[发明专利]一种边坡可靠度分析与风险评估方法

说明书

本发明提供了一种边坡可靠度分析与风险评估方法，包括对待评估的边坡工程建立边坡模型；获取土体抗剪强度参数的训练样本，并计算样本对应的安全系数；针对边坡的每一条潜在滑面建立安全系数与岩土参数之间的克里金代理模型，形成边坡稳定性分析的多重响应面模型；利用校准后的多重克里金模型预测蒙特卡洛模拟样本点的安全系数与相关的边坡失效后果；根据安全系数与失效后果，计算边坡的失效概率和破坏风险。相较于传统克里金模型，该方法可以获取评估边坡风险的关键参数‑失效后果，而且在面对非线性程度高的复杂边坡时，其预测结果更加精准，增强了克里金模型在边坡可靠度分析与风险评估中的实用性。

技术领域

本发明涉及边坡工程安全性评估技术领域，特别涉及一种边坡可靠度分析与风险评估方法。

背景技术

边坡稳定性分析通常涉及各种不确定性因素，如岩土体参数的不确定性，而以安全系数作为边坡稳定判据的确定性分析方法无法准确量化这些不确定性因素的影响。另一方面，基于概率理论的可靠度分析方法以及边坡风险评估则可以将这些不确定性量化到边坡稳定性分析中。通常采用蒙特卡洛模拟(MCS)以获得失效概率的无偏估计。但蒙特卡洛模拟往往需要重复大量的确定性边坡稳定性分析(如有限元法和极限平衡法)，尤其在确定性模型复杂和低失效概率的情况下，计算所需时间更多。

相比于繁琐耗时的蒙特卡洛模拟，响应面法可以快速且准确地求出边坡的失效概率。其中，基于克里金模型的响应面法由于其精准插值的特性而备受关注。克里金模型是一种方差估计最小的无偏差估计模型，只需已知部分信息，便可模拟某点待求信息，且无需给出模拟函数形式，能避免多项式函数对结构后续求解产生的影响。

但目前已有的基于kriging模型的边坡可靠度分析方法仍有一些待解决的问题，例如公开号为CN112329349A的专利文献。首先是上述方法无法得到评估边坡风险的具体参数，如边坡失稳的破坏后果。边坡沿任意潜在滑面滑动便会发生破坏，而不同滑面的失效概率与破坏后果也可能不同。可靠度分析考虑了土体参数的不确定性，从而导致与最小安全系数相关的临界滑面存在不确定性。若基于单个滑面(如确定性滑面)评估失效概率与风险，其值会被低估；而考虑所有潜在滑面，其值会因不同滑面安全系数的高度相关性而被高估。因此，可采用定量风险分析方法，仅考虑会发生破坏的滑面及其破坏后果，而一般破坏后果是通过滑体体积来衡量。但传统的单个克里金模型的输出结果只是每个样本的最小安全系数，而无法定位最小安全系数对应的滑体体积。其次是传统克里金法的精度仍有待提高，因为克里金法是将训练样本及其最小安全系数作为输入值进而建模，这个过程只考虑了代表性滑面而忽略了其他大量滑面，没有考虑每一个滑面的具体情况，从而产生一定的误差。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种高效的边坡可靠度分析与风险评估新方法，该方法不仅可对边坡进行风险评估，且在面对非线性程度高的复杂边坡时，可较大幅度的提高计算精度。

为了达到上述目的，本发明提供了一种边坡可靠度分析与风险评估方法，具体包括如下步骤：

S1，对待评估的边坡工程建立边坡模型；

S2，获取土体抗剪强度参数的训练样本，并计算样本对应的安全系数；

S3，基于抗剪强度参数的训练样本和相应的安全系数，针对边坡的每一条潜在滑面建立安全系数与岩土参数之间的克里金模型，形成边坡稳定性分析的多重克里金模型；

S4，利用构建的多重克里金模型预测蒙特卡洛模拟样本点的安全系数与相关的边坡失效后果；

S5，根据预测的安全系数与失效后果，计算边坡的失效概率和破坏风险。

在步骤S1中，所描述的边坡模型根据边坡工程的几何参数、岩土体的物理力学参数以及滑面剪入剪出范围构建，得到均值安全系数和N条潜在滑面。

进一步地，步骤S2具体包括如下子步骤：