基于逆可靠度理論的邊坡穩(wěn)定分析方法研究.pdf

1、邊坡工程是巖土工程界的經(jīng)典研究領(lǐng)域之一，其對(duì)象是經(jīng)歷了億萬(wàn)年漫長(zhǎng)地質(zhì)史時(shí)期的巖土體，其賦存環(huán)境、組成成分、物理、力學(xué)特征等因素存在不同程度的非確定性。在邊坡工程的分析和設(shè)計(jì)中，為刻畫(huà)這些因素不確定性程度的影響，常采用安全系數(shù)或可靠度指標(biāo)來(lái)進(jìn)行表征。但安全系數(shù)側(cè)重揭示平均抗力與平均荷載的相對(duì)數(shù)量關(guān)系，而可靠度指標(biāo)提示的是在既定條件下存在需要被動(dòng)承受失效風(fēng)險(xiǎn)的概率。對(duì)于存在不確定性影響因素的工程而言，完全消除失效風(fēng)險(xiǎn)是不可能的，重點(diǎn)在于明確

2、相關(guān)因素對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的影響程度，依據(jù)具有針對(duì)性的方法，通過(guò)相應(yīng)的設(shè)計(jì)分析，為制訂合理的工程處治措施指明方向，主動(dòng)將風(fēng)險(xiǎn)控制在可接受的范圍之內(nèi)。而目前的相關(guān)分析方法基本上只著重地體現(xiàn)了其中的某個(gè)方面，沒(méi)有達(dá)到完備地能同時(shí)實(shí)現(xiàn)上述功能的程度。為此，本文將在現(xiàn)有邊坡穩(wěn)定分析方法的研究基礎(chǔ)上，結(jié)合邊坡工程自身的特征開(kāi)展一系列的研究工作，進(jìn)而建立起一種基于風(fēng)險(xiǎn)主動(dòng)控制理念的邊坡穩(wěn)定評(píng)估新方法。
　　首先，根據(jù)邊坡破壞時(shí)沿規(guī)則滑面滑動(dòng)和任意滑面滑動(dòng)

3、的兩類破壞形式，相應(yīng)地從邊坡極限平衡理論體系中挑選出畢肖普模式和簡(jiǎn)布模式作為代表，基于風(fēng)險(xiǎn)控制理念，利用一次逆可靠度原理，演繹了邊坡穩(wěn)定逆可靠度算法，導(dǎo)出了兩類滑動(dòng)模式的相關(guān)計(jì)算公式，形成了具有可靠度和安全系數(shù)雙重控制指標(biāo)的能完成簡(jiǎn)單情況邊坡計(jì)算的邊坡穩(wěn)定逆可靠度分析方法框架。該方法基于事先可接受的失效風(fēng)險(xiǎn)（目標(biāo)可靠度指標(biāo)）設(shè)計(jì)影響邊坡穩(wěn)定的各類參數(shù)，使可靠度指標(biāo)與穩(wěn)定性系數(shù)相互對(duì)應(yīng)，達(dá)到主動(dòng)控制邊坡失效風(fēng)險(xiǎn)的目的。
　　其次，巖

4、土參數(shù)的非確定性描述和邊坡穩(wěn)定狀態(tài)的函數(shù)表達(dá)形式?jīng)Q定著逆可靠度設(shè)計(jì)分析方法的實(shí)用性及其計(jì)算結(jié)果的有效性，影響邊坡穩(wěn)定的眾多參數(shù)在不確定特征上往往又體現(xiàn)為隨機(jī)性、區(qū)間性、灰色性等多樣化現(xiàn)象，同時(shí)還表現(xiàn)為各參數(shù)對(duì)邊坡穩(wěn)定狀態(tài)影響程度的非均等性。因此，在建立基于充滿空間、多水平、穩(wěn)健性的均勻設(shè)計(jì)進(jìn)行試驗(yàn)樣本提取方法的基礎(chǔ)上，將灰色關(guān)聯(lián)理論嵌入到區(qū)間分析模型之中，求解各因素與響應(yīng)值間的區(qū)間關(guān)聯(lián)度，并通過(guò)結(jié)合相對(duì)優(yōu)勢(shì)度理論對(duì)區(qū)間關(guān)聯(lián)度進(jìn)行排序，構(gòu)

5、建出基于不確定性理論的邊坡穩(wěn)定影響因素顯著性綜合評(píng)估方法。這一方法既為建立邊坡穩(wěn)定力學(xué)狀態(tài)描述函數(shù)時(shí)，合理剔除某些因素、約簡(jiǎn)邊坡?tīng)顟B(tài)模型提供了篩選工具，同時(shí)為下一步提高風(fēng)險(xiǎn)控制評(píng)估方法的實(shí)用性準(zhǔn)備了相應(yīng)手段。
　　結(jié)合邊坡參數(shù)分布形態(tài)各異及參數(shù)間存在相關(guān)性的實(shí)際工程特征，從響應(yīng)面函數(shù)模型自身構(gòu)建條件入手，繼續(xù)展開(kāi)深入的研究與探討。首先，通過(guò)引入Nataf變換把邊坡結(jié)構(gòu)中具有多種分布形態(tài)及有相關(guān)性的參數(shù)進(jìn)行獨(dú)立正態(tài)化，然后，利用獨(dú)立

6、正態(tài)化的參數(shù)來(lái)擬合響應(yīng)面函數(shù)模型，據(jù)此構(gòu)造的響應(yīng)面模型能適用于實(shí)際邊坡工程中參數(shù)分布形式的多樣性及參數(shù)間的相關(guān)性特征，最后，將前述擬合出的響應(yīng)面模型和一次逆可靠度理論結(jié)合，構(gòu)建出更具合理性和有效性的邊坡失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)主動(dòng)控制評(píng)估方法。
　　再次，為進(jìn)一步完善并豐富邊坡失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)主動(dòng)控制評(píng)估方法的研究?jī)?nèi)容，提高響應(yīng)面建模手段在處理邊坡工程隱式功能函數(shù)中的適用性，結(jié)合邊坡工程極限狀態(tài)功能函數(shù)復(fù)雜、高度非線性的特征，綜合考慮了響應(yīng)面模型中函數(shù)表

7、達(dá)形式及抽樣方式。在響應(yīng)面模型的選擇上，針對(duì)多項(xiàng)式模型適用范圍的局限性，采用理論上更為嚴(yán)謹(jǐn)、操作上更具靈活性、對(duì)復(fù)雜非線性問(wèn)題處理更為有效的Kriging代理模型;對(duì)于試驗(yàn)樣本點(diǎn)的采樣方式，則將對(duì)復(fù)雜非線性模型分析效率更高、適應(yīng)性更強(qiáng)的拉丁超立方試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法與具有主動(dòng)搜索最佳訓(xùn)練樣本的主動(dòng)學(xué)習(xí)法相結(jié)合。上述響應(yīng)面模型與抽樣方式的融合將建立起一種更為完善的邊坡穩(wěn)定逆可靠度響應(yīng)面技術(shù)，拓寬了解決邊坡復(fù)雜隱式功能函數(shù)失效風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法的適用范圍