隨機(jī)場(chǎng)理論在地基可靠度分析中的應(yīng)用研究.pdf

1、工程設(shè)計(jì)是在存在大量不確定性和某些未知因素的情況下進(jìn)行的。對(duì)于這種不確定性，較之傳統(tǒng)采用的定值設(shè)計(jì)法，可靠度的設(shè)計(jì)方法更為先進(jìn)和科學(xué)。然而，由于巖土工程的特殊性和復(fù)雜性，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于地基可靠度的研究與應(yīng)用遠(yuǎn)落后于結(jié)構(gòu)工程。其主要原因是算得的可靠度指標(biāo)過(guò)小，對(duì)應(yīng)的失效概率太大，常常超過(guò)10％，即使對(duì)已證明是安全穩(wěn)定的工程也是如此。造成這種理論與實(shí)際情況背離的主要原因，是由于現(xiàn)在常用的數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法忽略了巖土材料具有自相關(guān)性的特點(diǎn)，導(dǎo)致其方

2、差估算偏大。本文針對(duì)這一問(wèn)題，將隨機(jī)場(chǎng)理論引入巖土工程的地基可靠度分析之中，研究了土的相關(guān)性在概率分析中對(duì)土性的影響。 ⑴根據(jù)隨機(jī)場(chǎng)理論，結(jié)合天津港地區(qū)的大量現(xiàn)場(chǎng)勘察資料，建立起天津港地基土性剖面的隨機(jī)場(chǎng)模型，并對(duì)其土性剖面的平穩(wěn)性和各態(tài)歷經(jīng)性進(jìn)行了檢驗(yàn)；對(duì)現(xiàn)有的求解相關(guān)距離的遞推空間法和相關(guān)函數(shù)法進(jìn)行比較和研究，從理論上證明當(dāng)樣本容量足夠大時(shí)，兩種方法的計(jì)算結(jié)果可以得到統(tǒng)一；并分別對(duì)其作出改進(jìn)，提出波動(dòng)函數(shù)法、加權(quán)擬合相關(guān)函數(shù)

3、法和擬合折減函數(shù)法，使相關(guān)距離的計(jì)算更加簡(jiǎn)便易行且精度有所提高。 ⑵應(yīng)用改進(jìn)的相關(guān)函數(shù)擬合方法和相關(guān)距離計(jì)算方法，通過(guò)大量計(jì)量分析和數(shù)值模擬，證明天津港典型土層垂直方向和水平方向的土性剖面隨機(jī)場(chǎng)的相關(guān)函數(shù)都為指數(shù)余弦型，并通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析得出天津港地區(qū)典型土層相關(guān)距離的范圍值。 ⑶將隨機(jī)場(chǎng)理論引入抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)方法，提出了按隨機(jī)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)的傳統(tǒng)法、簡(jiǎn)化相關(guān)法、正交變換法，可分別從不同角度對(duì)土性指標(biāo)的自相關(guān)性和互相關(guān)性加以考慮

4、。 ⑷提出了隨機(jī)場(chǎng)的另一種特征尺度--“完全不相關(guān)距離”的概念；探討了在土工可靠度計(jì)算中如何正確選取并合理應(yīng)用方差折減函數(shù)；并根據(jù)相關(guān)距離、完全不相關(guān)距離、有效影響深度的關(guān)系，提出了方差折減函數(shù)的確定原則；根據(jù)分析統(tǒng)計(jì)的天津港地區(qū)典型土層的相關(guān)特性，確定了本地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)差折減的范圍值。 ⑸將研究得到的相關(guān)函數(shù)和方差折減函數(shù)，應(yīng)用到港口邊坡穩(wěn)定可靠度分析中，重新驗(yàn)算和校核現(xiàn)有工程的安全性指標(biāo)，分析結(jié)果表明隨機(jī)場(chǎng)理論的應(yīng)用對(duì)地基