边坡防灾工程可靠度分析.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流边坡防灾工程可靠度分析.精品文档.边坡防灾工程可靠度分析第25卷第1期v0l_25No.1辽宁工程技术大学JournalofLiaoningTechnicalUniversi2006年2月Feb.20o6文章编号:1008-0562(2006)01014204边坡防灾工程可靠度分析刘东燕,李东升(熏庆大学上木工程学院,重庆400044)摘要针对边坡治理过程中,不同防灾措施对边坡稳定性作用.即防灾减灾效果进行评价的问题,以可靠度理论为基础?对影响稳定性系数的每个影响因子根据各自包含的不确定性予以适当考虑.结含具体边坡工程,对边坡坏概率进行计算,

2、变异系数不同?计算得出的边坡稳定性指标不同.即防灾减灾的效果有所差异.变异系数较小的加固措施对边坡稳定性的作用就能得到更为合理的评价?这为边坡防灾工程设计提供了依据.关键词:防灾工程;可靠度分析;变异系数中图分类号:X141文献标识码:AReliabilityanalysisofslopedisasterresistantengineeringLIUDong-yan,LIDong-sheng(CollegeofCivilEngineering,ChongqingUniversity,Chongqing400045)Abstract:Basedonreliabilitytheory,throug

3、huncertaintyanalysisofthefactorsaffectingslopeengineeringstability,theeffectofresistantengineeringisconsidered.Combiningconcreteslopeengineering,thestabilitycoefficientiscalculated.Becausedifferentvariationcoefficientsaredifferent,SOcorrespondingpreventionandreductioneffectaredifferent.Thereinforcem

4、entmeasurewithlessvariationcoefficientcangetmorerationalappraisa1.Keywords:disasterresistantengineering:reliabilityanalysis;variancecoefficient引言地质灾害是由于自然作用或人类活动或两者叠加所造成的对人类生存和社会经济环境损害.完全杜绝地质灾害的发生在技术及资金投入上都是不可能的,但通过对灾害发生,发展规律的研究和实施相应的防灾工程,可以对灾害进行有效防御,从而减少灾害损失,防灾工程是消除滑坡地质灾害危害的常用手段和方法.边坡稳定分析常用的方法有确定性设

5、计方法和可靠度设计方法.稳定性模型分析采用相关参数均值,通过安全系数来评价边坡的安全度,而可靠度分析则在计算安全系数均值的同时,还要分析安全系数的变异程度,在假定参数符合一定概率模型的前提下,得到边坡失稳概率,这一计算是建立在对影响安全系数的各个因子的均值和变异的定量分析基础上【2】.对于确定性设计方法来说,由于设计不考虑防灾措施的离散性,只要所提供的边坡稳定性支持力相同,就可以认为各种防灾工程措施对提高边坡的稳定性效果一样.对于可靠性设计方法来说,不但要考虑防灾措施所提供的边坡稳定性支持力均值,还要考虑支持力变异系数,变异系数不同,讨算出的边坡破坏概率就有所差异,其防灾减灾效果也不尽相同.因

6、此对防灾工程措施采用可靠度进行分析,可以从增大安全系数的均值和减少安全系数的变异性两个方面对防灾措施进行考虑,不同的防灾工程措施产生的防灾减灾效果显着不同就可以得到更加合理的评价.1常用措施分析中国在20世纪五60年代,治理滑坡常采用地表排水,削方减载,填土反压,抗滑挡墙等措施.到七八十年代,开始使用抗滑桩并普遍重视支挡的作用,因为抗滑桩具有布置灵活,施工简单,对滑坡扰动小等优点,受到工程师和施工单位的欢迎,应用普遍,逐步形成抗滑桩为主,结合削方减载,地表排水的滑坡综合治理技术,但抗滑桩墙仍属于被动抗滑结构.20世纪80年代初引入了主动抗滑的预应力锚固技术,使滑坡抗滑从单纯的被动抗滑收稿日期;

7、2005.03.05基金项目:重庆市国土资源与房屋管理局基金资助项目(财建2003660)作者简介:刘东燕(1959一)-男,贵州遵义人,教授,土要从事环境岩石力学及地质灾害风险评价方面的研究,Emaihldshnjzsiroom本文编校:焦丽第1期5,1东燕等:边坡防灾工程可靠度分析143进入主动或主动与被动相结合的新阶段.4】.(1)地表和地下排水十滑九水,水是造成许多边坡破坏的直接因素,因此也是治理滑坡灾害中首要考虑的措施.运用地表和地下排水方法减少地表水入渗,并排除滑体内的水体是增强滑坡稳定性的最为有效,而且也是晟为简便的手段.地表排水以其技术上简单易行且加固效果好,工程造价低,应用极

8、广,几乎所有滑坡整治工程都包括地表排水工程.排水工程中的地下排水能大大降低孔隙水压力,增加有效正应力从而提高抗滑力,应用广泛,尤其是大型滑坡的整治.深部大规模的排水往往是首选的整治措施,但其施工技术比起地表排水较为复杂.(2)减重和反压一般来说,滑坡后缘滑带倾角通常大于前缘倾角,因此运用刷方方法清除滑坡后缘的滑体,可降低滑坡体的下滑力,同时在滑体前缘进行填方反压,可以明显增加滑体的阻滑力,由于措施简单易行,效果明显,是治理滑坡灾害常用的防治措施.特别对厚度大的主滑段和牵引段滑面较陡的滑坡效果明显,但其需先行准确判定主滑,牵引和抗滑段,在主滑段减重,在抗滑段反压,英国人Hutchinson提出的

9、中性线方法为减重和反压计算提供了理论依据,但切忌在无详细勘察的情况下盲目刷坡.(3)支挡工程在采用减重反压和排水措施后,如还不能保证斜坡的稳定性时,常采用支挡结构物来防止或控制斜坡岩土体的变形,支挡结构主要包括抗滑挡墙,抗滑墩,预应力锚杆挡墙,抗滑桩,锚杆抗滑桩,刚架抗滑桩,抗滑明洞或拦石格栅等.预应力锚固技术经历20年的发展取得了长足的进步,承载力越来越大,防腐和可再拉张的锚索也进入应用.随着高强度锚索的生产和防腐技术的解决,预应力锚索在边坡加固和滑坡治理中已广泛应用,可以与抗滑桩联合使用,也可以单独使用.如预应力锚索与抗滑桩相结合,形成新的抗滑结构预应力锚索抗滑桩,使桩.预应力锚索组成一个

10、联合受力体系,用锚索拉力平衡滑坡推力,改变了悬臂桩的受力机制,使桩的弯矩大大减小,桩的埋置深度变浅,达到了结构受力合理降低工程费用,缩短lT期的目的,经济效益十分显着.另外类支挡结构物并不阻止灾害发生,而可阻止其可能造成的危害(属于被动防护).如设置于斜坡上一定部位处的刚性拦石格栅或柔性钢绳网,可以拦截或阻滞顺坡滚落的块石,从而使保护对象免遭破坏(4)滑带土改良是直接针对滑带特征,采用物理和化学的方法进行滑带物质置换和填充,从而提高其摩擦系数的技术.滑带土改良目的在于提高滑带土的强度,增加滑坡自抗滑力,包括灌浆,爆破,焙烧等方法.如新型灌浆法(旋喷桩),就是采用旋喷注浆和钢花管注浆加固滑动带土

11、体,通过水泥浆液与岩土体混合,速凝,早强,使滑体与滑面及滑床固结,改善滑动带土质特性,提高抗剪强度,从而达到稳定滑坡的目的.这种技术方法具有施工便捷,机械化程度高,劳动强度低等优点,与抗滑桩,墙等被动支挡相比较,属于对滑坡的主动加固.滑坡防治实践表明,许多滑坡都是多种因素综合作用的结果,往往采取一种方法不能很好地解决问题,一般应采取综合治理的方法,滑坡整治是对有其特有形成条件,产生原因,变形破坏机制,几何边界条件,起动一运动.停止过程的复杂而可能成灾的地质作用的治理,只有在勘察中对上述各方面获得正确认识并将之应用于设计中采取综合防治措施才能达到治理的预期目的,因此应在滑坡防治中把滑坡防治方案系

12、统地加以考虑.为使滑坡灾害的防治工程发挥最充分的减灾效果,需根据最优化原则选择防治项目和确定防治方案.2均值与方差的确定对于防灾工程措施,可以通过现场大量采样和试验基础上,采用矩法确定其均值和方差.(a)矩法可分别按下式计算其均值和标准值吉)(2)但土工试验的组数,特别是锚杆拉拔之类的试验,通常不可能太多,从统计意义来说,样本数量远不能满足要求.因此常引入一些其它的分析方法确定相应的统计参数.(b)3a法则144辽宁工程技术大学第25卷这一经验法则首先由Dai和Wang(1992)提出,对于一个具有正态分布的参数,99.73%的数据落在.(一3O,+3a)区间.因此,可以把一3or和+3分别看

13、成该参数的最小可能值i和最大可能值L.同样,可以根据经验,首先确定该参数可能的最小和最大可能值,然后根据下式确定该参数的标准差,即Zlllill6(3)确定出均值和方差,可以根据工程经验或者现场试验结果确定其概率分布,这里为计算方便,均假设其符合正态函数分布.3防灾工程可靠度分析按条分法计算时,边坡功能函数可写为】R(tan,cosa,+cl,+P一Z一(4,g(X1=)=丝一一尺sin+,?DZ=窖(X)>0时边坡稳定,Z=g(X)=0边坡处于极限平衡状态,Z=g(X)<0边坡破坏.设防灾工程措施可以提供的抗滑力,均值为1,标准差为,服从(1,O1)的正态分布,且在统计上相互独立

14、.其它所有参数均服从N(bt,Oi)的正态分布,为简化计算,这里不考虑动水压力作用,D=0.保持其它参数分布不变,只考虑防灾措施的变异性对边坡稳定性的影响,既保持防灾措施抗滑力,的均值.不变,只改变均值的标准差,即服从为(,)的正态分布,计算由于.的不同,边坡破坏概率的变化.计算采用蒙特卡罗法进行计算,蒙特卡罗法(MonteCarlo)又称为随机抽样法,概率模拟法或统计试验法,该法是通过随机模拟和统计试验来求解工程可靠性的近似数值方法.蒙特卡罗方法的基础思想是67J:当已知边坡的岩土力学参数,几何参数等基本随机变量的概率分布时,根据边坡的极限状态函数Z=g(Xl,X2,X),利用蒙特卡罗方法产

15、生符合基本随机变量概率分布的一组随机数五,2,代入极限状态函数Z;g(x.,X,X.)中,得出极限状态函数的一个随机数z,用同样的方法产生个极限状态函数的随机数z,Z一,Z.如果在r个极限状态函数的随机数中有个小于等于l(以安全系数定义极限状态函数)或小于等于零(以安全余量定义极限状态函数),当足够大时,根据大数定理,此时的频率已近似于概率,因而可得到边坡的破坏概率=P(ZO)=MIN它适用于随机变量的概率密度分布形式已知或符合假定的情况,在目前可靠度计算中,是一种相对精确的方法.图l边坡计算简图Fig.1diagrammaticsketchofslopecalculation假定C和,统计上

16、相互独立且分别服从N(/.t,Oc),(,)的正态分布,其中3.0kPa,=0.3kPa,=0,3,-,=0.03,参数C,的变异系数为lO%,滑坡体材料容重,=20.0kN/m.按条分法,可得出此时安全系数为K=1.1O.上述参数按正态分布用蒙特卡罗进行模拟,计算得出边坡破坏概率Pr=0.12.如果此时对边坡进行加固处理,施加=50kPa的锚固力,再对边坡进行计算,依然假定C和统计上相互独立且分别服从N(3.0,0.3),N(O.3,0.03)的正态分布,即保持C和JF不变代入公式进行计算.为了计算方便,假定在统计上独立且满足N(1,t,O1)的正态分布,其中/d.=50kPa,01分别取3

17、.0,4.0,5.0,7.5.按式4计算其安全系数为K=1.18,当3kPa,即变异系数为6%,及=4kPa,既变异系数为8%,=5kPa,变异系数为10%,7.5kPa,变异系数为l5%,采用蒙特卡罗进行模拟,分别计算其边坡破坏概率为0.012,0.02,第1期刘东燕等:边坡防灾工程可靠度分析1450.O5,0.O8,0.10o可以看出,施加防灾工程后,边坡的安全系数从1.10提高到1.18,从直观上来看,边坡的稳定性得到了较大程度的加强.但使用可靠度方法进行分析时,可以看出,防灾工程所提供的边坡稳定性支持力变异系数不同,边坡的破坏概率不同,变异系数越大,边坡的破坏概率越大.当防灾工程提供的

18、边坡稳定性支持力变异系数为6%时,边坡的破坏概率从0.12提高到0.012,破坏概率得到了较大的提高,但随着支持力变异系数的增大,边坡的破坏概率逐渐增大,当变异系数为15%时,边坡的破坏概率从原来的0.12提高到0.10,虽然安全系数从1.10提到高l+l8,但边坡的破坏概率提高幅度不大,这时并不能认为边坡的稳定性得到了较大的提高.4结论对于不同的防灾措施,由于边坡稳定性支持力变异系数不同,导致的边坡稳定性不同,采用可靠度风险分析,施工可靠,变异系数较小的加固措施对边坡稳定性的作用就能得到更为合理的评价.传统的确定性设计由于是采用均值代入公式进行计算,不考虑参数的离散性,如果所采取的防灾措施所

19、提供的边坡稳定性支持力相同的话,计算得出的安全系数就相同,可以认为边坡的稳定性一样.引入可靠度分析后,可以对影响安全系数的每个影响因子均根据各自包含的不确定性予以适当考虑,由于施工时所面对的各种不确定因素不同,导致变异系数不同,最终计算得出的边坡破坏概率就不同.这也要求防灾工程施工中,要尽量降低支持力的变异性,减少边坡失效的风险.参考文献:【1J王海滋,沈荣芳.论防灾工程投资经济效果评价的一般方法【J.自然灾害,1995.(5):14.19.2】陈祖煜.土质边坡稳定分析原理,方法,程序【M】.北京:中国水利水电出版社.2001.f3】张倬元.滑坡防治工程的现状与发展展望【J1.地质灾害与环境保

20、护,2000.11(2):8997.【41成永刚.近二十年来国内滑坡研究的现状及动态【J1.地质灾害与环境保护,2003,14(4):15.5】陈希哲.土力学地基基础M】一E京:清华大学出版社,1998.6】傅旭东,赵善锐.用蒙特卡洛(Monl-Carlo)方法计算岩士工程的可靠度指标【J1_西南交通大学,1996,31(2):164168.【7】白峰青,卢兰萍.姜阁.地下工程的可靠性与风险决策【J】.辽宁工程技术大学.2000.19(3):237.239.待发表文章摘要预报活性炭性质对固定化生物活性炭净水效果的影响研究王广智,李伟光,何文杰,韩宏大,段蕾,丁驰,马晓娜摘要:通过对不同种类的活性炭进行人工固定化,研究了表征活性炭性质的重要性能指标,对固定化生物活性炭(IBAC)净水效果的影响作用.结果显示,影响固定化生物活性炭净水效果的活性炭主要性质,是以糖蜜值,碘值,单宁酸值为代表的活性炭孔隙分布;以平均粒径,有效粒径,均匀系数和修正摩擦系数,强度为代表的物理机械性能:以pH值为代表的化学性质.产生这种影响的主要原因,是活性炭的这些性质对在活性炭表面固定的优势菌种有重要的影响.关键词饮用水;活性炭性质;固定化生物活性炭;优势菌种