随着“一路一带”建设的深入,各项工程建设数量迅速增加、规模不断扩大,大型水电、城际铁路、高速公路、石油运输、天然气输送等工程的开发建设,城市发展和其他项目开发日趋增多。然而工程建设中往往会对原地貌造成一定的改变,从而产生大量的弃土、弃渣。这些松散的弃渣料,经过堆填便形成了弃渣坝。弃渣坝作为介于自然形成与人工控制的特殊坝型,受渣料来源、堆填方式、压实工艺等多方面因素的影响,弃渣坝具有非饱和、多孔隙、欠固结等结构特点,在降雨、地震等外部荷载的影响下极有可能发生滑坡、垮塌等失稳行为,威胁人民群众生命财产安全,并有可能造成严重的生态环境灾害。因而对弃渣坝的结构安全性态进行可靠性分析,为设计及施工提供更好的弃渣方案,从而避免弃渣坝灾害或事故的发生,是当前迫切需要解决的问题,开展相应的研究具有十分重要的意义。本文采用随机场理论,结合谱表现法,提出基于谱表现法非侵入式随机有限元法,研究渣料参数空间变异性对结构安全的影响,为弃渣坝的设计施工提供参考。主要研究内容与成果如下:(1)在MSC.Marc软件框架下,利用其子程序接口,借助Fortran语言,编译了弃渣坝E-B本构模型的有限元程序。结合工程实例,验证模型开发的合理性与有效性,为后面的非侵入式随机有限元的开发奠定了基础。(2)结合Morris法与Sobol法分析弃渣坝E-B模型的参数敏感性,通过Morris法以较小的计算成本获取影响模型输出结果较大的参数,再对采用Sobol法对Morris法得到的参数进行再排序,给出参数敏感性水平的定量分析结果,不仅提高了计算效率,还提高了参数敏感性分析的可靠性。(3)基于邓肯-张E-B本构模型的有限元程序,结合基于谱表现法随机场模型,实现确定性有限元分析与随机分析过程分开独立进行,互不耦合的非侵入式谱随机有限元法,提高了计算结果的可靠性。结合实例计算分析弃渣坝不同部位渣料的材料参数空间变异性对坝体应力应变的影响,并探究参数变异对坝体沉降变形的影响规律。(4)采用谱表现法的随机场离散,模拟弃渣坝材料参数随机性。并开发了 Geostudio的软件接口,实现坝坡稳定非侵入式谱随机有限元法。采用LHS-NSSFEM法进行了坝坡失效概率与可靠度的计算,探究参数随机性对结构安全性态的影响。(5)为了更好的将理论研究应用于实际工程领域,本章结合上文所建立计算模型与程序,基于B/S架构搭建了弃渣坝安全性态评估软件平台,为弃渣坝工程信息管理、结构安全性态分析和安全评价提供了新思路、新技术、新平台。