基于Monte-Carlo法的大型弃渣场边坡稳定风险分析
喻文振1，吴小伟2，罗立哲1
【摘 要】摘要：水利水电工程弃渣场具有弃渣料来源复杂且不易控制等特点，考虑弃渣料岩土力学参数的随机性，依据概率分布与随机模糊理论拟定参数分布类型与统计特征值，基于Monte-Carlo法，建立弃渣场边坡稳定风险分析模型，对大型弃渣场边坡的稳定风险率进行了评估。由于该模型是对安全系数与风险率的双维度分析，所以更全面的反映了大型弃渣场边坡的稳定性。 【期刊名称】水电与新能源 【年(卷),期】2024(032)005 【总页数】4
【关键词】大型弃渣场；边坡稳定；随机模糊理论；Monte-Carlo法；风险分析
水利水电工程大型弃渣场作为重要的施工临时设施，具有大容量、高边坡、弃渣料复杂、堆存时间长等特点，一旦发生大型弃渣场滑坡，会带来巨大且难以弥补的损失，大型弃渣场边坡稳定是工程设计与施工安全的重要因素。传统的弃渣场边坡稳定性分析中仅单一考虑弃渣岩土力学参数的定值。张永彬等[1]针对废渣场的废渣材料软硬比例，应用极限平衡法、数值模拟及数值微分法对弃渣稳定性进行分析计算；马晓燕等[2]采用平面滑动法计算砂性土弃渣场边坡的稳定性；李伟[3]利用摩根斯顿-普赖斯法及不平衡推力传递法对渣场边坡进行稳定分析；王光辉[4]采用极限平衡法分析了弃渣场在降雨条件下的边坡稳定性。 水利水电工程大型弃渣场受渣料来源、填筑、压实工艺等多因素影响，土体参数性质的随机性较一般边坡更大，进而导致其稳定性具有更大的不确定性。因
此引入随机性分析对弃渣场边坡的稳定性计算，更符合工程实际需求。本文考虑弃渣料岩土力学参数的随机性，拟定参数分布类型与统计特征值，基于Monte-Carlo法，建立弃渣场边坡稳定风险分析模型，评估大型弃渣场边坡的稳定及风险率。
1 渣体土石料随机性分析
影响弃渣场边坡稳定的岩土参数主要为弃渣料的物理力学指标，通过分析边坡稳定计算所需主要参数的随机性，确定参数的分布类型和统计特征值。 1.1 拟合参数分布
对弃渣料岩土参数分布的确定，目前常采用拟合检验方法，根据经验，假设岩土参数服从某一种或几种经典的理论分布，在χ2检验法和K-S检验法基础上，通过分析经验函数和假设理论分布函数的偏差，定义拟合优度指标，利用该指标对假设分布进行检验，确定参数的最优拟合概率分布[5]。根据实践经验和已有成果，某一岩土力学参数只可能服从有限的几种分布类型，如重度γ可能服从正态分布，黏聚力c可能服从正态分布或对数正态分布，内摩擦角φ可能服从正态分布或极值I分布。 1.2 确定参数统计特征值
采用随机模糊理论统计分析渣体土石料力学参数的统计特征，获取容量为n的某岩土力学参数实测样本(x1,x2,…,xn)，记随机模糊均值为取为U=(x1,x2,…,xn)上的模糊子集，令为元素xi对的隶属度。根据理论经验，为隶属度函数，其表达式为
式中，Di1是xi关于模糊集合的核点的马氏距离，其表达式为
ωi称为模糊权重系数，在不同的统计特征值中，文献[6]分别建议了不同ωi取
值的计算方法。
按照隶属度定义，的核点集合为按照实际样本值整体上隶属于样本模糊子集A的程度最大的原则，寻找到所具有的统计特征，组成目标函数
若马氏距离Di1越小，则它对的隶属度越大，在核点处，隶属第最大为1，为明确模糊集合中的元素对其隶属度的标准，取核点作为参照点，取ω01为常数，为求得极值，对式(8)求一阶导数并令其为0，可得 在此基础上可求得样本模糊均值表达式为 同理，可得样本模糊方差表达式为
2 弃渣场边坡稳定风险分析模型
进行边坡稳定性计算时，多采用极限平衡法，在不考虑地下水和地震作用的情况下，简化Bishop法模型简单易于计算，且具有较高的精度。简化Bishop法基本公式[7]如下：
结合简化Bishop法稳定系数的计算公式，通过耦合Monte-Carlo法[8]进行风险分析，令功能函数根据规程规范确定的边坡稳定安全系数Fst确定判别准则，若功能函数Z 3 实例分析 3.1 工程概况 某水电站装机2 250 MW，双曲拱坝最大坝高213 m，其主要弃渣场为沟道型，渣场容量为1 500万m3，渣顶至坡脚的最大高差235 m，平均堆高50 m，填渣边坡坡比1∶2，每隔10～15 m设置一道宽2 m马道，弃渣场等级为1
基于Monte-Carlo法的大型弃渣场边坡稳定风险分析
