邊坡工程可靠度評估隨機因素綜述

李格燁

（同濟大學，上海）

1 緒論

滑坡是我國主要的地質災害之一，造成了極大的人員傷亡和財產損失。伴隨著人類各項工程活動，滑坡仍將可能呈現易發、多發、高發、頻發態勢，其防治工作面臨的形式依然嚴峻。傳統的邊坡工程分析將多種因素視為確定量，但是試驗表明，影響邊坡狀態的因素具有很強的不確定性和隨機性，如巖土材料參數、外部荷載等。用傳統的邊坡工程分析方法可能會造成較大的誤差。因此，非常有必要開展邊坡工程的可靠度評估。本文立足于開展邊坡工程可靠度評估的迫切需求，綜述了邊坡可靠度評估的隨機因素，并指出了在未來發展過程中需要重點解決的問題。

2 邊坡工程可靠度評估中隨機因素

2.1 隨機地震動

受震源、傳播途徑和場地條件等因素的影響，地震動具有強烈的不確定性和隨機性。自1947年，Housner（1947）提出理想白噪聲模型表征地震動的隨機性。至今，隨機地震動模型已經得到了全面發展，分為工程學模型和地震學模型兩類。

工程學模型利用功率譜等對地震動進行描述，它又分為平穩模型和非平穩模型。平穩隨機地震動模型主要包括白噪聲模型、Kanai-Tajini 模型、Clough-Penzien模型和其它改進過濾白噪聲模型。地震動的非平穩特性包括強度非平穩和頻率非平穩，針對強度非平穩特性，主要通過構造一個隨時間變化的強度包絡函數來實現，Bolotin模型（Bolotin，1965）至今仍被廣泛應用。針對頻率非平穩特性，可通過構造時-頻調制函數和建立時-頻功率譜模型實現。林家浩（1997）年提出了一種指數衰減型時-頻調制函數模型。胡燦陽、陳清軍等研究建議了一種雙調制函數模型。Cacciola和Deodatis（2011）基于Clough-Penzien 功率模型，提出了相應的時-頻功率譜模型；劉章軍、王磊等（2015）基于平穩地震動過程的胡聿賢-周錫元功率譜密度函數，提出了一類時-頻全非平穩地震動廣義演變功率譜模型。

地震學模型以地震學為基礎，建立相應的數學模型以預測地震所引起的地面運動。李杰和艾曉秋（2006）考慮了從基巖地震動到場地地震動的過程，建立了相應的模型。王鼎和李杰（2011）考慮震源、傳播途徑、場地的物理機制，建立工程隨機地震動模型。

2.2 巖土體隨機性

巖土體受到不同的物理、化學和自然環境作用，往往表現出一定的不確定性和隨機性?？衫秒S機變量模型和隨機場模型表征。

隨機變量模型將參數視為服從某分布類型的隨機變量，常用的分布類型主要有：正態分布、對數正態分布等。隨機變量模型具有理論簡單、計算方便等優點。Johari和Javadi（2012）認為巖土體摩擦角、粘聚力和容重遵循截斷的正態分布。Massih和Harb（2009）提出粘聚力服從對數正態分布，摩擦角服從β分布。

隨機場模型最早由Vanmarcke（1977）提出，利用相關距離、相關函數和方差折減函數定量描述。李萍等（2019）基于黃土地區勘察結果建立了強度參數在二維邊坡剖面的隨機場。許英等（2009）基于實測的靜力觸探資料建立了粘聚力和內摩擦角獨立、自相關和互相關的隨機場。

3 結語

本文綜述了邊坡可靠度評估中的隨機因素，可以發現隨機因素考慮日漸全面和完善。然而，目前的隨機因素考慮仍不完善，在今后的發展中應著重解決以下問題：

1.建立基于“震源-傳播路徑-場地”的隨機地震動模型。大多數的隨機地震動模型沒有深入考慮地震動生成的物理過程，開展基于物理過程的隨機地震動模型研究能更好地刻畫地震動的隨機性。另外，需注意邊坡工程中所采用的地震動時程曲線是否滿足目標反應譜設計的問題。

2.建立更為真實的巖土體隨機場模型。目前，大多是隨機場模型是平穩隨機場，未考慮巖土體材料隨深度變化，這與實際情況不符。因此，為了更好的描述巖土體的空間變異性，需建立巖土體參數的非平穩隨機場。此外，在三維邊坡工程問題中，需建立三維的隨機場模型。