›› 2014, Vol. 35 ›› Issue (12): 3592-3601.

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边坡失效概率估计的高斯过程动态响应面法

苏国韶,赵 伟,彭立锋,燕柳斌   

  1. 广西大学 土木建筑工程学院 工程防灾与结构安全教育部重点实验室,南宁 530004
  • 收稿日期:2013-08-07 出版日期:2014-12-11 发布日期:2014-12-15
  • 作者简介:苏国韶,男,1973年生,博士,教授,博士生导师,主要从事土木水利工程防灾与安全方面的研究工作
  • 基金资助:

    国家自然科学基金资助项目(No. 51369007, 41472329)。

Gaussian process-based dynamic response surface method for estimating slope failure probability

SU Guo-shao, ZHAO Wei, PENG Li-feng, YAN Liu-bin   

  1. Key Laboratory of Disaster Prevention and Structural Safety of Ministry of Education, School of Civil and Architecture Engineering, Guangxi University, Nanning 530004, China
  • Received:2013-08-07 Online:2014-12-11 Published:2014-12-15

摘要: 针对传统响应面法在求解具有高度非线性隐式功能函数边坡可靠性问题上的局限性,采用适用于处理高维度、小样本、非线性回归问题的高斯过程回归模型构建隐式功能函数的响应面,将高斯过程响应面与蒙特卡罗模拟法相结合,通过构造合理的迭代方式,在利用高斯过程回归模型的不确定性评价功能获取最优采样点的基础上,实现了高斯过程响应面动态更新,由此提出了边坡失效概率快速估计的高斯过程动态响应面法。利用数值算例验证了该方法的有效性,在此基础上对3个边坡算例进行了可靠性分析。结果表明,与传统响应面法相比较,该方法计算精度与计算效率明显较高,易于与既有的边坡分析软件相结合,且实现容易,适用于边坡可靠性的快速分析。

关键词: 边坡, 可靠性分析, 失效概率, 高斯过程, 响应面

Abstract: In light of the limitation of the traditional response surface method for slope reliability analysis with high nonlinear implicit performance function, Gaussian process regression (GPR) model,which is a capable of solving the highly nonlinear regression problem with small samples and high dimensions, is applied to rebuild response surface of implicit performance function. Basing on the optimum sample selected by the function of uncertainty evaluation of GPR model, an iterative algorithm is presented to update GPR response surface self-adaptively. Thus, a new method combing GPR based dynamic response surface with Monte Carlo Simulation (MCS) method for slope reliability is proposed. The accuracy and feasibility of the presented method are demonstrated by numerical examples. The reliability of three slopes are analyzed using the presented method. The results show that the proposed method has higher efficiency and higher accuracy compared to traditional response surface method. It could be achieved easily and can directly take advantages of existing slope analysis codes without any modification. Thus, the proposed method provides a powerful tool for fast analysis of slope reliability.

Key words: slope, reliability analysis, failure probability, Gaussian process, response surface

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[1] 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.
[2] 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.
[3] 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.
[4] 郑 帅, 姜谙男, 张峰瑞, 张勇, 申发义, 姜旭东、. 基于机器学习与可靠度算法的围岩动态分级方法 及其工程应用[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 308-318.
[5] 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.
[6] 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.
[7] 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.
[8] 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.
[9] 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.
[10] 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.
[11] 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.
[12] 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.
[13] 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.
[14] 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.
[15] 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.
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[1] 肖云华,王 清,陈剑平. 基于优化技术的权重计算方法在岩体质量评价中的应用[J]. , 2009, 30(9): 2686 -2690 .
[2] 范庆来,栾茂田,刘占阁. 软土中T型触探仪贯入阻力的数值模拟[J]. , 2009, 30(9): 2850 -2854 .
[3] 陈 瑜,曹 平,蒲成志,刘业科,李 娜. 水-岩作用对岩石表面微观形貌影响的试验研究[J]. , 2010, 31(11): 3452 -3458 .
[4] 赵延喜,徐卫亚. 基于AHP和模糊综合评判的TBM施工风险评估[J]. , 2009, 30(3): 793 -798 .
[5] 王俊卿,李 靖,李 琦,陈 立. 黄土高边坡稳定性影响因素分析 ——以宝鸡峡引水工程为例[J]. , 2009, 30(7): 2114 -2118 .
[6] 龚彦峰,张俊儒. 隧道单层衬砌设计方法研究及应用[J]. , 2011, 32(4): 1062 -1068 .
[7] 蔡国庆,赵成刚,刘 艳. 一种预测不同温度下非饱和土相对渗透系数的间接方法[J]. , 2011, 32(5): 1405 -1410 .
[8] 常方强 ,贾永刚. 黄河口不同强度粉土液化特性的试验研究[J]. , 2011, 32(9): 2692 -2696 .
[9] 陈 勇 ,柏建彪 ,朱涛垒 ,闫 帅 ,赵社会 ,李学臣 . 沿空留巷巷旁支护体作用机制及工程应用[J]. , 2012, 33(5): 1427 -1432 .
[10] 宋勇军 ,雷胜友 ,韩铁林 . 一种新的岩石非线性黏弹塑性流变模型[J]. , 2012, 33(7): 2076 -2080 .