岩土力学 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (3): 835-845.doi: 10.16285/j.rsm.2023.0485

• 岩土工程研究 • 上一篇    下一篇

基于改进贝叶斯更新方法的边坡参数概率反分析及可靠度评估

胡鸿鹏1,蒋水华1,陈东2,黄劲松1,周创兵1   

  1. 1. 南昌大学 工程建设学院,江西 南昌 330031;2. 江西省天然气集团有限公司管道分公司,江西 南昌 330096
  • 收稿日期:2023-04-19 接受日期:2023-06-12 出版日期:2024-03-11 发布日期:2024-03-20
  • 通讯作者: 蒋水华,男,1987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分析方面的研究。E-mail: sjiangaa@ncu.edu.cn
  • 作者简介:胡鸿鹏,男,1999年生,博士研究生,主要从事岩土工程参数反分析及可靠度评估方面的研究。E-mail: 2436036120@qq.com
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(No.52222905,No.52179103,No.42272326);江西省自然科学基金项目(No.20232ACB204031,No.20224ACB204019)

Probabilistic back analysis of slope parameters and reliability evaluation using improved Bayesian updating method

HU Hong-peng1, JIANG Shui-hua1, CHEN Dong2, HUANG Jin-song1, ZHOU Chuang-bing1   

  1. 1. School of Infrastructure Engineering, Nanchang University, Nanchang, Jiangxi 330031, China; 2. Jiangxi Provincial Natural Gas Group Co., Ltd., Pipeline Branch Nanchang, Nanchang, Jiangxi 330096, China
  • Received:2023-04-19 Accepted:2023-06-12 Online:2024-03-11 Published:2024-03-20
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (52222905, 52179103, 42272326) and Jiangxi Provincial Natural Science Foundation (20232ACB204031, 20224ACB204019).

摘要: 某一特定场地的岩土力学参数在地质作用下普遍呈现固有的不确定性,融合现场观测数据进行概率反分析可有效缩减这一不确定性。虽然基于子集模拟的贝叶斯更新(Bayesian Updating with Subset simulation,简称BUS)方法可以将等量场地信息的高维概率反分析问题转化为等效的结构可靠度问题,但是当现场观测数据增多时,构建的似然函数值会变得非常小,甚至低于计算机浮点运算精度,会严重影响概率反分析计算效率与精度。为此,提出了一种基于并联系统可靠度分析的改进BUS方法,从基于乔列斯基分解的中点法出发,将接受率低的总失效区域分解为多个接受率高的子失效区域,从而避免因融合大量现场观测数据引起的“维度灾难”问题,实现对边坡岩土力学参数的准确概率反分析。最后,通过一不排水饱和黏土边坡案例验证了提出方法的有效性,结果表明提出的方法能够融合大量钻孔数据和边坡服役状态等观测信息高效进行岩土力学参数概率反分析及边坡可靠度评估,为高维空间变异参数概率反分析和边坡可靠度评估提供了一种有效的工具。

关键词: 边坡, 空间变异性, 似然函数分解, 贝叶斯更新, 概率反分析, 可靠度评估

Abstract: The geomechanical parameters for a particular site exhibit inherent uncertainties due to geological processes, and probabilistic back analysis incorporating field observation data can effectively reduce these uncertainties. Although the BUS (Bayesian Updating with Subset simulation) method can transform the high-dimensional probabilistic back analysis problem with the equality site information into an equivalent structural reliability problem, the value of the constructed likelihood function can become extremely small or even lower than the computer floating-point operation accuracy as the field observation data increase, which might seriously affect the computational efficiency and accuracy of probabilistic back analysis. To this end, this paper proposes an improved BUS method based on the parallel system reliability analysis. Starting from the Cholesky decomposition-based midpoint method, the total failure domain with a low acceptance rate is decomposed into several sub-failure domains with a high acceptance rate so as to avoid the “curse of dimensionality” arising from the integration of a large amount of field observation data, and to achieve accurate back analysis of the geomechanical parameters of slopes. Finally, the effectiveness of the proposed method is validated through a case study of an undrained saturated clay slope. The results show that the proposed method can integrate a large number of borehole data and the observation information of slope service state for efficient probabilistic back analysis of geomechanical parameters and slope reliability evaluation with reasonable accuracy. The proposed method provides an effective tool for high-dimensional probabilistic back analysis of spatially variable soil parameters and slope reliability evaluation.

Key words: slope, spatial variability, decomposition of likelihood function, Bayesian updating, probabilistic back analysis, reliability evaluation

中图分类号: 

  • O 319.56
[1] 邓东平, 杨春会, 谢志军, . 非线性M-C强度准则下预应力锚索加固边坡时效稳定性分析M-P法[J]. 岩土力学, 2024, 45(4): 1051-1066.
[2] 柳伟, 徐长节, 杜昊东, 朱怀龙, 王长虹, . 基于修正统一硬化模型的超固结非饱和红黏土边坡稳定分析[J]. 岩土力学, 2024, 45(4): 1233-1241.
[3] 赵迎宵, 何伟鹏, 丁晓英, 詹俊, 胡夏嵩, 刘昌义, 缪晓星, 王延秀, 卢海静, 邢光延, 李华坦, 张培豪、. 西宁盆地黄土区草本植物边坡电阻率与土体物理力学性质关系研究[J]. 岩土力学, 2024, 45(2): 477-488.
[4] 屈小磊, 张云开, 陈悠然, 陈悠扬, 戚承志, . 耦合渗流-变形的数值流形法裂隙岩质边坡稳定性分析[J]. 岩土力学, 2024, 45(1): 313-324.
[5] 冯海洲, 蒋关鲁, 何梓雷, 郭玉丰, 胡金山, 李杰, 袁胜洋, . 预应力锚索桩板墙加固隧道洞口边坡的动力响应特性研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(S1): 50-62.
[6] 苟永平, 叶琼瑶, 韦立德, 司家琛, . 央达隧道掌子面前方边坡地表开裂研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(S1): 548-560.
[7] 华成亚, 姚磊华. 边坡失稳三类能量突变判据的统一性[J]. 岩土力学, 2023, 44(S1): 603-611.
[8] 王志颖, 郭明珠, 曾金艳, 王晨, 刘晃. 地震作用下含软弱夹层顺层岩质斜坡 动力响应的试验研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(9): 2566-2578.
[9] 许彬, 刘新荣, 周小涵, 梁越, 钟祖良, 刘俊, 邓志云. 考虑贯通型结构面强度震动退化的岩质边坡动力稳定性研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(8): 2419-2431.
[10] 张院生, 雷云超, 强小俊, 吴东东, 王东坡, 王计华, . 多排微型桩框架结构加固边坡离心模型试验研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(7): 1983-1994.
[11] 刘国锋, 冯坤, 晏长根, 丰光亮, 徐鼎平, 周迟, . 考虑力学参数不确定性的岩质边坡开挖卸荷响应概率评价[J]. 岩土力学, 2023, 44(7): 2115-2128.
[12] 申辉, 刘亚群, 刘博, 李海波, . 地震波斜入射下岩质边坡放大效应的数值模拟研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(7): 2129-2142.
[13] 马鹏杰, 芮瑞, 曹先振, 夏荣基, 王曦, 丁锐恒, 孙天健, . 微型桩加固长大缓倾裂隙土边坡模型试验[J]. 岩土力学, 2023, 44(6): 1695-1707.
[14] 冷先伦, 王川, 盛谦, 宋文军, 陈健, 张占荣, 陈菲, . 基于透明相似模型试验的主控裂隙边坡变形破坏演化机制研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(5): 1283-1294.
[15] 朱彬, 裴华富, 杨庆, 卢萌盟, 王涛, . 基于随机有限元法的波致海床响应概率分析[J]. 岩土力学, 2023, 44(5): 1545-1556.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 姚仰平,侯 伟. 土的基本力学特性及其弹塑性描述[J]. , 2009, 30(10): 2881 -2902 .
[2] 向天兵,冯夏庭,陈炳瑞,江 权,张传庆. 三向应力状态下单结构面岩石试样破坏机制与真三轴试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2908 -2916 .
[3] 石玉玲,门玉明,彭建兵,黄强兵,刘洪佳. 地裂缝对不同结构形式桥梁桥面的破坏试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2917 -2922 .
[4] 夏栋舟,何益斌,刘建华. 土-结构动力相互作用体系阻尼及地震反应分析[J]. , 2009, 30(10): 2923 -2928 .
[5] 徐速超,冯夏庭,陈炳瑞. 矽卡岩单轴循环加卸载试验及声发射特性研究[J]. , 2009, 30(10): 2929 -2934 .
[6] 张力霆,齐清兰,魏静,霍倩,周国斌. 淤填黏土固结过程中孔隙比的变化规律[J]. , 2009, 30(10): 2935 -2939 .
[7] 张其一. 复合加载模式下地基失效机制研究[J]. , 2009, 30(10): 2940 -2944 .
[8] 易 俊,姜永东,鲜学福,罗 云,张 瑜. 声场促进煤层气渗流的应力-温度-渗流压力场的流固动态耦合模型[J]. , 2009, 30(10): 2945 -2949 .
[9] 陶干强,杨仕教,任凤玉. 崩落矿岩散粒体流动性能试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2950 -2954 .
[10] 卢 正,姚海林,骆行文,胡梦玲. 公路交通荷载作用下分层地基的三维动响应分析[J]. , 2009, 30(10): 2965 -2970 .