岩土工程可靠基础理论及工程应用 陈立宏著 9787512147959 北京交通大学出版社

第1章 综述 1

第2章 抗剪强度指标的统计方法 4

2.1 概述 4

2.2 土体抗剪强度指标的统计方法 5

 2.2.1 矩法 5

 2.2.2 简化相关法和?平均法 6

 2.2.3 综合线性回归法 7

2.3 p-q法和1-3法的比较 10

 2.3.1 理论分析 10

 2.3.2 工程实例1：青海沟后水库大坝 11

 2.3.3 工程实例2：陕西关中灌区6座水库大坝 12

2.4 线性回归方法的改进 16

 2.4.1 预测中的问题 16

 2.4.2 工程实例3：黄河小浪底大坝防渗体 17

 2.4.3 改进方法 18

2.5 3??法和图形3??法 20

2.6 小结 21

第3章 土石坝坝料参数概率特性研究 23

3.1 概述 23

3.2 一级大坝心墙料的强度参数统计 24

3.3 堆石料的强度特性 27

3.4 文献发表的变异系数 32

3.5 小结 36

第4章 概型对可靠度分析结果的影响 37

4.1 概述 37

4.2 可靠度分析基础 37

 4.2.1 可靠度分析的基本原理 37

 4.2.2 可靠度指标的定义 38

 4.2.3 功能函数的定义 39

4.3 稳定分析中可靠度指标的求解 40

 4.3.1 功能函数的定义 40

 4.3.2 抗剪强度指标的概率分布型式 42

 4.3.3 安全系数的概率分布型式 53

 4.3.4 功能函数为对数正态分布时的可靠度指标 57

4.4 小结 58

第5章 岩土工程可靠性分析常用方法 60

5.1 蒙特卡罗法 60

 5.1.1 蒙特卡罗法的基本原理 60

 5.1.2 蒙特卡罗法的特点 61

5.2 一次二阶矩法 62

5.3 响应面法 63

 5.3.1 响应面法的基本原理 63

 5.3.2 响应面法的特点 65

5.4 Rosenblueth法 65

 5.4.1 Rosenblueth法的基本原理 65

 5.4.2 Rosenblueth法研究现状 67

 5.4.3 Rosenblueth法的改进 67

5.5 最大熵法 68

 5.5.1 最大熵法的基本原理 68

 5.5.2 最大熵法积分区间对结果的影响 69

 5.5.3 方程组简化 70

 5.5.4 最大熵法方程组求解方法 71

5.6 基于改进一次二阶矩法的复杂结构可靠性分析方法 74

 5.6.1 一次二阶矩法（FOSM）的基本原理 74

 5.6.2 改进一次二阶矩（FOSM）法的基本原理 78

 5.6.3 改进一次二阶矩法与有限元程序的结合 79

 5.6.4 基于改进FOSM法复杂结构可靠指标求解步骤 80

 5.6.5 一次二阶矩法与响应面法的比较 80

 5.6.6 验证示例 81

5.7 小结 83

第6章 岩土变形可靠度分析 84

6.1 堆石料邓肯???张E???B模型参数求解及概率特性统计 84

 6.1.1 邓肯???张E???B模型 84

 6.1.2 E???B模型参数确定的规范方法 87

 6.1.3 E???B模型参数确定的优化方法 88

 6.1.4 高坝堆石料的邓肯???张E???B模型参数统计 91

6.2 面板堆石坝沉降变形可靠性分析 94

6.3 混凝土面板堆石坝沉降变形计算模型 95

6.4 可靠性分析方法 95

6.5 数值计算程序及模型 97

6.6 混凝土面板堆石坝变形敏感性分析 98

 6.6.1 有限元计算结果 98

 6.6.2 变形敏感性分析 99

6.7 可靠指标的计算 105

 6.7.1 随机变量的确定 105

 6.7.2 功能函数的建立 107

6.8 局域网的集群计算技术 107

 6.8.1 系统描述 107

 6.8.2 控制节点 109

6.9 可靠指标敏感性分析 110

 6.9.1 竣工期坝体沉降可靠指标敏感性 111

 6.9.2 蓄水期坝体沉降变形可靠指标敏感性分析 116

 6.9.3 面板挠曲变形可靠指标敏感性分析 120

第7章 子集模拟法原理及应用 123

7.1 研究的主要内容 123

7.2 子集模拟法的基本原理及应用 124

 7.2.1 子集模拟法的基本原理 126

 7.2.2 MCMC方法 128

 7.2.3 子集模拟法的实现算法 130

 7.2.4 算例分析 132

7.3 数论、重要抽样法和子集模拟法相结合的可靠度分析方法 136

 7.3.1 数论方法 136

 7.3.2 重要抽样法 141

 7.3.3 基于二者结合的子集模拟法 143

 7.3.4 算例分析 145

7.4 大断面黄土隧道二次衬砌的可靠度分析 148

 7.4.1 荷载-结构计算模型的原理 148

 7.4.2 ANSYS中PDS技术的介绍 149

 7.4.3 二次衬砌模型的建立 150

 7.4.4 二次衬砌可靠度分析的流程 152

 7.4.5 二次衬砌的可靠度分析 156

7.5 结论 167

附录A 间接线性回归计算公式 169

附录B 关中灌区6座大坝坝体填筑土的三轴试验成果 171

附录C 小浪底主坝防渗体原状样基本特性指标与CD试验成果 175

参考文献 184

第1章综述

岩土体是通过长期的地质风化作用而形成的，由于矿物组成和沉积条件不同，使得岩土参数具备了很强的变异性，其空间变异性在局部上表现出随机性，而在整体上却又表现出其结构性，因而其又具有天然的不确定性和离散性。不仅不同场地的岩土的性质有很大差异，即便是同一场地的岩土，其性质也有所不同。一方面由于室外勘察试验的限制，经费、设备条件及实际现状的约束，人们无法精确掌握地基岩土中每一点的信息，只能对某一个点进行近似的估计。另一方面，虽然随着岩土力学的发展和计算机技术的提高，复杂的本构模型及有限元等强大的计算手段不断成熟，但是合理模型参数的获取依然是工程的瓶颈。所谓上天容易入地难，其中很大的原因在于很难准确掌握岩土体的工程性质。因此在实际的工程中，工程师们在进行工程设计和安全评价时，不仅要很好地了解已经掌握的各种基础资料、数据，以及相关的分析、判断手段，而且更需要把握在分析过程中所包含的各项不确定因素及其影响。工程建设中的重大决策实际上往往是综合了各种不确定因素和随机因素造成的风险的评价及经济与安全的平衡。

岩土工程问题存在着天然的不确定性，处理不确定性是岩土工程师一项重要的工作内容。诚如1964年，Casagrande在太沙基讲座所提及的那样，“风险作为一种用来包含和评估工程实践中诸多不确定和无法预测因素而导致工程失事的一种手段时，是所有岩土工程中先天固有的”。在当今的工程技术还没有发展到能准确确定这些因素时，工程技术人员应清醒地意识到不确定性在工程实践中的先天存在性，并运用安全与经济相平衡的原则对工程的风险进行分析计算。

传统的确定性方法将不确定的因素和参数都定值化，然后把所有的不确定因素都归结于安全系数上。随着科学的发展，人们渐渐发现在很多情况下，仅用安全系数无法很好地评价工程或者结构，很难完整地考虑各种不确定性的影响。例如大家熟知的土体抗剪强度往往用摩擦系数和黏聚力两个指标来衡量，而众所周知，黏聚力的不确定性比摩擦系数要高很多，用同一个安全系数来评价往往与实际情况不相符。在水利水电工程中坝体或者深层抗滑稳定出现剪摩和纯摩两种就是一个典型例子。而可靠度理论能够在工程设计中正式地包括不确定因素并评估其在实施中的影响，例如为摩擦系数和黏聚力应用不同的分项系数，从而为风险的定量分析提供一个正式的基础，同时在信息不完整时也能提供一个可靠的决策基础。确定性方法和可靠度分析的成果能够互为补充，从而提高分析成果的精度。

在20世纪70年代早期引入概率方法后，进行风险分析和可靠度研究成了岩土工程的一个重要研究方向。近年来，风险分析成为结构和岩土工程师日益关注的课题。一大批著名学者都以这一方向发表了许多重要的论文。在此基础上，许多学术机构也编制了有关风险分析及基于可靠度的指导手册、规范等。

20世纪70年代末，国内才开始开展岩土工程可靠度方面的研究工作，至今取得了不少可喜的进展。例如在基础沉降、承载力和稳定的可靠度分析，边坡、围岩稳定等方面取得了一批成果。1983年，中国力学学会岩土力学专业委员会在同济大学举行了“概率论与统计学在岩土工程中的应用专题座谈会”，1986年，在长春召开了“岩土力学参数的分析与解释讨论会”。我国在工程结构可靠度研究的过程中，先后编制了《工程结构可靠度设计统一标准》《水利水电工程结构可靠度设计统一标准》等6本统一标准，主要采用以随机可靠度理论为基础、以分项系数表达的概率极限状态设计方法，作为我国土木、建筑、水利等专业结构设计规范改革、修订的准则。20世纪80年代后，建筑、水利、铁道、港口、公路等专业的规范进行了大规模的修订或新编，从原先以安全系数为主的传统方法转向以概率分析为基础的极限状态设计法，工程界形象地称这一过程为“转轨”。

目前，可靠度方法已经应用在岩土工程的许多领域中，例如勘测过程的设计、岩石节理模型、滑坡风险评价、隧道设计、海上基础性能、大坝风险分析，等等。近年来，在岩土设计中使用概率理论、可靠度概念及风险分析已成为趋势。

在风险分析中，最关键的问题是分析和评估不确定因素。2017年，洪华生和邓汉忠将工程中的不确定性分为与天然随机性有关的固有型不确定性及对客观世界预测和估计不精确性有关的认知型不确定性两类。1995年，Morgenstern则将岩土工程分析中包含的不确定因素分为人为的不确定因素、模型的不确定因素和参数的不确定因素三大类。人为不确定因素指由于人们的行为不当导致的岩土工程失事。最常见的例子是勘察、设计和施工质量方面的问题。模型的不确定因素反映了采用的分析方法在模拟实际情况方面的局限性。由于岩土体自身物理力学特性的复杂性和应力依赖性，几乎所有的岩土工程数学模型在模拟岩土材料的特性时都存在近似性，例如莫尔-库仑强度准则、达西渗透定律等在模拟岩土材料抗剪强度特性方面存在明显的局限。这些例子所包含的误差总体来说是较小的。

……

本书主要针对岩土材料特性以及相应的可靠度计算方法展开，首先对常见的参数概率特性统计方法进行了深入的讨论，结合大量的实测数据阐述了作者对抗剪强度指标统计方法的研究成果，同时讨论了抗剪强度指标的概率分布特性对稳定计算结果的影响。系统地介绍了目前常用的各种可靠度计算方法，改进了常规响应面法和子集模拟法，提出了基于事件的并行可靠度计算方法，应用于大坝变形可靠度和隧道衬砌可靠度的计算。