›› 2014, Vol. 35 ›› Issue (9): 2569-2578.

• 岩土工程研究 • 上一篇    下一篇

考虑参数空间变异性的非饱和土坡可靠度分析

蒋水华1, 2,李典庆1, 2,周创兵1, 2,张利民3   

  1. 1.武汉大学 水资源与水电工程科学国家重点实验室,武汉 430072;2.武汉大学 水工岩石力学教育部重点实验室,武汉 430072; 3.香港科技大学 土木与环境工程系,香港
  • 收稿日期:2013-05-18 出版日期:2014-09-10 发布日期:2014-09-16
  • 通讯作者: 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工作。E-mail: dianqing@whu.edu.cn E-mail: jiangshuihua-2008@163.com
  • 作者简介:蒋水华,男,1987年生,博士研究生,主要从事岩土工程可靠度与风险控制方面的研究工作
  • 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);教育部博士研究生学术新人奖资助项目(No. 5052012206001)。

Reliability analysis of unsaturated slope considering spatial variability

JIANG Shui-hua1, 2, LI Dian-qing1, 2, ZHOU Chuang-bing1, 2, ZHANG Li-min3   

  1. 1. State Key Laboratory of Water Resources and Hydropower Engineering Science, Wuhan University, Wuhan 430072, China; 2. Key Laboratory of Rock Mechanics in Hydraulic Structural Engineering, Ministry of Education, Wuhan University, Wuhan 430072, China; 3. Department of Civil and Environmental Engineering, The Hong Kong University of Science and Technology, Hong Kong, China
  • Received:2013-05-18 Online:2014-09-10 Published:2014-09-16

摘要: 在考虑多个土体参数空间变异性的基础上,提出了基于拉丁超立方抽样的非饱和土坡稳定可靠度分析的非侵入式随机有限元法。利用Hermite随机多项式展开拟合边坡安全系数与输入参数间的隐式函数关系,采用拉丁超立方抽样技术产生输入参数样本点,通过Karhunen-Loève展开方法离散土体渗透系数、有效黏聚力和内摩擦角随机场,并编写了计算程序NISFEM-KL-LHS。研究了该方法在稳定渗流条件下非饱和土坡可靠度分析中的应用。结果表明:非侵入式随机有限元法为考虑多个土体参数空间变异性的非饱和土坡可靠度问题提供了一种有效的分析工具。土体渗透系数空间变异性和坡面降雨强度对边坡地下水位和最危险滑动面位置均有明显的影响。当降雨强度与饱和渗透系数的比值大于0.01时,边坡失效概率急剧增加。当土体参数变异性或者参数间负相关性较大时,忽略土体参数空间变异性会明显高估边坡失效概率。

关键词: 边坡, 非饱和渗流, 空间变异性, 可靠度, 拉丁超立方抽样

Abstract: A non-intrusive stochastic finite element method (NISFEM) based on Latin hypercube sampling (LHS) for reliability analysis of unsaturated slope considering the spatial variability of multiple soil parameters is proposed. The safety factor is explicitly expressed as a function of uncertain input parameters using the Hermite polynomial chaos expansion, the Latin hypercube sample points are selected as the collocation points for calculating the unknown coefficients of polynomial chaos expansion. The Karhunen-Loève (K-L) expansion method is used to discretize the random fields of soil hydraulic conductivity, effective cohesion and internal friction angle. A computer program named NISFEM-KL-LHS is developed. An example of reliability analysis of unsaturated slope stability under the steady-state seepage condition is presented to demonstrate the validity and capability of the proposed method. The results indicate that the proposed NISFEM can effectively evaluate the reliability of unsaturated slope considering the spatial variability of multiple soil parameters. Both the spatial variability of the soil hydraulic conductivity and the rainfall intensity have significant effects on the location of the groundwater table and the critical slip surface of slope. The probability of slope failure increases obviously when the ratio of the rainfall intensity to the saturated hydraulic conductivity is more than 0.01. In addition, if the spatial variability of soil properties is ignored, the probability of slope failure will be overestimated significantly when the coefficients of variation or the negative cross-correlation of soil parameters become larger.

Key words: slope, unsaturated seepage, spatial variability, reliability, Latin hypercube sampling

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  • O 302
[1] 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.
[2] 朱彦鹏, 陶钧, 杨校辉, 彭俊国, 吴强, . 框架预应力锚托板结构加固高填方边坡 设计与数值分析[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 612-623.
[3] 李剑, 陈善雄, 余飞, 姜领发, 戴张俊. 预应力锚索加固高陡边坡机制探讨[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 707-713.
[4] 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.
[5] 刘顺青, 黄献文, 周爱兆, 蔡国军, 姜朋明, . 基于随机块石模型的土石混合边坡稳定性 分析方法研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 350-358.
[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] 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.
[8] 姜谙男, 张权, 吴洪涛, 段龙梅, 焦明伟, 白涛, . 基于改进局部安全度的爆破作用边坡稳定性分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 511-518.
[9] 吴锦亮, 何吉, . 岩质边坡动态开挖模拟的复合单元模型[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 535-540.
[10] 许婧璟, 唐旭海, 刘泉声, 冯禹菲. 基于能量跟踪法研究岩石破碎 对滚石运动轨迹的影响[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 541-548.
[11] 陈宇龙, 内村太郎, . 基于弹性波波速的降雨型滑坡预警系统[J]. 岩土力学, 2019, 40(9): 3373-3386.
[12] 聂秀鹏, 逄焕平, 孙志彬, 谢松梅, 侯超群. 三维加筋边坡地震稳定性上限分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(9): 3483-3492.
[13] 陈冲, 王卫, 吕华永, . 基于复合抗滑桩模型加固边坡稳定性分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(8): 3207-3217.
[14] 刘新荣, 邓志云, 刘永权, 刘树林, 路雨明, . 地震作用下水平层状岩质边坡累积损伤与 破坏模式研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(7): 2507-2516.
[15] 冯君, 王洋, 吴红刚, 赖冰, 谢先当, . 玄武岩纤维复合材料土层锚杆抗拔性能 现场试验研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(7): 2563-2573.
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[1] 王 刚,李术才,王明斌. 渗透压力作用下加锚裂隙岩体围岩稳定性研究[J]. , 2009, 30(9): 2843 -2849 .
[2] 刘玉成,曹树刚,刘延保. 可描述地表沉陷动态过程的时间函数模型探讨[J]. , 2010, 31(3): 925 -931 .
[3] 刘恩龙. 岩土破损力学:结构块破损机制与二元介质模型[J]. , 2010, 31(S1): 13 -22 .
[4] 介玉新,杨光华. 基于广义位势理论的弹塑性模型的修正方法[J]. , 2010, 31(S2): 38 -42 .
[5] 杨建民,郑 刚. 基坑降水中渗流破坏归类及抗突涌验算公式评价[J]. , 2009, 30(1): 261 -264 .
[6] 周 华,王国进,傅少君,邹丽春,陈胜宏. 小湾拱坝坝基开挖卸荷松弛效应的有限元分析[J]. , 2009, 30(4): 1175 -1180 .
[7] 叶 飞,朱合华,何 川. 盾构隧道壁后注浆扩散模式及对管片的压力分析[J]. , 2009, 30(5): 1307 -1312 .
[8] 陈 林,张永兴,冉可新. 考虑剪应力作用的挡土墙主动土压力计算[J]. , 2009, 30(S2): 219 -223 .
[9] 罗 强 ,王忠涛 ,栾茂田 ,杨蕴明 ,陈培震. 非共轴本构模型在地基承载力数值计算中若干影响因素的探讨[J]. , 2011, 32(S1): 732 -0737 .
[10] 王云岗 ,章 光 ,胡 琦. 斜桩基础受力特性研究[J]. , 2011, 32(7): 2184 -2190 .