(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210618582.4 (22)申请日 2022.05.30 (71)申请人 合肥工业大 学 地址 230009 安徽省合肥市包河区屯溪路 193号 (72)发明人 林鑫　谭晓慧　费锁柱　孙志豪　 董小乐　 (74)专利代理 机构 合肥和瑞知识产权代理事务 所(普通合伙) 34118 专利代理师 王挺 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/13(2020.01) G06F 119/02(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种考虑土体参数随机场 的可靠度敏感性 分析方法 (57)摘要 本发明提供了一种考虑土体参数随机场 的 可靠度敏感性分析方法， 涉及土体参数随机场分 析技术领域。 包括以下步骤： 建立岩土结构模型 并进行网格划分； 建立土体参数随机场的概率分 布模型； 计算Kar hunen–Loève展开法中随机场的 特征值和网格化特征函数； 计算一阶可靠度分析 方法的设计点和可靠指标； 基于设计点和可靠指 标计算均值可靠度敏感性指标和标准差可靠度 敏感性指标。 主要内容为解析地推导了土体参数 随机场的均值可靠度敏感性指标和标准差可靠 度敏感性指标， 可识别土体参数随机场中的重要 区域， 有益于工程师和研究者了解在随机场中岩 土结构的失效机制、 失效模式和潜在风险。 权利要求书7页 说明书18页 附图6页 CN 115017766 A 2022.09.06 CN 115017766 A 1.一种考虑土体参数随机场的可靠度敏感性分析 方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 步骤1， 建立岩土结构模型并进行网格划分 步骤1.1， 建立岩土结构模型 岩土结构模型选取浅基础模型， 浅基础模型由浅基础和土体组成， 所述土体位于浅基 础的正下 方， 在有限差分软件FLAC中建立浅基础模型的具体过程如下： 将浅基础模型设立于与地球表面垂直的一个截面中， 浅基础模型由上而下包括由浅基 础部分形成的浅基础矩形和土体部 分形成的土体矩形， 其中土体矩形的底部边长设为水平 方向， 土体矩形 的左部边长设为竖直方向； 浅基础模型 的边界条件为土体矩形 的左部边长 和右部边长在水平方向上固定， 土体矩形的底部边长在水平方向和竖直方向上均固定； 记土体矩形左下角的端点为端点AS， 记土体矩形在水平方向上的宽度为KS， 在竖直方向 上的高度为HS， 浅基础矩形在水平方向上的宽度为KF， 在竖直方向上的高度为HF； 以端点AS 作为原点， 水平方向为x方向， 竖直方向为y方向， 建立 一个xy平面 坐标系； 步骤1.2， 进行网格划分 将步骤1.1中的土体矩形离散为Ne个网格， 并按照从下而上、 从左向右的顺序对Ne个网 格进行排序， 将其中的任意一个记为网格Wk， k为网格Wk的序号， k＝1， 2， ...， Ne； 将每一个网 格 中 心 点 的 坐 标 作 为 该 网 格 的 坐 标 ，则 得 到 Ne个 网 格 坐 标 的 集 合 W ， 其中， (xZk， yZk)为网格Wk的坐 标； 记网格Wk的面积为Sk； 步骤2， 建立土体参数随机场的概 率分布模型 对步骤1中的岩土结构模型建立土体参数随机场的概率分布模型， 所述土体参数为不 排水抗剪强度、 黏聚力、 内摩擦角、 弹性模量、 泊松比和密度中的任意一个， 所述概率分布模 型包括概率分布类型、 均值 函数、 标准差函数和自相关函数； 记(x， y)和(x ′， y′)为步骤1中的岩土结构模型中的任意两个位置点， 土体参数随机场 为随机场H(x， y)， 其 概率分布类型为对数正态分布； 记随机场H(x， y)的均值函数为均 值函数 μ(x， y)， μ(x， y)＝aμ+bμ(HS‑y)， 其中， aμ为土体 参数在水平方向上的均值， 记为水平均值aμ， bμ为水平均值aμ沿土体竖直方向上的增幅， 记 为均值增幅bμ； 记随机场H(x， y)的标准差函数为标准差函数σ(x， y)， σ(x， y)＝aσ+bσ(HS‑y)， 其中， aσ为 土体参数在水平方向上的标准差， 记 为水平标准差aσ， bσ为水平标准差aσ沿土体竖直方向上 的增幅， 记为标准差增幅bσ； 记随机场H(x， y)的变异系数函数为变异系数函数δ(x， y)， δ(x， y)＝σ(x， y)/ μ(x， y)， 记 随机场H(x， y)的对数均值函数为对数均值函数 μLN(x， y)， μLN(x， y)＝ln μ(x， y) ‑[ln(1+δ2(x， y))]/2， 记随机场H(x， y)的对数标准差函数为对数标准差函数σLN(x， y)， σLN(x， y)＝[1n(1+ δ2(x， y))]1/2； 记随机场H(x， y)的自相关函数为自相关函数ρ((x， y)， (x ′， y′))， 该自相关函数ρ((x， y)， (x′， y′))选取为单指数 型函数， 其表达式为：权　利　要　求　书 1/7 页 2 CN 115017766 A 2式中， Lh为水平自相关距离， Lv为竖直自相关距离； 步骤3， 计算Karhunen ‑Loève展开法中随机场的特 征值和网格化特 征函数 将Karhunen ‑Loève展开法记为KL展开法； 步骤3.1， 计算KL展开法中随机场的水平特 征值和水平特 征函数 将KL展开法中沿水平方向上的展开项数记为水平展开项数M1， 将M1个水平展开项中的 任意一个记为水平展开项 m1为水平展开项 的序号， m1＝1， 2， ...， M1； 将随机场H (x， y)在水平方 向上的缩放系数记为水平缩放系数ax， ax＝KS/2， 将随机场H(x， y)在水平方 向上的平移系数记为水平平移系数Tx， Tx＝KS/2， 将随机场H(x， y)在水平方向上的特征值记 为水平特 征值 其表达式为： 式中， 为第一水平特征解， 通过方程 反解， 取值区间为 [max{(m1‑2)π/(2ax) ， 0}， m1π/(2ax)]， 为第二水平特征解， 通过方程 反解， 取值区间为[max{(m1‑1)π/(2ax)， 0}， (m1+1)π/(2ax)]； 将随机场H(x， y)在水平方向上的特 征函数记为水平特 征函数 其表达式为： 步骤3.2， 计算KL展开法中随机场的竖直特 征值和竖直特 征函数 将KL展开法中沿竖直方向上的展开项数记为竖直展开项数M2， 将M2个竖直展开项中的 任意一个记为竖直展开项 m2为竖直展开项 的序号， m2＝1， 2， ...， M2； 将随机场H (x， y)在竖直方 向上的缩放系数记为竖直缩放系数ay， ay＝HS/2， 将随机场H(x， y)在竖直方 向上的平移系数记为竖直平移系数Ty， Ty＝HS/2， 将随机场H(x， y)在竖直方向上的特征值记 为竖直特 征值 其表达式为：权　利　要　求　书 2/7 页 3 CN 115017766 A 3