【摘 要】
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随着我国水利水电、露天矿山、高速铁路和公路等基础工程建设规模的扩大,所需建设的边坡工程也愈来愈多,导致边坡稳定性问题日益突出。而自然界的天然边坡,特别是岩质边坡在岩石形成的过程中以及地质作用下会产生大量的节理和裂隙,这些节理和裂隙的存在对于岩石边坡稳定性具有极其重要的影响。为此,本文针对现有的边坡稳定性分析方法计算精度和效率较低,有限实测资料条件下岩体随机裂隙网络模拟、同时考虑结构面几何参数和力学
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随着我国水利水电、露天矿山、高速铁路和公路等基础工程建设规模的扩大,所需建设的边坡工程也愈来愈多,导致边坡稳定性问题日益突出。而自然界的天然边坡,特别是岩质边坡在岩石形成的过程中以及地质作用下会产生大量的节理和裂隙,这些节理和裂隙的存在对于岩石边坡稳定性具有极其重要的影响。为此,本文针对现有的边坡稳定性分析方法计算精度和效率较低,有限实测资料条件下岩体随机裂隙网络模拟、同时考虑结构面几何参数和力学参数不确定性的节理岩质边坡可靠性分析难题,开展了较系统深入的研究,主要研究工作如下:(1)论述了贝叶斯更新的基本理论和方法,给出了通过卡方检验和K-S检验确定结构面参数概率分布类型的详细检验步骤,并总结了三种离散裂隙网络模型,讨论并系统的对比了这三种模型的优缺点,可为岩质边坡稳定性分析及边坡的可靠性更新提供重要的理论基础。(2)采用非侵入式随机有限元法进行节理岩质边坡可靠性分析,编写了Phase~2软件与MATLAB软件的接口程序,从而实现了裂隙材料参数赋值、边坡稳定性计算的自动化,解决了目前采用MCS方法计算节理岩质边坡可靠性分析的计算量大,计算效率低等难题,并以一实际库岸岩质边坡为例,计算出该岩质边坡不同工况下(天然工况、降雨工况和地震工况)的失效概率,为指导边坡工程加固提供了可靠的技术参考。(3)发展了一种可同时考虑节理几何参数及力学参数变异性的复杂节理岩质边坡可靠性分析方法,结合半因子实验设计和中心复合设计,通过方差分析识别出对边坡稳定性影响显著的结构面参数,构建了安全系数与结构面参数的响应面函数,为复杂节理岩质边坡可靠性分析计算提供了一条高效的途径。(4)提出采用贝叶斯更新方法优化结构面参数概率分布,并通过对比解析解和BUS方法求得的后验概率分布验证了贝叶斯更新方法的有效性,并应用于小湾水电站边坡案例,考虑了结构面几何参数和抗剪强度参数(黏聚力、内摩擦角)不确定性的影响,为获得更符合工程实际的岩体裂隙网络提供了一条可靠的途径。
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