基于蒙特卡洛—有限元法的边坡可靠度分析及树根桩整治水下边坡研究

作     者：许文达 

作者单位：福州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：程心恕

授予年度：2003年

学科分类：08[工学] 0815[工学-水利工程] 081503[工学-水工结构工程] 

主      题：可靠度分析,非线性有限元,边坡稳定,蒙特卡洛模拟,树根桩,土工膜袋混凝土 

摘      要：库岸滑坡稳定是岩土工程中的一个重要课题。国内外对于滑坡稳定问题一般采用定值分析方法。确定性的岩土工程稳定验算方法虽已比较成熟，但实际工程中的失稳事故屡见不鲜，给经济建设带来巨大损失。究其原因，主要不在于计算方法的精度如何，而在于设计时是否充分考虑了各种变化的因素及其岩土参数的影响。这种变化的因素往往是随机的，用确定性方法难于反映这种随机性变化因素的影响。因此，用确定性的安全系数无法提供滑坡体实际可能具备的安全储备的量以及潜在的失效概率。 由于确定性方法的缺点，滑坡稳定的可靠度分析方法，得到了重视和发展。可靠度理论是建立在概率论基础上，考虑了影响滑坡体稳定的各项随机变量的变异性，并用严格的概率来度量。因此，可靠度理论对滑坡体稳定的分析和评价更加符合实际。 本文以非线性有限元理论和蒙特卡洛随机模拟理论为基础，描述了均匀分布的N(0，1)随机数产生的数学方法，并编制了计算机程序，对由软件产生的均匀分布序列的随机数性能进行各种检验，检验成果是良好的，可用于产生各种概率分布的随机变量值。接着，较全面地介绍用于边坡的非线性有限元的基本思路，根据土体材料的特性编制了非线性有限元程序，在其基础上编制了蒙特卡洛--有限元程序，实现边坡稳定的可靠度分析，得出土体单元应力、应力水平、抗剪强度可靠指标的等值线图，从而分析土坡稳定的安全系数和可靠指标，同时采用降低c和tg(值的思路得出土坡稳定的安全储备系数，并与定值BISHOP法和蒙特卡洛－BISHOP法计算的安全系数和可靠指标进行比较。最后，通过尤溪县尤口线公路工程实例验证了蒙特卡洛--有限法在边坡稳定可靠度分析的应用是很有意义的。 本文最后论述了水下边坡滑坡的整治措施，提出树根桩和土工模袋混凝土联合治理技术，将两技术有机结合，可取长补短，发挥两技术的最大作用，达到水下既抗滑又防冲护面的最佳效果。由于该项工艺施工方便、工期短、造价低，是一种较有发展前途的治理技术。该技术可在库岸水下边坡加固、防洪堤加固及铁路公路水下边坡加固等水利及交通工程上推广应用。