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)典研究領域之一，其對象是經(jīng)歷了億萬年漫長地質(zhì)史時期的巖土體，其賦存環(huán)境、組成成分、物理、力學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計中，為刻畫這些因素不確定性程度的影響，常采用安全系數(shù)或可靠度指標來進行表征。但安全系數(shù)側(cè)重揭示平均抗力與平均荷載的相對數(shù)量關(guān)系，而可靠度指標提示的是在既定條件下存在需要被動承受失效風險的概率。對于存在不確定性影響因素的工程而言，完全消除失效風險是不可能的，重點在于明確

2、相關(guān)因素對風險的影響程度，依據(jù)具有針對性的方法，通過相應的設計分析，為制訂合理的工程處治措施指明方向，主動將風險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)了其中的某個方面，沒有達到完備地能同時實現(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上，結(jié)合邊坡工程自身的特征開展一系列的研究工作，進而建立起一種基于風險主動控制理念的邊坡穩(wěn)定評估新方法。
　　首先，根據(jù)邊坡破壞時沿規(guī)則滑面滑動和任意滑面滑動

3、的兩類破壞形式，相應地從邊坡極限平衡理論體系中挑選出畢肖普模式和簡布模式作為代表，基于風險控制理念，利用一次逆可靠度原理，演繹了邊坡穩(wěn)定逆可靠度算法，導出了兩類滑動模式的相關(guān)計算公式，形成了具有可靠度和安全系數(shù)雙重控制指標的能完成簡單情況邊坡計算的邊坡穩(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險（目標可靠度指標）設計影響邊坡穩(wěn)定的各類參數(shù)，使可靠度指標與穩(wěn)定性系數(shù)相互對應，達到主動控制邊坡失效風險的目的。
　　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)表達形式?jīng)Q定著逆可靠度設計分析方法的實用性及其計算結(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)為隨機性、區(qū)間性、灰色性等多樣化現(xiàn)象，同時還表現(xiàn)為各參數(shù)對邊坡穩(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)健性的均勻設計進行試驗樣本提取方法的基礎上，將灰色關(guān)聯(lián)理論嵌入到區(qū)間分析模型之中，求解各因素與響應值間的區(qū)間關(guān)聯(lián)度，并通過結(jié)合相對優(yōu)勢度理論對區(qū)間關(guān)聯(lián)度進行排序，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估方法。這一方法既為建立邊坡穩(wěn)定力學狀態(tài)描述函數(shù)時，合理剔除某些因素、約簡邊坡狀態(tài)模型提供了篩選工具，同時為下一步提高風險控制評估方法的實用性準備了相應手段。
　　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)性的實際工程特征，從響應面函數(shù)模型自身構(gòu)建條件入手，繼續(xù)展開深入的研究與探討。首先，通過引入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)進行獨立正態(tài)化，然后，利用獨立

6、正態(tài)化的參數(shù)來擬合響應面函數(shù)模型，據(jù)此構(gòu)造的響應面模型能適用于實際邊坡工程中參數(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)風險主動控制評估方法。
　　再次，為進一步完善并豐富邊坡失穩(wěn)風險主動控制評估方法的研究內(nèi)容，提高響應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)復雜、高度非線性的特征，綜合考慮了響應面模型中函數(shù)表

7、達形式及抽樣方式。在響應面模型的選擇上，針對多項式模型適用范圍的局限性，采用理論上更為嚴謹、操作上更具靈活性、對復雜非線性問題處理更為有效的Kriging代理模型;對于試驗樣本點的采樣方式，則將對復雜非線性模型分析效率更高、適應性更強的拉丁超立方試驗設計方法與具有主動搜索最佳訓練樣本的主動學習法相結(jié)合。上述響應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)定逆可靠度響應面技術(shù)，拓寬了解決邊坡復雜隱式功能函數(shù)失效風險評估方法的適用范圍