Kriging法在饱和—非饱和土石坝坝坡稳定可靠度分析中的应用研究

发布时间：2017-04-03 18:00

  本文关键词：Kriging法在饱和—非饱和土石坝坝坡稳定可靠度分析中的应用研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：土石坝坝坡稳定性分析常作为土石坝工程安全评价的重要依据,然而非饱和渗流条件下坝坡稳定分析一直是水利工程中的研究热点和难点问题。鉴于传统的单一安全系数法无法定量分析众多不确定性因素对坝坡稳定性的影响,本文为客观有效的对坝坡稳定进行安全评价,将基于概率统计理论,引入Kriging方法,以失效概率及可靠度指标对土石坝坝坡安全性进行评估,主要研究内容如下:(1)基于Van Genuchten渗流模型理论、抗剪强度理论和毕肖普方法建立了坝坡安全系数计算公式,进而建立考虑参数不确定性的坝坡稳定可靠度分析功能函数,最后利用蒙特卡罗模拟法(MCS)研究了稳定渗流条件下饱和—非饱和土石坝坝坡稳定可靠度问题,研究成果较好地揭示了渗流条件下土石坝坝坡稳定性及可靠度变化规律。(2)发展了基于Kriging的土石坝坝坡可靠度分析方法,识别了对坝坡稳定具有重要影响的随机变量,利用拉丁超立方抽样(LHS)和软件GEOSTUDIO编写了边坡稳定性分析批处理程序,通过选定适当的回归模型及相关函数建立了坝坡稳定Kriging代理模型,系统探讨了稳定渗流条件下饱和—非饱和土石坝坝坡稳定可靠度问题。本文所提方法具有较高的计算效率,只需几十次运算便可获得较为精确的计算结果,然而常用的MCS需要进行成千上万次有限元分析,从而为稳定渗流条件下土石坝坝坡稳定可靠度分析提供一个有效的工具。(3)建立考虑坝体材料参数空间变异性的坝坡可靠度分析方法,基于随机场理论,发展了相关非高斯参数随机场离散的Karhunen-Loève(K-L)级数展开方法,将考虑材料空间变异性的坝坡可靠度问题转化为含多个随机变量的经典结构可靠度问题进行,然后同样建立坝坡稳定Kriging代理模型,研究了提出方法在考虑坝体材料参数空间变异性的稳定渗流条件下饱和—非饱和土石坝坝坡稳定可靠度分析中的应用,结果表明本文所提方法可有效考虑坝体材料参数的空间变异性对坝坡稳定性的影响。
【关键词】：土石坝 稳定 可靠度 Kriging模型 随机场 蒙特卡罗模拟
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TV641
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 选题的意义及背景9-10
• 1.2 研究现状10-15
• 1.2.1 土石坝坝坡渗流稳定研究现状10-12
• 1.2.2 土石坝坝坡稳定可靠度研究现状12-15
• 1.3 问题的提出15
• 1.4 本文的主要内容15-18
• 第2章 土石坝坝坡稳定可靠度分析基本理论18-29
• 2.1 概述18
• 2.2 土石坝坝坡失稳特点及成因机理18-19
• 2.3 坝坡稳定可靠度分析基本原理19-26
• 2.3.1 土石坝坝坡稳定分析法19-21
• 2.3.2 坝坡稳定极限状态方程21-23
• 2.3.3 失效概率23-24
• 2.3.4 可靠度及可靠指标24-26
• 2.4 坝坡稳定可靠度分析方法26-29
• 第3章 稳定渗流条件下的饱和-非饱和土石坝坝坡稳定可靠度分析29-42
• 3.1 概述29
• 3.2 渗流基本理论29-32
• 3.2.1 达西定律29-30
• 3.2.2 稳定渗流基本微分方程30-31
• 3.2.3 饱和-非饱和渗流方程31-32
• 3.3 非饱和渗流特性函数32-35
• 3.3.1 体积含水量函数及其估算法32-34
• 3.3.2 渗透系数函数及其估算法34-35
• 3.4 算例分析35-41
• 3.4.1 基本资料35-38
• 3.4.2 计算工况38
• 3.4.3 坝坡稳定可靠度分析流程38-39
• 3.4.4 稳定渗流条件下的坝坡可靠度结果分析39-41
• 3.5 本章小结41-42
• 第4章 基于Kriging法的饱和-非饱和土石坝坝坡稳定可靠度分析42-68
• 4.1 概述42
• 4.2 Kriging方法的基本理论42-48
• 4.2.1 Kriging方法简介42-43
• 4.2.2 Kriging模型的建立43-47
• 4.2.3 基于Kriging方法的结构可靠度分析基本流程47-48
• 4.3 拉丁超立方抽样（LHS）方法基本原理48-50
• 4.4 Nataf变换方法基本原理50-53
• 4.5 算例分析53-66
• 4.5.1 基本资料53-54
• 4.5.2 计算工况54-55
• 4.5.3 坝坡可靠度分析流程55-56
• 4.5.4 最佳样本点的选取56-60
• 4.5.5 各工况的下游坝坡可靠度结果分析60-63
• 4.5.6 参数相关性对坝坡可靠度的影响63-64
• 4.5.7 参数变异性对坝坡可靠度的影响64-66
• 4.6 本章小结66-68
• 第5章 考虑参数空间变异的饱和-非饱和土石坝坝坡可靠度分析68-87
• 5.1 概述68
• 5.2 随机场基本理论68-71
• 5.2.1 随机场模型68-69
• 5.2.2 相关函数69-71
• 5.2.3 相关距离及波动范围71
• 5.3 相关非高斯随机场的离散71-74
• 5.3.1 Karhunen-Loeve级数展开法71-72
• 5.3.2 基于K-L级数展开法的相关非高斯随机场离散72-74
• 5.4 算例分析74-86
• 5.4.1 基本资料74-76
• 5.4.2 模型的计算工况76
• 5.4.3 坝坡可靠度分析流程76-78
• 5.4.4 各工况下饱和—非饱和土石坝下游坝坡稳定可靠度分析78-82
• 5.4.5 变异系数对下游坝坡可靠度的影响82-86
• 5.5 本章小结86-87
• 第6章 结论与展望87-89
• 6.1 全文总结87-88
• 6.2 展望88-89
• 致谢89-90
• 参考文献90-97
• 攻读学位期间的研究成果97

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