降雨作用下边坡体系可靠性分析

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滑坡是一种公认的重大自然灾害,其安全分析一直是科研人员关心的重要课题。作为一个多山国家,据统计,我国每年由于滑坡灾害造成的经济损失高达数百亿元。此外,在水利水电工程的建设过程中,由于库区、坝区的滑坡事故造成的经济损失与人员伤亡更是令人惋惜。因此,国内外专家学者从多种角度,采用各种方法对边坡安全分析进行了大量的研究,并取得了丰硕成果。由于科学技术的不断进步,新的研究方法也不断被提出,随之而来的是岩土领域研究学者针对边坡安全计算方法的不断推陈出新。大量的统计事实证明,滑坡大多数发生在降雨过程中或者降雨之后。降雨是边坡失效的主要原因之一已经成为学界的共识。国内外对降雨导致边坡失效做了大量的研究,但对降雨作用下边坡可靠性分析的研究却并不多,而且很少有统一的意见。学者们对降雨滑坡的研究结论差异的一个主要原因是不同地区土体特性各不相同,因此由土体渗透性等差异导致的降雨对边坡的影响也会各不相同。考虑到土体自身构造非常特殊,其在空间区域内的变异性会对边坡的抗剪强度造成很大影响。虽然国内外众多学者已提出忽略土性参数空间变异性会高估边坡的安全性的观点,但考虑空间变异性的降雨边坡可靠性却尚未得到充分研究。通过对空间变异性理论和机器学习理论的学习,本文在饱和-非饱和渗流、极限平衡法等理论基础上,采用经人工蜂群算法优化的极限学习机建立响应面,并结合蒙特卡洛法,实现了降雨作用下边坡体系可靠性分析。主要的研究工作如下:1.在考虑降雨的边坡可靠性分析中引入空间变异性理论,使对降雨边坡的安全分析更加全面。2.编写了MATLAB程序Spatial_V_midpoint,实现对土体抗剪参数的二维空间离散。3.采用人工蜂群算法优化极限学习机,提出了边坡体系可靠性分析的ABC-ELM响应面模型,并基于该模型实现了对边坡体系的可靠性分析。通过与蒙特卡洛法的计算结果对比,ABC-ELM响应面模型不仅预测结果精确,而且使计算效率得到了大幅度的提高。4.通过算例分析了降雨对边坡可靠性的影响。
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