边坡可靠度研究进展

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1、边坡可靠度分析的研究进展边坡是由于自然或人工的原因而形成的斜坡，是工程建设中最常见的工程形式。由于边坡失稳将会造成滑坡、崩塌、泥石流等灾害，给人们的生命和财产带来巨大的损失#故边坡的稳定问题是岩土工程的一个主要研究课题。传统的边坡稳定分析方法有很多：如极限平衡法、极限分析法和数值分析法等。这些方法均是建立在各类参数为定值的基础上，是一种确定性的分析方法。然而，由于实际边坡地质条件较为复杂，影响边坡稳定的诸多因素也具有不确定性，按传统的边坡稳定分析方法求得的安全系数并不能真实反映实际边坡的稳定情况。近年来，国内外的许多学者认识到

2、了这一问题，将可靠度分析法引入到了边坡的稳定分析中。1边坡可靠度分析原理可靠度分析法是根据已知的随机变量统计参数和概率分布模型以及给定的边坡稳定功能函数，估计边坡在规定条件下和规定时间内完成预定功能的概率。该法以概率统计理论为基础充分考虑了计算参数的不确定性，概念简单、思路清晰、是一•种比较成熟的不确定性分析方法。在边坡稳定分析中得到了广泛的应用。根据结构可靠度的定义和概率论的基本原理，设Xztt，，x2,…，xn)为结构的基本随机变量，Xi(i=l，2，…，n)为第i个基本随机变量，以Z=g(X)表示结构的功能函数则有：Z=

3、g(X)=0(1)Z=g(X)=0称为结构的极限状态方程，它是结构进行可靠性分析的主要依据。在边坡稳定计算屮#常用的极限状态函数和可靠指标计算公式如下：Z=F(X)_1(2)B=uz/oF-1)/。F(3)式中：F(X)-为安全系数；｛3为可靠指标；为安全系数的均值；OF为安全系数的标准差。2边坡可靠度分析现状根据边坡可靠度分析的基本原理#，边坡可靠度分析的一般流程为：①分析影响边坡稳定的因素，选择随机变量；②选择边坡稳定分析方法，建立极限状态方程；③根椐可靠度求解方法求解边坡的可靠度。2.1随机变量无论人工边坡还是天然边坡，

4、在外界作用下，边坡会改变原有应力状态，并产生不同程度的变形与破坏。影响边坡稳定的因素有很多，主要有土体类型、结构特性、地质构造、边坡形态、地下水位、降雨、地震力以及人类活动等，受地质作用影响!这些因素在空间上具有变异性和不确定性，但通过统计分析能够得到它们落在某个范围中的概率，故称它们为随机变量。在诸多不确定因素中，较多学者将研究重点放在了岩土体的物理力学参数上，如叶遇春研究了土体粘聚力和内摩擦角的随机变异性对土质边坡可靠度的影响；熊启东、况龙川研究了粘聚力和内摩擦角的分布类型、变异系数和互相关性对堆积层边坡可靠度的影响；赵凯

5、研究了土体重度、粘聚力、内摩擦角的变异性和相关性对均质土坡讨靠度的影响。巾T影响边坡稳定的不确定因索较多，仅仅考虑岩土体物理力学参数的不确定性还不能真正地反映边坡实际稳定状态。因此，在以后的研究中，地下水位、降雨、地震力等因素对边坡可靠度的影响应予以考虑。2.2极限状态函数由式（2）可知：极限状态函数的求解实质上是在考虑边坡不确定因素的基础上求解边坡的安全系数。目前常采用的边坡安全系数求解方法主耍是极限平衡法和强度折减法。极限平衡法原理简单，物理意义明确，计算结果能够满足工程的一般要求，故在岩土工程中得到了广泛的应用。然而，该

6、法主要存在以下几个问题：①滑裂面需要事先人为指定，由于实际边坡的地质情况极其复杂，人们难以准确地给出滑裂面的具体形状和位置；②假定滑裂面以上的土体为刚塑性体，这与土体的实际情况不符；③滑裂面以上的土体属于超静定结构，需要假定部分未知力的大小及作用点才能求解。该法往往不能真实地反映实际边坡的稳定状态，而且计算量较大，故常用于简单均质边坡的稳定计算中。提出了用有限元强度折减法來计算边坡的稳定性。该法主要有以下优点：①不需要事先指定滑裂面；©考虑了土体的非线性弹塑性本构关系及变形对应力的影响；③不受边坡形状、材料性质的限制，能够对复

7、杂边坡进行应力分析等。强度折减法在一定程度上解决了极限平衡法存在的问题，对复杂边坡的稳定计算有更好的优越性，故受到了许多学者的重视。但是，强度折减法对粘聚力c和内摩擦角V均采用同一个折减系数进行折减，即c和V将会按照同一个比例系数下降，而实际的岩土材料并非如此，故对C和V如何进行折减是该法以后需要解决的问题。运用强度折减法求解复杂边坡稳定问题吋边坡安全系数与随机变量间无明确的解析表达式，无法得到显式的极限状态方程，许多学者针对这一问题进行了大量的研究！，提岀了一系列求解方法，如多项式响应面法、BP神经网络法、径向基函数法、支持

8、向量机法Kringing法和随机有限元法等，并对这些方法做了深一步的探讨。彭振斌等人利用响应面法研究了边坡的可靠度问题。何婷婷利用支持向量机法研究Y边坡的可靠度问题。杨红波利用Kringing代理模型研究了边坡的可靠度问题。罗显枫通过引入蜂群算法和罚函数法，对Kringing