- Trang Chủ
- Toán học
- Bài giảng Các phương pháp xác suất thống kê trong địa kỹ thuật - TS. Phạm Quang Tú
Xem mẫu
- BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI
----------------------------------------------
BÀI GIẢNG
CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC SUẤT THỐNG KÊ
TRONG ĐỊA KỸ THUẬT
TS. PHẠM QUANG TÚ
Bộ môn Địa kỹ thuật
(Lưu hành nội bộ)
Hà nội, tháng 02 năm 2017
- MỤC LỤC
Bài Nội dung Tiết
1 Mở đầu 1
2 Các khái niệm về xác suất, thống kê 2
3 Biến ngẫu nhiên 3
4 Hàm ngẫu nhiên 4-5
5 Xử lý thống kê số liệu 6-7
6 Phân tích độ tin cậy cấp độ 1 8-10
7 Phân tích độ tin cậy cấp độ 2 11-15
8 Phân tích độ tin cậy cấp độ 3 16-20
9 Phân tích độ tin cậy của hệ thống 21-25
10 Ứng dụng trong các bài toán địa kỹ thuật 26-30
- CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC SUẤT THỐNG KÊ
TRONG ĐỊA KỸ THUẬT
Giảng viên: TS. Phạm Quang Tú
Bộ môn Địa kỹ thuật
ĐT: 0913578702/ tupq@tlu.edu.vn
Phạm vi môn học
• Lý thuyết xác suất thống kê
• Lý thuyết độ tin cậy trong phân tích công
trình
• Ứng dụng lý thuyết độ tin cậy để giải các
bài toán địa kỹ thuật
1
- Các bước tiến hành phân tích
độ tin cậy của hệ thống
• Mô tả hệ thống
• Thống kê các cơ chế phá hoại/sự cố có thể xảy ra
• Mô phỏng các biến đầu vào: tải trọng và sức kháng
• Tính toán xác suất phá hủy của từng phần tử và cả hệ
thống
• Phân tích thiệt hại sự cố
• Phân tích rủi ro …
2
- Sự cố
• Phá hủy về mặt cơ học của kết cấu, nền công
trình;
• Tai nạn (giao thông, cháy nổ, động đất…)
• Phá hủy do điện/ hệ thống thủy lực
• Lỗi do con người gây ra trong thiết kế và vận
hành
• Kết cấu bị suy giảm sức chịu tải theo thời
gian…
Ví dụ về các cơ chế liên quan sự
cố đê
3
- Cơ chế phá hủy/sự cố
• Là phản ứng của kết cấu/ nền đất dưới tải trọng tác động
• Các dạng phá hủy thường gặp:
Phá hoại do vật liệu làm việc vượt qua giới hạn đàn dẻo,
chảy, giòn...
Phá hoại khi không thỏa mãn các thỏa mãn các điều kiện
hoạt động bình thường, gây hậu quả nghiêm trọng (ULS)
Phá hoại khi không thỏa mãn các thỏa mãn các điều kiện
hoạt động bình thường, gây hậu quả ít nghiệm trọng (SLS)
Thiệt hại do sự cố
• Thiệt hại về người, môi trường và kinh tế
– Thiệt hại người: gây chết người, bị thương, bị ảnh
hưởng đến sức khỏe
– Ảnh hưởng đến môi trường, các chi phí khắc phục
– Thiệt hại về kinh tế: Trực tiếp, gián tiếp
4
- Phân tích tối ưu
Nguyên lý tính toán, thiết kế
• Phương pháp tất định:
– Tải trọng thiết kế < Sức kháng
• Phương pháp xác suất:
– Xét tới bất định trong các biến đầu vào (tải trọng,
sức kháng)
– Xác định xác suất sự cố/phá hủy của hệ thống
– Thiệt hại do sự cố
– Tối ưu hóa thiết kế
5
- Phương pháp tất định
• Theo nguyên lý truyền
thống:
Sức kháng > tải trọng
• Thông thường
Sức kháng > FS * tải
trọng
FS: Hệ số an toàn
Nhược điểm của phương pháp tất
định
• Không biết kết cấu và công trình an toàn thế nào?
• Không xét được ảnh hưởng của các biến đầu vào
đến xác suất sự cố của từng cơ chế.
• Không xét được ảnh hưởng của các cơ chế phá
hoại đến an toàn của hệ thống
• Tính bất định của các biến ngẫu nhiên và của mô
hình tính toán chưa được xét tới
6
- Phương pháp xác suất
Mặt cắt thiết kế đê
Tải trọng (sóng)
tác động ngẫu nhiên
7
- Quan hệ giữa gió và sóng
8
- Tính bất định của mô hình
• Chúng ta thường dùng các công thức tính
toán (từ các sổ tay, tiêu chuẩn…)
• Ví dụ đơn giản: Chiều cao sóng tràn
• Hệ số là 8 có chính xác không??
Các cấp độ phân tích độ tin cậy
Cấp độ 0:Phương pháp tất định
Cập độ 1:Phương pháp bán (nửa) xác suất
Cấp độ 2:Phương pháp xác suất (gần đúng)
Cấp độ 3:Phương pháp xác suất đầy đủ
9
- Nhận xét
Cấp độ 0: không nên áp dụng (mặc dù hiện
vẫn đang phổ biến trong các tiêu
chuẩn thiết kế…)
Cập độ 1: Đã được đưa vào các tiêu chuẩn
thiết kế ở các nước phát triển (Mỹ,
Úc, châu Âu)
Cấp độ 2/3: Cơ sở để xây dựng các tiêu
chuẩn thiết kế, nghiên cứu, các kết
cấu đặc biệt
Kết cấu đặc biệt
10
- Mô hình thoát hiểm dưới đường hầm
probability of
casualty
downstream upstream
exit exit
Lnoexit Lexit Lnoexit Lexit Lnoexit
Lmax.effect
Ví dụ xác định SCT của cọc
(khi chịu kéo)
F
Sức chịu tải cực hạn của cọc (ULS)
D
Qsu W
B
Qtu
11
- Xác định sức chịu tải của cọc
(khi chịu kéo)
Hệ số an toàn là gì?
• Mỗi kỹ sư theo các tiêu chuẩn khác nhau
lựa chọn các hệ số an toàn khác nhau
cho từng dạng công trình;
• Nhiều hệ số an toàn khác nhau và
thường được so sánh với các công trình
lân cận và kinh nghiệm thiết kế;
• Nếu được hiệu chỉnh và kiểm chứng thì
sẽ tin cậy.
12
- Tài liệu tham khảo:
1. Slide bài giảng Các phương pháp xác suất
thống kê trong Địa kỹ thuật. TS. Phạm Quang
Tú, trường ĐHTL 2017.
2. Thiết kế công trình theo lý thuyết ngẫu nhiên
và phân tích độ tin cậy. TS. Mai Văn Công,
trường ĐHTL 2006.
3. Cơ sở đánh giá độ tin cậy. PGS. TS Phan Văn
Khôi. NXB Khoa học kỹ thuật – 2001.
4. Các bài báo, luận văn liên quan.
https://sites.google.com/a/wru.vn/geo4shared/home
Đánh giá:
1. Điểm quá trình: 40%
- Chuyên cần;
- Bài tập, kiểm tra;
- Thực hành.
2. Thi lý thuyết: 60%
13
- 2 kansrekening
Bai 2: Xác suất
Ký hiệu
P(A) = Xác suất xảy ra sự kiện A
Định nghĩa
Quan điểm toán học
Quan điểm cổ điển/truyền thống
Quan điểm thực nghiệm
Quan điểm Bayer
1
Định nghĩa toán học
Ba tiên đề cơ bản
1. P(A) ≥ 0
2. P(Ω) = 1
3. P(A or B) = P(A) + P(B)
(Nếu A và B ngoài nhau)
2
1
- 2 kansrekening
Định nghĩa cổ điển
P(A) = n(A) / n
Với:
n(A) = Số lần xuất hiện A
n= Tổng số phép thử
3
Ví dụ
P(x=4) = 1/6
P(x ≥ 5) = 2/6
P(x:chẵn) = 3/6
4
2
- 2 kansrekening
Định nghĩa thực nghiệm
where:
N(A) Số lần A xuất hiện
N Tổng số lần thực nghiệm
5
Định nghĩa của Bayer
P(A) = Độ tin tưởng sự kiện A sẽ xảy ra
Bao gồm các thông tin:
Tranh luận 2 chiều
Quan điểm chuyên gia
Dữ liệu thu thập được
6
3
- 2 kansrekening
Bất định trong xây dựng
Bất định liên quan đến các biến đầu vào, mô
hình và người
Tải trọng (gió, nước, tuyết, nhiệt độ)
Vật liệu (cường độ, độ cứng, kích thước)
Con người
Bất định liên quan đến số liệu thống kê
Sai số do mô hình
Bất định do thiếu số liệu
Lịch sử phát triển
1650 Pascal / Fermat Toán học/Cổ điển
1750 Bernouilli / Bayes Thực nghiệm
1850 Venn / Boole Tần suất
1920 Von Mises
1960 Savage / Lindley Độ tin cậy
1970 Benjamin / Cornell Độ tin cậy
8
4
- 2 kansrekening
So sánh
Cổ điển, Bayesian
Thực nghiệm
Khách quan Chủ quan
Dựa vào
Dựa vào sự vật
nhận thức
9
Ví dụ
brakes: 50% type A and 50% type B
type A okay / type B not reliable
all cars are checked
you drive carefully to the garage
they observe type A
You are relaxed
The car dit never change !!
10
5
nguon tai.lieu . vn