土石坝坡三维随机有限元整体可靠度分析_谢立全

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1、第25卷增刊岩土力学Vol.25Supp.22004年11月RockandSoilMechanicsNov.2004文章编号：1000－7598－(2004)增－0235－04土石坝坡三维随机有限元整体可靠度分析谢立全，于玉贞，张丙印（清华大学水利系，北京100084）摘要：考虑边坡工程中土的物理力学参数在三维空间上分布的随机变异特性，建立了抗剪强度折减法和蒙特卡罗法相结合的随机有限元法，用以计算边坡的整体稳定可靠度。以某心墙土石坝为例，对土料的容重、凝聚力和内摩擦角的三维空间随机场进行了模拟，计算了整体稳定可靠度。

2、计算结果表明，该方法用于边坡整体稳定可靠度分析是切实可行的。关键词：边坡稳定；可靠度分析；随机有限元；三维数值模拟；蒙特卡罗法中图分类号：TU443文献标识码：AGlobalreliabilityassessmentofearth-rockdambasedonthree-dimensionalstochasticFEMXIELi-quan,YUYu-zhen,ZHANGBing-yin(DepartmentofHydraulicEngineering,TsinghuaUniversity,Beijing100084,

3、China)Abstract:Athree-dimensionalstochasticfiniteelementmethodincorporatingtheshearstrengthreductionconcept(SSR)andMonteCarlosimulationintoFEM(SSRSFEM)isdevelopedinthispaper.Theglobalreliabilityofasimplecoreearth-rockdamisanalyzedtoillustratetheperformanceofthe

4、proposedSSRSFEM.Inthecomputation,theunitweight,angleofinternalfrictionandcohesionareassumedtobestochasticandfivecaseswithdifferentaveragesandvariancesareconsidered.Keywords:slopestability;reliabilityanalysis;stochasticfiniteelementmethod;3-Dnumericalsimulation;

5、montecarlosimulation[7]的整体可靠度分析还局限于刚体极限平衡法，而1引言随机有限元法用于计算稳定性可靠度分析的时候要边坡稳定分析是土力学及岩土工程中的经典问[8]么是计算稳定性局部可靠度，要么，是在预先假题之一。基于刚体极限平衡理论的分析方法日趋完[6]定可能滑动面条件下进行整体可靠度分析。岩土[1]善，并在实际工程中得到了广泛运用，但在处理工程结构的可靠度计算方法有Rosenblueth点估计荷载条件和边界条件复杂的边坡时常遇到困难。根法、JC法、Monte-Carlo法等，但这些计算方法主据

6、非线性有限元法计算来分析边坡稳定性，可以更要是以极限状态方程具有明确的解析式为基础的。加准确地描述边坡的应力变形行为，但仍然要预先在边坡工程中，由于其稳定性与土性参数的关系呈[2]假定可能滑动面的位置和形状。分析边坡稳定性高度非线性，很难用一个明确的解析表达式来描述，的另一种更具优越性的方法是强度折减有限元要获得边坡稳定性的整体可靠度，采用JC法等比[3-4]法。这些方法都能计算边坡的整体安全系数。然较困难。针对上述存在的问题，本文采用抗剪强度而，实际工程中不确定因素普遍存在，如果不考虑折减法和Monte-Carlo

7、法相结合的随机有限元法对设计参数的随机性，结构的精确分析所能取得的效边坡进行整体可靠度分析。[5]益将被粗略的经验性安全指标所淹没。因而考虑对于边坡的整体稳定性可靠度分析，目前，主工程中的不确定因素，进行随机可靠度评估具有十要还是在二维条件下进行的。文献[9]将抗剪强度折分重要的意义。考虑土性参数随机分布特性的可靠减法和Monte-Carlo法相结合，建立了在二维条件[6-9]度分析已被引入边坡稳定性分析中。然而，边坡下的随机有限元法，模拟结果较好。为了更好地模收稿日期：2004-04-30基金项目：清华大学“九八五

8、”资助项目(JC2002007)。作者简介：谢立全，男，1972年生，清华大学水利水电工程系博士研究生，从事边坡工程安全评价等方面的研究工作。236岩土力学2004年拟边坡的实际情况，本文建立了三维边坡整体稳定式中k和l分别为随机向量分量X和X在三维随ij’’可靠度计算方法并对一简单的土石坝进行了算例分机场中对应的单元号；i和j分别为对应的土性