子集模拟在边坡可靠性分析中的应用

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以安全系数作为评估边坡稳定依据的分析方法不能够充分考虑不确定性因素在边坡稳定分析中的影响。考虑不确定性因素影响的可靠性分析方法已经广泛的应用到边坡稳定分析领域,主要的方法有矩方法以及蒙特卡洛模拟。矩方法需要在确定滑动面的基础上进行可靠性分析,不能够考虑不同的最危险滑动面的影响。蒙特卡洛模拟在失效概率很小的情况下,计算量很大,计算效率很低,如果考虑不同最危险滑动面的影响会进一步降低其计算效率。除此之外,矩方法和蒙特卡洛模拟都不能为失效事件分析提供足够的信息。本文中将子集模拟方法应用到边坡可靠性分析中,子集模拟方法用一系列连续的中间失效事件表示目标失效事件,并通过马尔科夫链蒙特卡洛模拟算法产生条件样本进行模拟计算。对于小概率事件,子集模拟方法的计算效率比蒙特卡洛模拟的计算效率高很多。本文在Excel环境下联合应用VBA,建立了应用子集模拟方法进行边坡可靠性分析的计算模型。模型包括三部分:确定性分析模型,不确定性分析模型,子集模拟计算模型。确定性分析模型根据抽样的样本值搜索最危险滑动面并计算边坡稳定的安全系数。不确定性分析模型考虑不确定性因素的影响,根据工程实例生成随机变量。子集模拟计算模型不仅控制着整个计算流程,还控制着不确定性模型产生随机变量的过程,是整个模型的控制中心。为了方便的应用子集模拟计算模型,本文中将其设计成可视化的用户界面。最后将本文所建立的模型应用到简单算例和James Bay土坝中进行计算,并与已有的文献的结果进行对比分析,说明在边坡可靠性分析中搜索最危险滑动面的必要性。
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