考虑参数空间变异性的非均质边坡可靠度分析

考虑土体参数空间变异性的非均质边坡最危险滑动面存在一定的空间变异性,导致边坡存在多种潜在失效模式。为有效解决含多失效模式的边坡可靠度问题,提出了非均质边坡可靠度分析的多重随机响应面法,并以一个含水平软弱夹层的边坡可靠度分析为例验证了提出方法的有效性,同时探讨了水平软弱夹层及其位置不确定性对边坡可靠度的影响,调查了单重响应面法分析考虑参数空间变异性非均质边坡可靠度问题的有效性。结果表明:多重随机响应面法为解决考虑多参数空间变异性的低概率水平非均质边坡可靠度问题提供了一个重要的工具,然而单重响应面法会高估边坡失效概率,导致偏保守的边坡设计方案。此外,水平软弱夹层对边坡稳定性、失效路径及可靠度均具有重要的影响,相比之下软弱夹层位置不确定性对边坡可靠度的影响较小。     

基于Copula理论的高桩码头岸坡可靠性分析∗

高桩码头岸坡稳定性对整体码头结构安全至关重要。为进一步探究高桩码头岸坡土体强度参数相关性及空间变异性对高桩码头岸坡可靠性的影响规律,基于 Copula 理论考虑岸坡土体参数的联合概率分布特性,采用 PLAXIS 计算平台建立高桩码头?岸坡体系数值计算模型,进一步通过 Python API 接口,编译完成了可自动数据交互与求解的外挂子程序 SAPW,并实现了高桩码头岸坡体系参数化前处理、样本工况计算和可靠性求解的一体化、 全链条可靠性分析框架流程,并在此基础之上结合蒙特卡罗模拟方法,开展了相关数值计算与参数化分析,探讨了黏聚力、内摩擦角变异系数以及二者相关系数对高桩码头岸坡可靠性的影响规律。结果表明：在高桩码头设计与分析中,忽略土体参数相关性和空间变异性会高估岸坡失效概率,进而导致相关可靠度分析偏于保守,在高桩码头岸坡可靠度分析中宜采用多种 Copula 函数进行综合考虑。     

岩溶区空间变异性边坡建筑荷载作用下稳定分析∗

基于长沙湘江欢乐城废弃矿坑进行改造再利用工程项目,为保证上部工程建筑安全,对地质条件复杂且常有岩溶发育的矿坑高陡边坡稳定性开展了系列研究。考虑岩土体固有的空间变异性及岩溶孔洞影响,采用确定性和可靠度分析相结合的方法对边坡稳定性进行评价。首先针对土岩结构多级高边坡采用Morgenstern‐Price法计算非圆弧滑动面条件下的安全系数;随后基于随机场理论,考虑岩土体抗剪强度指标的空间变异性,对不同变异特征下受结构荷载作用的高陡分级边坡稳定性开展了概率分析;并探讨了岩溶空洞的发育情况及位置对高陡边坡可靠度的影响。结果表明,在土‐岩二元结构的边坡中,滑动破坏往往只发生在性质较差的上层土体中。考虑岩土体力学特性的空间变异特征对边坡稳定性分析具有重要意义,忽略空间变异性可能高估边坡的失效概率;溶洞位置和形状都会影响边坡稳定性,溶洞越靠近陡峭临空面对边坡影响越大,整体来说圆形溶洞比方形溶洞更容易造成边坡失稳破坏。     

基于可靠度理论的边坡稳定性分析研究

考虑设计参数的不确定因素进行工程随机力学分析具有重要的理论和现实意义。以可靠度理论为基础，考虑土体材料的随机特性，提出了应用于边坡工程可靠度分析的随机有限元的基本思路，并导出了边坡稳定可靠度的计算公式，通过编制实用程序计算相应的可靠指标，并寻求失稳模式进行了边坡工程的整体稳定可靠度分析。最后对一工程实例进行了计算分析，结果表明，该方法用于边坡整体稳定可靠度分析是切实可行的，同时得到了随机变量选取对可靠指标影响的一些规律，可供相关工程技术人员参考。     

基于监测数据的边坡参数统计特征及可靠度更新∗

掌握详细的边坡岩土体参数信息是进行边坡加固与风险评估的重要前提。目前大多采用马尔可夫链蒙特卡洛模拟方法基于现场或室内试验数据进行不确定性参数统计信息及边坡可靠度更新。然而,该方法存在计算量大、计算结果不易收敛和难以解决高维边坡不确定性参数统计特征及可靠度更新等问题。本文基于粒子群优化反向传播神经网络算法建立边坡位移代理模型优化计算过程,提出了改进的基于子集模拟的贝叶斯更新方法,进而基于边坡变形监测数据进行参数统计特征及可靠度更新。最后,将提出方法应用到长春西客站深基坑边坡工程。 结果表明：提出方法能够融合有限的场地信息有效地更新边坡岩土体参数统计特征,推断其后验概率密度函数,进而更新边坡失效概率。利用更新的土体参数计算的边坡位移与实测数据吻合,验证了提出方法的适用性和有效性。另外融合监测数据进行贝叶斯更新之后,虽然土体参数的不确定性明显降低,但是边坡失效概率受外界气温、 监测点位置及数据量值的影响会增大。     

土石围堰边坡安全性研究

结合山西天桥水电站除险加固工程中的土石围堰的边坡,提出了采用安全系数和失效概率来综合评价其安全性。采用工程上常用的瑞典条分法建立极限状态方程,考虑土体内摩擦角、粘聚力为随机变量,利用蒙特卡罗法求解边坡的可靠度指标,并对边坡稳定性分析中最重要的评价指标安全系数与可靠指标的关系进行了探讨。结果表明,采用安全系数和可靠概率综合评价土石围堰边坡的稳定性能更好地了解工程的实际安全状况。该方法为土石围堰边坡的安全性评价提供了一种参考。     

洪水冲刷和地震联合作用下砌体结构的失效风险评估∗

基于风险理论,提出一种用概率方法来考虑洪水和地震作用下砌体结构的失效风险评估方法。根据村镇建筑结构在灾害作用下的性能要求,量化结构的性能指标,分析村镇建筑结构在洪水冲刷和地震联合作用下的易损性,综合考虑洪水冲刷、地震的灾害危险性和结构易损性,通过易损性函数与联合灾害概率密度函数在灾害域上积分,获得结构在不同破坏状态下的超越概率,引入损失比和结构累计失效概率,进而获得全性能状态下的可靠度指标,并与目标可靠度指标对比,进行结构性能评估。算例展示了本文方法的建立过程,结果表明：冲刷对结构轻微破坏和中度破坏的易损性影响较小,对严重破坏和倒塌状态的易损性影响较大;洪水冲刷对结构抗震性能具有较大的影响,相比于仅考虑地震作用下,同时考虑洪水冲刷和地震联合作用时,结构各种破坏状态下的失效概率均有所增加,且随着破坏程度的加剧,冲刷对结构失效概率的影响越来越大。     

基于模糊失效准则的危岩稳定可靠度计算∗

为预测危岩崩塌灾害的发生,分别选取影响三种不同类型危岩稳定性的主要参数作为随机变量 X₁~X₅,基于模糊失效准则和可靠度理论建立了危岩模糊可靠度计算模型和方法。首先,根据危岩稳定系数的隶属函数表达式,引入新随机变量 X₆,将稳定系数的隶属函数作为新随机变量 X₆的概率分布函数,得到了随机变量 X₆的概率分布形式。然后,针对三种不同类型危岩分别建立了危岩失稳模糊事件的等效功能函数和模糊可靠度计算模型。最后,采用改进的 Monte?Carlo 法计算了危岩失稳模糊事件的失效概率。对万州首立山 6 块单体危岩进行分析,结果表明：当危岩稳定系数从小至大变化,考虑模糊失效准则后危岩的失效概率增加幅度经历由小变大再变小的过程, 即处于欠稳定~基本稳定状态下的危岩模糊性较强,判断其真实稳定性状态较困难,实际工程中针对这类危岩仅采用经典可靠度计算方法得到的结果存在一定风险,需考虑模糊失效对危岩可靠度的影响。     

施工误差对RC框架结构层间位移角限值可靠度的影响研究

施工质量的变异性是造成钢筋混凝土框架结构体系可靠度不确定的重要原因之一。结合增量变异性分析方法,考虑施工质量的随机性,利用ANSYS有限元软件,考虑各楼层的失效相关性,对钢筋混凝土框架结构的体系可靠度进行计算,分析层间位移角对施工质量的灵敏性,定量地说明施工质量的变异性对框架结构的体系可靠度的影响,并基于可靠度理论对施工误差限值进行了研究,得到了钢筋混凝土框架结构施工误差限值建议值。研究结果表明:材料强度和结构几何尺寸的随机性对框架结构楼层层间位移角均具有较大影响,尤其是混凝土抗压强度。体系可靠度随混凝土抗压强度的均值增大逐渐增大,随标准差的增大而减小。截面尺寸、箍筋间距的均值变异性对整体可靠度的影响也较明显,其次就是钢筋保护层标准差的变异。施工误差限值的建议值为:梁柱截面高度偏差限值为(-6,12)mm,箍筋间距偏差限值为(-26,26)mm,保护层厚度偏差限值为(-5.5,5.5)mm。     

考虑管线失效相关性的埋设管网系统地震可靠性随机模拟

城市范围内的埋地管线,具有相似的结构属性参数,面临空间相关的地震动荷载,管线结构地震破坏失效存在相关性。提出一种考虑管线失效相关性的埋设管网地震连通可靠性随机模拟方法,以空间距离表示管线位置处地震动参数的相关系数,采用经验震害公式求解管线地震破坏概率,通过联合分布与边缘分布的关系得到管线结构失效事件的相关系数。将管线结构地震破坏事件视为相关随机变量,采用正交变换方法将相关随机变量转变为独立随机变量,进行Monte Carlo随机模拟求解管网"源-汇"点连通事件的概率。通过设定地震作用下典型算例的连通可靠性求解,验证了方法的正确性,并比较了管线失效相关性对管网地震可靠性分析结果的影响。     

基于区间方法的岩质边坡稳定性非概率可靠性分析

在综合分析岩土参数区间性的基础上,通过引入区间分析方法和非概率可靠性思想,建立岩质边坡稳定的非概率可靠性模型,并针对区间运算结果扩张问题,引入区间截断法和区间优化法,对边坡非概率可靠性指标进行较为精确的求解。然后,以湖北某岩质高边坡为实例,进一步探讨了岩体参数变异性对岩质边坡稳定的非概率可靠性指标的影响规律。     

土体强度分区各向异性对边坡稳定性影响研究

土体强度各向异性的空间分布会随边坡受力状态变化出现一定程度的重新调整。文中以石人足成层土边坡工程为研究对象,首先,根据土体最大主应力方向角以及土层几何特征进行初始分区划分,并结合数值分析结果确立各向异性强度参数方程,计算各分区土体强度参数;其次,根据计算结果对初始分区进行即时调整,确定调整后的耦合分区并再次计算其土体强度参数;最后,考虑土体强度各向同性和分区各向异性,建立了流固耦合数值计算模型,研究了边坡体渗流、位移和应力的演化特点,确定了加固前后边坡稳定性系数,分析了该边坡工程采用挡土墙和抗滑桩联合加固的效果。结果表明：考虑分区各向异性计算所得边坡平均应力最大值大于各向同性,但其渗流域和流速均小于后者;考虑分区各向异性时,坡体位移理论计算结果与现场监测结果更吻合。     

UHPC增强短搭接RC构件承载力可靠度分析与加固建议∗

基于可靠度研究超高性能混凝土（Ultra?High Performance Concrete, UHPC）增强钢筋短搭接 RC 构件的失效模式与承载力特征。首先阐述了 UHPC 加固机理,建立了包含活恒荷载效应比、搭接系数 m、UHPC 强度、混凝土强度、钢筋型号、考虑水平地震作用的弯矩效应比和轴力效应比等关键参数的设计空间;确立分析 RC 构件承载力可靠度的功能函数,运用 Monte Carlo 法对设计空间中的关键参数组进行可靠指标计算,然后进行关键参数敏感性分析和计算结果拟合分区。结果表明：设计空间关键参数中,搭接系数、效应比、配筋率、钢筋型号和 UHPC 强度对可靠指标的影响均显著;UHPC 不仅具有良好的承载力增强能力,还能改变失效模式,梁和柱屈服时可靠指标分别提高 109.6% 和 12.9%,屈服时搭接系数分别为 0.58 和 0.57;对于受弯 RC 梁（压弯柱）,m>0.67（0.65）时,钢筋基本能屈服,建议采用 UHPC 加固;0.50（0.49）<m≤0.67（0.65）时,存在钢筋屈服和粘结失效两种情况,建议谨慎加固; m≤0.50（0.49）时,容易发生粘结失效,不建议采用 UHPC 加固。     

市政埋地供水管道抗寒潮可靠度分析

为研究市政埋地供水管道抗寒潮可靠度,建立管道在气温变化影响下的结构功能函数,运用改进一次二阶矩方法计算可靠度随气温变化的情况,并以常州市某钢质供水管道为例,对影响管道可靠度的参数进行敏感性分析,最后用蒙特卡洛法进行验证。研究表明,寒潮期气温不同,供水管道的可靠度也不同,开展市政埋地供水管道设计时,考虑寒潮的影响是十分必要的;当寒潮期气温达到零下情况下,抗寒潮可靠度分析应该考虑管道的冰冻应力。管道正常工作压力下影响管道可靠度因素的顺序为屈服强度、管径、工作压力、壁厚等。     

边坡稳定性影响因素敏感性灰色关联分析

提出采用灰色系统理论中的灰色关联分析方法对边坡稳定进行敏感性分析,通过建立起边坡的灰关联数据矩阵,并采用极差变化对数据矩阵进行无量纲化处理,可计算出敏感因子变化与边坡安全系数之间的灰关联系数和灰关联度,从而确定出边坡稳定的敏感因素。结合福建某边坡加固工程实例,针对土体容重、粘聚力、内摩擦角、地下水位、坡高、坡率等影响因素,对该边坡稳定性进行了单因素的敏感性分析。结果表明,土体的内摩擦角、粘聚力是影响该边坡稳定性的主要敏感性因素,进而提出了有针对性的边坡加固措施。     

碎石土边坡破坏机理的敏感性分析

在碎石土类边坡中常常发育稳定的地下水管网排泄系统,它们对控制地下水水位上升,保持边坡稳定十分重要。以官家滑坡为例,通过对滑坡稳定性系数有关的各因素敏感性分析,发现地下水是影响边坡变形破坏以及复发破坏的最主要因素。当坡脚开挖或坡体堆载时,会破坏管道状地下水排泄系统,降雨入渗导致地下水水位升高,从而引起坡体内孔隙压力比、水头高度和水力坡度增大,使潜在滑面上的孔隙水压升高,影响碎石土边坡的稳定性;同时,地下水位的升高降低了土体的内摩擦角,而因素敏感性分析发现,内摩擦角对边坡失稳具有极其重要的影响。在官家滑坡的后期治理中,治水作为主要工程措施的理念已经得到很好的贯彻,效果十分明显。     

考虑经验模型不确定性的基坑开挖贝叶斯更新

基坑开挖工程中,最大地表沉降的预测及其失效概率的评估一直是工程师所关心的关键问题。以往在利用经验模型对最大地表沉降进行预测时,模型误差通常被忽略或者视为常数,与实际情况不符。本文提出了一种能够考虑经验模型不确定性的贝叶斯更新方法,将模型偏差系数视为随机变量,并利用现场观测数据对其进行不断更新,更新结果可用于后续阶段的基坑开挖最大地表沉降和失效概率的预测。以台北TNEC基坑开挖为例,将所提方法应用于Peck模型、Ou模型、KJHH模型等3种经验模型。结果表明:3种模型一般都会高估最大地表沉降,其中Peck模型偏差最大,KJHH模型次之,Ou模型最小,而KJHH模型偏差比Ou模型的变异性更小,通过所提方法可以有效考虑模型不确定性的影响;随着开挖的进行,基于KJHH模型的计算结果相比其它2个模型更加准确;在所研究的算例中,监测数据随着开挖的进行而增加,使得模型偏差系数和土体参数的不确定性降低,最终导致基坑失效概率的降低。     

近场长周期强地震动幅值谱研究

本文研究了近场长周期强地震动加速度的傅氏谱和功率谱模型及其参数估计方法,基于强地震动参数统计上的无向性,提出了一种结合地震学模拟模型和工程学统计回归模型的综合方法。文中定义了强地震动平稳段均方根加速度的计算方法,并通过均方根加速度建立了震源力学参数和强地震动工程参数间的关系。通过对目前使用的主观持时定义的应用分析,指出主观持时定义使得估计的地震动过程的峰值加速度的变异性与实际地震动过程的峰值加速度的变异性有显著不同,明显偏小,这对于结构抗震可靠度分析可能会得到失效概度偏小的结果,应引起工程界的重视。     

厚层铅芯橡胶支座竖向性能敏感性及不确定性∗

厚层橡胶支座稳定的竖向性能有利于实现竖向隔震(振),为量化材性及尺寸变异性对厚层铅芯橡胶支座(TLRB)竖向性能的影响,设计了基于概率密度演化理论(PDEM)的分析框架。建立数值模型并试验验证,以三类平面尺寸的支座为对象,考虑第一形状系数(S1)、第二形状系数(S2)影响,采用GF 偏差选点策略进行竖向刚度的敏感性分析,结合我国现行规范的误差规定,基于PDEM 开展不确定性分析。结果表明：S1是影响竖向性能敏感性的关键因素,而S2的影响可忽略,基于敏感性结果提出了支座生产质量控制的关键参数;S1是影响竖向性能不确定性的关键因素,支座非线性压缩过程会加剧竖向性能的不确定性,基于不确定性分析结果拟合了参数变异性与竖向刚度置信区间的定量经验关系;支座平面尺寸效应对敏感性及不确定性分析结果的影响较小。研究结论可为TLRB的加工制造过程与竖向隔震(振)可靠性评估提供参考。     

卫生填埋场防渗层工作性能的数值模型研究

粘土衬垫的防渗性能和吸附阻滞性能对卫生填埋场防渗系统工作性能有着重要影响。通过建立一维对流-弥散模型,分析了渗透系数、扩散系数、入渗强度、吸附能力对渗漏量及衬垫击穿时间的影响。考虑实际工程的复杂性,建立能反映土体分层、土体非均质性、地下水运动及宏观弥散等复杂因素影响的污染物运移二维分析模型,并对各参数的敏感性进行分析。计算结果表明,保持填埋场在低渗滤液水位下运行,对提高衬垫的防渗效果及耐久性有重要意义;受材料本身性质、施工质量等因素的影响,粘土衬垫的渗透系数变异性往往较大,渗透系数提高一个数量级时,衬垫击穿时间显著缩短;渗透系数恒定时,衬垫击穿时间与材料阻滞因子成线性变化关系;地下水分布及运动情况对污染物运移及分布有重要影响,地下水位越低,竖向入渗越明显,入渗区下部土体的吸附性能发挥越充分,到达地下水及下部土体的污染物浓度越低。