[发明专利]一种非饱和土边坡稳定鲁棒性可靠度分析方法

说明书

本发明公开了一种非饱和土边坡稳定鲁棒性可靠度分析方法，该方法首先采用马尔科夫链蒙特卡洛模拟方法生成大量服从模型参数后验分布的随机样本，然后将随机样本作为输入信息进行确定性分析计算边坡安全系数和相应的条件失效概率，最后根据全概率理论计算边坡失效概率的加权平均值。本发明允许非饱和土边坡稳定可靠度分析中合理地考虑SWCC模型参数不确定性和模型选择不确定性，克服了现有技术中SWCC不确定性被低估的局限，能够更合理地反映非饱和土边坡稳定可靠性，进一步丰富了非饱和土边坡稳定可靠度分析方法。本发明概念清晰、科学严谨、合理可行，为非饱和土边坡可靠度评估提供了一种新方案。

技术领域

本发明涉及边坡可靠度评估技术领域，具体涉及一种非饱和土边坡稳定鲁棒性可靠度分析方法。

背景技术

滑坡作为常见的地质灾害，会导致房屋掩埋、交通堵塞甚至人员伤亡等事故，给人民群众的生命财产造成巨大损失。作为世界上滑坡灾害最为严重的国家之一，我国非常重视滑坡的研究与防治工作，并且每年投入专项资金进行滑坡治理。诱发滑坡的因素有很多，如地震、降雨、不良水文地质条件以及人类活动等。大量的滑坡实例表明，降雨是诱发滑坡的主要因素。降雨入渗导致的边坡失稳是非饱和土边坡稳定中最突出的问题，而开展非饱和土特性研究是揭示降雨诱发滑坡机理的关键所在。土水特征曲线(简称SWCC)是描述非饱和土力学特性的关键要素和非饱和土边坡稳定分析的必要输入信息。

工程实践中，SWCC通常采用现场或室内试验测得。由于所需试验条件较为苛刻且试验耗时较长，使得现场或室内试验所测数据有限，难以获得基质吸力可能范围内完整的SWCC。鉴于直接试验方法的局限性，通常采用参数表达式对有限的试验数据进行拟合，从而间接表征SWCC。迄今为止，可用于表征SWCC的参数模型有许多种，例如Brooks-Corey模型、van Genuchten模型及Fredlund-Xing模型等。传统曲线拟合方法难以辨识不同模型，导致所得SWCC模型存在不确定性，包括模型选择不确定性和模型参数不确定性。尽管同时存在着SWCC参数不确定性和模型选择不确定性，然而在非饱和土边坡稳定可靠度分析中如何合理地考虑SWCC模型参数不确定性和模型选择不确定性仍是一个关键难题。

基于此，有必要研发一种同时考虑SWCC模型参数不确定性和模型选择不确定性的非饱和土边坡稳定可靠度分析方法来科学定量地评估非饱和土边坡的安全程度。

发明内容

本发明的目的是提供一种非饱和土边坡稳定鲁棒性可靠度分析方法，克服现有技术存在的不足，实现SWCC模型参数不确定性和模型选择不确定性的定量表征，允许非饱和土边坡稳定可靠度分析中合理考虑这两类不确定性。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种非饱和土边坡稳定鲁棒性可靠度分析方法，包括以下步骤：

1)获取一组现场或室内非饱和土的试验数据其中表示在基质吸力ψ_i处的有效饱和度；

2)选取N_C个备选SWCC模型M_j，并确定模型参数Θ的先验信息；

3)采用Metropolis-Hastings算法生成N_MH个服从后验分布的模型参数随机样本，并采用下述公式计算模型发生概率P(M_j|DATA_S)：

式中：P(DATA_S|M_j)表示试验数据DATA_S在模型M_j条件下的概率密度函数；P(M_j)表示模型M_j的先验概率；

4)依次将每个参数的随机样本作为SWCC输入参数进行边坡稳定确定性分析，计算相应的安全系数，并根据下述公式确定条件失效概率P(FS＜1|DATA_S,M_j)：