利用现场勘测对开挖支撑进行土壤参数的贝叶斯分析
摘要：
提出了一种利用现场勘测的贝叶斯框架对多段加固开挖中土体参数进行逆向分析和更新的方法。由于土体参数的不确定性、分析模型的不完善以及施工变异性等因素的影响，土体参数只能作为概率分布来推断。在本文中使用了马尔可夫链蒙特卡罗（MCMC）抽样方法和梅特罗波利—黑斯算法实现了这些后验分布。在提出的框架中，贝叶斯分析首先实现了一种类型的响应观测（最大墙挠度或最大沉降），然后将这个贝叶斯框架扩展到允许在更新中同时使用两种类型的响应观测。该框架由质量挖掘案例说明，并且先前的土壤参数数据库和所采用的响应观测类型均视为有效。DOI:10.1061/（ASCE）GT.1943-5606.0000782。copy;2013美国土木工程师学会。
CE数据库主题词：贝叶斯分析；马尔可夫过程；蒙特卡罗方法；模拟；算法；开挖；护壁；挠度；支撑。
作者关键词：贝叶斯分析；观测方法；马尔可夫链蒙特卡罗模拟；梅特罗波利—黑斯算法；支撑开挖；护壁变形；地面沉降。
前言
在支撑（或支撑）开挖过程中，基于现场观测（或测量）的分析或反分析已被广泛报道（惠特尔等人.1993卡尔维洛和 芬 诺 2004；哈沙什.2004、2010；Chua and Goh 2005；萧.2008；唐和坤 2009）。对于重要（和）或困难的开挖工程，通常仅进行现场观测的反分析。由于崩塌通常分阶段进行，因此通常分多个阶段进行反分析，以更新关键土壤参数（如粘土开挖中的标准化不排水抗剪强度和标准化初始切线模量）；在第一个开挖阶段之前，通过有限的现场试验和（或）实验室数据预测护壁以及地面响应。由于这些数据往往涉及重要的不确定性，墙和地面响应的预测，即使是用更先进的有限元法所作的预测，往往无法与开挖阶段结束时所观测到的响应相匹配。第一阶段开挖完成后，护壁和（或）地面响应后可以用观测到的反应对完善土壤过关键参数的认识。通过更新土壤参数，可以更精确地预测后续开挖阶段的护壁或地面响应。这一过程可分阶段重复，直至达到最终开挖深度。
通过反分析现场观测更新的土壤参数不一定是这些参数的真实值，因为支护开挖中的墙和地面响应也可能受到施工质量（工艺）和其他环境因素（如温度变化）的影响，除土-墙相互作用机理外。尽管如此，更新后的土壤参数可以对随后的开挖阶段的护壁和地面反应进行更准确地预测，这在某些项目中对于制定补救措施以防止对相邻建筑物和基础设施造成损害至关重要。
土壤参数的反分析方法很多，如最小二乘法（徐和郑 2001）、最大似然法（莱德斯马等.1996）、贝叶斯法（郑等.2010a）等。贝叶斯概率框架被证明是更新输入参数和响应预测的稳定方法（唐1971；贝肯多夫等2002；张等.2010a；程等.2010；王等.2010），并提供了一种在观测可行的情况下输入更新参数概率分布函数的程序（米兰达等.2009）。贝叶斯更新方法在岩土工程中的许多成功应用已被报道，例如，桩承载力分析（凯 1976）、软粘土路堤研究（本.1994）、粘土中支撑开挖的适用性评估（萧等.2008）和边坡稳定性研究（张等.2010b）。在（萧等.2008）报告的工作中，贝叶斯观测方法采用了一种半经验模型，称为Kung Juang Hsiao Hashash（KJHH）模型（Kung et al.2007c），用于预测护壁和地面沉降，通过修正预测模型的偏差因子，逐步实现沉降预测的细化。
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