岩土力学 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (12): 3973-3984.doi: 10.16285/j.rsm.2025.0055CSTR: 32223.14.j.rsm.2025.0055

• 岩土工程研究 • 上一篇    下一篇

三维土体强度参数空间变异下重力式挡墙系统可靠度分析

陈辉1, 2,薛亚东1, 2,张东明1, 2,黄宏伟1, 2   

  1. 1. 同济大学 地下建筑与工程系,上海 200092;2. 同济大学 岩土及地下工程教育部重点实验室,上海 200092
  • 收稿日期:2025-01-14 接受日期:2025-05-27 出版日期:2025-12-11 发布日期:2025-12-20
  • 通讯作者: 薛亚东,男,1971年生,博士,研究员,主要从事隧道及地下工程施工力学等方面的研究。E-mail: yadongxue@126.com
  • 作者简介:陈辉,男,1997年生,博士研究生,主要从事岩土隧道工程风险评估与机器学习的研究。E-mail: chen_hh@tongji.edu.cn
  • 基金资助:
    国家重点研发计划项目(No.2021YFF0502200);上海市科学技术委员会项目(No.22dz1201202)。

System reliability analysis of a gravity retaining wall under spatial variability of three-dimensional soil strength parameters

CHEN Hui1, 2, XUE Ya-dong1, 2, ZHANG Dong-ming1, 2, HUANG Hong-wei1, 2   

  1. 1. Department of Geotechnical Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China; 2. Key Laboratory of Geotechnical and Underground Engineering of the Ministry of Education, Tongji University, Shanghai 200092, China
  • Received:2025-01-14 Accepted:2025-05-27 Online:2025-12-11 Published:2025-12-20
  • Supported by:
    This work was supported by the National Key Research and Development Program of China (2021YFF0502200) and the Shanghai Science and Technology Committee Program (22dz1201202).

摘要: 传统的主动土压力评估通常为确定性分析,假设土壤为均匀地层。然而,土壤材料特性因地貌过程或施工控制不良而随机变化,因此采用随机极限分析法(random limit analysis method,简称RLAM)探究土体强度参数空间变异性对主动土压力的影响。通过空间离散技术改进了传统的三维旋转破坏机制,使其能够与随机场模拟相结合,基于极限分析上限定理推导出三维主动土压力的显式方程,并与确定性数值法及随机有限差分法(random finite difference method,简称RFDM)比较,验证了RLAM的有效性。在大量不确定性计算基础上,提出了一种考虑土体强度参数空间变异的重力式挡墙系统可靠度评估方法。研究发现,对于不同的随机场设计工况,挡墙系统失效概率衰减曲线均在一个特定范围内相交,可为挡土墙设计施工提供指导。

关键词: 主动土压力, 挡土墙, 空间变异性, 随机场, 土体强度参数

Abstract: Traditional assessments of active earth pressure are typically deterministic and assume a homogeneous soil layer. However, soil properties exhibit inherent random variations due to geomorphic processes or poor construction control. To address this limitation, we employ the random limit analysis method (RLAM) to investigate the influence of spatial variability in soil strength parameters on the active earth pressure. We enhance the conventional three-dimensional (3D) rotational failure mechanism by applying a spatial discretization technique that enables rigorous coupling with random-field simulations. We derive an explicit equation for 3D active earth pressure based on the upper-bound theorem of limit analysis. The validity of RLAM is verified by comparing it with a deterministic numerical method and with the random finite difference method (RFDM). Furthermore, through extensive uncertainty analyses, a reliability assessment framework is established for gravity retaining walls that explicitly incorporates the spatial variability of soil strength parameters. It is found that under different random field design scenarios, the decay curves of system failure probabilities for the retaining wall intersect within a specific range, providing valuable guidance for the design and construction of retaining walls.

Key words: active earth pressure, retaining wall, spatial variability, random field, soil strength parameters

中图分类号: TU432
[1] 马滨, 王丽艳, 吉文炜, 吴晗, 蔡晓光, 王炳辉, . 强震下返包胎面加筋挡土墙结构抗震性能模型试验研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(9): 2792-2804.
[2] 申林方, 华涛, 王志良, 李松波, 陈骞. 参数空间变异性对岩石水力压裂裂隙扩展形态的影响[J]. 岩土力学, 2025, 46(4): 1294-1302.
[3] 元志镕, 蒋水华, 常志璐, 向晖, 刘玉伟, 黄劲松, . 考虑初始含水率非均匀分布及孔隙水重分布的边坡可靠度分析[J]. 岩土力学, 2025, 46(3): 1001-1012.
[4] 姚嘉楠, 徐长节, 迟民良, 王艳萍, 习跃来, 王伟锋, 冯国辉, 孙佳政, . RBT模式下刚性挡墙非极限主动土压力的离散元模拟及理论研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(2): 640-652.
[5] 张军, 谭晓慧, 刘善伟, 查甫生, 王巧. 考虑降雨作用的空间变异膨胀土中不同桩长布桩模式下群桩可靠度分析[J]. 岩土力学, 2025, 46(12): 3885-3898.
[6] 张振光, 徐杰, 李海祥, . 考虑中间主应力的非饱和土竖井主动土压力滑移线解答[J]. 岩土力学, 2025, 46(10): 3045-3053.
[7] 邓志平, 钟敏, 蒋水华, 潘敏, 黄劲松, . 土体参数非平稳随机场模拟及三维边坡高效可靠度分析[J]. 岩土力学, 2025, 46(10): 3243-3252.
[8] 彭俊国, 黄宇豪. 非饱和边坡中锚托板锚固尺寸的新算法[J]. 岩土力学, 2024, 45(4): 1003-1013.
[9] 胡鸿鹏, 蒋水华, 陈东, 黄劲松, 周创兵, . 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[J]. 岩土力学, 2024, 45(3): 835-845.
[10] 陈朝晖, 牛萌萌, 罗 琳, 黄凯华, 唐 冲. 基于304dB的北欧海相黏土参数空间非均匀变异性研究[J]. 岩土力学, 2024, 45(2): 525-538.
[11] 邹维列, 樊科伟, 张攀, 韩仲, . 土工泡沫减压膨胀土挡墙侧向压力及影响因素分析[J]. 岩土力学, 2023, 44(9): 2537-2544.
[12] 张常光, 关港辉, 李海祥, 范家燊, 石晶, . 水位变化下含裂缝非饱和土挡墙的地震主动土压力研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(6): 1575-1584.
[13] 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.
[14] 王丽艳, 吉文炜, 陶云翔, 唐跃, 王炳辉, 蔡晓光, 张雷, . 格栅条带式加筋废旧轮胎胎面挡土墙 抗震性能试验研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(4): 931-940.
[15] 樊科伟, 邹维列, 王柳江, 廖洁, 刘斯宏, . 土工合成材料缓冲层减压膨胀土挡墙侧向压力的实用预测方法研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(11): 3182-3190.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
No Suggested Reading articles found!