基于F―A―M的桥梁滑坡易损性分析研究

摘要：随着高速公路逐步向西部山区延伸，修建在山区的桥梁结构常常遭遇到滑坡的威胁，因此有必要在桥梁建设之前对桥梁遭遇到滑坡的易损性进行评估，以此指导施工单位采取效果措施减小滑坡对桥梁结构造成的损坏。本文采用利用F-A-M法进行桥梁结构滑坡易损度计算。

关键词：滑坡 F-A-M 桥梁易损度

中图分类号：U4 文献标识码：A 文章编号：1007-0745（2013）05-0252-02

1.引言

高速公路不断向西部山区发展，山区特殊的地质水温状况，使得滑坡等地质灾害频发，桥梁作为带状结构物不免要受到滑坡的破坏，对滑坡区的桥梁进行滑坡易损性风险评估，为施工单位提供参考。所谓F-A-M法就是神经网络-有限元-蒙特卡罗模拟计算方法。以往利用有限元计算概率的方法的计算量过于庞大，利用F-A-M法则可避免这一弊端。

2.F-A-M法的原理

2.1. F-A-M法的基本原理及思路

基于F-A-M的风险概率计算方法，是以有限元软件计算、神经网络仿真分析、蒙特卡罗方法模拟为基础，通过有限元软件数值计算来建立一个可靠的神经网络模型，然后根据蒙特卡罗模拟的有关理论，最终得到概率值。F-A-M法的基本思路为：首先建立描述问题相近的概率模型，并利用相似性把这个概率模型的某些特征（变量的均值方差等）与数学计算问题的解答联系起来，然后对模型进行随机模拟和统计抽样，最终利用所得结果求出这些特征的统计估值作为原来数学计算问题的近似解[1]。

2.2. F-A-M法的基本步骤

3.F-A-M法的实桥应用

3.1 工程概况

该桥位于湖北省境内，上部结构为7*30m预应力混凝土T型连续梁桥，双柱式桥墩，U型扩大基础。桥位跨越处为三峡水库蓄水淹没区，两侧均为斜坡且都种植桔树，其中一侧坡度较大约50°。不良地质为顺层土坡，坡体表面堆积碎石土，结构松散，下伏侏罗系的粉砂土，坡面与岩层产状近一致，构成顺坡结构，便道开挖不当会导致坡体失稳或坍滑。另外三峡库区蓄水以后，导致坡脚长期浸泡的水中，极易引起土体失稳而塌岸。

3.2 概率计算

通过有限元软件MIDAS CIVIL建立模型如图2。将利用岩土软件计算得出12组滑坡冲击力，将其加载到3号桥墩上，计算两桥梁结构的内力。经计算最危险单元均位于墩底，结果见表1。图3是第一组力计算的结果。

利用MATLAB建立神经网络，利用上面的数据进行网络的训练与检验。结果见表2所示。

由表2可知神经网络与有限元计算结果的误差较小，最大的为3.66%，这对于山区桥梁滑坡易损性风险分析是足够准确的。

参考文献：[2]中的计算公式计算桥墩的屈服弯矩M=6352.4KNm。根据蒙特卡罗原理，利用MATLAB编写程序随机产生多组随机数，然后将各组随机数分别带入已经训练好的网络中，最后统计出超过屈服弯矩的值得个数，得到山区桥梁滑坡风险概率，详见表3。

由表3可知随着模拟次数的增加，概率趋于稳定，并近似等于0.076。

4.结论

基于神经网络-有限元-蒙特卡罗（F-A-M）模拟计算方法很好的解决了传统概率计算中遇到的桥梁结构极限状态函数呈隐式、高次非线性的问题。而且避免了单纯使用有限元软件计算风险概率的庞大计算量的难题，利用神经网络以及蒙特卡罗的原理大大减少了结构有限元的计算次数，提高了计算效率。

参考文献：

[1]巩春领.大跨度斜拉桥施工风险分析与对策研究[D].上海：同济大学，2006：51-60

[2]混凝土结构设计规范（GB50010-2010）[S]：230-231