›› 2015, Vol. 36 ›› Issue (5): 1428-1443.doi: 10.16285/j.rsm.2015.05.027

• 数值分析 • 上一篇    下一篇

考虑能量-时间分布的边坡动力可靠性分析新方法

刘 晓1, 2,唐辉明1,熊承仁1,刘清秉1   

  1. 1.中国地质大学(武汉) 教育部长江三峡库区地质灾害研究中心,湖北 武汉 430074; 2.科罗拉多矿业大学 土木与环境工程系,美国 科罗拉多州 戈尔登 80401
  • 收稿日期:2013-12-31 出版日期:2015-05-11 发布日期:2018-06-13
  • 通讯作者: 唐辉明,男,1962年生,博士,教授,博士生导师,主要从事滑坡地质灾害机理与防控技术研究工作。E-mail:tanghm@cug.edu.cn E-mail: liuxiao@china.com
  • 作者简介:刘晓,男,1977年生,博士,副研究员,主要从事边坡动力稳定性和滑坡控制理论研究工作。
  • 基金资助:

    国家自然科学基金青年科学基金项目(No. 41102195,No. 41202199);中国博士后科学基金特别资助项目(No. 2014T70758);中国博士后科学基金面上资助项目(No. 2012M521500);国家重点基础研究发展计划(973)项目(No. 2011CB710606);国家自然科学基金重点项目(No. 41230637);湖北省自然科学基金面上项目(No. 2014CFB901)。

A new method for reliability analysis of dynamic slope stability with considering energy-time distribution

LIU Xiao1, 2, TANG Hui-ming1, XIONG Cheng-ren1, LIU Qing-bing1   

  1. 1. Three Gorges Research Center for Geo-hazards of Ministry of Education, China University of Geosciences, Wuhan, Hubei 430074, China; 2. Department of Civil and Environmental Engineering, Colorado School of Mines, Golden, Colorado 80401, United States
  • Received:2013-12-31 Online:2015-05-11 Published:2018-06-13

摘要: 提出一种考虑能量-时间分布的边坡动力可靠性分析方法。该方法将动态最危险滑动面及其稳定系数以时间序列加以刻画,并根据边坡动力反应的能量分布特征,提取持续时间统计窗,用于对上述时间序列的统计分析,以获取边坡动力模糊失效概率、边坡动力可靠度指标和基于保证率的边坡动力稳定系数。以澳大利亚计算机应用协会边坡稳定考核题为例,应用上述新方法考察其在芦山7.0级主震波形条件下的稳定性,研究了在不同统计窗下的边坡动力可靠性。案例分析表明: (1)新方法能够抓住影响边坡动力稳定的主要时间段,使分析结果更为凝练、可信。(2)通过引入边坡失效状态的模糊判别,使得可靠性评价中能够考虑模糊性,解决了以往常规方法区分度不够的问题。(3)基于保证率的边坡动力稳定系数具有很好的应用前景,它在内涵上体现了可靠性分析,在形式上与静力稳定系数的定义兼容,在数值上反映了边坡瞬时动力稳定系数的保守估计值,在实践上与现行规范的拟静力法具有良好的可比性,因而具有多方面的优势。(4)就本案例而言,动力条件下最危险滑动面的发育位置趋向于静力条件下的最危险滑动面,体现了依据静力和拟静力理论框架所进行的防护工程设计,在动力条件下仍然具有积极的意义。(5)新方法对定量研究现行边坡规范的抗震设计冗余提供了一条途径。提出的新方法为边坡抗震研究提供了新的思路、方法和可供参考的实例。

关键词: 边坡工程, 动力可靠性, 动力稳定系数, 持续时间分析, 模糊判别, 失效概率, 保证率

Abstract: A new method for dynamic reliability analysis of slope stability is proposed with considering the energy-time distribution. In this method, the dynamic critical slip surfaces and their factors of safety (FOS) are described as time series. The slope reliability evaluation criteria including dynamic fuzzy failure probability, dynamic reliability index and dynamic FOS, are obtained utilizing the statistical windows of duration that are extracted according to the characteristics of energy distribution of slope dynamic response. To validate the proposed method, a soil slope stability standard testing problem issued by Australian Association for Computer Aided Design (ACADS) is analyzed under the conditions of the Lushan Ms =7.0 earthquake. The differences of analysis results, which are controlled by the selection of statistical windows of duration, are studied in detail. The case study shows that: (1)The new method can yield good results by emphasizing the most significant time period.(2)The fuzzy discrimination for slope failure state significantly improves the reliability evaluation, which avoids the problem of insufficient discrimination of the traditional methods. (3)The guaranteed-probability-based dynamic FOS of slope has great potential of application and inherent the advantages for reliability analysis. Formally it is compatible with the definition of static stability FOS; quantitatively it is the conservative estimate of instantaneous FOS; and practically it compares well with the pseudo-static method in existing design specifications.(4)In this case, the locations of dynamic critical slip surfaces tend to approach the static critical slip surface. It is illustrated that a reinforcement design under a static or pseudo-static method framework still has a positive meaning in dynamic seismic conditions.(5)The new method provides a way to quantitatively determine the optimal redundancy of seismic design specifications. In summary, the new method provides new ideas, techniques and a reference example for slope seismic analysis.

Key words: slope engineering, dynamic reliability, dynamic factor of safety, duration analysis, fuzzy discrimination, failure probability, guaranteed probability

中图分类号: 

  • TU 435
[1] 闫国强, 殷跃平, 黄波林, 张枝华, 代贞伟, . 三峡库区巫山金鸡岭滑坡成因机制与变形特征[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 329-340.
[2] 王伟, 陈国庆, 郑水全, 张广泽, 王栋, . 考虑张拉-剪切渐进破坏的边坡矢量和法研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 468-476.
[3] 蒋泽锋, 张戈, 朱大勇, 王军, . 锚固力作用下的边坡临界滑动场法研究与应用[J]. 岩土力学, 2019, 40(7): 2799-2806.
[4] 夏侯云山, 张抒, 唐辉明, 刘晓, 吴琼, . 考虑参数空间变异结构的结构化交叉约束 随机场模拟方法研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(12): 4935-4945.
[5] 蒋水华,刘 贤,姚 池,杨建华,黄劲松,江先河,. 低概率水平岩质边坡系统可靠度分析[J]. , 2018, 39(8): 2991-3000.
[6] 崔芳鹏,许 强,殷跃平,胡瑞林,陈紫娟,刘 伟,. 基于带状震源破裂机制的斜坡动力响应[J]. , 2018, 39(1): 320-330.
[7] 许晓亮,李建林,龚家伟,宛良朋,陈将宏,. Copula理论下基于g-line失效域的边坡可靠性分析[J]. , 2017, 38(5): 1445-1462.
[8] 郑 栋,李典庆,曹子君,方国光, . 土体参数空间变异性对边坡失效模式间相关性及系统可靠度的影响[J]. , 2017, 38(2): 517-524.
[9] 王 超,张社荣,张峰华,杜成波. 基于实时更新数值模型的高陡边坡动态仿真分析方法及应用[J]. , 2016, 37(8): 2383-2390.
[10] 陈静瑜 ,赵炼恒 ,李 亮 ,谭捍华,. 基于Excel数据表和极限分析法的滑坡抗剪强度参数反演分析[J]. , 2016, 37(3): 827-834.
[11] 罗正东 ,董 辉 ,陈 铖 ,苏永华,. 基于克里金模型的边坡稳定可靠度分析方法[J]. , 2015, 36(S1): 439-444.
[12] 蒋水华 ,李典庆,. 考虑参数空间变异性多层土坡系统可靠度分析[J]. , 2015, 36(S1): 629-633.
[13] 辛建平 ,唐晓松 ,郑颖人 ,张 冬,. 单排与三排微型抗滑桩大型模型试验研究[J]. , 2015, 36(4): 1050-1056.
[14] 夏开宗 ,刘秀敏 ,陈从新 ,宋娅芬 ,欧 哲 ,龙 毅,. 考虑突变理论的顺层岩质边坡失稳研究[J]. , 2015, 36(2): 477-486.
[15] 张社荣,谭尧升,王 超,王 宽. 多层软弱夹层边坡岩体破坏机制与稳定性研究[J]. , 2014, 35(6): 1695-1702.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 李英勇,张顶立,张宏博,宋修广. 边坡加固中预应力锚索失效机制与失效效应研究[J]. , 2010, 31(1): 144 -150 .
[2] 李 晶,缪林昌,钟建驰,冯兆祥. EPS颗粒混合轻质土反复荷载下变形和阻尼特性[J]. , 2010, 31(6): 1769 -1775 .
[3] 王丽艳,姜朋明,刘汉龙. 砂性地基中防波堤地震残余变形机制分析与液化度预测法[J]. , 2010, 31(11): 3556 -3562 .
[4] 李秀珍,王成华,邓宏艳. DDA法和Fisher判别法在潜在滑坡判识中的应用比较[J]. , 2011, 32(1): 186 -192 .
[5] 吉武军. 黄土隧道工程问题调查分析[J]. , 2009, 30(S2): 387 -390 .
[6] 陈力华 ,林 志 ,李星平. 公路隧道中系统锚杆的功效研究[J]. , 2011, 32(6): 1843 -1848 .
[7] 陈立文,孙德安. 不同应力路径下水土耦合超固结黏土分叉分析[J]. , 2011, 32(10): 2922 -2928 .
[8] 郑 刚 张立明 刁 钰. 开挖条件下坑底工程桩工作性状及沉降计算分析[J]. , 2011, 32(10): 3089 -3096 .
[9] 赵明华,雷 勇,张 锐. 岩溶区桩基冲切破坏模式及安全厚度研究[J]. , 2012, 33(2): 524 -530 .
[10] 马 刚 ,常晓林 ,周 伟 ,周创兵 . 基于Cosserat理论的重力坝深层抗滑稳定分析[J]. , 2012, 33(5): 1505 -1512 .