设计服役期内地震风险下长区段路基边坡系统可靠性评价

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路基边坡是铁路等线路工程基础重要组成部分,地震诱发边坡失稳是路基灾害主要形式之一,沿线任意位置发生局部滑动可造成严重后果,地震风险下长区段路基边坡系统可靠性分析方法亟待研究。基于地震风险与边坡可靠性分析理论,开展了设计服役内地震风险下边坡稳定可靠性分析,采用K/N系统研究了不同容许失稳子单元数量下长区段路基边坡系统可靠度,建立了设计服役期内地震风险下长区段路基边坡系统可靠性评估方法;结合某线路工程长区段路基边坡,对所提方法具体应用过程进行了算例分析。论文主要工作及成果如下:(1)基于地震活动在时间上的泊松分布模型与不同设计基准期下设防三水准的等超越概率原则,研究了不同基准期内设防烈度和设防加速度的换算关系,利用地震烈度的极值分布模型,获得了不同时间窗口内任一地震烈度的超越概率及发生概率。为便于工程实践应用,提供了全国三类分区基准期为50、100年设防烈度和加速度,以及时间窗口为50、100年各地震烈度超越概率和发生概率值。(2)根据不同地震烈度下峰值加速度数据统计分析结果,以地震峰值加速度呈现极值Ⅰ型分布的随机特征,分析了地震峰值加速度变异性对边坡稳定可靠度计算结果的影响规律。结果表明,边坡失效概率随地震加速度变异系数增加呈现非线性上升趋势,据此,地震条件下边坡稳定可靠性分析中应考虑峰值加速度的变异特征。(3)根据地震区划场地资料与烈度分布函数,计算了服役期内场地各烈度地震的发生概率,考虑边坡土体强度参数的不确定性水平和地震峰值加速度的变异性,采用拟静力法结合Monte-Carlo计算机模拟,分析了各地震烈度下边坡失稳的条件概率,进而运用全概率公式以烈度发生概率为权重得到了边坡失效概率,提出了服役期内地震风险下边坡可靠性分析方法。(4)根据路基边坡沿线路纵向的最可能局部失稳长度,将长区段路基边坡划分为若干独立子单元,通过拟静力法和Monte-Carlo模拟,计算了服役期内地震风险下子单元边坡失效概率,采用K/N表决系统获得不同容许失稳子单元数量下长区段路基边坡系统可靠度,建立了设计服役期内地震风险下长区段路基边坡系统可靠性评价方法。(5)以某铁路5 km连续路基边坡区段为例,对比分析了不同设计基准期设防三水准下的边坡系统可靠性,评估了长区段路基边坡系统在设计服役期内地震风险下的稳定可靠性水平。算例表明,100年设计服役期内,边坡系统失效概率随容许失稳个数增加呈非线性递减趋势。容许失稳子单元数量为0时,边坡系统失效水平较高,应重视并对可靠性较低的子单元采取有效措施处理,加强风险监测。容许失稳子单元数量大于0时,系统失效水平显著降低。
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