›› 2016, Vol. 37 ›› Issue (7): 1994-2003.doi: 10.16285/j.rsm.2016.07.021

• 岩土工程研究 • 上一篇    下一篇

基于高效随机有限元法的边坡风险评估

李典庆1, 2,肖 特1, 2,曹子君1, 2,周创兵1, 2,方国光1, 2   

  1. 1. 武汉大学 水资源与水电工程科学国家重点实验室,湖北 武汉 430072;2. 武汉大学 水工岩石力学教育部重点实验室,湖北 武汉 430072
  • 收稿日期:2014-11-24 出版日期:2016-07-11 发布日期:2018-06-09
  • 作者简介:李典庆,男,1975年生,博士,教授,博士生导师,主要从事岩土工程可靠度与风险控制方面的研究。
  • 基金资助:

    国家杰出青年科学基金项目(No. 51225903);国家重点基础研究发展计划973项目(No. 2011CB013506);国家自然科学基金项目(No.51329901)

Slope risk assessment using efficient random finite element method

LI Dian-qing1, 2,XIAO Te1, 2,CAO Zi-jun1, 2,ZHOU Chuang-bing1, 2,PHOON Kok-kwang1, 2   

  1. 1. State Key Laboratory of Water Resources and Hydropower Engineering Science, Wuhan University, Wuhan, Hubei 430072, China; 2. Key Laboratory of Rock Mechanics in Hydraulic Structural Engineering of Ministry of Education, Wuhan University, Wuhan, Hubei 430072, China
  • Received:2014-11-24 Online:2016-07-11 Published:2018-06-09
  • Supported by:

    This work was supported by the National Science Fund for Distinguished Young Scholars (51225903), the National Basic Research Program of China (973 Program) (2011CB013506) and the National Natural Science Foundation of China (51329901).

摘要: 提出了基于子集模拟的边坡风险评估的高效随机有限元法(RFEM),推导了基于子集模拟的边坡失效概率和失效风险的计算公式,并给出了基于高效RFEM的边坡可靠度分析和风险评估流程图。采用一个边坡算例验证了所提方法的有效性。结果表明,基于子集模拟的高效RFEM可以视为是对基于蒙特卡洛模拟的传统RFEM的改进,显著地提高了失效概率和失效风险的计算效率以及失效样本的产生能力,非常适用于分析小失效概率的可靠度问题,极大地增强了RFEM在边坡可靠度分析和风险评估中的实用性。高效RFEM将边坡的整体失效风险分解为对应不同概率水平的边坡失效风险,并量化了它们对整体风险的相对贡献度。在该方法中,边坡可靠度分析和风险评估与确定性边坡有限元分析互不耦合,极大地简化了它们的计算过程。此外,土体不排水抗剪强度的竖向空间变异性对边坡失效风险具有显著的影响。

关键词: 边坡稳定, 可靠度, 风险评估, 子集模拟, 随机有限元法

Abstract: This paper develops an efficient random finite element method (RFEM) using subset simulation (SS) for slope risk assessment. Equations are derived for integrating SS with RFEM to evaluate slope failure probability and risk, and corresponding implementation procedures are illustrated. The proposed method is validated by using a soil slope example. The results indicate that the efficient RFEM based on SS can be viewed as a development of the original RFEM based on Monte Carlo simulation, and it significantly improves the computational efficiency of evaluating failure probability and risk as well as the ability to generate failure samples, particularly at small probability levels, which enhances the applications of RFEM to the slope reliability analysis and risk assessment. The proposed efficient RFEM expresses the overall slope failure risk as a weighted aggregation of slope failure risk at different probability levels and quantifies the relative contributions of those to the overall risk. In this method, slope reliability analysis and risk assessment are decoupled from the deterministic finite element analysis of slope stability, which highly simplifies the calculation procedures. In addition, it is found that the vertical spatial variability of the undrained shear strength affects the slope failure risk significantly.

Key words: slope stability, reliability, risk assessment, subset simulation, random finite element method

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[1] 周强, 黎康平, 段亚辉, 曹子君, 李典庆, . 基于广义可靠指标相对安全率的地基承载力 安全判据研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(6): 2052-2062.
[2] 薛阳, 吴益平, 苗发盛, 李麟玮, 廖康, 张龙飞. 库水升降条件下考虑饱和渗透系数空间变异性的白水河滑坡渗流变形分析[J]. 岩土力学, 2020, 41(5): 1709-1720.
[3] 史振宁, 戚双星, 付宏渊, 曾铃, 何忠明, 方睿敏, . 降雨入渗条件下土质边坡含水率分 布与浅层稳定性研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(3): 980-988.
[4] 苏永华, 李诚诚. 强降雨下基于Green-Ampt模型的边坡稳定性分析[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 389-398.
[5] 蒋水华, 冯泽文, 刘贤, 姜清辉, 黄劲松, 周创兵. 基于自适应贝叶斯更新方法的岩 土参数概率分布推断[J]. 岩土力学, 2020, 41(1): 325-335.
[6] 刘红岩. 宏细观缺陷对岩体力学特性及边坡稳定影响研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 431-439.
[7] 韩同春, 林博文, 何露, 苏钰钦, . 基于GIS与数值模拟软件耦合的 三维边坡建模方法及其稳定性研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(7): 2855-2865.
[8] 黄生根, 沈佳虹, 李 萌, . 钻孔灌注桩压浆后承载性能的可靠度分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(5): 1977-1982.
[9] 余 国, 谢谟文, 郑正勤, 覃事河, 杜 岩, . 基于GIS的边坡稳定性计算方法研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(4): 1397-1404.
[10] 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.
[11] 赵密, 张少华, 钟紫蓝, 侯本伟, 杜修力. 柱下独立基础稳健性设计与分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(11): 4506-4514.
[12] 张亭亭, 李江山, 王平, 薛强, . FeSO4对铬污染土的稳定特性及风险评价试验研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(10): 3928-3936.
[13] 李典庆, 周强, 曹子君, . 基于广义可靠指标相对安全率的岩土工程 设计安全判据[J]. 岩土力学, 2019, 40(10): 3977-3986.
[14] 刘锋涛, 张绍发, 戴北冰, 张澄博, 林凯荣, . 边坡稳定分析刚体有限元上限法的锥规划模型[J]. 岩土力学, 2019, 40(10): 4084-4091.
[15] 唐洪祥, 韦文成. 耦合强度各向异性与应变软化的边坡稳定 有限元分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(10): 4092-4100.
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