分层响应面法在边坡系统概率评估中的应用.pdf

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1、DOI：10．3969／j．issn．1672-4011．2013．03．041分层响应面法在边坡系统概率评估中的应用JianJil，BakKongLow2赵平译(中铁二院工程集团有限责任公司，四川成都610031)摘要：进行概率性边坡分析时。土工专业人士均会考虑到土壤性质的不确定性。在传统分析方法中，概率性边坡分析仅涉及到单模式失稳，分析的基础为临界滑移面。该种方法可能会导致对失稳概率的低估。因此，边坡的系统可靠性分析是更加合理的分析方法。该研究的目的旨在边坡可靠性分析过程中将系统可靠性纳入考虑范围，从而对现有的边坡可靠性分析

2、方法进行改进。本文提出采用分层响应面法，对可能的失稳模式的性能函数予以说明。本文提出的方法与传统的以响应面为基础的边坡可靠性分析方法(只使用了一个单一的近似性能函数)的不同点在于使用了一组(分层的)响应面。在这些分层响应面的基础上，就可以采用一阶可靠性方法(FORM)或蒙特卡罗模拟方法对系统可靠性进行有效地分析。有效的一阶可靠性方法是建立在原始变量空间中椭圆离散概念的使用之上。以下采用案例研究的方法，对本文提出的边坡概率性评估方法进行了介绍，并且将所得到的结果与蒙特卡罗模拟方法的结果进行比较。数字对象标识(DOI)：10．106

3、1／(ASCE)GT．1943—5606．0000711．t霉Y2012美国土木工程师协会。CE数据库中科目标题：边坡稳定性；蒙特卡罗方法；模拟；概率关键词：边坡稳定性；系统可靠性；响应面法；一阶可靠性方法；蒙特卡罗模拟中图分类号：U213．1+58文献标志码：B文章编号：1672—401l(2013)03—0085一070前言对于土工程技术专业的人士来说，土壤性质的不确定性是众所周知的。在wu等人(1989年发表)、Christian等人(1994年发表)、Laeasse和Nadim(1996年发表)、Baeeher和Chri

4、stian(2003年发表)以及其他人的论文中，对该种不确定性的原因以及其分析方法进行了详尽的描述。在过去的几十年中，边坡稳定性的概率性评估方法一直被视为并作为传统确定性安全系数评估方法的补充(参见Duncan(2000年发表)的论文)。在概率性边坡稳定性分析方法的发展过原文出处：JournalofGeoteehniealandGeeenvironmentalEngineering，V01．138，No．11，November1，2012．⑥ASCE．ISSN1090—0241／2012／1l—1398—1406．作者简介：1．

5、JianJi(芙国土木工程师协会会员)，南洋理工大学土木与环境工程学院博士学住候选人；2．BakKongLow(美国土木工程师协会会员)，南洋理工大学土木与环境工程学院剐教授。译者简介：赵平(1962一)，男，江苏江阴人，高级工程师，主要从事铁路、城市轨道交通、公路的勘察设计工作。程中，包括了一阶／二阶可靠性方法(FORK／SORM)以及蒙特卡罗(blC)模拟方法。尽管这些方法在进行概率性分析中具有相当的实用性，但是，其在边坡稳定性评估的应用方面却存在一定的局限性。例如，在过去使用一阶．／二阶可靠性方法所进行的大多数研究中，使用

6、了非常简单的案例，并且边坡可靠性分析通常都是建立在一个假设的失稳面之上进行的，诸如临界面只(即：以土壤性质平均值为基础的，与安全临界系数相关的滑移面只)。相比之下，其他人则采用临界表面B进行分析(即l具有最小可靠性指数的滑移面，而不是临界面FI，这些人包括Li和Lamb(1987年发表)、Hassan和Wolff(1999年发表)、Low(2003年发表)、Bhaltaeharya等人(2003年发表)、Xue和Gavin(2007年发表)以及其他人的论文)。虽然如此，在这些论文中都没有将边坡稳定性当作一个系统可靠性的问题来研究

7、。我们注意到，有些人在数个滑移面的基础上，考虑到了系统的可靠性(参见Oka和wu(1990年发表)、Chowdhury和Xu(1995年发表)的论文)，特别是考虑了那些在B上具有局部最小值的滑移面(参见Low等人(2011年发表)的论文)。但是，这些分析需要进行可靠性与边坡稳定性的综合计算，并且对于有些具有复杂几何形状的边坡，其计算会相当繁杂。采用蒙特卡罗模拟法进行概率性边坡分析，不管是采用强度折减技术(参见Griftiths和Fenton(2004年发表)、Huang等人(2010年发表)的论文)还是采用条分极限平衡法，都可以

8、直接得到系统的稳定性，其缺点是计算量特别庞大。为了克服这些限制，本文提出了分层响应面法(ILSM)，以提高系统可靠性分析的效率。该方法是建立在一I缈二阶可靠性方法的基础之上。与过去的研究方法不同，过去的方法涉及到在相同的平台上对可靠度的计算和安全系数的计算进行整