基于可靠度理论的风化岩质边坡稳定性分析研究

摘要

随着我国大规模工程建设的开展，越来越多的项目涉及到边坡问题，而边坡工程的安全稳定与否不可避免的要遇到许多不确定性因素，如岩土体性质参数的复杂性、多变性、随机性等一系列因素，这些不确定性因素使常规的定值分析方法在应用中有颇多不足，因此，可靠性理论被引入到边坡稳定性分析中。可靠性理论从概率的角度对影响边坡稳定的各种因素的不确定性进行定量分析，从而定量得到坡体稳定的不确定性，是常规方法很好的补充和发展。
　　 为了研究各主要影响因素对边坡稳定性的影响，对汝郴高速公路K9+650风化岩质边坡进行正交试验分析，考虑的因素主要有粘聚力c、内摩擦角(φ)重度γ、坡高h和地震加速度A等5种参数。通过实验各因素的敏感性程度为:内摩擦角＞粘聚力＞高度＞重度＞地震加速度。为边坡的可靠度分析和优化设计提供了理论依据。
　　 通过遗传算法搜索汝郴高速K9+650风化岩质边坡最危险滑动面，得出该边坡最危险滑动面的位置。通过Bishop条分法进行稳定性分析，建立边坡的可靠度计算模型，利用Matlab软件编程实现边坡稳定性蒙特卡罗法的模拟，进行边坡可靠度模拟计算。通过计算可以知道，当模拟次数N达到7000次以上时，失效概率基本趋于稳定为9.4％。通过安全系数Fs和频数f的关系图可以得到Fs的均值μF为1.25，标准差σF为0.134，计算得到可靠度指标β为1.86。
　　 在边坡可靠度分析中，粘聚力c和内摩擦角(φ)的敏感性比其他因素大得多，故选取c和(φ)作为基本随机变量。岩土参数的变异性对可靠指标有很大的影响，通过不同变异系数的对比分析可以得到，随机变量c和(φ)变异性对β影响程度随变量均值的增大而增大，且(φ)的变异性对可靠指标β的影响要比c变异性的影响要大。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 边坡稳定性分析理论的发展现状

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

1．3 边坡稳定性影响因素敏感性分析研究

1．4 边坡可靠度理论的发展和研究现状

1．5 本文主要的研究内容及意义

第二章 边坡可靠性分析的基本原理与方法

2．1 概述

2．1．1 变化性与不确定性

2．1．2 随机变量的概率统计基础理论

2．2 可靠度理念的相关概念

2．2．1 可靠性定义

2．2．2 可靠性尺度

2．2．3 极限状态与破坏概率

2．3 边坡可靠性分析方法

2．3．1 蒙特卡罗法

2．3．2 一次二阶距法

2．3．3 响应面法

2．3．4 其他可靠性分析方法

2．4 方法比较

2．5 小结

第三章 边坡稳定性分析极限平衡理论

3．1 极限平衡理论的基本准则

3．2 瑞典圆弧法

3．3 瑞典条分法

3．4 Bishop法

3．5 Janbu法

3．6 Spencer法

3．7 各方法对比分析

3．8 小结

第四章 风化岩质边坡影响因素的敏感性分析

4．1 概述

4．2 边坡稳定性影响因素

4．2．1 影响边坡稳定性的内在因素

4．2．2 影响边坡稳定性的外在因素

4．3 汝郴高速K9+650边坡工程概况

4．4 敏感性分析基本理论

4．4．1 敏感性分析基本概念

4．4．2 正交试验设计理论

4．4．3 正交试验设计基本步骤

4．4．4 正交试验设计模型

4．5 K9+650风化岩质边坡影响因素敏感性分析

4．5．1 边坡稳定性计算模型分析

4．5．2 敏感性分析结果

4．6 小结

第五章 风化岩质边坡稳定性的可靠度分析

5．1 汝郴高速K9+650风化岩质边坡模型

5．2 边坡最危险滑动面的搜索

5．2．1 遗传算法基本原理

5．2．2 遗传算法搜索最危险滑动面的基本步骤

5．2．3 K9+650风化岩质边坡最危险滑动面搜索结果

5．3 汝郴高速K9+650风化岩质边坡可靠度分析

5．3．1 风化岩质边坡稳定性功能函数

5．3．2 Matlab计算程序设计

5．3．3 边坡稳定性计算结果分析

5．4 岩土参数变异性对边坡可靠指标的影响

5．5 小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间取得研究成果

附录B 程序编制部分代码