基于Copula理论的高桩码头岸坡可靠性分析

范军甫; 崔春义; 季则舟; 熊琦; 尤再进; 王坤鹏

doi:10.13409/j.cnki.jdpme.20230329001

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

基于Copula理论的高桩码头岸坡可靠性分析

“海洋工程监测与灾害防控”专题 | 更新时间：2024-06-26

- 基于Copula理论的高桩码头岸坡可靠性分析
- Reliability Analysis of Piled Wharf and Bank Slope Based on Copula Theory
- 防灾减灾工程学报 2024年44卷第3期页码：518-524
- 作者机构：
  
  1.大连海事大学土木工程系，辽宁大连 116026
  2.大连海事大学港口与航运安全协同创新中心，辽宁大连 116026
  3.中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津300222
- 作者简介：
  
  范军甫（1998—），男，硕士研究生。主要从事桩土相互作用研究。E‑mail：fanjunfu980830@163.com
  崔春义（1978—），男，教授，博导，博士。主要从事岩土工程数值与解析方法研究。E-mail：cuichunyi@dlmu.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划项目(2021YFB2601102);国家自然科学基金面上项目(51878109;52178315);辽宁省航运联合基金项目(2020‑HYLH‑48)
- DOI：10.13409/j.cnki.jdpme.20230329001
  中图分类号： U656
- 收稿：2023-03-29，
  
  修回：2023-05-23，
  
  纸质出版：2024-06-25
- 稿件说明：
移动端阅览
范军甫,崔春义,季则舟等.基于Copula理论的高桩码头岸坡可靠性分析[J].防灾减灾工程学报,2024,44(03):518-524.

FAN Junfu,CUI Chunyi,JI Zezhou,et al.Reliability Analysis of Piled Wharf and Bank Slope Based on Copula Theory[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2024,44(03):518-524.
范军甫,崔春义,季则舟等.基于Copula理论的高桩码头岸坡可靠性分析[J].防灾减灾工程学报,2024,44(03):518-524. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20230329001.

FAN Junfu,CUI Chunyi,JI Zezhou,et al.Reliability Analysis of Piled Wharf and Bank Slope Based on Copula Theory[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2024,44(03):518-524. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20230329001.

摘要

高桩码头岸坡稳定性对整体码头结构安全至关重要。为进一步探究高桩码头岸坡土体强度参数相关性及空间变异性对高桩码头岸坡可靠性的影响规律，基于Copula理论考虑岸坡土体参数的联合概率分布特性，采用PLAXIS计算平台建立高桩码头‑岸坡体系数值计算模型，进一步通过Python API接口，编译完成了可自动数据交互与求解的外挂子程序SAPW，并实现了高桩码头岸坡体系参数化前处理、样本工况计算和可靠性求解的一体化、全链条可靠性分析框架流程，并在此基础之上结合蒙特卡罗模拟方法，开展了相关数值计算与参数化分析，探讨了黏聚力、内摩擦角变异系数以及二者相关系数对高桩码头岸坡可靠性的影响规律。结果表明：在高桩码头设计与分析中，忽略土体参数相关性和空间变异性会高估岸坡失效概率，进而导致相关可靠度分析偏于保守，在高桩码头岸坡可靠度分析中宜采用多种Copula函数进行综合考虑。

Abstract

The stability of bank slopes in a piled wharf is critical for the overall safety of the wharf structure. In order to further investigate the influence of the correlation and spatial variability of soil strength parameters on the reliability of piled wharf bank slopes

this paper employed Copula theory to analyze the joint probability distribution characteristics of bank slope soil parameters. Utilizing the PLAXIS computational platform

a numerical model of piled wharf-slope system was established. Additionally

an auxiliary subroutine named SAPW was developed via Python API interface to facilitate automatic data exchange and solution computation. This integrated

end-to-end reliability analysis framework encompassed pre-processing of parameters

calculation of sample conditions and reliability solving for the high-pile wharf-slope system. Furthermore

Monte Carlo simulation methods were used to conduct related numerical computations and parameterized analyses

investigating the impact of cohesion

internal friction angle variability

and their correlation coefficients on the reliability of piled wharf bank slopes. The results show that neglecting the correlation and spatial variability of soil parameters in the design and analysis of piled wharfs can overestimate the probability of bank slope failure. This

in turn

leads to a conservative bias in related reliability analyses. Therefore

it is advisable to employ various Copula functions for comprehensive consideration in the reliability analysis of piled wharf bank slopes.

关键词

Keywords

references

Alzo U A K . Rock slopes processes and recommendedmethods for analysis ［J］. International Journal of GEOMATE ， 2016 ， 11 （ 25 ）： 2520 ‑ 2527 .

Phoon K K ， Kulhawy F H . Characterization of geotechnical variability ［J］. Canadian Geotechnical Journal ， 1999 ， 36 （ 4 ）： 612 ‑ 624 .

Li L ， Chu X . Risk assessment of slope failure by representative slip surfaces and response surface function ［J］. KSCE Journal of Civil Engineering ， 2016 ， 20 （ 5 ）： 1783 ‑ 1792 .

张蕾 . 基于Copula函数的岩土体抗剪强度参数二维分布模型研究［D］. 武汉：武汉大学， 2017 .

Zhang L . Bivariate distribution of shear strength parameters of soils and rocks using copula ［D］. Wuhan ： Wuhan University ， 2017 . （in Chinese）

Harrop‑Williams K . Probability distribution of strength parameters in uniform soils ［J］. Journal of Engineering Mechanics ， 1986 ， 112 （ 3 ）： 20478 .

Zhou X P ， Zhu B Z ， Wong L N Y . A stability analysis of landslides based on random fields， part II： base circle slope ［J］. Bulletin of Engineering Geology and the Environment ， 2017 ， 78 （ 11 ）： 1 ‑ 14 .

Jiang S ， Huang J ， Yao C ， et al . Quantitative risk assessment of slope failure in 2‑D spatially variable soil by limit equilibrium method ［J］. Applied Mathematical Modelling ， 2017 ， 47 ： 710 ‑ 725 .

陈旺旺，李典庆，唐小松，等 . 抗剪强度参数概率分布的最大熵估计及边坡可靠度分析［J］. 岩土力学， 2018 ， 39 （ 4 ）： 1469 ‑ 1478 .

Chen W W ， Li D Q ， Tang X S ， et al . Probability distribution of shear strength parameters using maximum entropy principle for slope reliability analysis ［J］. Rock and Soil Mechanics ， 2018 ， 39 （ 4 ）： 1469 ‑ 1478 . （in Chinese）

Tang X ， Li D ， Cao Z ， et al . Impact of sample size on geotechnical probabilistic model identification ［J］. Computers and Geotechnics ， 2017 ， 87 ： 229 ‑ 240 .

Zhang L ， Li D ， Tang X ， et al . Bayesian model comparison and characterization of bivariate distribution for shear strength parameters of soil ［J］. Computers and Geotechnics ， 2018 ， 95 ： 110 ‑ 118 .

Wu X Z . Trivariate analysis of soil ranking‑correlated characteristics and its application to probabilistic stability assessments in geotechnical engineering problems ［J］. Soils and Foundations ， 2013 ， 53 （ 4 ）： 540 ‑ 556 .

Das G K ， Hazra B ， Garg A ， et al . Stochastic hydro‑mechanical stability of vegetated slopes： An integrated copula‑based framework ［J］. Catena ， 2018 ， 160 ： 124 ‑ 133 .

宋来福，孔宪京，徐斌，等 . 基于Copula函数的土石坝三维坝坡稳定可靠度分析［J］. 大连理工大学学报， 2021 ， 61 （ 1 ）： 92 ‑ 103 .

Song L F ， Kong X J ， Xu B ， et al . Reliability analysis of 3D rockfill dam slope stability based on Copula Function ［J］. Journal of Dalian University of Technology ， 2021 ， 61 （ 1 ）： 92 ‑ 103 . （in Chinese）

Nelsen R B . An introduction to copulas ［M］. New York ： Springer ， 2006 .

Ji J ， Zhang C ， Gao Y ， et al . Effect of 2D spatial variability on slope reliability： A simplified FORM analysis ［J］. Geoscience Frontiers ， 2018 ， 9 （ 6 ）： 1631 ‑ 1638 .

刘春，白世伟，赵洪波 . 黏性土土性指标的统计规律研究［J］. 岩土力学， 2003 ， 24 （增2 ）： 180 ‑ 184 .

Liu C ， Bai S W ， Zhao H B . Statistical regularity research of physical and mechanical indexes of clay ［J］. Rock and Soil Mechanics ， 2003 ， 24 （ Sup2 ）： 180 ‑ 184 . （in Chinese）

周鑫隆 . 基于Copula的互相关随机场模拟及土坡可靠度分析［D］. 武汉：武汉理工大学， 2020 .

Zhou X L . Simulation of cross‑correlated random fields and and soil slope reliability analysis based on Copula approach ［D］. Wuhan ： Wuhan University of Technology ， 2020 . （in Chinese）

蒋水华，李典庆，周创兵，等 . 考虑自相关函数影响的边坡可靠度分析［J］. 岩土工程学报， 2013 ， 36 （ 3 ）： 508 ‑ 518 .

Jiang S H ， Li D Q ， Zhou C B ， et al . Slope reliability analysis considering effect of autocorrelation functions ［J］. Chinese Journal of Geotechnical Engineering ， 2013 ， 36 （ 3 ）： 508 ‑ 518 . （in Chinese）

黄振平 . 水文统计学［M］. 南京：河海大学出版社， 2003 .

Huang Z P . Hydrologic statistics ［M］. Nanjing ： Hohai University Press ， 2003 . （in Chinese）

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

暂无数据