考虑土体材料空间变异特性的边坡系统可靠度分析

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滑坡[1]是一种常见的自然灾害。每年发生的滑坡灾害,在影响工程建设的同时,也严重威胁了人民群众的生命财产安全。尤其是随着全球经济的飞速发展,人工边坡开挖,矿山开采等人类活动的增加,更是加剧了边坡失稳破坏的发生频率。因此,有必要开展滑坡灾害的预防和治理工作。对于边坡工程中的边坡稳定性分析问题,最关键的就是找到影响边坡稳定性的诸多不确定性因素,如土体参数空间变异性、时间变异性、模型不确定性等等。在现有的两种主要的边坡稳定性分析方法,即确定性分析法和可靠度分析法中,传统的确定性分析方法并没有考虑这些实际存在的不确定性因素,仅仅依靠安全系数以及工程技术人员的经验判断边坡稳定与否,显然该方法得到的边坡稳定性结论误差较大。而可靠度分析方法则比较全面的考虑了这些不确定性因素,很好的弥补了传统的确定性分析的缺陷,在考虑了安全系数的同时也参考了可靠度指标以及失效概率反映的边坡稳定性情况,因此得到的结论也更加准确、更贴合实际。虽然可靠度分析方法比传统的确定性分析法更准确,更可靠,但是在实际的边坡工程中,可靠度分析方法往往比确定性分析方法复杂的多,这就加大了可靠度分析法在实际工程中的推广。本文提出了系统可靠度分析的概念以及一种简化了的考虑土体材料参数空间变异性的土质边坡可靠度分析方法。系统可靠度分析是在传统的可靠度分析基础上,针对每一个蒙特卡洛样本均进行了最小安全系数滑动面的搜索。本文提出的简化方法是在极限平衡法和有限元分析法的基础上进行的,因此本文首先简要介绍了极限平衡法、有限元分析法以及蒙特卡洛法,为后文的数值模拟提供理论依据。其次对几个算例和一个实际算例进行数值模拟,从而验证本文提出的这种简化方法在实际工程中的实用性和可靠性。该简化方法的基本思路如下:为了简便起见,在建立模型进行数值模拟时,我们根据土层的厚度和土体材料的相关长度的比值,将土层细化成一定数量的独立土层,这里假定同一土层的土体材料参数(包括容重,摩擦角,粘聚力)都相同。然后根据土体材料相关长度的取值确定不同的独立土层数目,通过不同软件建模得到结果并对该简化方法计算结果与已有结果进行对比,得到结论。通过研究可以得出以下结论:相关长度与边坡失效概率成正比,与边坡可靠度指标成反比。并且随着相关长度的增大,得到的危险滑动面的个数急剧增加。对于均质土坡和土体分层情况较为简单的非均质土坡而言,与已有结果相比,不论是利用极限平衡法还是利用有限元分析法,本文提出的简化方法所得失效概率与已有结果的误差不大,且系统可靠度分析法比非系统分析法得到的结论更精确。该结论表明,系统可靠度分析方法更精确,且本文中提出的简化方法进行实际工程中均质土坡和土体分层情况较为简单的非均质土坡的可靠度分析比较准确。
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