堤防土体渗透参数的概率分布研究.pdfVIP

第26卷 第4期 长 江 科 学 院 院 报 V01．26No．4 2009年 4月 JournalofYangtzeRiverScientificResearchInstitute Apr．2009 文章编号 ：1001—5485(2009)04—0036—04 堤防土体渗透参数的概率分布研究 李少龙，朱国胜，定培中，张文三 (长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室，武汉 430010) 摘要：确定渗透参数的概率分布是堤防渗透稳定可靠性分析的基础。阐述了土体渗透系数和临界水力比降的概率 分布研究概况。通过分布参数的极大似然估计和A-D法分布拟合检验，分析了堤防粉质粘土和粉质壤土的渗透系 数概率分布 ；基于太沙基公式，将土粒相对密度和孔隙比作为随机变量，推导了临界水力比降的概率密度函数。分 析表明，渗透系数的概率分布符合对数正态分布，临界比降的概率分布为近似正态分布。 关 键 词 ：渗透系数；临界水力比降；概率分布；堤防 中图分类号 ：TB114 文献标识码：A 我 国堤防多是经过一定历史时期不断加高培厚 的不同而有所差异。土的颗粒或孔隙在空间上作随 而形成的，且其地质情况复杂，堤线较长，受不确定 机排列，颗粒之间的作用力也是随机分布的，土体存 性因素影响众多，往往存在渗透稳定 问题。堤防土 在非均匀性和随机性，同时土体所处的物理状态及 体多具有不均匀性，与堤防渗流密切相关的渗透系 环境条件可能不同，因而土性参数具有较大的随机 数与临界水力 比降等参数具有不同程度 的变异性。 变异性。鉴于堤防土体的复杂性，研究其渗透参数 然而，用传统的方法进行堤防渗流安全评估时，通常 概型分布的推断方法及概率分布规律，可加深认识 假定土体分区均匀，将渗透系数与临界水力比降在 岩土介质的随机特性，对堤防渗透稳定可靠性分析 分区内作为常数 。近些年发展起来的可靠性分析方 具有重要意义。 法较好地考虑了堤防土体参数的随机性和变异性。 随机水文地质领域的研究表 明，渗透系数在空 在渗透稳定可靠性分析中，确定渗透参数的概 间上的分布变化是极其复杂的，含水层的渗透系数 率分布是必不可少的工作。可靠度分析方法，如 目 在空 间上 的变 化 可 达 几 个 数 量 级_1J。R．A． 前应用较多的一次二阶矩方法，需要根据基本随机 FreezeE2]统计大量渗透系数空间变异性的结果，认 变量的概率分布进行当量正态化来计算可靠指标和 为渗透系数可用对数正态分布来描述。这一结论被 失效概率。随机参数的概率分布对可靠度计算的最 后来的研究者在随机地下水运动的研究 中广泛应 终计算结果具有重要影响。参数概率分布规律是利 用。E．A．SudickyE3_在加拿大Borden含水层进行野 用可靠度理论进行堤防渗透稳定分析的基础 ，然而 外试验，经过分析得出渗透系数服从对数正态分布 目前对堤防土体渗透参数特别是抗渗强度概率分布 的结论。众多试验研究和随机模拟都认可渗透系数 的研究较少。本文分析土体渗透系数与抗渗强度的 服从对数正态分布，即对数渗透系数服从正态分布， 概率分布特征及分析方法，为堤防渗透稳定的可靠 这在数学处理上也带来较大方便，其统计特征可用 性分析提供基础。 均值和协方差函数完全描述。此外，根据中心极限 定理，受大量相互独立的随机因素影响，每一个别因 素在总影响中所起作用不太大的随机变量，仍服从 1 土体渗透参数的随机