變異系數(shù)對于邊坡安全系數(shù)的影響

變異系數(shù)對于邊坡安全系數(shù)的影響在邊坡穩(wěn)定性分析中，一般采用安全系數(shù)來衡量邊坡的穩(wěn)定性，并根據(jù)安全系數(shù)采取相應(yīng)的邊坡治理措施，因此邊坡的安全系數(shù)取值大小對于邊坡安全，工程效益有著直接影響。而由于參數(shù)變異，對于安全系數(shù)的取值存在不確定性。在這種情況下，文章將結(jié)合一組滑坡數(shù)據(jù)利用蒙特卡羅數(shù)值模擬方法進(jìn)行了計(jì)算并與一般的設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對比，探討了參數(shù)變異對于滑坡安全系數(shù)的影響。關(guān)鍵詞：邊坡安全系數(shù)影響因素變異系數(shù)蒙特卡羅中圖分類號：文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A0引言因?yàn)榛掳踩禂?shù)的選取直接關(guān)系到設(shè)計(jì)者的思路，關(guān)系到工程的成本和安全。所以對邊坡穩(wěn)定分析中，考慮到各種不確定因素對于邊坡安全系數(shù)的影響，對于工程具有重要意義。目前由于現(xiàn)場取樣在試驗(yàn)過程中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)分散及變異，對于安全系數(shù)會產(chǎn)生一定影響，這可能會在一定程度上影響了安全系數(shù)的安全度。1變異系數(shù)在邊坡穩(wěn)定分析中，安全系數(shù)實(shí)質(zhì)上是邊坡下滑力與滑裂面所能提供的有效阻力的比值，即與土的抗剪強(qiáng)度直接相關(guān)。而土的粘聚力c和內(nèi)摩擦角是確定土體抗剪強(qiáng)度的關(guān)鍵指標(biāo)。土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，在室內(nèi)可以用直剪試驗(yàn)，三軸試驗(yàn)和無側(cè)限抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)等得到，在野外還可以用十字板剪切試驗(yàn)取得。在土的取樣和試驗(yàn)過程中，難免會對試樣產(chǎn)生擾動，不同的方法得到的指標(biāo)會有差別。也就是說由于在土工參數(shù)的確定過程中會存在一定的變異系數(shù)，它是廣泛存在于各種工程勘察設(shè)計(jì)之中的。Meyerhof(1977)將土工設(shè)計(jì)中的作用和抗力的變異系數(shù)按大小分為以下5類：小于0.1者為“很低”；0.1~0.2者為“低”；0.2~0.3者為“中等”；0.3~0.4者為“高”；大于0.4者為“很高”。多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，土工參數(shù)的變異系數(shù)大體上屬于“中等”到“高”的類型[1]，即變異系數(shù)在0.2~0.4之間。2物理模型和分析方案2.1物理模型和計(jì)算參數(shù)不妨結(jié)合某組滑坡數(shù)據(jù),來計(jì)算變異系數(shù)在此范圍內(nèi)時(shí)對安全系數(shù)的影響，分別取變異系數(shù)為0.2和0.4的兩組數(shù)據(jù)來計(jì)算上下限。第一組數(shù)據(jù)為；；第二組數(shù)據(jù)為；。滑坡巖土物理力學(xué)參數(shù)建議值如下：滑坡體天然密度21.5，滑坡體飽和密度23.5。并且根據(jù)不同巖土材料的滲透性質(zhì)，再結(jié)合滑坡不同部位巖性的不同可以確定滑坡體的滲透系數(shù)取0.60，滑床2.5，滑動帶0.001。另外，根據(jù)浸潤線確定的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[2]確定浸潤線。2.2分析方法根據(jù)該滑坡的工程地質(zhì)條件及滑坡的特征分析，該滑坡可采用剩余推力法進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算。在應(yīng)用此方法進(jìn)行計(jì)算時(shí)，視巖土體為剛體，以平面二維課題來處理，即沿滑面走向取單位寬度的滑體進(jìn)行計(jì)算，不考慮兩側(cè)滑體的摩擦力及其之間的擠壓力。在考慮重力、靜（動）水壓力和地震力作用的情況進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算。計(jì)算時(shí)分別利用蒙特卡羅隨機(jī)模擬計(jì)算方法和一般的工程設(shè)計(jì)計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算，將得到的結(jié)果進(jìn)行對比分析以得出結(jié)論。3穩(wěn)定性分析由于各種參數(shù)的隨機(jī)性、測試的誤差、地質(zhì)體的不均勻性、外界因素變化的隨機(jī)性等特點(diǎn)，上述影響滑坡穩(wěn)定性系數(shù)的各參數(shù)從嚴(yán)格意義上來說，均是隨機(jī)變量，因而，K也就成為一個(gè)具有一定破壞概率Pf的隨機(jī)分布函數(shù)。蒙特卡羅隨機(jī)模擬是依據(jù)參數(shù)的分布類型，產(chǎn)生[0，1]區(qū)間的均勻分布隨機(jī)數(shù)，再經(jīng)變換來實(shí)現(xiàn)。對于大多數(shù)服從正態(tài)分布的參數(shù)模擬，采用如下抽樣與變換公式[3]：由表1提供的滑坡體的C、的均值σ、方差μ，利用C++語言結(jié)合上式編程以對其進(jìn)行60000次的隨機(jī)模擬，使用random(0,1)語句產(chǎn)生兩組各60000個(gè)隨機(jī)數(shù)，再結(jié)合上式相對應(yīng)可得到各60000個(gè)的值，然后記入兩個(gè)數(shù)組，再將這兩個(gè)數(shù)組用于下面的穩(wěn)定系數(shù)求解程序。以此可以利用C++語言按照傳統(tǒng)的滑坡穩(wěn)定性計(jì)算公式編程就可以計(jì)算出得到60000組穩(wěn)定性系數(shù)FS值。接著采用分布統(tǒng)計(jì)方法對計(jì)算的N組穩(wěn)定性系數(shù)FS的分布情況予以分區(qū)間統(tǒng)計(jì)可得到變異系數(shù)為0.2時(shí)統(tǒng)計(jì)概率大于等于50%的穩(wěn)定系數(shù)為1.6517；變異系數(shù)為0.4時(shí)統(tǒng)計(jì)概率大于等于50%的穩(wěn)定系數(shù)為1.6798。而只采用C、的樣本均值σ作為標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行計(jì)算時(shí)算得的穩(wěn)定系數(shù)為1.6150。4結(jié)論經(jīng)過對比計(jì)算可知,在忽略參數(shù)變異性的情況下,穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算成果偏小約2.2222%到3.8576%,因而系數(shù)變異會對于穩(wěn)定系數(shù)造成不良影響約2%到4%。[1]張?jiān)诿?對我國現(xiàn)行巖土工程規(guī)范的幾點(diǎn)看法