外文翻译译文-桩基础稳定性的理论区间非概率模糊可靠性分析

本科毕业设计外文翻译桩基础稳定性的理论区间非概率模糊可靠性分析 院（系、 部）名称： 城市建设学院 专 业 名 称： 土木工程 学 生 姓 名： 学 生 学 号： 指 导 教 师： 20xx年1月5日xxx学院教务处制桩基础稳定性的理论区间非概率模糊可靠性分析CAO Wengui ZHANG Yongjie ZHAO Minghua（岩土工程，湖南大学，长沙410082，中国研究所）摘要：随机性和模糊性是桩基础稳定性评价的属性之间的影响因素。根据这两个特点，三角模糊数的分析方法引入到确定力学参数的概率分布函数。功能函数的可靠性分析的基础上，建立了桩基础承载机理研究，以及计算功能函数的区间值的方式，采用了改进的区间截断法和区间数的运算规则。后来，非概率模糊可靠性分析方法应用于评估桩基础，并提出了非概率模糊可靠性分析的区间理论的桩基稳定性的方法。最后，非概率模糊可靠性指标的实际桩基础概率分布曲线的结论。其失败的可能性是0.91%，这表明，桩基础是稳定的，可靠的。关键词：桩基础；模糊理论；区间；区间截断法；非概率模糊可靠性分析1 引言目前，确定性分析方法已广泛应用于桩基稳定性的评价，从而满足承载力和沉降的要求。这是一个计算和桩基础的设计有效的方法。然而，稳定性影响因素的桩基础是复杂的由于许多不确定的因素，如模糊性，随机性和力学参数的区间特征值。这些不确定性不确定性分析方法反映。因此，不确定性分析方法是用来评估的桩基础的稳定性。JuangCH和JhiYuin-Yao1、徐卫亚等2、蒋建群和徐辉3以三角模糊数表示岩土力学参数取值可能性分布，通过不同截集水平下区间数边界值运算求得安全系数区间值的上下限，进而得到其可能性分布，并进行边坡稳定性评价，这为岩土边坡稳定性的不确定性分析提供了一个良好的思路。但是，文献1在边坡稳定性评价过程中所采用的等级划分标准具有较强的人为性，而且最终没有给出一个明确的评价结果；文献2-3在计算过程中存在计算式中同一参数取值不同的情况，这不符合区间数运算规则，此外，边坡安全系数与边坡稳定性的隶属度关系是基于统计分析得到的，统计数据的多少直接关系到分析结果的合理性。DodagoudarGR和VenkatachalamG4虽然提出了采用模糊点估计法分析边坡稳定可靠性的方法，但安全系数区间值是由参数上下界限分别计算得到，没考虑区间扩张问题5，存在一定的不合理性。王广月等6、贾厚华和贺怀建7针对固定滑动面边坡在随机靠性分析方法基础上引入边坡稳定性隶属函数，提出了边坡稳定性的模糊可靠度分析方法，但隶属函数在应用过程中难以确定，并且仅针对固定滑动面，适用性受到限制。李胡生和叶黔元8采用模糊-随机理论确定岩体力学参数，然后采用随机可靠性分析方法进行计算，但由于其是针对陡峭岩石边坡建立的可靠性评价方法，适用范围受到限制。RubioE和HallJW等9则以区间数表示边坡各力学参数取值所具有的不确定性，并由区间扩展原理确定边坡安全系数取值范围，给出了可靠度与安全系数之间的曲线关系，但未能给出边坡稳定性评判准则，使该方法的工程应用受到限制。为此，本文将首先采用非对称三角模糊数表示边坡岩土力学参数取值，以体现边坡岩土力学参数的随机性与模糊性以及其可能性分布，然后，综合利用简化Bishop法与区间组合法，建立岩土边坡安全系数区间值及其可能性分布的确定方法，最后，引入非概率模糊可靠性分析方法，建立基于区间分析的边坡稳定可靠性评价方法，以期建立出一种更加合乎工程实际的岩土边坡稳定性分析的不确定性分析方法。2 边坡岩土力学参数的三角模糊数确定方法边坡工程稳定性分析所需岩土力学参数一般由室内或现场试验得到，但是，由于工程地质条件、岩组划分、取样方法、试验条件等不确定因素的影响，岩土力学参数取值也将具有不确定性，采用区间数表示岩土力学参数取值是一个良好的思路。区间数不仅能充分体现取值的不确定性，而且具有易于确定和可操作性强等特点，但是普通的区间数仅能反映岩土力学参数的变化范围，无法体现其随机分布的特征，因此，本文将采用非对称三角模糊数确定岩土力学参数区间范围及其可能性分布，具体方法如下。利用直剪或三轴试验确定岩土力学参数c与的理论基础是摩尔-库仑准则，具体形式为:t=c+tan式中，t与分别为直剪试验时的剪切强度和法向应力；1与3分别为三轴试验时的轴向应力和侧向围压。若采用最小二乘法进行分析，其统一形式可写为y=a+bx此外，岩土材料重度的非对称三角模糊数中值可取所有合理试验数据的均值，左右界限宽度分别由试验数据最小值、最大值与平均值的差值得到。3 边坡安全系数的区间组合分析方法3.1 边坡安全系数可能性分布确定方法若用区间数运算规则10直接对以上各式进行求解，可知，当函数式中各变量仅出现一次时，直接计算所得区间即为函数值的真实区间，但当变量出现两次及以上时，其值域区间将超过真实区间，存在一个不为零的区间超宽度，此时计算的关键在于使超宽度尽量小。为此，研究者提出了多种方法，文献5对其具体使用情况及优缺点进行了详细分析。针对边坡安全系数区间值求解问题，文献2-3在计算过程中把安全系数求解式分母中的参数取区间上限，分子中的参数取区间下限，使计算式中同一参数取不同数值，这不符合区间运算规则13，由此得到的安全系数区间值及评价结果必将存在不合理性，为此，本文提出采用区间组合法求解边坡安全系数区间值。采用区间组合法对区间问题进行运算时，其先决条件是函数与其变量呈现单调性4，13。由于岩土边坡安全系数与岩土力学参数(即黏聚力、内摩擦角与重度等)呈现明显单调递增的关系，因此，区间组合法适用于边坡安全系数的区间求解问题。3.2 边坡可能滑动面变化范围确定方法边坡滑动面的确定也是边坡稳定性分析的重要内容，前述已介绍了边坡安全系数及其可能性分布的确定方法，相应滑动面也必不为一固定面，其应由不同滑动面形成一个可能滑动的范围，具体确定方法为:取边坡力学参数在截集水平l时的区间值cl，c%l、l，&l及l，l；在采用上述区间组合法求解安全系数区间值的过程中，对于确定的边坡力学参数定值组合Ht=clk、ll、lj，在边坡安全系数Flt求解中可得其对应的滑动面，通过不同组合反复计算可得Fl，F!l上下限分别对应的滑动面；通过步骤、可得截集水平为0.1、0.2、4 边坡稳定非概率模糊可靠性分析采用上述方法可以得到边坡稳定性安全系数区间值与其可能性分布以及滑动面变化范围，其分析结果的可靠程度如何，必须进行评价。由于上述分析方法得到的分析结果为区间值，本文采用非概率模糊可靠度分析方法进行评价。对于边坡进行可靠性分析，安全系数可记为F=R/S式中，R为边坡的抗滑力，S为边坡的滑动力。则传统边坡可靠性分析之功能函数Z可记为Z=g(X)=F-1式中，X为边坡岩土力学参数变量向量，1为边坡处于极限状态时的安全系数值。5 工程实例分析5.1 工程概况某国道由于开挖形成一土质路堑边坡工程，坡高15m，坡角为40，对边坡不同点处分别取得12组土体试样，在室内进行直剪试验，试验结果如表1所示，另外，对每组试样进行密度试验，整理试验数据可得土体重度的取值范围为18.2，21.6kN/m3，且平均重度为19.1kN/m3，此外，工程要求边坡安全系数不小于1.2。表1 土体直剪试验结果样本编号123456正应力（kpa）507090110130150最大剪应力（kpa）4855687078885.2 分析过程与结果根据文献10提出的边坡岩土力学参数三角模糊确定方法，考虑所有试验数据对分析结果的影响，取h=0.1进行模糊优化分析得c=30.6，3.1，2.2kPa、=18.5，1.5，2.1，并由重度三角模糊数确定方法得$=19.1，1.9，2.5kN/m3；对于确定的三角模糊数，由截集技术得截集水平为0.1时的各参数的区间数为:结合区间组合法与简化Bishop法编制了边坡安全系数求解程序，计算得安全系数区间值1.17，1.59及相应滑动面；根据工程要求令F标=1.2，由式(23)可得截集水平0.1时的Z0l与Zl分别为0.18与0.21，由式(26)计算可得模糊可靠性指标0.1F为0.86；从0.10.9依次选取不同的截集水平，可得相应截集水平下边坡安全系数区间值及其对应的可能滑动面，进而可得模糊可靠性指标及其可能性分布曲线，见图1；由式(30)与式(31)计算边坡模糊可靠性的失效可能度f与不失效必然度Nr分别为15.4%和84.4%。图1 模糊可靠性指标可能性分布曲线6 结论本文根据边坡稳定性影响因素的随机性与模糊性以及岩土力学参数的区间性特点，建立了基于区间组合法的边坡稳定性非概率模糊可靠性不确定性分析方法。由此可得如下结论:(1)采用非对称三角模糊数表示边坡岩土力学参数，可以更好地体现岩土力学参数的随机性、模糊性与区间性以及其可能性分布；(2)区间组合法应用于边坡稳定性分析可有效解决区间运算的区间扩张问题，使分析结果更符合实际；(3)边坡稳定性评价结果采用非概率模糊可靠性指标的可能性分布曲线及整体失效可能度表示，与随机可靠度相比，可为边坡工程稳定可靠性评价提供更多的信息。参考文献1JuangCH,JhiYY,LeeDH.现有的边坡稳定性分析中考虑不确定性J.工程地质1998:49(2):111-1222徐卫亚，蒋中明，石安池.基于模糊集理论的边坡稳定性分析J.岩土工程学报，2003，25(4):409-4133蒋建群，徐辉.边坡稳定模糊随机可靠度评价及其应用J.水利发电学报，2006，25(4):126-1304苏静波，邵国建.基于区间分析的工程结构不确定性研究现状与展望J.力学进展，2005，35(3):338-3445王广月，刘健，王有志.岩质边坡平面滑动的模糊可靠度分析J.岩土力学，2005，26(S1):283-2866贾厚华，贺怀建.边坡稳定模糊随机可靠度分析J.岩土力学，2003，24(4):657-6607李胡生，叶黔元.陡峭岩石边坡随机-模糊可靠度算法J.岩土工程学报，2006，28(8):1019-10228曹文贵，张永杰.基于非对称三角模糊数的岩石抗剪强度参数确定方法研究J.岩石力学与工程学报，2007，26(7):1340-13469郭书祥，吕震宙，冯立富.基于可能性理论的结构模糊可靠性方法J.计算力学学报，2002，1