岩土材料的空间变异性分析(Spatial Variability Analysis)

1 引言

由于岩土材料的物理参数和力学参数不是一个恒定的值，因此边坡的稳定性逐渐由确定性分析过渡到概率分析。在概率分析中，通过定义输入参数的统计分布来解释其数值的不确定性。这些参数可能包括节理产状, 剪切强度、地下水位、密度等，通过不同参数的组合产生出安全系数的分布，然后从这个分布计算边坡的破坏概率。这种概率分析的工作机理如下：

(1) 为一个参数定义一个统计分布

(2) 每次模拟时，一个单一的随机值设置到整个土体

(3) 把单一的随机样本值应用于整个土区域

不过，大多数真实土材料的性质随着土体中的位置而变化，传统的概率边坡稳定性分析没有考虑到这种类型的变化，因此需要进行空间变异性分析。近年来，空间变异性分析已经由纯学术研究转化为工业应用，例如FLAC3D和3DEC可以使用block contact property-distribution命令设置抗拉强度的空间变异性，通过在块体接触引入抗拉强度，模拟脉状矿体的强度和变形特性；不过，空间变异性分析在极限平衡法(LEM)中应用的更为广泛。本文分为以下几个部分：

(1) 讨论了4种取样方法，尤其是APEM法和响应面法

(2) 讨论了Plaxis LE的空间变异分析设置

(3) 讨论了Slide2的空间变异分析设置

(4) 比较了空间变异分析和传统概率分析计算的FOS

2 取样方法

空间变异性分析是概率分析的一个子选项，而概率分析的核心是取样方法(Sampling Method)，取样方法决定了取样时随机输入变量的统计分布方式，目前有4种取样方法可以使用：