速公路某半路半桥路基边坡设计中，经过施工期台风季节以及通车运营半年的考验，证明该方法是合理实用的。     

地震力作用下高速公路高边坡稳定的可靠性分析

影响边坡稳定性的因素多而复杂,并且具有不确定性,再加上地震力的作用使得传统的安全系数法计算的安全系数具有不确定性。本文在传递系数法的基础上运用蒙特卡洛法对十堰-天水高速公路K223＋560～K223＋840段的高边坡在地震力作用下的稳定进行了可靠性分析,并通过传递系数法验证计算,论证了蒙特卡洛法分析地震力作用下边坡稳定的可行性。分析表明：地震力作用下影响边坡稳定的主要因素,抗剪强度参数c、φ值服从正态分布,地震加速度服从指数分布,前提是假定三者相互独立。选用不同地震加速度0,0．05,0．10,0．15分别进行大量的模拟计算,得出边坡的可靠性指标随着地震加速度的增大而减小,表明该段高边坡需采取防护措施。     

基于滑动面深度的地震作用下边坡强度参数反分析

边坡参数反演是获取边坡强度参数的重要手段.与传统的安全系数及位移反分析不同,提出了基于滑动面深度的边坡参数反演方法.基于极限分析上限定理,利用拟静力方法,计算了地震力作用下边坡的外力功率与内能耗散表达式,并结合强度折减法,推导了简单边坡在地震力作用下的安全系数公式.利用优化算法得到边坡的最小安全系数后,可以求出边坡在地震力作用下临界滑动面的方程,得到边坡不同位置的滑动面深度.并利用滑动面深度对强度参数进行反演.计算结果表明,随着地震加速度的增大,边坡的滑动面深度逐渐增大.通过数值计算与工程实例的对比,证明新方法是有效可靠的.     

基于K-L展开的断层-节理边坡随机有限元分析

土性参数的空间变异性和断层-节理的耦合作用,将显著影响边坡工程的稳定性分析。基于K-L展开方法模拟土体抗剪强度参数空间变异性,同时通过强度折减法计算节理岩体边坡的稳定性系数,提出了一种考虑土体参数空间变异性的边坡可靠度分析方法。探讨了土性参数的变异性及水平和垂直方向的相关距离对断层-节理边坡随机可靠度的影响。通过与已有研究中均质边坡稳定性对比分析,验证了模型的可行性,并结合现场实际工程进行分析。研究表明：断层-节理裂隙改变了边坡潜在滑移面产状,同时降低边坡的安全系数。边坡失效概率随着土性参数变异系数的增加而增大。忽略土性参数的变异性指标时,会高估边坡的安全系数指标,低估失效概率。土体竖向波动范围显著影响边坡的可靠度,断层-节理对于边坡稳定性的影响远大于土体波动范围。     

基于非线性Barton-Bandis准则的岩质边坡可靠度研究

岩质边坡稳定性分析是岩土工程研究领域的热点问题之一,采用线性Mohr-Coulomb破坏准则和确定性分析方法研究岩质边坡稳定性存在一定的局限性。基于Hoek和Bray提出的典型平面岩质边坡破坏模式,采用Barton-Bandis非线性破坏准则,考虑岩质边坡滑动过程静力平衡条件,推导出岩质边坡安全系数表达式,并结合可靠度理论,通过MATLAB编程优化计算得到岩质边坡可靠度指标。算例分析结果表明:可靠度理论与数值模拟的计算结果吻合良好,证明本研究方法的可行性和有效性;Barton-Bandis非线性破坏准则中摩擦角φ_b、结构面粗糙系数JRC和结构面有效抗压系数JCS对岩质边坡稳定性有着显著影响,且岩质边坡稳定性随着φ_b,JRC和JCS的增加而提升;随机变量参数φ_b,JRC和JCS对岩质边坡稳定性影响程度不一,其中φ_b和JRC对岩质边坡稳定性的影响较为显著,而JCS对岩质边坡稳定性的影响相对较小;岩质边坡稳定性随着φ_b,JRC和JCS变异系数的增加而降低;后缘裂缝地下水位上升,岩质边坡的失效概率显著增大,坡体内部应该设置完善的排水系统。     

Rosenblueth方法在加筋格宾挡墙内部稳定可靠度分析中的应用

介绍了Rosenblueth矩估计方法的基本原理及其在加筋格宾挡墙内部稳定性分析中的应用。提出了加筋格宾挡墙内部稳定性可靠度分析方法,基于Rosenblueth方法开发了相应计算程序,研究了填料粘聚力c、内摩擦角φ、网面拉力、地震力、填土重度、车辆荷载以及加筋间距等重要参数对可靠度指标的影响,结合我国第一座高速公路加筋格宾挡土墙(湖南省湘潭至衡阳西线高速公路第十二合同段k124+300~k124+89段加筋土工程)运用可靠度理论分析其内部稳定性,得到了该挡墙内部稳定可靠性指标和破坏概率。结果表明:该分析方法简单、科学、合理,体现了Rosenblueth方法在复杂功能函数中进行可靠指标计算的优越性,可以应用于具体工程设计。     

基于支持向量机的高墩大跨桥梁体系可靠度计算

为解决高墩大跨桥梁结构体系可靠度求解过程中失效模式复杂、极限状态方程无法显式表达等问题,提出一种基于支持向量机(SVM)分类技术的体系可靠度计算方法.该方法采用拉丁超立方抽样法产生样本库,通过重复筛选构造一个精确的SVM分类器函数(而不是构造功能函数本身的响应面函数),然后采用蒙特卡罗法进行数值模拟计算体系失效概率.以济邵高速公路逢石河特大桥为例验证了采用该方法计算高墩大跨桥梁体系可靠度的实用性,计算结果表明该桥体系可靠度满足设计要求.