[发明专利]一种节理岩质边坡可靠度分析下限法

摘要

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。

主权项

1.一种节理岩质边坡可靠度分析下限法，其特征在于：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。

2.根据权利要求1所述的节理岩质边坡可靠度分析下限法，其特征在于：所述节理岩质边坡的基本信息包括：节理岩质边坡的几何参数、完整岩体的物理力学参数、结构面地质参数、边坡外荷载信息。

3.根据权利要求1所述的节理岩质边坡可靠度分析下限法，其特征在于：所述步骤2具体为：分别确定结构面的凝聚力c_k的均值μ_c、标准差σ_c和变异系数δ_c，摩擦角的均值标准差和变异系数同时设凝聚力c_k、摩擦角的概率分布类型是正态分布；使用蒙特卡洛随机数生成函数生成结构面k的凝聚力和摩擦角的随机数

4.根据权利要求1所述的节理岩质边坡可靠度分析下限法，其特征在于：所述步骤3具体为：(1)采用块体单元离散节理岩质边坡，将节理岩质边坡离散成块体单元+结构面的几何系统；(2)建立目标函数：将容重超载系数的随机变量设为目标函数；(3)建立块体单元的下限法约束条件；(4)建立节理岩质边坡可靠度计算的极限状态函数；(5)根据目标函数、下限法的约束条件，并结合结构面的抗剪参数的蒙特卡洛随机数以及节理岩质边坡可靠度计算的极限状态函数，得到求解节理岩质边坡可靠度的下限法随机规划模型；其中块体单元的下限法约束条件包括块体单元的平衡条件、结构面的屈服条件、块体单元的静力边界条件。

5.根据权利要求1所述的节理岩质边坡可靠度分析下限法，其特征在于：所述步骤4具体为：将凝聚力随机数摩擦角随机数从1至N逐次代入下限法随机规划模型；对每一个确定的随机规划模型变成一个系数矩阵是定值的线性规划问题，采用单纯形法求解对应的目标函数λ(t)；将求解得到的N组λ(t),(t＝1,…,N)代入极限状态函数，得到节理岩质边坡的极限状态函数Z＝λ(t),(t＝1,…,N)。

6.根据权利要求1所述的节理岩质边坡可靠度分析下限法，其特征在于：所述节理岩质边坡的可靠度包括节理岩质边坡容重超载系数的均值、标准差、可靠度指标和节理岩质边坡的失效概率。

7.根据权利要求1所述的节理岩质边坡可靠度分析下限法，其特征在于：所述下限法随机规划模型为：

式中，t＝1,…,N，N是生成的随机数的数量；

节理岩质边坡可靠度计算的极限状态函数Z＝λ(t)，目标函数λ(t)表示容重超载系数的随机变量；

表示块体单元的平衡条件，m_i是块体单元i中结构面的数量，α_k是结构面k的n_k轴与x轴的夹角且逆时针为正，N_k是结构面k沿外法线n_k方向的法向力且拉正压负，V_k是结构面k沿切向s_k方向的剪力且使块体产生逆时针转动为正，λ(t)是第t个超载系数随机量，γ是块体单元材料的容重，A_i是块体单元i的面积，f_xi是第i个块体单元的形心处沿x方向的等效外力，f_yi是第i个块体单元的形心处沿y方向的等效外力，n_b是节理岩质边坡中块体单元的数量；

表示结构面的屈服条件，