基于Sarma法和蒙特卡罗模拟的边坡可靠度分析与应用

基于Sarma法和蒙特卡罗模拟的边坡可靠度分析与应用

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摘要:以某基坑工程为研究背景,该项目基坑一段开挖土质边坡处于较长时期的水土条件变化的环境中,由于EPC(设计采购施工总承包)项目的设计与施工一体性,针对环境变化时土体相关力学性质所具有的随机性,本文以Sarma法作为稳定系数的求解方法,结合蒙特卡罗(Monte-Carlo)模拟过程,消除原设计采用确定性参数进行可靠性分析带来的安全隐患,并据此提出加固改进措施,实现了边坡在地下室侧壁回填前长期稳定的施工安全管理目标。

关键词:Sarma法,蒙特卡罗模拟,边坡可靠度,施工安全

一、研究背景

工程项目建设中涉及到很多边坡工程,经济、合理、可靠地分析边坡成为其设计与施工的重要内容,边坡稳定性分析的目的是确定边坡的稳定状态,根据其分析结果进而决定是否对边坡进行加固或治理,工程上采用了一系列的先进分析方法,Sarma法作为土力学的经典方法及蒙特卡罗作为概率分析的经典方法也得到一些应用[1-11]。

则判定试验成功),将随机试验的失败率作为边坡的破坏概率(或失效概率)。本项目为EPC模式,设计与施工为一体,基坑西侧土质边坡防护,原设计方案为自然放坡,但由于基坑工程与地下室施工横跨冬季和梅雨季,施工周期较长,土体性质存在随机变化的特征,安全是施工管理的重点,必须要考虑边坡的破坏概率问题。

原设计中潜在滑动面已通过计算得到(如图1),滑体划分为12小块,各块节点坐标和水位坐标已知。

Sarma法基本假定:在给定地震力作用下,当边坡坡体达到极限平衡状态时,每一条块体应满足平衡方程以及其侧滑面和底滑面满足莫尔-库仑理论。

三、Monte-Carlo法与Sarma结合

边坡状态变量(即重度、抗剪指标)往往服从正态分布和对数正态分布,正态分布随机数的方法主要有坐标变换法,对数正态分布随机数可以在此基础上产生。

四、本工程土质边坡分析

由上图可知,稳定系数受土体重度变化的影响不大,尽管每个土条的重量增大,会导致下滑力的增大,但是抗滑力也会随之增大,因为滑动面法向压力也会增大,因此对于在水的影响下饱和区和非饱和区定义不同的土体重度对于安全系数的影响是非常小的,因而在一般的边坡分析计算时土体重度可以统一取值。

所有变量按照正态分布的原则输入,进行综合抗剪分析得到如下结论:

五、总结

Sarma方法是一种较普遍适用的边坡稳定系数计算方法,考虑边坡问题随机因素的影响,不能单纯从一个稳定系数得出边坡的安全状态,经过统计学分析,运用蒙特卡罗方法与之结合,本工程案例中,据此给出决策的参考意见,有一定实际意义。

参考文献

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[9]苏永华等.边坡稳定性分析的Sarma模式及可靠度计算方法[J].水利学报,2006,37(4):457-463

[10]郑文,艾熙昭.Sarma法中非饱和计算功能的实现探讨及应用评价[J].价值工程,2014,33(28):74-76.

[11]张露.基于蒙特卡罗法的边坡可靠度分析[J].价值工程,2018,37(10):225-227.

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