基于随机场-贝叶斯理论的边坡可靠度分析

论文摘要

季节性降雨和水位变化是诱发三峡库区滑坡的两个主要原因,但综合考虑上述因素的非饱和土流固耦合的边坡稳定性分析是一个重大挑战。它不仅需要合理的力学模型,还需要精确的岩土参数。本文建立了一个随机场-贝叶斯理论框架来校准关键岩土参数,例如杨氏模量、饱和渗透系数和内摩擦角。该方法可以系统地融合直接勘察数据、间接监测数据和先验知识。本文主要研究内容分为以下三个部分:非饱和流固耦合土力学计算、多元岩土参数的条件随机场离散和非参数似然函数值估计。以三峡库区石榴树包边坡为工程背景,分别进行了边坡稳定性的确定性分析和随机分析。有关确定性分析的主要结论如下:（1）在长期水位变化和降雨（2012年气象数据）联合作用下,石榴树包边坡的安全系数在1.7551.338之间变化,在一月初始时刻达到最大值1.755,在第243天降至最小值1.338。（2）在夏季短期强降雨（连续五天日均降雨量100mm）工况下,随着降雨的持续,安全系数逐渐降低;在降雨的最后一天安全系数降至最小值1.227;当降雨停止后,安全系数又逐渐增大。（3）确定性分析中最危险滑面的滑坡半径均为948.4m,滑坡量均为35395m3。有关随机分析的主要结论如下:（1）随机场-贝叶斯理论动态校准了9个统计特征,分别为:杨氏模量、饱和渗透系数和内摩擦角的均值、竖向变程比率以及三者之间的相关系数。杨氏模量对应的统计特征对于间接监测数据—竖向位移的敏感性比饱和渗透系数和内摩擦角要大。（2）将岩土参数的后验统计特征用于预测边坡地表位移,得到预测位移的平均值为109mm,在一倍标准差（4.2mm）内,包络现场监测实测值（111mm）。（3）当取饱和渗透系数、内摩擦角和它们之间相关系数的后验分布均值,则夏季暴雨条件下计算得到的最小安全系数为1.182,滑动半径为992m滑坡量为15000m3。而暴雨结束时随着基质吸力的增加,安全系数将回升8%12%。（4）基于随机变量的响应面或蒙特卡洛算法,边坡安全系数可靠指标会被低估,响应面法计算得到的可靠指标平均值为1.621,不能满足我国规范中对可靠指标最小值的要求（2.7）。然而基于随机场-贝叶斯理论方法,考虑关键岩土参数的条件数据以及空间变异性,通过子集蒙特卡洛算法计算得到的可靠指标达到2.704.27,满足我国规范中的稳定性要求。综上所述,确定性分析方法计算得到的安全系数相对于随机分析的结果偏大。滑动半径偏小、滑坡量偏大。然而在随机分析中,经典统计学计算得到的可靠指标偏于保守,不能满足我国规范的要求,需要加固,且不能考虑条件数据的约束。地质统计学的结果满足我国规范的要求,即使在没有任何强化措施的情况下遭受强降雨,边坡也会保持稳定。因此,基于地统计学的随机场-贝叶斯理论具有较大的工程实用价值。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 黄梦露

导师: 孙德安

关键词: 岩土参数,多元变量,随机场,贝叶斯反演,非饱和土力学,边坡稳定性,可靠指标

来源: 上海大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,建筑科学与工程

单位: 上海大学

基金: 国家自然基金面上项目,11672172,“全吸力范围内非饱和粘性土的强度及其预测”,2017.01-2020.12,上海市浦江人才资助项目“岩土力学参数的空间统计特征动态更新研究及应用”

分类号: TU43

DOI: 10.27300/d.cnki.gshau.2019.000219

总页数: 91

文件大小: 8498K

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