基于条分模式边坡可靠性分析方法研究及其工程应用

论文摘要

随着边坡稳定性研究的深入,可靠度已取代稳定性系数成为边坡安全性评价的指标。现有的可靠性计算方法都是以极限状态方程具有明确的解析表达式为基础的,对于不存在明确表达式的结构往往采用传统响应面和随机有限元结合的方法来计算。随机有限元法计算效率较慢,而且在随机有限元计算后,数据的处理和分析工作量大。本文以现已成熟的边坡稳定性分析理论为基础,对稳定性系数隐式方程和响应面法结合进行了研究。并结合工程实际,探讨降雨渗透影响下对粉质土边坡可靠度的影响。首先,本文通过对边坡稳定性分析方法条分理论和响应面法的研究,针对边坡可靠性计算往往没有明确的解析表达式,以及稳定性系数计算方法和传统响应面法的特点,将响应面中的有限元数值模拟以条分模式中稳定性系数隐式方程的迭代计算方法代替,确定条分模式下的边坡可靠性计算的极限状态方程。将传统的响应面思路改进与稳定性分析方法结合起来,形成了一种新的边坡稳定可靠性改进响应面分析方法。然后将该方法编制成能够实现多土层下土质边坡圆弧和非圆弧滑面的可靠性分析系统。其次,结合河南项目“粉砂土地区高速公路路基沉降机理及其发展规律研究”课题的基本物理试验部分,通过对濮阳市三种典型的粉质土的室内物性力学性质试验、标准击实试验、直接剪切试验、渗透试验等一系列试验研究,对粉质土的各力学特性进行全面系统的认识和了解,分析了含水量对粉质土的抗剪强度、渗透性等力学性质的影响。最后应用试验所得水-抗剪强度指标的关系曲线建立计算方案来模拟降雨对粉质土坡稳定性的影响,为粉质土地区边坡可靠性分析提供一个实用的分析方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 国内外边坡稳定性分析方法综述
• 1.2.1 极限平衡法
• 1.2.2 数值分析方法
• 1.2.3 极限分析法
• 1.2.4 边坡稳定性研究的发展趋势
• 1.3 国内外边坡可靠性理论综述
• 1.3.1 可靠性分析中所涉及到的岩土参数理论
• 1.3.2 可靠性分析方法的方面
• 1.3.3 可靠度分析中的规律研究
• 1.4 本文的主要工作
• 第2章 边坡稳定分析简化方法
• 2.1 引言
• 2.2 典型条分模式分析方法
• 2.2.1 瑞典条分法
• 2.2.2 毕肖普法
• 2.2.3 简布法
• 2.2.4 斯宾赛法
• 2.3 其他方法
• 2.4 小结
• 第3章 边坡可靠性分析基本原理和算法
• 3.1 边坡可靠性原理
• 3.2 土性参数的不确定性
• 3.2.1 土性参数不确定性的来源
• 3.2.2 土性参数的统计特征
• 3.3 边坡工程可靠性分析的基本方法
• 3.3.1 一次二阶距法
• 3.3.2 蒙特卡罗法
• 3.4 小结
• 第4章 边坡可靠度响应面算法
• 4.1 传统响应面法
• 4.2 结合稳定性计算隐式方程的改进响应面法
• 4.3 验算点的最速梯度下降解法
• 4.4 边坡改进响应面法的程序实现
• 4.4.1 参数数据处理
• 4.4.2 土质边坡模型的建立
• 4.4.3 可靠度指标计算模块
• 4.5 改进响应面方法应用及其精度
• 4.6 小结
• 第5章 粉质土试验研究及粉质土路基可靠性分析
• 5.1 粉质土的定义及其分布状况
• 5.2 粉质土的研究现状及存在的问题
• 5.3 粉质土基本试验研究
• 5.3.1 土样来源
• 5.3.2 试验仪器与方法
• 5.3.3 试验结果与分析
• 5.4 水对粉质压实土的直剪结果影响的试验研究
• 5.4.1 室内制样新方法
• 5.4.2 试验方案
• 5.4.3 直剪试验结果整理与分析
• 5.5 粉质压实土的渗透性试验研究
• 5.5.1 粉质压实土的渗透性能研究方案及其试验控制条件
• 5.5.2 渗透试验结果整理与分析
• 5.6 考虑水渗透影响的粉质土路堤可靠性分析
• 5.7 小结
• 结语
• 参考文献
• 附录 A：攻读学位期间所发表的学术论文
• 附录 B：改进响应面法部分原程序
• 致谢