边坡可靠性分析及其应用.pdf

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1、城市勘测2 0 0 8 正文章编号：1 6 7 2 8 2 6 2(2 0 0 8)0 3 1 4 6 0 3中图分类 号-：T U 4 5 7文献标识码：B边坡可靠性分析及其应用张鹏(广州市城市规划勘测设计研究院，广东广州5 1 0 0 6 0)摘要：在阐述边坡可靠性分析基本原理和模拟步骤的基础上，以某高速公路某边坡为例，采用F L A C3 D 软件，对该边坡的稳定性进行了概率分析。计算结果显示，该边坡的破坏概率为5 2 1，中值安全系数为0 9 7，与传递系数法计算所得安全系数0 9 5 接近，表明采用该方法能更好地说明边坡的稳定性，具有较好的应用前景。关键词：公路；边坡；可靠性；稳定性

2、斜坡稳定性受斜坡岩土体性质、地质构造、岩体结构、地下水分布以及斜坡体外部形态等各种因素控制，其中许多控制因素在不同程度上具有不确定性。为了有效地考虑这种不确定性，概率方法被引入到斜坡稳定性评价之中。应用概率方法研究斜坡的稳定性，主要是利用概率论一个重要分支可靠性理论。可靠性理论所用的计算方法包括两类：一类是模拟方法，即蒙特卡罗(M o n t eC a r l o)模拟实验方法；另一类是近似概率方法，包括R o s e n b l u e t h 方法、可靠指标理论等方法。蒙特卡罗模拟方法，又称随机模拟法或统计实验法，是一种依据统计抽样理论，利用电子计算机研究随机变量的数值方法。在目前的可靠度

3、计算中，该方法相对精确，近年来被广泛地应用于机械工程、土木工程、水电工程、边坡工程等领域中。在斜坡的稳定性评价系统中，有些基本条件和特征是已知的，如斜坡体的结构、强度、相关物理力学参数、地下水压分布、可能的破坏模式等，但也并不是完全确知的；还有些因素，如强度的变化过程、软化应变作用、空间变量与时间变量的相互影响等，目前尚不知晓，这样从理论和实验研究均存在一定困难。采用蒙特卡罗模拟方法，通过构造模型与模拟实验，把复杂的空间条件和时间过程简化成集总参数，从而求得安全系数或安全储备的概率分布及均值、标准差、破坏概率、可靠指标等，帮助我们正确评价斜坡的稳定性。1蒙特卡罗模拟方法基本原理对于边坡工程问题

4、，根据岩土体结构、破坏机理和受力状况，可以建立如下的状态函数：K=F(x l，菇2，戈N)(1)式中戈。，石：，髫分别为容重、粘聚力、摩擦系数、孔隙水压力、荷载强度、降雨强度等随机变量，它们具有二定的分布(大多数服从正态分布或对数正态分布)，其统计值为已知。设状态函数为安全系数，且随机地从各个随机变量茗i(i=1，2，J 7、r)母体中抽取一个具有相同分布变量的z，石7：，茗，由式(1)求得一个安全系数的随机样本K 7。如此反复，直至达到预期精度的充分次数，就可以得到个相对独立安全系数样本值K。，砭，安全系数所表征的极限状态为K=1。构造随机变量为：T=T I+疋+碌(2)r 1 K 1正=(

5、3)【0，K；1i=1，2，设在次实验中，出现r i=1(i=1，2，)，即K 1 的次数为M，则斜坡的破坏概率为：P M 一f。N(4)当足够大时，由安全系数的统计样本值K，砭，K。可以较精确地拟合安全系数的概率分布F(k)，并估计其分布参数。其均值和标准差分别为：肌2 亩i 善K(5)”【由i 靴讹)2】丁(6)由中心极限定理，N，5 0 的条件下，破坏概率的积分表达式为：P r=石1 f 0 1(g-g k)扰(7)收稿1 3 期：2 0 0 8 0 3 0 5作者简介：张鹏(1 9 7 9 一)，男，助理工程师，主要从事岩土工程勘察和设计工作。万方数据第3 期张鹏边坡可靠性分析及其应用

6、1 4 7由(4)式和(7)式计算破坏概率，可得可靠性指标为p=中“(1 一P f)(8)1r 卢。2中(卢)=亡Ie-如(9)二1 IJ 一式中中(口)为标准正态分布函数心。其模拟主要步骤为：(1)确定斜坡稳定性分析剖面，选择适合于所分析斜坡岩土体工程地质力学的破坏模式，这是蒙特卡罗模拟的基础。选择正确的斜坡剖面和破坏模式，可：”有效保证模拟结果的正确性；(2)确定影响斜坡稳定性各个输入变量的概率分布和分布参数；(3)在分析典型剖面的基础上，根据已判定的破坏模式，确定最危险的潜在破坏面；(4)根据(2)所确定随机变量h，z：，名。的分布函数类型和参数，随机地抽样取得同分布的一组随机数戈l，名

7、2，石。；(5)由所建立的状态方程式(1)计算一个函数值，取得安全系数的一个样本；(6)重复(4)、(5)步骤，直至达到预期精度要求的实验次数；(7)由J 7、r 个安全系数拟合其概率分布，估计均值、标准差、统计安全系数1 的次数肘；(8)计算破坏概率、可靠指标，与定值法的安全系数相互补充、印证。2 应用实例以某段高速公路k 5 4+0 7 5 1 6 0m 左边坡为例，介绍蒙特卡罗模拟方法的实际应用。该边坡坡高3 0m，表层为训“。亚粘土，下伏s：+，泥岩，岩层产状3 3 0。_ 7 5。，发育3 组剪节理，岩体呈薄层状结构，局部碎裂结构，风化强烈，沿层理方向局部滑塌引起整个坡体不稳，破坏模

8、式属平移滑动，图1 为计算断面J，用传递系数法验算出该边坡的安全系数为O 9 5。图lk 5 4+0 7 5 1 6 0n l 左边坡计算断面【层Q “1 亚粘土层s；+，泥岩)该边坡的计算参数Y、c、妒为随机变量，且服从正态分布4。，有关参数详见表1。边坡计算参数表1本文用F L A C3D 软件对该边坡进行概率分析，该软件可以对各种土体特性和加载条件的正态分布函数来进行随机近似分析。当模拟次数足够大【2o(一般n I 30 0 0)时，前后两次的破坏概率之差足够小，这时认为破坏概率趋于稳定，已经收敛。图2、图3 分别为模拟次数等于30 0 0 次的概率密度函数和概率分布函数。5J。”蠢爨静

9、骚弋一一k Q 9-0 5 0 10 3Q71 11 51 9232 7安全系数图2 概率密度函数一?jI_I安全系数田3 概率分布函皴计算得中值安全系数F=0 9 7，即代人均值计算所得结果。算得该边坡的破坏概率为P，=5 2 1，即哆OOOOO佃鳎阻船眈盯 万方数据城市勘测2 0 0 8 正边坡存在5 2 1 的破坏概率，标准离差为0 4 8 7，该边坡的破坏概率对应可靠度为4 7 9，通过式(8)或(9)可算得可靠指标为一0 0 5 2。根据表2 可知，该边坡的稳定等级属中等危险，为了保障公路的安全运营，必须对该边坡进行治理。斜坡稳定等级表23 结语概率分析方法能充分考虑各影响因素所具有

10、的随机性，它给出滑坡稳定与不稳定的定量评价指标，是滑坡稳定性评价的有效手段。由于控制及影响滑坡稳定性的诸多因素往往表现出随机性，因此对滑坡失稳进行概率分析十分必要。蒙特卡罗方法原理简单，可方便、简捷地对斜坡稳定性进行概率评价。概率分析方法可以和斜坡稳定性评价中传统的安全系数方法相互结合，取长补短，相互印证，更加精确、客观地评价斜坡稳定性，为建立斜坡安全系数与破坏概率二元评价指标体系奠定基础。参考文献 1 罗文强，黄润秋，张倬元斜坡稳定性概率分析的理论与应用 M 武汉：中国地质大学出版社，2 0 0 3 2 祝玉学边坡可靠性分析 M 北京：冶金工业出版社，1 9 9 3 1 3 9 1 4 0

11、3 中国有色金属工业西安勘察设计研究院G Z 4 0 勉县一宁强高速公路滑坡及工程边坡工程地质勘察报告(详勘)R 2 0 0 2 4 夏元友，蒋超云南祥临公路滑坡滑带土抗剪强度指标的统计分析 J 岩土力学，2 0 0 6 6(2 7)5 马淑芝，贾洪彪，唐辉明稳定一 生-j-靠度分析在三峡库区二里半滑坡中的应用 J 地质科技情报，2 0 0 5 7(2 4)6 徐卫亚，张志腾滑坡失稳破坏概率及可靠度研究 J 灾害学，1 9 9 5，1 0(4)R e l i a b i l i t yA n a l y s i so fH i g h w a y Ss l o p ea n dI t 客A p

12、 p l i c a t i o nZ h a n gP e n g(G u a n g z h o uU r b a nP l a n n i n g&D e s i g nS u r v e yR e s e a r c hI n s t i t u t e，G u a n g z h o u51 0 0 6 0，C h i n a)A b s t r a c t：B a s e dont h eb a s i cp r i n c i p l er e l i a b i l i t ya n a l y s i st h es i m u l a t i o ns t e p，t a

13、k eah i g h w a yas i d es l o p ea sa ne x a m p l e，u s et h eF L A C3Ds o f t w a r e，h a sc a r r i e do nt h ep r o b a b i l i t ya n a l y s i st ot h i ss i d es l o p es t a b i l i t y A sc o n s i d e r e da st h i ss i d es l o p et h ed e s t r u c t i o np r o b a b i l i t yi s5 2 1，t

14、 h ev a l u es a f e t yc o e f f i c i e n ti s0 9 7，w i t ht h et r a n s m i s s i o nm e t h o do b m i n e ds e c u r i t yi sc l o s et o0 9 5，i n d i c a t e du s et h i sm e t h o dt ob ea b l et h eb e t t e re x p l a n a t i o ns i d es l o p es t a b l es i t u a t i o n，h a st h eg o o

15、da p p l i c a t i o np r o s p e c t K e yw o r d s：h i g h w a y；s l o p e；p r o b a b i l i t y；s t a b i l i t y西安市勘察测绘院选派地质勘察专家赴川参加抗震救灾5 月1 6 日，为支援四川汶川抗震救灾工作，西安市勘察测绘院根据住房和城乡建设部规划司及西安市规划局的安排，在第一时间内迅速抽调岩土工程勘察方面的专家组成救援队。我院第一批赴川专家由院岩土工程处主任工程师王立峰和工程师袁军超两名同志组成。5 月1 7 日勘测院为赴川人员举行了隆重的欢送仪式，西安市规划局局长、党委书记

16、和红星、副局长王西京、副局长惠西鲁、总规划师王桢、局纪委书记王严明、副局长赵敏等领导、局组织人事处处长张营、规划局机关和勘测院领导、职工共计1 0 0 余人参加了欢送会。欢送会由勘测院党委书记韩新旺主持；规划局领导在会上为赴川专家佩戴大红花；勘测院副院长任琦在会上介绍赴川专家情况；张明谦院长在会上致欢送词；赴川专家代表王立峰同志在会上表态发言。最后，西安市规划局局长、局党委书记和红星同志作了重要讲话。欢送会开得简短、隆重而热烈，赴川专家带着大家的厚望和嘱托踏上了抗震救灾的征程。(来源：h t t p：w w w x a k c e o m c n)万方数据边坡可靠性分析及其应用边坡可靠性分析及

17、其应用作者：张鹏，Zhang Peng作者单位：广州市城市规划勘测设计研究院,广东,广州,510060刊名：城市勘测英文刊名：URBAN GEOTECHNICAL INVESTIGATION&SURVEYING年，卷(期)：2008(3)参考文献(6条)参考文献(6条)1.徐卫亚;张志腾 滑坡失稳破坏概率及可靠度研究 1995(04)2.马淑芝;贾洪彪;唐辉明 稳定性可靠度分析在三峡库区二里半滑坡中的应用期刊论文-地质科技情报 2005(24)3.夏元友;蒋超 云南祥临公路滑坡滑带土抗剪强度指标的统计分析期刊论文-岩土力学 2006(06)4.中国有色金属工业西安勘察设计研究院 GZ40勉县-

18、宁强高速公路滑坡及工程边坡工程地质勘察报告 20025.祝玉学 边坡可靠性分析 19936.罗文强;黄润秋;张倬元 斜坡稳定性概率分析的理论与应用 2003 本文读者也读过(10条)本文读者也读过(10条)1.马戎.周王民.陈明.孙汝忠 气体传感器试验分析系统期刊论文-传感器技术2004,23(3)2.秦鸿.QIN Hong 软弱夹层边坡变形性状及其影响因素分析期刊论文-重庆交通大学学报（自然科学版）2011,30(2)3.李杰.唐晓泉.张一鸣.周莹 基于MATLAB的分析测试系统期刊论文-仪表技术2004(1)4.王家臣.赵斌.常来山.梁留凤 露天矿边坡系统可靠性随采场延深的影响研究期刊论文

19、-有色金属（矿山部分）2005,57(4)5.马海春.崔可锐.洪志方 FLAC在边坡稳定性分析的应用会议论文-20076.胡愈.刘继鹏.Hu Yu.Liu Ji-peng 龙门港口边坡稳定性数值分析期刊论文-河南工程学院学报（自然科学版）2008,20(1)7.季宗亿 基于FLAC的泄洪洞出口岩质高边坡稳定性分析学位论文20108.裴素萍.王耕.PEI Su-ping.WANG Geng 纺织材料力学性能智能分析测试系统的设计期刊论文-中原工学院学报2005,16(4)9.叶红.王志伟.张跃军.Ye Hong.Wang Zhiwei.Zhang Yaojun 竖直边坡破坏过程的FLAC模拟期刊论文-路基工程2007(5)10.陈爽.孙浩.任培.Chen Shuang.Sun Hao.Ren Pei 新型碰撞模拟系统及其模拟精度的评价期刊论文-汽车技术2011(5)本文链接：http:/