基于极限平衡法和有限元法的岩质高边坡稳定性分析

以某水电站右岸坝肩开挖岩质高边坡为例,利用极限平衡方法和二维有限元方法对该边坡在天然工况、开挖工况和加固工况的抗滑稳定性进行了数值模拟及对比计算分析。结果表明简布法和条分法的计算结果与有限元的计算结果较为接近,通过有限元强度折减法计算的安全系数小于极限平衡方法计算的安全系数,极限平衡方法搜索的滑动面是一个圆弧,有限元计算得到的是一条滑动带,极限平衡法搜索的滑带相对较小,在有限元计算的滑带之内。     

有限元强度折减法边坡失稳判据适用性分析

为了研究各种边坡失稳判据的适用性和合理性,针对某均质土坡建立理想弹塑性有限元分析模型,将数值计算不收敛、塑性区贯通、坡体内特征部位位移发生突变作为边坡失稳的判据,运用强度折减法计算边坡的安全系数,并与极限平衡法计算出的结果进行对比分析。结果表明:3种失稳判据均与极限平衡法计算结果较为接近,特征部位位移突变和塑性区贯通作为边坡失稳判据所得安全系数具有一致性,且与极限平衡法的差别较小;考虑到收敛准则及收敛限值对有限元数值计算收敛性影响较大,将数值计算的不收敛作为边坡失稳判据其适用性有一定限制;建议采用塑性区贯通结合特征点位移突变作为边坡失稳的判据。     

基于有限元法的尾矿坝边坡三维稳定分析

以某尾矿坝实例为研究背景,分别采用三维有限元极限平衡法和有限元强度折减法对上游法筑坝的尾矿坝稳定进行分析。有限元极限平衡法基于有限元应力场结果与极限平衡分析方法计算边坡整体安全系数,采用粒子群算法搜索最小安全系数和对应的最危险滑动面。分析表明:三维有限元极限平衡法和有限元强度折减法呈现的边坡破坏形式一致,且有限元极限平衡法安全系数不受收敛判据影响,能获得准确的三维最危险滑动面和安全系数,还能提供滑动面上局部安全系数分布,提高了尾矿坝三维稳定分析的准确性。     

强度折减法中非均质层状土坡失稳判据适用性

通过对各种D-P准则进行系统深入的分析,提出了一种在非均质边坡中实现D-P系列屈服准则间相互转换的方法,针对一个具体的非均质边坡建立弹塑性有限元分析模型,采用强度折减法计算得出各D-P准则下的安全系数,与极限平衡法计算结果进行对比分析,验证了该方法的可行性。在此基础上对强度折减法中各种失稳判据在非均质边坡中的适用性和不同网格尺寸对非均质边坡安全系数计算精度的影响进行研究。结果表明:以塑性区贯通和特征部位位移突变作为失稳判据,通过对比不同强度折减系数下的位移场和塑性区特性,可以减弱非确定因素带来的影响,其计算出的安全系数与极限平衡法所得结果较为接近,而采用数值计算不收敛作为失稳判据所得结果误差较大,不满足工程精度要求。因此,采用强度折减法对非均质土坡进行稳定性分析时,建议使用特征部位位移突变结合塑性区贯通作为失稳判据。     

坡向加速度法在边坡稳定分析中的应用

边坡稳定是一个经典而普遍的岩土力学问题,也一直是岩土工程分析的热点。为克服强度折减法中折减系数与工程实际强度不符的失真现象,真实反映边坡地震动载失稳的实际情况,通过引入坡向加速度,提出一种操作简单、物理意义明确的边坡稳定计算方法,即坡向加速度法。该方法通过不断增加坡向加速度直至边坡失稳为止,由极限平衡的思想求得安全系数。通过算例,将该方法与传统极限平衡法和有限元强度折减法进行对比,对强度变化敏感性进行分析。结果表明:坡向加速度法计算所得的安全系数与极限平衡法所得的安全系数非常接近,塑性区与强度折减法塑性区基本一致,计算结果准确,而且操作简单无需假设滑动面;与坡向离心法相比,坡向加速度法计算得到的安全系数更精确且适用于非均质的边坡稳定分析,说明该方法在边坡稳定分析中的适用性和优越性。因此,可将坡向加速度法应用于边坡稳定性分析,其结果可供工程应用参考。     

非均质边坡光滑化处理及临界滑动面搜索

实际公路边坡工程绝大多数属于非均质边坡,使得边坡内部应力场的间断,无法使用经典的带梯度信息的优化算法进行滑动面搜索。在基于整体分析法的均质边坡滑动面搜索的理论基础上,提出了一种边坡材料参数光滑化处理方法,并成功将其扩展到非均质边坡。该方法将安全系数和潜在滑面上离散点的纵坐标均视为独立变量,安全系数的大小作为目标函数,约束条件是3个力矩平衡方程和其它一些必要性条件,相对于传统的极限平衡结合智能优化算法,该方法有着更高的收敛效率。2个典型非均质边坡算例结果表明:该方法与其他极限平衡法搜得的滑动面较为一致,说明了方法的可靠性。     

基于强度折减法的分步施工边坡稳定性分析

工程上常采用极限平衡法分析边坡的安全稳定性,但由于极限平衡法的局限性,使得计算结果 只能反映边坡安全系数的大小,不能确定边坡在施工各个阶段的变形稳定情况,因此以永宁高速公路边 坡为研究对象,通过ＰＬＡＸＩＳ有限元强度折减法对边坡施工过程中可能产生的变形、位移进行模拟分析, 得到分步施工状况下,施工各阶段边坡的变形图以及整体的安全系数,并将结果与极限平衡法计算结果 进行对比分析。结果表明:边坡的安全系数随着坡体的逐级开挖会不断降低,需及时进行支护加固,强 度折减法所确定的边坡最终滑动面形状与极限平衡法计算结果较为一致,且安全系数差值仅为3％,从 而也验证了强度折减法对于分步施工边坡安全稳定性分析的适用性与正确性。     

边坡稳定分析的任意形状滑动面的简化Bishop法

放弃了传统简化Bishop法的整体力矩平衡条件的假设。根据土体沿滑动面极限平衡的充分必要条件定义滑动稳定安全系数,使简化Bishop法适用于任意形状的潜在滑动面。给出了适用于任意形状滑动面的简化Bishop法的安全系数计算方法以及相应的最危险滑动面的搜索方法。计算结果表明本文方法具有较高精度,且滑动面位置符合实际,该方法可以应用于实际工程的边坡稳定分析。改进的方法概念简明,计算简单,适用性强。     

重度增加法确定边坡潜在滑动面

边坡稳定性分析的关键是如何确定最危险滑动面.传统的方法是根据经验,人为地确定最危险滑动面,而有限单元法无需事先假定滑动面的位置和形式.边坡的破坏往往伴随着很大的位移和塑性应变,因此,采用传统的小变形有限元方法计算无疑误差较大.在平面应变条件下,基于弹塑性大变形理论,用力控制方法来控制其收敛性,用有限元重度增加法对一均质边坡稳定性进行了有限元分析,通过土体的变形位移场来确定边坡潜在滑动面.再用刚体极限平衡法来计算其潜在滑动面上的安全系数,并将计算结果与传统的极限平衡法的计算结果比较,发现如果采用合适的土体本构模型,潜在滑动面上的安全系数与传统方法计算结果比较接近.     

基于矢量和法的三维边坡滑面搜索研究

基于矢量和法的分析理论,进行了三维边坡临界滑动面的搜索研究。用数值方法求得边坡应力场后,通过矢量和法稳定性分析程序及滑面搜索程序,求解了三维边坡的临界滑面问题。对比研究发现:在二维情形下,利用矢量和分析理论对极限平衡法的临界滑面进行求解的结果与对其自身临界滑面进行求解的结果比较接近;三维情形下,通过滑面搜索能得到更加准确的稳定性分析结果。     

基于尖点突变理论的非均质土坡失稳判据分析

为避免失稳判据的主观人为性,将非线性突变理论运用于非均质边坡稳定性评价中。结合工程算例建立非均质土坡数值计算的力学模型,采用强度折减有限元法对土坡进行稳定性分析,通过建立坡体内部水平方向最大位移与强度折减系数的尖点突变模型,将失稳判据量化为一个确定的突变特征值,比较各级强度下的水平最大位移突变特征值与0的关系确定土坡稳定安全系数,并将所得结果与塑性区贯通判据、计算不收敛判据及Spencer法计算结果进行对比分析。结果表明:以尖点突变模型为失稳判据能确定出土坡稳定形态与强度折减系数的定量关系,展现土坡失稳过程的突变性,其物理意义明确,计算结果客观,求解出的安全系数精度较高。该失稳判据为非均质土坡稳定性分析的较优判据。     

复杂渠坡稳定性分析方法比较

目前边坡稳定性分析方法主要有刚体极限平衡法、有限元极限平衡法以及有限元强度折减法3种.为了分析这3种方法以及不同屈服准则在边坡稳定计算中的差异性,以南水北调工程中某典型复杂渠坡为例进行比较计算.结果分析表明,3种计算方法所得渠坡稳定安全系数相近,其中强度折减法中不同的屈服准则对计算结果影响较大.鉴于M-C准则在应力空间中屈服面棱角会对数值计算稳定性产生影响,建议优先采用与M-C准则相匹配的D-P3或D-P4作为强度折减法的屈服准则,由此计算得到的边坡稳定安全系数合理,且参数折减时能保持计算过程具有良好的稳定性.     

滑移线积分变换在土坡稳定性中的应用

根据边坡变形潜在滑体势能变换的特点,用 Bishop 法、耗散能法和有限单元法分别对双层和 3 层土质边坡进行了稳定性分析。首先通过对边坡滑移线积分公式的转化和推导,建立了以势能耗散能量表示的改进极限平衡法求解安全系数的计算式。结合平面应变两类型边坡算例分析,并利用 VC ＋＋程序语言编制简易的安全系数和滑移线方程的求解程序,对双层和 3 层土质边坡稳定性进行计算分析。计算结果显示：耗散能法得到的潜在滑移线解析式满足指数方程,且在层面附近间断; Bishop 法得到的潜在滑移线经过坡脚,其解析式满足圆方程;耗散能法所得安全系数介于 Bishop 法和有限元法之间,为研究边坡稳定性和工程加固的合理范围提供了借鉴,这对极限平衡法求解边坡稳定性也是一种有益的补充。     

基于极限平衡法的折线形滑坡体 稳定性分析

应用极限平衡法推导出当无粘性土坡部分浸水时，其滑动面为两直线组成的折线形滑动面稳定安全系数的计算模型，并提出确定最小安全系数以及相应滑动面的方法。通过实例分析表明，其计算结果符合工程实际。     

降雨入渗过程中土质边坡稳定性计算

在室内试验资料基础上,提出了土体抗剪强度与降雨入渗时间以及土体含水率的函数关系,修正了考虑土条间相互作用力的简化毕肖普方法,使之能够体现边坡土体含水率变化引起的土体强度降低现象。采用Fortran语言设计平台,开发了耦合饱和-非饱和渗流有限元计算与边坡稳定极限平衡方法(修正的简化Bishop方法)的计算程序,考虑边坡土体抗剪强度参数随着降雨入渗发展、含水率变化而变化,采用饱和-非饱和渗流计算降雨期间边坡土体含水量变化以及扩展过程。计算了物理试验模型在降雨条件下,土坡内部渗流发展过程,以及边坡安全度的变化情况。计算结果与试验结果吻合,与修正前简化Bishop方法计算得到的边坡安全系数相差35%左右。本文提出的计算方法为降雨诱发土质滑坡研究提供了一种新的可供参考的定量分析方法。     

基于FLAC~(3D)的强度折减法和点安全系数法对比

编制了强度折减fish命令流,推导了基于快速拉格朗日有限差分法的三种点安全系数计算公式,采用安全系数为1.0的ACADS边坡考题比较了强度折减法和点安全系数法在边坡失稳破坏判识及安全系数计算中的精度和可靠性,计算表明:Flac3D的solve fos强度折减模块计算的安全系数为0.99,编制的强度折减法fish命令流得到的安全系数精确到0.994,对应边坡表层控制监测点合位移增量与强度折减系数增量之比的急剧变化点、边坡剪应变增量贯通区、塑性区连通状态及迭代求解的不收敛性。强度储备法、最小距离法和线弹性公式计算的点安全系数分布规律一致,不仅能较好地揭示出边坡的失稳状态及滑面位置,同时可以反映边坡不同位置的安全系数。强度储备法公式和线弹性公式计算的连通性滑面安全系数为1.002,最小距离法公式计算的连通性滑面安全系数为1.0018。最小距离法公式更接近边坡考题的安全系数裁判值1.0。     

联合运用改进的极限平衡法和动态规划法分析边坡稳定性

为了解决边坡关键滑动面全局优化处理问题,将动态规划理论引入基于有限元的改进极限平衡法。与工程上被广泛认可的一般极限平衡法比较表明,本文提出的方法可以获得更好的近似解甚至是整体最优解,关键滑动面更符合工程实际,有效地克服了传统边坡稳定分析方法的不足;与目前国内外同类方法相比具有明显的优越性,丰富了边坡稳定分析和确定关键滑动面的方法和理论。     

高拱坝稳定安全度研究综述

针对我国西部兴起的高拱坝建设热潮,对目前高拱坝稳定安全度的分析方法进行了总结,主要方法有柔度系数法、安全系数法、可靠度方法和模型试验法。总结了拱坝的失效模式和失稳判据;对工程中最常用的安全系数法,系统阐述了计算安全度的数值方法和最新进展;得出拱坝安全度控制标准由局部安全度向整体安全度转变、安全度分析方法由确定性方法向不确定性方法发展的结论,另外常规的拱坝稳定数值分析方法如刚体极限平衡法和有限元法得到不断完善,新型数值方法在拱坝稳定分析中也有很好的应用前景。     

某坝肩边坡开挖优化设计方案研究

为了研究前坪水库右坝肩边坡在设计方案和优化设计方案开挖下的边坡稳定性分析,采用数值分析和极限平衡法进行研究,首先针对边坡典型剖面进行了数值分析,研究边坡的位移和应力分布规律,然后运用极限平衡法得出边坡的安全系数,两种方法结合不仅可以反映边坡的稳定性和位移场之间的关系,而且可以用工程界所熟悉的安全系数来评价边坡的稳定性。结果表明边坡开挖优化设计方案满足边坡稳定性规范要求,且优化方案减少了开挖量,节省了工程投资,使得工程尽早发挥效益。