基于蒙特卡洛法的隧道洞口仰坡稳定性分摘要：基于某隧道洞口仰坡工程所提供的数据，利用边坡可靠度分析方法中的蒙特卡洛法，计算隧道开挖前后，洞口仰坡的失效概率，同时，利用FLAC3D软件模拟隧道洞口仰坡变形状态，并采用强度折减法，计算其边坡稳定性系数，对边坡稳定性进行综合分析。计算结果表明，利用蒙特卡罗法得到，开挖前仰坡失效概率为3.82%，开挖后的失效概率为6.94%，；利用数值模拟得到，天然工况下边坡稳定性系数为1.23，开挖后边坡稳定性系数为1.03，进一步表明隧道洞口仰坡开挖隧道后存在一定的危险性，综合蒙特卡洛法及强度折减法对边坡稳定性进行评价具有切实的可行性。关键词：洞口仰坡；蒙特卡洛法；FLAC3D；强度折减法分类号：C35文献标识码：A1引言滑坡灾害是仅次于地震灾害和洪水灾害的一种严重自然灾害。面对滑坡灾害，为合理确定并评价滑坡体对工程的影响，必需进行边坡稳定性分析。结构可靠度指的是结构或构件在规定的时间内，在规定的条件下具备预定功能的概率。可靠度的近似分析的方法主要有有限元法、一次二阶矩法、二次二阶矩法、统计矩法和蒙特卡罗法等。其中，蒙特卡罗法是一类采用统计抽样理论近似求解数学、物理和工程技术问题的数值方法，这类方法仍属概率法，其计算效率较高，尽管得出的结构失效概率带有一定的近似性，但通常其精度足以满足工程的需要，因此在工程中得到广泛应用。强度折减法是由Duncan提出，定义边坡的稳定安全系数为土的实际抗剪强度与临界破坏时折减后的剪切强度之比。强度折减法不断调整土体的强度指标c、，其中为折减系数，然后对边坡进行数值分析，通过不断增加折减系数，反复分析边坡，直到其迗到临界破坏，此时得到的折减系数即为稳定安全系数。采用强度折减法，可以直接利用FLAC3D软件进行边坡稳定性系数计算，作为边坡稳定性的判断依据。2工程地质概况隧道出口地区属构造剥蚀丘陵一低山地貌区，地形起伏较大，植被较发育。隧道出口地形坡度稍陡，隧道轴线经过地段地面高程约300m〜558m。隧道进口斜坡较陡，出口斜坡较缓。隧道进出口两端均分布有乡村公路。其隧道地质组成及特征如下：①覆盖层：边坡覆盖层物质成份主要为第四系残坡积碎石土及粉质粘土夹碎石，灰黄-黄褐色，碎石成份为强风化片岩，稍密，土石比4:6,碎石粒径一般为2〜8cm。粉质粘土呈硬可塑状。覆盖层平均厚度8.00m。②基岩：边坡下伏基岩的成份为片岩，灰黄、青灰色，鳞片状变晶结构，片状构造，主要矿物成份为云母、石英、钠长石，根据岩石风化程度可分为强风化带和中风化带，采取中风化岩石样作饱和单轴抗压强度试验，抗压强度17.25〜23.64Mpa,平均值为20.88Mpa，天然重度Y=26.80〜28.20KN/m3,平均值为27.68Mpa。边坡全貌图1所示:1场区边坡全貌隧道轴线经过地段地面高程约290〜540m，场区地形经人工形成多级平台，边坡平面上呈“圈椅状”，方向285°，边坡后缘高程364m，前缘高程292m，前后缘高差72m。3可靠度及边坡稳定性评价3.1蒙特卡洛法原理蒙特卡洛法［1］亦称为随机抽样技术或统计试验方法，是人工产生和利用随机数的方法的总称。蒙特卡洛法根据随机变量Xi的分布函数选取随机数输入到分析中，由此可以得到一个安全系数。由于输入的参数是随机变量，因此得到的安全系数也是一个随机变量，通过重复运算，就可以得到能够代表安全系数的随机样本，由此样本，可以进行统计特征计算和分布拟合检验，最后求解安全指标可靠度和失效概率。其计算过程如图2所示:2蒙特卡洛法计算过程可靠度评价标准［2］如表1、2所示：表1破坏概率与斜坡稳定状况划分表蒙特卡洛法主要的确定在于其重复计算量极大，但目前计算机的广泛应用已经解决了这个问题，类似MATLAB等数值分析软件使运算效率及精度大大提高［3］。蒙特卡洛法不受极限状态方程是否线性，分布是否服从正态等条件的限制，只要模拟次数足够多，就能得到一个相对精确的失效概率值；蒙特卡洛法除了能求解构件可靠度问题，还能很方便地求解体系可靠度问题；蒙特卡洛法还可用来拟合线型［4-5］。因此，被广泛应用于水工、港口结构及岩土工程中。3.2计算参数选择及模型建立首先根据一般的工程情况，拟建立优化...