三维简化Janbu法分析边坡稳定性的扩展

对三维简化的Janbu法进行了扩展，使得离散后在同一行上的各条块在水平横向的安全系数相等以及在同一列上的条块在水平纵向的安全系数相等，得到不同行(列)的安全系数，最后通过各条块底滑面的几何特性与受力分析给出其独立的安全系数以及各条块潜在的滑动方向。该方法拓展了传统极限平衡方法只给出坡体总体安全系数的思路，可对坡体局部稳定性和潜在滑动方向进行判定。该方法可适用于任意形状的滑面，还可分析包括考虑孔隙水压力、地质体分层、上覆载荷以及地震力等其他形式的外载。     

边坡稳定性分析的三维极限平衡法及应用

将二维Janbu条分法进行拓展，给出了一种三维极限平衡边坡稳定性分析方法。该方法对所有条块满足力与力矩平衡关系，可适用于任何形状的滑面，包括地质分层和水压力等复杂条件。该方法发展了传统条分法中只给出坡体总体稳定性系数的作法，根据滑面的几何特征，进一步分析了各条块独立的稳定性系数及各条块的潜在滑动方向。另外，该方法承袭了用二维Janbu法分析的优缺点。最后对一个实际滑坡进行了稳定性分析。     

滑面正应力假设的边坡安全系数计算方法的适用性探讨

对滑面正应力假设的安全系数计算方法中滑面初始应力的假定方法进行了探讨,利用随机变量模拟了不同的滑面正应力初始值分布,通过对典型算例的计算分析发现,该方法适用于圆弧滑动面的安全系数计算,其结果与其他极限平衡方法相差不大,对非圆弧滑动面,尤其是相邻条块存在较大转折的非圆弧滑动面而言,该法存在较大误差．     

基于极限平衡理论的局部最小安全系数法

根据极限平衡原理和Mohr Coulomb破坏准则 ,应用最优控制理论思想 ,并充分考虑运动许可条件 ,建立了能同时确定边坡临界滑动面和计算最小安全系数的局部最小安全系数法。该法既满足条块力和力矩的平衡 ,又符合边坡稳定问题的物理本质 ;既能保证所求解是运动许可的 ,又能保证不出现数值计算上的困难 ;不但可以确定临界滑动面和计算对应的最小安全系数 ,又可以确定条底及条块界面上法向力的作用点 ,从而消除了以往利用极限平衡法进行边坡稳定分析时对临界滑动面的形状以及条底和条块界面上法向力的作用点的人为假定。算例计算比较表明 ,本文所给方法是合理可靠的。     

DDA方法块体稳定性验证及其在岩质边坡稳定性分析中的应用

首先,介绍DDA方法中关于块体接触力的计算过程,提出计算沿潜在滑动面稳定性安全系数的计算方法;然后,在此基础上以沿折坡单块体滑动问题为实例,利用DDA方法分别计算仅考虑滑动面摩擦角( 和同时考虑摩擦角(和黏聚力c条件下块体的运动稳定性和安全系数大小,并与理论值进行比较与验证;最后,针对乌江银盘水电工程右坝肩边坡开挖后因软弱断层控制引起的稳定性及处理措施选取问题,利用已有的极限平衡分析条块系统,将DDA方法应用于该边坡稳定性分析,对边坡的实际稳定状态及锚固效果进行对比分析与评价.研究结果表明,利用DDA方法在计算滑面上条块系统沿滑面稳定安全系数时,因其条块间接触力是建立在严格的力学平衡方程基础上,允许块体系统非连续变形,并且勿需条块界面强度等比例调用的假定,其结果对反映实际岩质边坡的稳定性应该更具合理性.另外,DDA方法关于边坡锚固模拟计算,充分反映和验证了锚杆在边坡稳定性加固处理中的效果.     

锚固边坡稳定性分析的整体分析法

为研究锚固加强对边坡稳定性的影响，基于边坡稳定性分析的整体方法，将锚固力简化为坡面上的集中力，基于锚固力由整个滑坡体而不是单个条块承担的假定，导出了锚固边坡安全系数的计算式。由于整体分析法以整个滑坡体而非极限平衡条分法中的条块为研究对象，通过整体的三力矩平衡方程代替传统的水平、竖向力平衡及力矩平衡方程的形式，使所得到的方程数值特性更好，边坡的内力更为光滑并且适用于各种形式的滑动面。最后通过三个典型算例验证该方法的有效性。     

基于力平衡求解安全系数的一般条分法

对于一般条块,建立了力平衡方程,导出了条间力递推方程,研究了基于力平衡求解安全系数的一般格式,从而建立了基于力平衡求解安全系数的一般条分法。而基于力平衡求解安全系数的垂直条分法只是它的1个特例。通过分析Sarma法的适用性,根据条块位移的相容关系给出了1个新的条间剪力方程,明确了条间剪力与滑动面几何形状之间的关系,以及条块界面上剪切强度的折减系数随条块和滑动面的几何形状的变化规律。基于新的条间剪力方程可建立条块界面和滑动面上的剪切强度具有不同折减系数的非严格一般条分法。算例分析表明,所给新方法优于Sarma法。应用它能够得到更合理的安全系数值。即使条块形状是变化的,该法也能够给出一致的安全系数值,而且能够保证迭代过程稳定收敛。     

变质岩坡顶超载条件下的边坡稳定性评价

变质岩在江苏连云港地区广泛分布,由于其特殊的岩体结构与力学性质,边坡稳定性评价方法无法沿用传统的极限平衡方法.文章通过对变质岩岩体结构的精细描述,在建立边坡岩体三维多尺度地质结构的基础上,运用模拟退火算法搜索考虑坡项超载务件下的结构面-岩桥组合滑动面.在斜条分中,划分出结构面条块单元与岩桥条块单元,进一步判别岩桥条块单元的破坏形式及作用于下一条块的力的方向,对所有条块建立平衡方程,并求解最下一条块的稳定性,从而获得超载边坡稳定性的全局解,为类似高陡边坡的稳定性分析提供一种新的分析方法.     

不平衡推力法与Sarma法的讨论

不平衡推力法是我国独创的边坡稳定性分析方法,在滑坡的分析治理中得到了广泛应用,然而对其精度的分析却廖廖无几。目前在与其他方法的对比分析中,发现在某些情况下其误差非常大,如果不加限制地使用该方法,可能会给工程带来巨大的隐患。针对该方法存在的问题,通过理论分析和算例比较,认为折线形滑面的计算精度与滑面控制点处滑面倾角的变化密切相关,通过控制该变化角度可以控制其精度,工程中建议将滑面控制点处的倾角变化小于10°作为该方法的使用条件,超过该限制应对滑面进行处理使它满足使用条件或采用其他的分析方法。针对Sarma法所给条间剪力方程存在的问题,给出了一个新的条间剪力方程。新的条间剪力方程不但符合边坡稳定性问题的合理性要求,且能正确表示任意条块的条间剪力。基于新的条间剪力方程对Sarma法进行了改进。改进后的Sarma法认为条块界面和滑动面上的剪切强度具有不同折减系数。算例分析表明,改进后的Sarma法优于Sarma法,应用它能够得到更合理的安全系数值,即使条块形状是变化的,也能够给出一致的安全系数值,而且能够保证迭代过程稳定收敛。     

多滑面块体的分块极限平衡分析法

单面滑动块体存在2个及以上非临空面,双面滑动块体存在3个及以上非临空面,且这些非临空面的面上构成块体时,传统的块体理论在计算稳定系数时可能存在问题。基于此,提出分块极限平衡分析法,该方法沿非临空面交棱将块体进行分块,在忽略分块间的垂向剪力(即可考虑分块间的水平法向力和剪切力)前提下,通过满足各分块的垂向力平衡和滑动方向上的总体力平衡,求解特定滑动方向的稳定系数。然而,由于块体往往不对称,人为很难给定真实的滑动方向,与滑动方向垂直的水平方向上存在不平衡力。通过改变滑动方向(0°～360°),当不平衡力为0时,计算达到3个正交方向上的力平衡,并由此确定出块体实际的潜在滑动方向。此时的稳定系数为最小值或接近最小值,其含义类似潘家铮最大最小原理。该法可以很好地解决多滑面块体的稳定分析问题。通过考题验证,与传统块体理论进行对比,解释非对称双面滑动向单面滑动渐变过渡时稳定系数与滑动方向的连续变化。最后,通过实例对该法进行应用。     

边坡和坝基抗滑稳定分析的三维矢量和法及其工程应用

 在二维矢量和法的基础上提出三维矢量和法中整体下滑趋势方向的确定方法,需首先计算整体下滑方向的初值,然后进行投影计算得到其整体下滑趋势方向及矢量和法安全系数。运用该方法对几个三维边坡算例进行分析,结果表明矢量和法安全系数与三维极限平衡法结果基本一致,且对于滑移面单元尺寸不敏感。最后,以三峡大坝26#坝段抗滑稳定性分析为工程实例,针对通过详细勘察而指定的4种滑移面进行平面矢量和分析及三维矢量和分析,结果表明三维矢量和分析结果均较二维矢量和结果要大,且深层滑移面得到的安全系数比浅层滑移面稍大,其抗滑安全系数远大于1.0,说明坝基是安全的。该方法具有明确的物理和力学意义,只需一次弹性或弹塑性数值计算,不需过多的人为假设,即可得到三维矢量和法安全系数。该方法具有三维极限平衡法及强度折减法无法相比的优势,计算过程简单,便于在工程实践中运用。     

一种边坡稳定性分析的三维极限平衡法及应用

将离散后的条柱间作用力等效成滑面正应力,依据整个滑体的平衡条件,提出一种适用一般空间形态滑面的边坡三维极限平衡法。首先通过类比经典土压力理论和Spencer的条间力假定,提出了条柱间作用力假设模型,由典型条柱的平衡条件得到滑面正应力的分布函数(含3个待定参数),再根据整个滑体的4个主要平衡条件建立平衡方程,采用数值方法和解析法求解平衡方程组获得三维安全系数。算例验证研究结果表明：该方法计算结果与已有方法相印证,其精度与严格三维极限平衡法相当,适用于任意空间滑面形态。最后,应用该方法初步评价金坪子II区边坡的整体稳定性,取得较理想的效果。该方法理论严谨,结果可靠,计算过程简单且易于编程,可在边坡工程设计及滑坡治理中推广应用。     

边坡稳定性的三维极限平衡分析方法及应用

边坡稳定性评价,特别是对于具有复杂几何特征的问题,应作为三维问题来处理。文中提出了一种评价边坡稳定性的三维极限平衡方法。该方法中滑面可采用４ 种类型：天然不连续面,剪切作用形成的球面,剪切作用形成的旋转椭球面和组合面。程序使用者可结合工程经验方便地确定可能的滑面,对工程上可能的多个滑动方向进行计算。同时可考虑地下水作用、地震等因素。水库库岸滑坡区分析算例表明,该方法及ＳＳＡ ３Ｄ 程序适合处理三维边坡稳定性评价问题。     

基于矢量和方法的边坡稳定性分析中整体下滑趋势方向的探讨

矢量和分析方法是基于力是矢量这一基本概念的分析方法,其关键在于确定边坡真实应力分布状态及整体下滑趋势方向。在边坡一定的受力条件下,利用有限元方法得到边坡应力分布状态后,不同定义的下滑趋势方向就可以得到不同的边坡滑面位置及其对应的矢量和法安全系数,通过分析,提出了3种确定整体下滑趋势方向的方法并分别对固定滑面、非固定滑面及均质边坡圆弧滑面的搜索等进行了探讨,计算结果表明:由潜在滑面各点极限抗滑能力确定的边坡整体下滑趋势方向在临界滑面位置的搜索方面是合理的。最后给出了边坡矢量和分析方法平面问题与三维问题安全系数的统一表达式,公式简洁,容易编制程序并容易被工程技术人员掌握和应用。因此该方法在工程实践中有望得到广泛的应用。     

岩质边坡楔体稳定分析与临界滑面搜索

 在楔体稳定分析中,滑动模式判断正确与否对楔体稳定性评价以及边坡开挖支护方案的选择具有重要意义。探讨Hoek-Bray方法在判断楔体破坏模式时存在的问题和产生错误的原因,并根据楔体破坏的运动学条件对Hoek-Bray方法进行修正,提出理论上较为完备的楔体稳定性计算方法。考虑到现场测量得到的不连续面的产状通常具有一定的离散性和分布范围,导致构成楔体的某一组或两组结构面并非完全确定。鉴于此,提出楔体稳定性的优化分析方法,采用遗传算法搜索具有最小安全系数的楔体及其临界滑面组成,为工程支护设计提供一个具有保守性优点的低限解答,确保边坡的稳定与安全。     

旋转非对称边坡三维安全系数计算

基于滑面正应力修正模式,推导出旋转非对称边坡三维极限平衡安全系数显式解答。首先假设三维滑面正应力的初始分布,然后乘以含2个待定参数的修正函数;根据滑体竖直方向力平衡、垂直滑动方向水平力平衡及对旋转轴力矩平衡的条件,导出关于安全系数的2次代数方程;得到三维安全系数的显式解。本方法不需考虑条柱间具体作用力,满足主要平衡条件,计算过程简单,可应用于实际边坡工程。     

基于Dijkstra算法的边坡极限平衡有限元分析

基于有限元计算结果,将边坡稳定性问题转化为图论中寻找最短路问题。通过引入图论中解决最短路问题的Dijkstra算法到搜索边坡最危险滑动面及其安全系数中去,对Dijkstra算法作了一定的改进,建立了一种新的边坡稳定性分析方法--基于Dijkstra算法的极限平衡有限元方法。通过一算例对该法进行验证,计算得的安全系数和危险滑动面位置与推荐答案基本一致,说明该方法应用于边坡工程的可行性。将该方法应用于糯扎渡水电站右岸泄洪洞出口边坡的稳定性分析,与极限平衡法和强度折减法作了比较。研究表明,该方法计算得到的安全系数介于极限平衡法和强度折减法之间;危险滑动面位置与这两种方法计算得到的危险滑动面位置基本一致,该方法应用于复杂岩体边坡的稳定性分析可行。最后,对于逆坡向发展的滑动面,以洛古水电站右岸边坡的稳定性分析为实例,研究了逆坡向发展的滑动面滑动力计算方法;比较分析3DEC和该方法的计算结果,说明该方法适用于逆坡向发展的滑动面的稳定性分析。     

基于非线性破坏包络线的三维边坡稳定性分析

The effects of nonlinearity of strength envelopes on 3D slope stability analysis are investigated.A power relation for the nonlinear envelope is employed to derive the 3D factor of safety equations of an extended Spencer method hich satisfies boty force equilibrium and moment equilibrium.Then,a search procedure is presented based on dynamic programming to determine the 3D critical slip surface for a general slope,Linear and nonlinear strength envelopes used for slope stability computations are obtained by fitting curves to the 103 strength data of consolidated-undrained(CU)triaxial compression tests for compacted Israeli clay.Results of a typical 3D problem show that a linear approximation of the nonlinear strength envelope may lead to a significant overestimation of calculated safety factors.     

一般形状边坡下准严格与非严格三维极限平衡法

采用极限平衡原理得到三维极限平衡解答是解决三维边坡稳定性分析的一种有效途径。通过对一般情况下的条柱进行受力分析,采用条柱前后侧面条间力参数λ₁、条柱左右侧面条间力相对前后侧面条间力比例参数λ及条柱滑动底面剪切力与滑动平面之间的夹角ρ这3个计算参数,建立能满足3个力和3个力矩平衡方程的准严格三维极限平衡计算公式。当采用相应二维条间力假设条件时得到三维Spencer法、M-P法和Sarma法,当令上述3个计算参数中的某些参数为零时,将本文准严格法转化为仅满足部分力学平衡条件的3种非严格法。经与经典算例对比,并以左右滑动面宽度和曲面不对称这2情况比较准严格法和非严格的计算差别,可知：①三维Spencer法、M-P法和Sarma法均与其他方法计算得的结果颇为接近,因而说明该方法的可行性;②滑动面非对称情况时,除忽略条柱前后侧面竖向剪切力使得到的非严格法计算得的结果较小外,准严格法与其他2种非严格法计算得的结果基本一致,说明非严格法同样可适用于三维滑动面非对称情况;③本文建立的三维极限平衡解答通用于准严格法和非严格法,且计算公式简单,无需求解方程组,经过简单迭代即可得到稳定性的收敛解,因而较适用于工程实践。