基于蒙特卡洛可靠度分析的路堤边坡稳定影响因素的敏感性研究-论文.pdf

基于蒙特卡洛可靠度分析的路堤边坡稳定影响因素的敏感性研究曹聪(山东省公路设计咨询有限公司，山东济南250102)摘要：以15—25m高的均质路堤为研究对象，通计算机研究随机变量的数值计算方法，又称作随机模过正交试验和边坡可靠度分析，分析了边坡稳定拟法或统计试验法。其基本思想是建立恰当的概率安全系数与失稳概率受填料容重均值及变异性、模型，即确定某个随机事件A或随机变量l，，使待求问粘聚力均值及变异性、内摩擦角均值及变异性影题的解等于随机事件出现的概率或随机变量的数学期望值。在重复进行多次的随机试验后，对结果进行响的敏感度。统计平均，求出A出现的频率或l，的平均值作为问题关键词：填方路堤；边坡稳定；失稳概率；可靠分的近似解⋯。析；正交试验对于路基边坡工程，根据填料性质、设计要求等，中图分类号：U416．14文献标识码：A可构造安全系数的状态函数：Fs=g(X1，X2，⋯X)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(1)Sensitivityresearchofhighway式中：，，⋯一个具有一定分布、统计独立embankmentslopestabilityinfluence的随机变量，假定它们的统计值已知。随机地从诸随factorsbasedonmontecarlo机变量的全体中抽取同分布变量，，，则可由式(1)求得安全系数的一个随机样本’。如此reliabilityanalysis重复，直至达到预精度的充分次数Ⅳ，便可得到Ⅳ个相参独立的安全系数样本观测值凡，，凡：，。CAOCong安全系数所表征的极限状态为Fs=1，故可构造(ShandongHighwayDesigningandConsulting一个随机变量z：CO．，LtdShandongJinan250102China)zZ：=』{【0当。Z⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(2)>1Abstract：Thispaperfocusedonslopestabilityand设在Ⅳ次随机抽样的试验中，出现Z=1即≤1probabilityoffailureofhighwayembankment，rangefrom的次数为M，当Ⅳ足够大时，根据大数定律边坡破坏15mhighto25mhigh，anddiscussedeffectsensitivity概率近似表示：thatslopestabilityandprobabilityoffailureinfluencedbymeanvalueandvariabilityoffillervolumeweight，mean=⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(3)valueandvariabilityoffillercohesionandmeanvalue此式即为直接蒙特卡洛法计算破坏概率的公式。andvariabilityoffillerfriction，bythemethodologyof2正交试验设计reliabilityanalyzingandorthogonalexperimenting．2．1试验指标和影响因素Keywords：highwayembankment；slopestability；probability以失稳概率P，作为考核指标，通过对失稳概率的offailure；reliabilityanalysis；orthogonalexperiment．分析实现对路堤边坡破坏潜在可能性评价；同时，为了1蒙特卡洛法概述与现行有关规范及传统的定值分析方法形成对比，亦将蒙特卡洛法是一种依据统计抽样理论，利用电子中值安全系数作为考核指标(以下简称安全系数)。根据摩尔库伦强度准则，土体强度内在的影响因素是粘聚力和内摩擦角，且已有研究表明，粘聚力和收稿日期：2O14—03—27内摩擦角是影响路堤边坡稳定性的两个最主要因素。作者简介：曹聪(1985一)，男，山东兖州人，助理工程师。另外，压实度是施工过程中工程质量控制的主要一107— 曹聪：基于蒙特卡洛可靠度分析的路堤边坡稳定影响因素的敏感性研究检测指标，是路基填料密度的一个表征，所以也将路因素。各影响因素的取值范围与变化水平详见表1。基填料容重的均值与变异系数作为考核指标的影响表l试验影响因素及其变化水平2．2试验设计将因素随机安排在正交表的列中，剩余空白列作为误根据分析确定的试验影响因素，选用L(313)正差列，用于影响因素的显著性评价，具体试验方案见交表进行正交试验设计，不考虑因素间的交互作用，表2。表2(3”)正交表与计算方案的正交试验制定一l08— 山东交通科技2014年第3期主要是为了更好地发现故障，工作之后检查主要是为可以要求参与方出具相应的风险担保，比如，政府部分了处理故障，保证机械设备的每一个部位都能正常运提供的保证书、银行投标的函件等。在工程施工报价中转。此外，还要加大机械设备操作人员的培训力度，增加相应的风险保证金，这样能够更好地应付一些不可上岗之前要开展岗前安全知识教育，并持证上岗。这预见的风险，最大程度减少或者抵消风险可能导致的损样一来，机械设备使用寿命增加，出现故障的几率减失。针对那些无法排除的风险费用，建设单位可以购买少，能够有效降低设备风险。相应的保险，主要保险类型有财产保险或者工程保险2．3加大地质勘探力度。减少施工环境风险等，这样就能转嫁风险产生的损失。公路工程项目的可行性研究时期，就需要尽可能3结语多收集一些地质地貌结构，还要收集岩石图层、工程公路建设工程有着自身的特殊性，要完全规避风地质、地震信息、水温特征等方面的资料。利用一些险也是几乎不可能的，但是可以通过相应的风险管理卫星资料，开展地质勘查与地质测绘工作。比如，会策略来把风险降到最低，尽可能减少风险带来的损不会发生大规模的活动性断裂和崩坍等，结合相关评失，从而使得公路建设的工期、质量等得到保证。估，对那些严重不良的路段尽量采用绕行方式。在公路施工阶段，以钻探为主要实施方式，结合物探方式，参考文献：勘查边坡状况，还要进行适当的水文方面的实验区分[1]郭成林．物元分析法在公路工程项目风险管理中的应优良和不良路段，预测那些可能发生地质灾害的路段用[J]．现代企业文化，2010(9)．进行加固，减少环境风险。[2]陈显荣．浅谈高速公路施工过程中进度风险管理[J]．2．4风险担保与保险购买。减少费用风险湖南交通科技，2012，34(1)．在公路建设过程中，建设单位为了减少费用风险，[3]乜爱兰．谈现代公路企业风险管理[J]．交通财会，2012(1)．(上接第109页)表3各影响因素作用试验指标的敏感性结果影响，但路堤高度超过20m以后，则其对安全系数没有显著影响。以安全系数为试验指标时，容重变异性和内摩擦角变异性均表现为非显著影响因素。(2)路堤填料的内摩擦角均值、粘聚力均值和容重均值同时也是影响路堤边坡失稳概率的三个最主要因素。①当路堤不超过18m时，容重变异性、内摩擦角变异性和粘聚力变异性的变化可对路堤边坡失稳概率产生显著影响。②当路堤高度为20～22m时，粘聚力变异性不再对路堤失稳概率产生显著影响。③当路堤高度为25m时，容重变异性和内摩擦角变异性也不再对路堤失稳概率产生显著影响。(3)应当优先选择内摩擦角较大的路堤填料，在对极差小于误差极差的影响因素视为对试验指标没有显著影响，在该表中略去满足此条件时，应尽量保证填料整体有较高的内聚力，应当优先考虑轻质材料作为填料。分析结果显示，路堤密度减小有利于路堤稳定参考文献：性，当填料选定以后，应当尽量提高压实度，促使填料[1]祝玉学．边坡可靠性分析[M]．北京：冶金工业出版社，1993．自身内摩擦角充分发挥作用，从而使得路堤整体发挥[2]YrGD30—2004，公路路基设计规范[S]．更好的强度。[3]洪毓康．土质学与土力学：公路与城市道路、桥梁工程4结语专业用(第二版)[M]．北京：人民交通出版社，2002．(1)路堤填料的内摩擦角均值、粘聚力均值和容[4]GB50068—2001，建筑结构可靠度设计统一标准[s]．重均值是影响路堤稳定性安全系数的三个最主要因[5]张旭辉，龚晓南，徐日庆．边坡稳定影响因素敏感性的素。根据路堤高度的不同，路堤稳定安全系数受粘聚正交法计算分析[J]．中国公路学报，2003，16(1)：36—39．力变异性的影响敏感性不一。当路堤高度不高于18[6]夏伯忠．正交试验法[M]．长春：吉林人民出版社，1985．m时，粘聚力变异性对路堤安全系数仍有较为显著的