基于光滑粒子流体动力学方法的边坡可靠度分析和风险评估

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当前,边坡稳定可靠度分析及风险评价中仍然以边坡起始滑动面面积来量化边坡失稳后果,这是因为传统的刚体极限平衡法,基于固定网格的有限元强度折减法只能模拟边坡失稳起始时刻的状态,而无法对滑坡大变形全过程进行合理的模拟。为克服上述缺陷,本文将光滑粒子流体动力学(SPH)方法应用于边坡可靠度分析和风险评价领域,提出了基于蒙特卡洛模拟的随机LEM-SPH方法,对于典型算例的分析与比较,验证了本文方法的有效性,所得结果具有较强的理论指导意义和工程应用价值。本文内容共分为七章,每章内容简要介绍如下:第一章:介绍了本文的研究背景和意义,总结回顾了边坡稳定性确定性分析方法、可靠度分析方法、边坡失稳后果量化以及光滑粒子流体动力学(SPH)方法的研究现状,并提出本文主要工作。第二章:详细介绍了SPH方法的基本理论,阐述了SPH方法的核心思想,推导了SPH方法的基本方程,对SPH方法的参数敏感性进行了分析,并结合前人研究成果给出了参数取值建议,最后对本团队自编SPH程序进行了验证。第三章:对边坡稳定分析的极限平衡法、极限分析法和强度折减法进行了对比分析,结合SPH方法模拟结果研究了上述三种方法的适用情况及注意事项。第四章:分别用极限平衡法和SPH方法对一系列粘性土边坡的滑动面进行了对比研究,研究发现:对于稳定边坡,极限平衡法所得临界滑动面与SPH方法所得结果基本一致,但是对于不稳定边坡而言,极限平衡法得到的临界滑动面与SPH方法结果有明显差别。在极限平衡方法框架内,提出了不稳定边坡滑动面积确定方法。第五章:提出了考虑岩土体参数空间变异性的随机LEM—SPH模拟方法用于边坡可靠度分析及风险评价。结合典型算例SPH模拟结果,研究了滑动距离、影响距离和滑动土体体积对边坡失稳风险评价的影响。第六章:应用本文所提方法对美国芝加哥国会街边坡进行了可靠度分析和风险评估。对该实际工程案例分别用极限平衡法和SPH方法进行了确定性分析和可靠度分析,研究结果发现:该工程中由于影响距离所带来的失稳后果要比滑出距离和滑动土体体积造成的后果严重得多,故而在边坡上方修建结构物时需慎重考虑安全距离。第七章:总结与展望,系统地总结了本文主要工作和结论,并对下一步研究工作进行了展望。
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