STKO在岩土工程随机场分析中的应用

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小编寄语

Angus' opnion

根据众多工程案例分析，岩土工程问题的不确定因素主要体现在以下几个方面：（1）荷载的不确定性；（2）材料参数的不确定性；（3）结构几何学的不确定性；（4）边界条件和初始条件的不确定性；（5）计算模型的不确定性。事实上，无论采用何种本构方程和强度准则，都不能绝对准确地反映材料真实的本构关系和破坏特征，因此结构模型具有不确定性。自然界的土体在形成过程中，受矿物构成、应力历史、沉积条件、风化条件和其它地质作用的影响，使得其土体性质具有空间变异。土体性质参数的空间变异性指的是空间上任意两点土体参数性质之间具有相关性和变异性。任何土体中不同点的性质虽然有差异性，但一定程度上又存在相关性，这种相关性会随着两点间的距离增大而减小。已有研究表明，如果在研究土体性质过程中忽略土性参数的空间变异性的影响是不合理的，实验结果与实际情况不相符。通常用来研究参数变异性的方法有随机变量法、随机场法和地质统计学理论。而随机场理论则能够在研究土工参数变异性的同时将其空间变异性纳入考虑，故本文主要采用随机场法对土工参数的空间变异性进行分析。综上所述，在实际工程中，不确定性因素不可避免地存在于多个方面，并对滑坡稳定性影响巨大。针对这些不确定性因素，除了应用传统的安全系数评估滑坡稳定性外，还需要运用概率分析方法，从结构设计、施工、运营等方面进行滑坡稳定的可靠性研究，来建立滑坡风险监测、预警与调控体系，制定科学的滑坡灾害防治工程对策，有效的滑坡可靠度分析方法的建立就显得十分必要而迫切。在本文讨论的模型中，我们使用强度折减法对其进行了稳定性分析。用于计算边坡在事故点或失稳点的安全系数。安全系数定义为保持整个表面平衡所需的土壤可用剪切强度之比。

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模型建立

Modeling

2.1 几何模型

2.2 材料模型

Drucker-Prager模型（有时也称作广义von Mises（米赛斯）模型）修正了Mohr-Coulomb屈服函数，消除了由尖角造成的奇异点。不同于Mohr-Coulomb模型，Drucker-Prager屈服面的拐角是光滑的，在主应力空间中成圆锥形。和MC模型类似，DP屈服面也取决于有效平均应力σm。在该有限元分析计算软件中使用的DP模型只适用于三轴拉伸实验，即其投影在偏应力平面上的屈服轨迹外接于Mohr-Coulomb六边形的内角点。

     2.3 随机场模型

用K-L方法生成随机场后，将每一个单元的参数信息输入tcl文件中，可以得到OpenSees的计算文件，运行即可得到一次的计算结果。      

3.结果分析      

岩土工程可靠性分析越来越受重视，在这一领域中已有使用MCS等抽样方法的一些显著的工作，在分析时应该选择合适的方法进行计算。