SLOPE3D概率和敏感性分析

文摘   科技   2024-08-24 08:40   内蒙古  
1. 引言
GeoStudio【GeoStudio 2024.2 新功能】为SLOPE3D新增了概率和敏感性分析功能。概率分析可以评估地质不确定性,能够提高边坡稳定性的评估能力,同时承认地质不确定性,并且提供破坏概率的更全面理解。敏感性分析可以帮助找到影响3D稳定性最大的参数。此外,在概率分析中入了可靠性指数,能够为边坡安全性提供重要参考,用户可以获得关于边坡安全性的量化指标,进而更精确地识别影响因素和设计优化点。本文讨论了SLOPE3D概率和敏感性分析的相关概念和使用

2. 极限平衡方法
尽管过去几十年发展出许多极限平衡方法,但满足工业标准的分析,无论是2D还是3D,包括SLOPE3D,主要采用以下4种方法:
(1) GLE/Morgenstern-Price【为什么我没有使用瑞典圆弧法 (Ordinary / Fellenius)进行尾矿坝稳定性分析

(2) Spencer【地震载荷作用下的边坡稳定性分析(Seismic Loading)

(3) Bishop Simplified【HYRCAN多层土边坡(Non-Homogeneous Slope)稳定性分析以及安全系数的自动提取(JavaScript)

(4) Janbu Simplified【露天矿三维边坡极限平衡稳定性分析


3. 滑动面类型 
SLOPE3D的滑动面(Slip Surface)类型仅有两种:椭球体和球体,滑动面选择有四种,参看下面两篇文章,在此不再赘述:

4. 概率和敏感性分析 
SLOPE3D在定义项目中新增了Distribution面板,用来设置概率和敏感性分析参数,如下图所示。

概率分析方法有两种选择:Monte-Carlo和Latin-Hypercube,《计算岩土力学》过去曾对这两种方法作了大量讨论,例如:

可以对材料模型中的所有参数进行概率设置,例如最简单的Mohr-Coulomb准则有三个输入参数:单位重量、粘结力和内摩擦角,下图所示的是内摩擦角的设置,当输入标准偏差(Std. Dev)后,其余参数自动计算,用户也可以自己调节这些参数值。目前内置了如下的概率分布型式【正态分布和对数正态分布的应用(Gauss and Log-normal Distribution)】:

(1) Normal

(2) Log Normal

(3) Uniform

(4) Triangular

(5) Generalized Spline

这个输入的概率密度函数和取样函数如下图所示。

敏感性分析的设置与概率分析的设置类似,如下图所示。

5. 实例 
以【边坡稳定性分析---SLIDE3与SLOPE3D的比较】中的模型为例,如果不使用概率分析,滑动面共有3000个,计算的最小安全系数FOS=0.89,如下图所示。
使用概率分析,把粘结力和内摩擦角作为随机变量,其它条件不变,结果产生出300,6001个滑动面(300万个),导致计算时间严重增加,但目前找不出减少滑动面的办法。计算结果如下:
平均最小安全系数FOS=0.67

可靠性指数RI=-3.78

可靠性指数RI (Logarithmic) = -3.14

破坏概率P=100%

标准方差SD=0.088

最小安全系数FOS(min)=0.35

最大安全系数FOS(max)=0.94

计算岩土力学
2024年5月8日,《计算岩土力学》建立4周年啦!
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