有限元强度折减法中边坡失稳判据研究

研究了应用有限元强度折减法分析边坡从稳定逐步发展到破坏过程中，土体水平位移和等效塑性剪应变随荷载增加的变化特征曲线经历的4个特征区段。发现以广义塑性应变或者等效塑性应变区从坡脚到坡顶贯通作为边坡失稳的判据不够充分，土体产生很大且无限的水平位移和塑性应变才是导致边坡失稳的根本原因。提出了以土体水平位移和等效塑性剪应变随荷载增加的变化曲线作为有限元强度折减法中边坡失稳的判据。     

位移突变判据中监测点的位置和位移方式分析

选择边坡内某些监测点的位移突变特征作为强度折减法的材料破坏判据。为分析监测点的位置和位移方式选取的合理性,分别对均质土坡和节理岩质边坡建立数值模型。在坡体内布置若干点,记录这些点在3种位移方式下位移和折减系数的关系。根据关系曲线的特征,建立双曲线拟合方程,结果表明:①相关系数接近1,拟合效果较好;②临界滑移线内及滑移线上各点均可作为突变判据的监测点;由于坡顶位置较容易确定,且必位于滑移线内,建议在一般边坡中选取坡顶作为监测点;③3种位移均可作为监测的位移方式。     

不同失稳判据下边坡稳定性的规律性

以塑性区贯通、位移增量突变、计算不收敛3种边坡失稳判据为依据,采用强度折减有限元法和重度增加有限元法对简单边坡进行了分析。结果表明:以边坡潜在滑动面上某点位移增量突变作为边坡失稳判据是准确的;对于不同土体强度参数下,以位移增量关系曲线突变为判据得到的边坡的安全系数较另外两种方法稳定;对应于塑性区贯通、位移增量曲线突变和计算不收敛的3种判据,边坡潜在滑动面依次向深层发展,边坡的安全系数依次增加。     

有限元强度折减法中边坡三种失效判据的适用性研究

采用有限元强度折减法进行边坡稳定性分析时,边坡的安全系数在很大程度上依赖选用的失稳判别标准。通常以特征部位位移的突变性、塑性区的贯通性、数值计算的收敛性作为边坡失稳判据。然而,对这三种判据的适用性学术界一直存在不同看法。以一般边坡和陡边坡作为算例模型,对比分析三种常用的判据判定安全系数的大小。结果表明:对一般边坡三种判据有较好的一致性,陡边坡三种判据存在较大的差异。研究发现:以往用于强度折减法的屈服准则没有考虑拉伸截断,即在强度折减过程中过高的估计了材料的抗拉强度是导致三种判据对应的计算结果存在广泛争议的重要原因,并通过计算钟乳石模型的安全系数对这一结论进行验证。因此,有限元强度折减法中应考虑抗拉强度指标与抗剪强度指标同等地减少,才能保证计算结果的正确性及三种判据的一致性。考虑张拉、剪切破坏的强度折减法在边坡稳定性计算中具有普遍的适用性,是对强度折减法的改进和推动。     

某湿陷性黄土超高填方边坡的离心试验及稳定分析

以晋西北某机场高填方地基工程为背景,根据边坡初步设计及其稳定性初始分析结果,结合大型离心模型试验对机场场区高边坡10个典型断面进行稳定性数值分析。分析结果表明:机场场区边坡在天然条件下基本是稳定的,但在饱和状态下极易失稳;边坡填方体主要以竖向变形为主,并伴随向边坡外的水平位移,且越靠近坡顶,竖向分量越大;边坡最大剪应变位置主要集中在填筑体与天然地基的接触面上;边坡破坏时,坡顶与坡脚的位移量随填方高度和厚度的增加而增大。     

考虑张拉–剪切渐进破坏的边坡强度折减法研究

针对边坡渐进破坏过程中局部岩土体强度参数不断劣化现象,采用应变软化模型代替传统的理想弹塑性模型,提出一种考虑张拉–剪切渐进破坏的强度折减法。从劣化函数、破坏判据、折减系数、滑动面显示和折减范围等方面对该方法进行研究;以极限塑性应变作为边坡点破坏准则,将破坏点从坡脚到坡顶贯通作为边坡整体破坏判据;基于弹塑性计算的初应力法,提出一种边坡张拉–剪切全滑动面定量显示指标I_(cs)。结果表明,应变软化模型所得塑性区明显小于理想弹塑性模型,考虑张拉破坏的边坡安全系数偏于危险;I_(cs)指标能同时显示并区分边坡潜在滑动面的张拉与剪切部分。该基于应变软化模型的计算方法进一步完善了边坡稳定性分析的强度折减法理论。     

加筋高边坡的稳定分析

采用强度折减法对两个高度分别为 60 m 和 40 m 的土工格栅加筋高边坡的设计断面进行稳定分析,综合考虑塑性区贯通、特征点位移突变、计算不收敛,以及土工格栅的容许抗拉强度等确定相应的安全系数。计算表明采用不同的破坏标准,强度折减法会得到不同的安全系数;如果筋材强度始终得到保证,单纯由土材料的强度损失诱发边坡失稳,这种情况对应的安全系数是比较高的。考虑筋材强度,边坡会在较小的折减系数下因为筋材强度不足而失稳。有限元法能够得到不同情况下各层筋材的受力情况,可以据此进行加筋力的分配,这是极限平衡法所不具备的。     

某场地强夯对边坡稳定性影响的数值模拟

结合拟建于高边坡坡顶的变电站工程,分析强夯施工振动的衰减规律与强夯引起建筑物破坏判据,确定了强夯施工振动的影响区域;采用FLAC软件建立强夯对边坡稳定性影响的数值模拟模型,分析计算不同夯击能条件下边坡关键监测点的水平振动速度、竖向振动速度和坡面的水平位移;根据强夯振动引起建筑物破坏判据,结合数值模拟计算结果,针对减少强夯对边坡稳定性的影响,提出强夯的范围及夯击能的合理取值。     

土质垂直高边坡开挖特性及锚杆加固分析

为了研究土质垂直高边坡的安全性能,采用有限元数值模拟的分析方法,对土质垂直高边坡在开挖过程中的变形和稳定性进行了分析。分析结果表明:开挖前土质垂直高边坡稳定性较好,能够维持自身稳定;开挖过程中,坡顶水平位移较大,竖向位移受自重应力和土体回弹应力控制,边坡的稳定性逐步降低;土质垂直高边坡的破坏形式主要为坡顶局部崩塌破坏。采用锚杆框架梁对开挖后的边坡进行加固后,边坡稳定性大大提高,安全性能符合工程设计要求。     

基于强度折减法的地铁车站交叉段稳定性分析

基于有限元强度折减原理,分别以特征点位移突变、等效塑形应变贯通和计算收敛等方法作为地铁车站隧道交叉段整体稳定性分析的失稳破坏判据,进行整体安全系数计算,通过实例分析,提出适合地铁车站隧道交叉段整体稳定性分析的强度折减判据。研究结果表明:有限元强度折减法可以定量地得出地铁车站隧道交叉段的整体安全系数;收敛判据计算得出的安全系数明显大于其他两种判据的结果,单独使用任何一种判据都不能真实地确定安全系数;采用特征点位移突变与等效塑形应变贯通两者相结合的综合判据可以较好的得到地铁车站隧道交叉段的整体安全系数。     

强度折减有限元法分析边坡稳定性的精度探讨

对强度折减有限元法分析边坡稳定性中的精度进行了探讨.对比分析表明:边坡安全系数随着剪胀角ψ的增大略有增大,但总体上可以忽略不计,有限元计算中,可取ψ=0°进行边坡稳定性分析;弹性模量E和泊松比ν对安全系数基本上没有影响;采用位移是否突变和塑性区是否贯通作为边坡的失稳判据,对比前后计算步骤中的位移和塑性区特性,可以减少或消除非确定性因素对安全系数的影响;计算模型的边界范围大小,需根据具体边坡的变形需要来确定,其大小应足以让边坡的破坏滑动面自由发展.通过算例分析表明,在采用合理的失稳判据条件下,用有限元强度折减法得到的边坡安全系数与极限平衡法的结果相当,说明采用强度折减有限元法分析边坡稳定性是合理可行的.     

福建某路堑高边坡加固效果数值模拟探析

为分析框架+预应力锚索与植草防护对高边坡的加固效果,以某路堑高边坡为背景,建立二维有限元模型,对边坡的塑性区与整体位移变化进行分析。结果表明:在使用支护结构后,边坡塑性区面积明显减小,塑性最大应变值降低80%;边坡的水平位移与竖向位移在支护完成后均有所降低,从监测数据来看,基本满足变形允许值;三级边坡所应用的植草防护对边坡的稳定性有所提升,但整体加固效果不如框架和预应力锚索防护。后续应加强三级边坡的监测,防治边坡发生失稳破坏。     

有限元强度折减法分析边坡稳定性的判据研究

利用有限元理论知识及ANSYS有限元分析软件建立二维均质高边坡和二维共结点含有两种岩土体材料边坡模型,运用ANSYS有限元程序中弹塑性大变形的分析功能,结合强度折减法,模拟边坡的塑性应变区从坡脚向坡顶贯通的过程。通过传统的边坡失稳三大判据判断何时边坡发生失稳,以此来求得模型边坡的安全系数,进而研究边坡失稳判据的可靠性。     

基于强度折减法的高边坡稳定性分析

文章结合某路堑高边坡工程,采用有限元方法建立高边坡平面应变模型并且进行强度折减,系统研究了影响高边坡稳定性的因素并对高边坡进行了初步设计。结果表明:强度折减法可以通过分析节点水平位移从而分析边坡的稳定性。     

边坡稳定性分析的物质点强度折减法

采用更新拉格朗日控制方程的物质点法模拟边坡失效过程。基于广义插值物质点法以及弹塑性土体模型,提出了物质点强度折减法,并用于边坡稳定性分析,具体步骤为:划分背景网格,确定物质点;分步加载重力以消除物质点的应力振荡,确定边坡初始应力场;折减强度参数,计算边坡塑性区分布及土体变形,确定安全系数。算例表明,物质点强度折减法与有限元强度折减法计算结果相近。同时,物质点强度折减法可采用坡顶点竖直方向的位移是否突变作为边坡失稳判据。此外,利用物质点强度折减法还发现,在某一折减系数下,即使塑性区贯通,边坡仍然具有一定的稳定性,不会立即发生位移突变,为边坡稳定性分析提供了新的思路。     

基于SPH的边坡稳定性计算中失稳判据研究

在用强度折减法进行边坡稳定性分析时,失稳判据的选择对安全系数有着直接的关系。光滑粒子流体动力学法(SPH)是一种新型的无网格法,由于其在大变形等领域的优势而逐渐发展起来,并扩展至边坡稳定性分析领域。然而,目前对于该方法在边坡稳定性分析中失稳判据的研究尚未见报道。首先通过Fortan语言编写了基于SPH强度折减法的边坡稳定性分析程序,然后通过一个经典边坡案例,讨论了不同失稳判据对安全系数的影响,并提出了一种新的位移变化失稳判定方法。结果表明,在基于SPH的边坡稳定性分析中,以塑性区贯通或以位移变化为判定准则时各有优劣,但得到的安全系数均与极限平衡法及有限元法得到的安全系数十分接近,均可作为失稳判据。而当采用位移变化准则进行分析时,采用"两步走"的方法即可以减小计算量,又可以得到较准确的安全系数,是一种值得推荐的方法。     

“边坡-地基”的边坡失稳极限荷载与地基极限承载力研究

为研究"边坡-地基"所存在的地基承载力和边坡失稳问题,考虑不同基础宽度B与坡顶距De,建立了12个"边坡-地基"模型,采用2种解析法和2种有限元法,分析了"边坡-地基"的变形破坏模式,讨论了边坡失稳极限荷载和地基极限承载力。结果表明:"边坡-地基"的破坏模式随荷载的增加发生3种模式的变化;对于"边坡-地基"问题,传统水平地基承载力算法并不适用,且随着坡顶距增大,Saran解与其他解的误差也逐渐增大,基于塑性理论的解析法无法较好地全面考虑边坡对地基的影响问题;基于弹塑性理论的有限元强度折减法和有限元载荷数值试验方法得到的极限荷载基本一致,两者算得的极限荷载可以认为是"边坡-地基"严格意义上的极限承载力。     

基于强度折减有限元法分析边坡稳定性

将大型有限元软件ABAQUS与强度有限元法相结合,采用特征点位移增量的突变及塑性区的贯通作为边坡失稳破坏准则,对边坡失稳过程进行了数值模拟与分析。当边坡上特征点的位移发生突变和塑性区贯通时,边坡处于临界破坏状态,此时的折减系数即为边坡的最小安全系数。通过算例分析,并与Slope软件计算得到的安全系数进行了对比,验证了该方法的合理性与可行性。同时,利用ABAQUS的后处理功能,对边坡的失稳破坏过程进行了数值模拟,分析了边坡破坏机制和破坏阶段。     

土坡中基于位移突变失稳判据的一种改进方法

鉴于目前边坡失稳准则的多样性及其不确定性,如何选择或提出一种既能满足工程需要又能便于应用的失稳判定准则显得尤为重要.首先分析讨论了目前三种较常用的失稳判定准则,然后在位移突变判据的基础上提出了一种改进的失稳判定方法,该方法通过绘制边坡最大水平位移增量与折减系数增量的比值△S/△F跟折减系数Fs的关系曲线来确定边坡安全系数,并通过简化的实例模型证明了其适用性.     

基于强度折减法的深基坑周边环境安全性评价

城市深基坑工程周边环境变形要求非常严格。因基坑开挖引起的土层扰动,可能会造成建筑物及地下管线破坏,甚至引起基坑失稳。为解决其安全性评价这一难题,吸收强度折减法的优点,提出了基于强度折减技术的深基坑周边环境安全系数的计算方法。以深基坑支护结构水平位移值达到设计控制值作为周边环境破坏的临界判据,通过不断搜索折减系数F,将岩土体材料的力学参数按F值折减代入计算模型中,达到临界条件的折减系数即为安全系数F_s。工程实例分析表明,该方法可以客观、有效地评判深基坑施工中周边环境的安全裕度,为城市深基坑施工顺利进行提供参考。