小樣本巖土參數(shù)統(tǒng)計特征估計及邊坡穩(wěn)定可靠性分析.pdf

1、相比于傳統(tǒng)的邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)法，可靠性分析方法可定量描述邊坡工程中的不確定性因素，以可靠指標或失效概率真實反映邊坡實際安全程度，已成為邊坡穩(wěn)定性分析的未來發(fā)展方向。可靠度計算理應(yīng)建立在巖土參數(shù)的統(tǒng)計特征均已知的基礎(chǔ)上，然而在實際邊坡工程中，由于巖土體作為天然材料表現(xiàn)出的顯著變異性以及巖土勘察取樣數(shù)目的限制，巖土參數(shù)的統(tǒng)計特征通常由小樣本數(shù)據(jù)推斷得到，統(tǒng)計結(jié)果與參數(shù)的真實分布之間存在一定偏差，對工程勘察結(jié)果的準確性影響較大，因此有必要對小

2、樣本條件下巖土參數(shù)的統(tǒng)計特征及其估計方法進行研究，以此更為合理地評價邊坡的安全狀況。論文的主要研究工作及成果如下:
　　(1)針對邊坡穩(wěn)定極限平衡方法不能考慮土體抗剪強度參數(shù)變異性影響的問題，基于極限狀態(tài)的概率分析原理，開展了均質(zhì)土坡的Monte-Carlo穩(wěn)定可靠度計算，探討了c、φ變異水平對邊坡失效概率的影響，分析了安全系數(shù)與可靠指標的對應(yīng)關(guān)系及其隨c、φ變異水平的變化特征。研究表明:邊坡可靠指標受c、φ變異性影響顯著，呈現(xiàn)出

3、隨c、φ變異水平提高而急劇減小的趨勢;為保證邊坡具有相同的可靠性，安全系數(shù)的選取應(yīng)與c、φ變異性相適應(yīng)，據(jù)此提出了基于可靠指標和c、φ變異水平的安全系數(shù)取值原則，并利用回歸分析建立了相應(yīng)的函數(shù)關(guān)系式。
　　(2)對巖土參數(shù)的概率分布形式進行判別是開展巖土工程風(fēng)險評估及可靠性分析的一項基礎(chǔ)性工作。簡要概括了x2、K-S、A-D及基于AIC準則的分布識別方法的基本內(nèi)容及其優(yōu)缺點，以某鐵路車站巖土參數(shù)勘察數(shù)據(jù)的概率分布形式識別為例，對各

4、分布識別方法的判別結(jié)果進行了對比分析。研究表明:傳統(tǒng)的基于假設(shè)檢驗的分布擬合檢驗方法需考慮顯著性水平取值及臨界值，使用較為不便，且存在同一顯著性水平下同時滿足多種概率分布的問題，最小x2、K-S、A-D檢驗統(tǒng)計量對應(yīng)的概率分布也不一致;基于AIC準則的分布識別方法以計算得到最小AIC值對應(yīng)的備選分布作為最優(yōu)分布，物理意義明確，易于計算，應(yīng)用于巖土參數(shù)的分布識別具有較大優(yōu)勢。
　　(3)針對小樣本條件下巖土參數(shù)均值的t分布估計區(qū)間較

5、寬，所得工程設(shè)計參數(shù)標準值偏離真值較大的問題，開展了巖土參數(shù)總體分布明確條件下的小樣本勘察取樣計算機隨機模擬，進行了參數(shù)均值的t分布法和非參數(shù)Bootstrap法區(qū)間估計。利用充足批次重復(fù)抽樣構(gòu)建的標準值分布空間，對比了Bootstrap法與t分布法的區(qū)間估計差異，討論了Bootstrap法巖土參數(shù)標準值隨樣本統(tǒng)計量及容量的變化規(guī)律。研究表明:同一置信水平下，Bootstrap法能充分利用小樣本經(jīng)驗分布信息，有效收窄巖土參數(shù)的均值估計區(qū)

6、間，所得標準值較t分布法更接近于真值;Bootstrap法的巖土參數(shù)均值置信區(qū)間寬度隨樣本容量增大逐漸減小，其標準值與樣本容量呈現(xiàn)良好的負冪函數(shù)關(guān)系，據(jù)此建立了以樣本平均值為基準、樣本容量和標準差為影響參數(shù)的標準值表達式;當(dāng)樣本容量n＜20，Bootstrap法更能體現(xiàn)出減少標準值偏離真值誤差的明顯效果。
　　(4)通過對小、中、大三種變異水平的c、φ總體進行充足批次的小樣本重復(fù)抽樣獲得樣本統(tǒng)計量散點，分別利用t分布法和Boots