岩土力学 ›› 2021, Vol. 42 ›› Issue (9): 2589-2599.doi: 10.16285/j.rsm.2020.1792

• 岩土工程研究 • 上一篇    下一篇

基于结构面参数概率分布更新的 节理岩质边坡可靠性分析

蒋水华1, 2,欧阳苏1,冯泽文1,康青1,黄劲松1,杨志刚1   

  1. 1. 南昌大学 建筑工程学院,江西 南昌 330031;2. 中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土力学与工程国家重点实验室,湖北 武汉 430071
  • 收稿日期:2020-11-30 修回日期:2021-05-08 出版日期:2021-09-10 发布日期:2021-08-31
  • 通讯作者: 杨志刚,男,1972年生,博士,副教授,主要从事水工结构可靠度分析方面的研究工作。E-mail: yzgchm@163.com E-mail:sjiangaa@ncu.edu.cn
  • 作者简介:蒋水华,男,1987年生,博士,副教授,主要从事岩土工程可靠度与风险分析方面的研究工作。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(No.41867036,No.41972280,No.52179103,No.U1765207);岩土力学与工程国家重点实验室资助课题(No.Z019019);江西省自然科学基金项目(No.20192BBG70078)

Reliability analysis of jointed rock slopes using updated probability distributions of structural plane parameters

JIANG Shui-hua1, 2, OUYANG Su1, FENG Ze-wen1, KANG Qing1, HUANG Jin-song1, YANG Zhi-gang1   

  1. 1. School of Civil Engineering and Architecture, Nanchang University, Nanchang, Jiangxi 330031, China; 2. State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering, Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan, Hubei 430071, China
  • Received:2020-11-30 Revised:2021-05-08 Online:2021-09-10 Published:2021-08-31
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China(41867036, 41972280, 52179103, U1765207), the Open Research Fund of State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering(Z019019) and Jiangxi Provincial Natural Science Foundation(20192BBG70078).

摘要: 岩质边坡节理裂隙通常十分复杂且其分布具有较大的随机性,准确地模拟岩体随机裂隙网络对边坡稳定性分析至关重要,然而目前的模拟方法不能较好融合结构面露头实测数据。提出基于贝叶斯更新方法优化结构面几何和抗剪强度参数概率分布,修正边坡岩体随机裂隙网络模型,其中将融合的结构面现场实测数据表征为样本分布。在此基础上,同时考虑结构面几何参数(倾角、迹长)和抗剪强度参数(内摩擦角、黏聚力)的不确定性,采用非侵入式随机有限元法进行节理岩质边坡可靠度分析。以小湾水电站左岸4号山梁边坡模型为例说明提出方法的有效性。结果表明:贝叶斯更新方法和解析解获得的结构面参数后验概率分布几乎一致,前者能够有效地融合现场实测数据降低对结构面参数不确定性的估计和优化参数概率分布,进而生成更贴近工程实际的边坡岩体裂隙网络模型和获得更客观的边坡可靠性分析结果。采用结构面参数后验信息生成边坡岩体裂隙网络模型和进行边坡可靠性分析,获得的后验失效概率显著低于边坡先验失效概率。

关键词: 节理岩质边坡, 结构面, 几何参数, 随机裂隙网络, 贝叶斯更新, 可靠性分析

Abstract: Due to the complexity and obvious random distribution features of joints and fractures in the rock slope, accurately simulating the random fracture network is crucial for slope stability evaluation. However, the current methods cannot effectively make full use of the measured data of structural outcrops. This paper adopts a Bayesian updating approach to optimize the probability distributions of geometric and shear strength parameters of structural planes and correct the random fracture network of rock mass by using field measured data. The field measured data of structural planes are characterized as sample distributions. Based on these, a non-intrusive stochastic finite element method is employed to conduct reliability analysis of jointed rock slopes considering the uncertainties of geometric parameters (e.g., dip and trace length) and shear strength parameters (e.g., friction angle and cohesion) of structural planes at the same time. Finally, a simplified slope model selected from the left bank of Xiaowan hydropower station is adopted to validate the effectiveness of the proposed method. The results indicate that the probability distributions of structural plane parameters inferred from the Bayesian updating approach agree well with the corresponding analytical solutions. The Bayesian updating approach can effectively reduce the estimation of uncertainties and optimize the probability distributions of the structural plane parameters by incorporating the field measured data. Furthermore, more realistic fracture network models and reliability analysis results of the slope can be obtained. When the posterior information of structural plane parameters is used to generate a fracture network model and conduct slope reliability analysis, the estimated posterior probability of slope failure will be greatly smaller than the prior probability of slope failure.

Key words: jointed rock slope, structural plane, geometric parameter, random fracture network, Bayesian updating, reliability analysis

中图分类号: 

  • TU452
[1] 崔溦, 王利新, 江志安, 王超, 王枭华, 张社荣, . 基于修正立方定律的岩体粗糙裂隙网络 注浆过程模拟研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(8): 2250-2258.
[2] 殷明伦, 张晋勋, 江玉生, 江华, 商晓旭, . 岩体体积节理数表征岩体完整系数的结构面 类别修正研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(4): 1133-1140.
[3] 陈庆发, 杨承业, 尹庭昌, 王宇, . 金属矿山矿块单元结构体组合关系研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(S1): 74-82.
[4] 邹先坚, 王益腾, 王川婴. 钻孔图像中岩石结构面三维形貌特征及 优势抗滑方向研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(S1): 290-298.
[5] 张峰瑞, 姜谙男, 杨秀荣. 孔隙水压力对锯齿状结构面剪切蠕变特性的影响[J]. 岩土力学, 2020, 41(9): 2901-2912.
[6] 江权, 李力夫, 冯夏庭, 李邵军, 覃卫民, 陈腊春, . 大型多功能高压岩石结构面剪切伺服试验 系统及功能测试分析[J]. 岩土力学, 2020, 41(9): 3159-3169.
[7] 洪陈杰, 黄曼, 夏才初, 罗战友, 杜时贵, . 岩体结构面各向异性变异系数的尺寸效应研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(6): 2098-2109.
[8] 侯钦宽, 雍睿, 杜时贵, 徐敏娜, 曹泽敏. 结构面粗糙度统计测量最小样本数确定方法[J]. 岩土力学, 2020, 41(4): 1259-1269.
[9] 贾宝新, 王坤, 孙傲, 周琳力, 孙闯, 苏丽娟, . 含采空区层状岩体微震信号传播规律试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(10): 3255-3265.
[10] 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.
[11] 崔学杰, 晏鄂川, 陈 武. 基于改进遗传算法的岩体结构面产状聚类分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 374-380.
[12] 彭守建, 岳雨晴, 刘义鑫, 许江, . 不同成因结构面各向异性特征及其剪切力学特性[J]. 岩土力学, 2019, 40(9): 3291-3299.
[13] 许江, 邬君宇, 刘义鑫, 雷娇, . 不同充填度下岩体剪切−渗流耦合试验研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(9): 3416-3424.
[14] 吴关叶, 郑惠峰, 徐建荣. 三维复杂块体系统边坡深层加固条件下稳定性及 破坏机制模型试验研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(6): 2369-2378.
[15] 许 江, 瞿佳美, 刘义鑫, 彭守建, 王 威, 吴善康, . 循环剪切荷载作用下充填物对结构面 剪切特性影响试验研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(5): 1627-1637.
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] 徐金明,羌培,张鹏飞. 粉质黏土图像的纹理特征分析[J]. , 2009, 30(10): 2903 -2907 .
[3] 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 .
[4] 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 .
[5] 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 .
[6] 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 .
[7] 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 .
[8] 张其一. 复合加载模式下地基失效机制研究[J]. , 2009, 30(10): 2940 -2944 .
[9] 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 .
[10] 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 .