露天矿含弱层边坡三维危险滑面构建及稳定性计算

露天矿含弱层边坡稳定性分析是露天开采领域中的一个重要研究内容,实际工程问题复杂多样,基于二维计算会导致结果偏于保守,有时无法满足复杂工程的需要,因此,开展含弱层边坡三维稳定性分析的研究是很有必要的。基于标准椭球,对其进行空间几何变换,与边坡插值生成一种由x_a等6个参数控制的椭球危险滑面,将椭球滑面与弱层结构面进行组合插值,构建含弱层边坡三维危险滑面;使用三维剩余推力法和遗传算法计算边坡稳定性系数并进行最危险滑面搜索,使用经典算例对方法进行验证,发现含弱层边坡随着滑体宽度增加稳定性系数逐渐降低。以锡林浩特某露天矿为应用实例,对东北帮含弱层边坡进行三维稳定性计算,验证了方法在实际工程中的适应性。     

基于Monte Carlo与Markov法参数不确定性条件下SIL评估

为了避免由参数不确定性因素导致较大的Markov法SIL评估偏差,且减少计算工作量和复杂性,采用Monte Carlo（MC）仿真方法处理含不确定性参数的Markov模型,并借助Matlab GUI编程开发MC仿真处理参数不确定性条件下Markov法SIL评估可视化仿真计算软件。在理论研究的基础上,为说明该研究方法与计算软件的可行性,以石油天然气工业高完整性压力保护系统（HIPPS）为算例进行SIL评估。结果表明:MC仿真方法可以有效处理Markov法SIL评估中参数不确定性问题;基于Matlab GUI编程设计出的仿真计算软件在一定程度上可以提高计算效率。     

储气库含裂纹缺陷井筒寿命可靠性预测方法研究

为了探究地下储气库井筒管柱裂纹缺陷对井筒寿命的影响，采用随机裂纹扩展融合概率密度演化法(Probability Density Evolution Method, PDEM)模型对含裂纹缺陷井筒进行寿命可靠性预测。通过修正后的裂纹特征向量，采用总变差减小(Total Variation Diminishing, TVD)差分格式求解出特征值概率密度函数，可得到其疲劳寿命可靠性，研究不同裂纹长度和井筒内压下，井筒管柱裂纹处最大应力和应力强度因子K的变化规律，并对其模型预测进行性能分析。结果表明：概率密度演化法得到的井筒裂纹尺寸曲线与Monte Carlo法的结果吻合性良好，且概率密度演化法计算简单、精度高，模型预测误差率在11%以内；最大应力及应力强度因子K随着井筒压力、裂纹长度的增加而增大，当最大应力超过材料屈服强度350 MPa后，则增长趋势逐渐减缓直至趋于平稳。     

边坡岩体抗剪强度参数多重反演方法研究与应用

为了解决分析推动式滑坡时多个边坡岩体抗剪强度参数难以同时测定的难题,基于剩余推力法理论,提出了边坡岩体抗剪强度参数多重反演方法,确定了参数多重反演方法的基本原理和计算流程,将该方法应用于白音华一号矿北帮滑坡的工程实例中,并采用实验室试验方法进行验证.结果表明:通过岩体抗剪强度参数多重反演方法计算得出白音华一号矿北帮的泥岩和弱层的内摩擦角分别为25.5°、7.9°,岩体抗剪强度参数多重反演方法计算结果与实验室试验结果具有显著的一致性;运用该方法可有效解决多个抗剪强度参数同时反演问题,减少计算工作量,具有广泛的适用性.     

基于响应面法和强度折减法的边坡可靠性计算研究

针对边坡安全系数是隐式函数的特点,提出将有限差分强度折减法和响应面法(RSM)相结合,分析边坡可靠性的方法。采用安全系数、破坏概率及对应的临界滑动面等,作为综合评价边坡稳定性的指标。算例验证表明,笔者提出的计算方法所得结果与其他方法比较接近,且更能反映边坡真实的工作状态。对某钢铁基地工程的昔格达组地层边坡,采用新的计算方法进行可靠度分析,对比研究确定性破坏模式和概率破坏模式中剪应变增量和破坏区的分布。研究结果表明,均值强度较高的边坡岩土体,如果变异系数较大,便仍处于较高风险水平,虽然边坡整体的安全系数满足工程要求;均值安全系数和最小可靠度指标对应的破坏模式也是有差别的。     

基于模糊随机可靠性的边坡稳定性评价

影响边坡稳定性的因素中包含有很多的不确定性,这些不确定因素既具有随机性也具有模糊性。基于模糊分析理论,建立了模糊随机可靠性分析模型,提出了边坡模糊随机可靠性分析的点估计法,并运用该方法对一露天矿边坡稳定的的可靠性进行分析,通过对影响边坡稳定的各个力学参数进行模糊处理,然后应用统计矩点估计方法估计边坡的安全系数均值和可靠度,得出边坡的失稳概率。这种方法由于考虑到了各个力学参数的模糊性,比较符合客观实际,因而更具有实际指导意义。     

含顺倾弱层边坡三维稳定性计算方法研究

为了解决含顺倾弱层边坡弱层暴露长度的计算难题,综合考虑岩体赋存特征与滑体三维空间形态,构建含顺倾弱层边坡三维滑体的简化力学模型,分析滑体边界上的力学条件,基于极限平衡理论,推导获得确定弱层暴露长度的含顺倾弱层边坡三维稳定性计算方法。将该方法应用于白音华一号露天煤矿,并采用基于连续介质力学的离散元方法(CDEM)进行模拟验证。研究结果表明:白音华一号露天煤矿非工作帮边坡稳定系数F_s与弱层暴露长度L负相关,临界暴露长度约为500 m,允许暴露长度约为300 m;通过该方法确定的弱层暴露长度与模拟结果有显著的一致性。     

基于双剪屈服条件的输油管道腐蚀剩余强度可靠性研究

提出基于双剪屈服塑性极限条件的管道可靠性爆破压力可靠度模型,在基于剩余强度可靠性理论基础上,着重分析随机参数,即腐蚀深度、腐蚀长度和运行压力的分布情况,通过经典可靠性计算方法、JC法将非正态分布转化成标准正态分布,从而建立起基于双剪屈服条件的管道腐蚀可靠性计算模型。通过提取现场实验数据进行验算,其结果表明:双剪屈服强度理论算得的爆破压力更接近实验结果,该方法降低API579的保守性,大大提高了可靠性的计算精度。     

基于蒙特卡罗法的煤巷锚杆支护结构可靠性分析

应用工程结构可靠性理论,建立煤巷锚杆支护结构可靠性模型,针对其结构稳定性的极限状态功能函数高度非线性的特征,采用蒙特卡罗法在Matlab环境下直接产生服从各相应概率分布函数的随机变量数组计算其结构可靠度,编程过程简化,计算速度快,精度高,且不受极限状态方程非线性、随机变量非正态的限制,开辟了煤巷锚杆支护结构可靠度计算的新途径。建立了支护参数与可靠度的关系,指出了提高煤巷锚杆支护结构可靠度的方法和措施,为煤巷锚杆支护参数设计和优化提供了科学依据。     

露天矿含斜交断层顺倾层状边坡稳定性三维数值模拟

为揭示露天矿含斜交断层顺倾层状边坡的变形破坏规律及其力学成因机制、明确断层对边坡变形与稳定性的影响,以元宝山露天煤矿东帮边坡为工程背景,应用有限差分软件FLAC3D,基于强度折减理论,对含斜交断层顺倾层状边坡稳定性进行了三维数值模拟。结果表明:元宝山露天矿东帮边坡的滑坡模式为以4#弱层为底界面、以断层面与椭球面相交形成的不规则曲面为侧界面的切层-顺层滑动;边坡整体稳定性较好,其滑坡的力学成因机制类型为推动式;多个顺倾弱层对边坡变形具有叠加效应,而斜交断层的切割会一定程度上削弱弱层对边坡变形的控制作用。     

RBF神经网络可靠度分析方法在边坡稳定性研究中的应用

针对边坡稳定性可靠度分析,当状态函数无法显式表达且传统计算方法求解复杂问题困难时,提出一种基于ABAQUS和粒子群优化径向基函数神经网络的可靠度分析方法。基于ABAQUS的强度折减方法计算所选随机变量对应的安全系数,利用径向基函数神经网络的数据拟合功能,建立模型并映射出安全系数和随机变量之间的关系,构造响应面功能函数;利用蒙特卡罗生成的大量随机样本代入功能函数得到相应的安全系数,进而计算边坡的失稳概率和可靠度指标来反映边坡稳定性。研究结果表明:相对于传统方法,本文方法计算效率更高、误差更小,适合实际工程应用。     

考虑尾矿材料参数空间变异性的尾矿坝稳定可靠度分析

为客观地评价尾矿坝稳定性,在随机场理论和极限平衡分析框架下,采用考虑参数空间变异性尾矿坝可靠度分析的非侵入式随机有限元法,通过Karhunen Loève级数展开方法离散尾矿材料参数（渗透系数、摩擦角等）随机场,利用Hermite随机多项式展开拟合尾矿坝安全系数与输入参数之间的隐式函数关系;再采用拉丁超立方抽样技术产生输入参数样本点求解多项式展开系数;最后,通过应用到一实际尾矿坝工程说明了该方法的有效性。结果表明,该方法可以真实地模拟尾矿材料的空间变异性对尾矿坝稳定性的影响,保证尾矿坝可靠度分析与确定性稳定分析互不耦合,与10 000次直接拉丁超立方抽样方法相比,该方法具有较高的计算精度和效率。     

复杂气井套管力学分析与可靠度评价

为建立考虑地层和套管参数随机性的套管可靠度评价理论方法,以便得到复杂井况下套管传统设计安全系数与可靠指标之间的关系,提出了非均匀地应力和内压联合作用下,沿套管最大外挤力方向管壁任意位置发生屈服失效时外壁等效均匀外挤力的计算方法;建立了套管抗挤和抗内压三轴强度计算公式以及有效内压计算方法;根据套管载荷和强度影响因素统计参数以及评价过程中参数测试标准值,利用蒙特卡洛法（MC）建立了完整的套管可靠度计算和评价方法;通过实例对传统安全系数与可靠指标的对应关系进行了研究。研究结果表明:指定条件下,套管安全系数与可靠指标之间存在对应关系;利用建立的方法编制计算程序可以为传统设计法中安全系数代表的安全程度进行量化;可靠度评价方法能够为安全系数的选取提供指导。     

基于蒙特卡洛方法的油气井管柱可靠性评估*

为提高油气井管柱服役的安全性,采用数据统计与可靠性理论评估油气井管柱可靠性。首先,识别影响管柱外载及其参数的变量,构建油气井管柱安全极限状态方程;然后,采集模型变量数据,确定变量分布与参数,形成油气井管柱可靠性数值模型;最后,通过蒙特卡洛方法计算影响管柱可靠性的关键变量和不同置信度水平下管柱剩余强度分布及安全系数取值。结果表明:目标区域油气井管柱剩余强度符合正态分布,得到不同置信度水平下管柱的可靠度,管柱的安全系数取值范围可满足管柱安全设计要求,所构建的方法可为实际生产中油气井井筒管柱安全评价提供技术支撑。     

考虑岩土体剪胀特性的边坡稳定性分析*

为考虑岩土体剪胀特性对边坡稳定性的影响,基于非关联流动法则,利用等效内摩擦角的概念对原抗剪强度参数进行修正,以修正后的等效参数c*,φ*探讨剪胀角对岩土体强度的影响,结合传统强度折减法以及基于临界曲线的双系数折减法,求解基于修正后等效参数计算的边坡安全系数,并给出安全系数的取值方法。结果表明:采用等效参数来考虑剪胀角的影响是可行的;随剪胀角的增大安全系数增大,且增长速度变缓,剪胀角在0~25°范围内对安全系数的影响显著,在实际工程计算中需要考虑剪胀角对边坡稳定性的影响;基于临界曲线的双系数折减法可较为直观地体现出剪胀角的影响程度,在研究剪胀角对边坡稳定性的影响时可采用此方法进行分析。     

基坑放坡开挖对下方既有地铁隧道影响计算及风险预测

为研究基坑放坡开挖对下方既有地铁隧道的影响以及预测隧道结构的风险,通过改进的计算方法得到放坡开挖基坑引起下方既有地铁隧道的竖向和横向附加荷载、位移、相对变形曲率共6个隧道结构安全的物理表现因子;将位移计算结果与前人理论计算结果、实测数据对比验证,并分析各土层物理力学参数对6个因子的敏感性;最后,基于正态分布概率模型对较敏感的土层物理力学参数随机取值,利用蒙特卡罗方法计算6个因子各级风险发生的概率和竖向、横向2类因子综合影响下隧道结构各级风险发生的总概率。研究结果表明:与原来仅限于矩形开挖基坑的计算方法相比,改进后的计算方法适用范围更广、实用性更强;在算例二分析中,隧道竖向位移和相对变形曲率超过控制值的概率分别为12%和68.7%,其余因子均为0,隧道竖向相对变形曲率是隧道结构处于不安全状态的最主要因子;若不采取预防措施,隧道结构将有高达73.27%的概率处于不安全状态,其中有68.7%的概率处于很不安全状态。     

基于ANSYS-PDS的含缺陷压力容器可靠性分析

为更准确地分析含缺陷压力容器的可靠性,提出采用ANSYS软件中的PDS模块建模求解,从本质上克服API 581压力容器可靠性分析的局限性,采用将压力容器的内径、原始壁厚、缺陷深度、压力容器内压设置为服从正态分布的随机变量的方法,基于响应面法结合蒙特卡洛法抽样分析,通过编写APDL代码,探讨含缺陷压力容器的可靠性.结果表...     

Strength reliability analysis of aluminium–carbon fiber/epoxy composite laminates

Strength reliability of composite laminated structures relates to a series of parameters such as the design sizes, material parameters and load level. By introducing the Monte Carlo simulation and response surface method respectively, a static strength-based reliability model is proposed to predict the reliability of aluminium–carbon fiber/epoxy composite laminates for composite vessels. The burst pressure of composite vessels for different layer structures is predicted using finite element analysis. In the reliability analysis, two design parameters for composite vessels: the radius of polar axis and the winding thickness of each composite layer at the cylinder are assumed to obey the uniform distribution and Gaussian distribution respectively, and the burst pressure of composite vessels is taken as the random output response. Effects of the number of sampling and the limit strength on the strength reliability of composite vessels are explored. Besides, the numerical results obtained using two methods and two distributions for two random input parameters are compared in terms of the calculation efficiency and accuracy. Numerical results also indicate the proposed probability method exhibits preferable advantage over the conventional design method merely using empirical safety coefficient.     

一种改进的事故再现蒙特卡罗优化算法

为使事故再现结果更符合实际情况,对事故再现中的计算过程进行优化。基于蒙特卡罗方法和随机加权方法,提出一种改进的事故再现蒙特卡罗优化算法。该算法以二维碰撞模型和车辆轨迹模型为计算模型,选择碰撞点位置、碰撞前速度、法向恢复系数为优化参数,以实际车辆碰撞后运动轨迹离差最小为优化目标。分别用所提出的改进算法和Pc-Crash中的优化方法对一算例进行优化。结果表明,改进算法在准确度和稳定性等方面优于Pc-Crash中的方法。利用改进的事故再现蒙特卡罗优化算法,不仅能获得最优的事故再现结果,还能获得再现结果落在任意区间的概率。