[发明专利]一种节理岩质边坡可靠度分析下限法

说明书

本发明公开了一种节理岩质边坡可靠度分析下限法，本发明方法为：步骤1、根据节理岩质边坡的实际情况拟定节理岩质边坡的基本信息；步骤2、生成结构面的抗剪参数的蒙特卡洛随机数；步骤3、建立求解节理岩质边坡可靠度的下限法随机规划模型；步骤4、节理岩质边坡可靠度计算的下限法随机规划模型的数值求解，得到节理岩质边坡的极限状态函数；步骤5、根据步骤4的结果计算节理岩质边坡的可靠度。本发明方法中采用蒙特卡洛方法求解随机规划问题，具有精度高、计算速度快等特点；本发明方法采用单纯形法求解线性规划问题，编制计算程序简单。

技术领域

本发明涉及一种节理岩质边坡可靠度分析下限法，属于岩质边坡工程可靠度分析技术领域。

背景技术

节理岩质边坡的边坡稳定分析一直是岩土工程界的研究热点，一般通过求解边坡的安全系数或极限荷载来预测边坡的安全度。边坡稳定性分析方法一般可分为确定性分析方法和非确定性分析方法，前者是将所有的参数取确定值进行计算，而后者是将某些计算参数当成随机变量进行计算分析。总所周知，岩质边坡的很多计算参数都是不确定性的，即实际工程边坡的任何性质都不具有唯一的确定性，如岩体容重、节理的分布、岩体材料的抗剪强度、地下水水位等，这些参数都具有很大的不确定性和变异性；我们常规计算所采用的确定值一般很难代表参数的真实值。因此，随机数值计算方法的发展和计算机性能的提升，对边坡进行可靠度分析越来越被工程师们所重视。

在当前节理岩质边坡的可靠度分析方法的研究成果中，主要分成两类：一类是基于极限平衡法的可靠度分析，另一类是基于有限单元法的可靠度分析。极限平衡法具有概念简单、计算效率高、工程应用便捷的特点，特别是一些极限平衡法有显式安全系数的计算表达式，其不足是必须事先假定滑面的位置。有限单元法比极限平衡法通用性更强、能适用于复杂的边坡稳定性分析，并且能够获得边坡的应力应变分布，采用有限元法的边坡可靠度分析可以得到较为合理的结果；但其不足是材料本构方程不完善、计算较大计算效率低。

在进行边坡的可靠度分析时，与边坡稳定性分析方法：极限平衡法、有限单元法配套的随机模拟方法有蒙特卡洛模拟、重要性抽样模拟等，这些随机模拟方法可以适用于复杂的功能函数，可以求解高纬度的复杂问题，因此这些方法被广泛应用于边坡的可靠度分析中。

在岩土工程极限承载力分析中，极限分析下限法是一种高效的求解工具，根据下限定理可建立岩土体的静力许可应力场并采用数学规划方法求解极限荷载。岩土体的下限分析法主要包括解析法、基于数值方法的下限法等。特别是近三十年来，下限法与有限元离散思想、块体单元离散思想的结合，使得其在构造大规模岩土结构的静力许可应力场成为可能；而且下限法求解得到的下限解小于真解(偏于安全)，因此下限解对工程也最有用。下限法的优点是：下限法在理论上比刚体极限平衡法更严密；同时，由于不考虑材料的本构关系下限法在数值计算时比有限元法更高效；下限法可以同时获得安全系数和应力场。使用下限法对岩质边坡进行确定性分析的研究成果已经非常多，但采用下限法对岩质边坡的可靠度分析的研究成果还非常少。

鉴于此，本发明基于国家自然科学基金项目(51564026)的研究工作提出了一种新的节理岩质边坡可靠度分析的下限法。

发明内容

本发明提供了一种节理岩质边坡可靠度分析下限法，为节理岩质边坡可靠度计算提供一种新的方法。

本发明的技术方案是：一种节理岩质边坡可靠度分析下限法，所述方法具体步骤如下：

步骤1、根据节理岩质边坡的实际情况拟定节理岩质边坡的基本信息；

步骤2、生成结构面的抗剪参数的蒙特卡洛随机数；

步骤3、建立求解节理岩质边坡可靠度的下限法随机规划模型；

步骤4、节理岩质边坡可靠度计算的下限法随机规划模型的数值求解，得到节理岩质边坡的极限状态函数；

步骤5、根据步骤4的结果计算节理岩质边坡的可靠度。