强度折减法改进及在边坡稳定性评价中的应用

传统有限元强度折减法在对岩土体强度参数进行折减时并未考虑其对变形参数(弹性模量和泊松比)的影响,会使得分析计算结果不准确,为此改进了传统强度折减法并将其应用于边坡稳定性分析中。基于Mohr-Coulomb强度准则和Duncan-Chang双曲线弹性本构模型,并深入分析土体应力状态、强度与变形的联系,分别建立弹性模量、泊松比与强度折减系数的关系表达式。据此在强度参数折减的同时,对弹性模量和泊松比同时进行修正。以均质土体边坡为例,应用改进的强度折减法开展稳定性评价,并与极限平衡法(Spencer法)进行对比。结果表明:4种有限元强度折减法准确性由大到小依次为:同时修正μ和E方法,只修正E方法,传统有限元强度折减法,只修正μ方法,结论验证了提出的改进方法的合理性和有效性。     

强度折减有限元法分析边坡失稳判据讨论

对同一算例边坡,分别采用有限元计算不收敛判据、等效塑性应变或塑性区贯通判据、及特征部位位移(或位移增量)与折减系数关系曲线发生突变判据来确定边坡的整体稳定安全系数,提出在对土体抗剪强度指标进行折减的同时,若同步调整其弹性模量和泊松比,就可以使上述几种失稳判据计算的安全系数基本相一致.将算例边坡在外接圆屈服准则下的安全系数转换成莫尔-库伦等面积圆屈服准则下的安全系数,并与Spencer极限平衡法的安全系数和滑动面相比较,证明了文章提出方法的正确性.最后分析了泊松比和弹性模量对上述3种失稳判据给出安全系数的影响.     

土质边坡归一化变形量失稳判据研究

为建立土质边坡失稳的微观机理和宏观位移之间的关系,应用有限元强度折减法,分析了失稳过程中土质边坡土体单元应力状态和整体稳定性的联系,定义了边坡渐进破坏时潜在滑动面上土体单元的应力差;分别采用塑性应变区贯通、特征点位移突变、应力差等不同失稳判据对均质土坡的稳定性进行判断分析,验证了不同边坡失稳判据间的一致性与统一性。通过单因素敏感性分析方法,分析了边坡几何参数(坡高、坡比)与物理力学参数(弹性模量、重度、黏聚力、内摩擦角和泊松比等)对极限状态下边坡坡顶水平位移的影响;结合归一化变量的变异系数法,构建了以变形量为基础,同时考虑几何因素与物理因素的土质边坡归一化失稳判据,提出了边坡稳定性的评价方法。     

变形参数对边坡安全系数的影响

针对强度折减弹塑性有限元方法考察边坡稳定性过程中,弹性模量E和泊松比ν是否需要折减进行了分析。对比计算表明,弹性模量E与泊松比ν的不同取值对边坡濒临破坏时特征点位移的突变性和塑性区的贯通性基本没有影响,因而对边坡安全系数的准确确定没有影响。进一步分析表明,强度折减有限元法是基于虚拟的应力场、变形场等参量来确定边坡的安全系数及相应破坏滑裂面位置的,调整弹性模量E与泊松比ν的大小不会改变这种场量的非真实性本质。因此,为了便于强度折减有限元方法在边坡稳定性分析中的运用与发展,建议在有限元计算中不对弹性模量E与泊松比ν进行折减。     

弹性模量和泊松比对边坡稳定影响的探讨

本文利用有限元计算软件,运用强度折减法,对苏洼龙水电站厂房后边坡进行应力应变分析计算,并探讨弹性模量和泊松比对边坡应力应变及稳定安全系数的影响,得出结论:弹性模量的性质决定其对应变的影响很大,但对应力和边坡稳定安全系数影响较小;泊松比对应力和应变影响均较小,但较小的泊松比对边坡稳定安全系数影响较大。     

考虑应力状态对土体力学参数影响的边坡稳定性分析方法

针对传统土坡稳定性分析方法忽略了滑动面不同位置处主应力大小和方向对强度参数的影响,导致安全系数分析结果脱离实际的问题。采用空心圆柱试验仪对不同主应力方向和大小条件下土体强度参数变化规律进行了研究,并基于土体真实应力状态,依据作图法推导得到平面均质土坡的稳定性分析方法。研究表明:土体强度随有效围压的增加而增加;主应力方向角α小于45°时,强度参数随α的增加而减小,主应力方向角α大于45°时,规律相反,且均可线性表征;推导得到的土坡稳定性分析方法得到的安全系数高于瑞典条分法。     

基于水—气二相流模型的土坡稳定性分析

为了研究孔隙气压力和负孔隙水压力在土坡稳定分析中所起的作用,基于多相流理论建立水-气二相流模型,利用此模型对稳定渗流情况和降雨情况下的土体边坡内水相和气相的渗流状态进行模拟,根据模拟得到的孔隙气压力和孔隙水压力值求出土坡安全系数。计算结果表明,土坡非饱和区负孔隙水压力的存在较大地提高了土坡稳定性,在稳定渗流情况下,孔隙气压力对土坡稳定的影响可忽略,在降雨情况下,非饱和区产生的孔隙气压力使得安全系数减小,滑动面与地下水位的距离越大,非饱和区的孔压对土坡稳定的影响越大。     

水电站进水口边坡滑坡体地质的稳定性敏感度分析

隧洞的进水口段一般位于受地表水高度侵蚀的坡面上,通常埋深较浅,隧洞入口结构上承载岩石拱难以形成,因此很难得到其稳定性保证。本文结合已建的复杂边坡工程实例,对于用有限元法与极限平衡法研究工程边坡实例的精确性进行对比分析,研究计算方法及土体的强度参数对土坡稳定安全系数的影响。结果表明,Bishop法得出的稳定安全系数居中,Janbu法得出的稳定安全系数最大。     

边坡稳定性影响因素及应对措施

以均质边坡为例,分别采用瑞典圆弧法、简化的毕肖普法、简布法等极限平衡法计算土坡的稳定性.研究了不同岩土力学参数对边坡稳定性的影响,并对不同土坡结构形式计算结果进行了对比分析,最后文章提出了边坡失稳的几种防治措施.结果表明:边坡稳定性随着土体重度的增大而减小,随着内摩擦角和粘聚力的增大而增大,随着坡体角度增加而减小;边坡总高度一定时,采用分级放坡可有效的提高坡体稳定性,且级数越多,坡体安全系数越大;当坡体总高度及各级边坡坡度相同时,平台宽度越宽,稳定系数越大,且平台宽度达到一定程度时,稳定系数保持不变;保持边坡总高度、平台宽度不变,当一级和二级边坡高差相差越大,稳定系数越小,当一级和二级边坡高度相等时稳定系数达到最大.     

水平荷载作用下排桩受力变形影响因素分析

结合某排桩支护基坑工程,利用有限元软件ADINA建立基坑三维模型,通过改变桩长、桩径、桩侧水泥土墙和桩侧土体参数(弹性模量、泊松比)进行了三维有限元模拟,分析了几种因素对排桩变形的影响,得出的结论对类似地质条件的基坑工程支护具有一定的借鉴意义.     

土石坝心墙水力劈裂影响因素分析

基于水力劈裂的断裂力学判定准则和有限元判定模拟方法,以假想的直心墙土石坝为例,在考虑心墙内存在裂缝的条件下,计算分析了库水位、裂缝长度、裂缝位置和心墙材料特性(包括弹性模量、泊松比和密度)等因素对土石坝心墙水力劈裂的影响。计算中假定心墙料、坝壳料和裂缝材料的本构关系均具有线弹性特性。结果表明,发生水力劈裂的可能性随库水位的抬高、裂缝长度的增大而增大;随裂缝位置的不同而异。提高心墙材料的弹性模量、泊松比和密度,均有利于提高心墙的抗水力劈裂能力。     

沥青混凝土心墙堆石坝有限元数值分析

基于邓肯-张E-B材料本构模型,采用大型通用有限元软件ADNIA,对某沥青混凝土堆石坝进行了应力变形有限元计算,以便研究其应力应变特性.并在计算结果的基础上对沥青混凝土心墙的邓肯-张材料模型参数杨式模量、凝聚力、体积模量等进行了敏感性分析.坝体有限元计算结果表明:坝体上、下游坝坡附近小范围内出现拉应力;坝体应力在心墙附近有突变,出现了拱效应;各参数的变化对心墙的应力应变影响程度不一,其中杨式模量K、杨式模量指数n属于高敏感性参数,而体积模量指数m为低敏感性参数.为确保大坝安全,在上、下游坝坡采取必要的护坡措施,同时在大坝填筑施工时应适当提高上、下游坝坡附近坝体的压实标准;为保证心墙的稳定安全,适当调整沥青混凝土的配合比,并根据试验计算调整心墙的变形模量,使之和过渡料的模量协调一致,尽量减小沉降差异带来的不利影响.     

煤系土浅层滑坡的影响因素敏感性分析

基于弹塑性接触有限元强度折减法研究了影响煤系土浅层滑坡主要因素的敏感性,计算表明煤系土浅层滑坡稳定性的敏感性从大到小依次为边坡坡度、滑动面岩土体的黏聚力、滑动面岩土体内摩擦角、风化厚度、坡高,而岩土体的弹性模量和泊松比对煤系土浅层滑坡稳定性影响不显著。研究成果为煤系土堑坡设计、施工和处治提供了理论依据,具有一定的实际意...     

面板堆石坝应力变形计算中考虑土的各向异性

土体本构模型一般都将土体作为各向同性材料，应用于混凝土面板堆石坝应力变形计算时常带来不小的误差，本文以双曲线模型为例剖析了计算中存在的问题。该模型假定从大主应力方向加荷与从小主应力方向加荷弹性模量和泊松比都相同，但真三轴仪试验表明两者有显著差异。混凝土面板中的应力是水荷载引起的，而水荷载沿坝体的小主应力方向施加，无论弹性模量还是泊松比，与荷载从大主应力方向施加都有很大的不同。各向同性的本构模型忽略了它们的差异，仅仅用大主应力方向加荷的方法来确定弹性模量和泊松比，必然会有较大误差，对混凝土面板来说就可能是不能容许的误差。文中提出了一种考虑各向异性的本构模型，它是以E-ν模型为基础，作了某些修正处理。用其对面板坝进行计算，面板应力有明显改善。     

岩质边坡动力稳定安全评价方法研究

提出了在采用不同的降强倍数对抗剪强度进行折减后进行静力有限元分析的基础上,再进行动力有限元计算的岩质边坡动力稳定安全评价方法。以在地震荷载作用下,边坡处于临界稳定状态时的降强倍数定义为动力稳定安全系数。通过对一个岩质边坡实例的分析,说明了采用有限元法对岩质边坡进行动力稳定评价的实施过程。分析中地震波作用在人工边界上,采用粘性辐射边界避免地震波在边界的反射现象。     

试论强度折减有限元法变形参数折减的必要性和相应判据

本文根据符合摩尔-库仑屈服准则的半无限域均质岩土体的应力场,用屈服准则公式推导的方法,探讨了在强度折减有限元法中,相关的变形参数是否应该折减的问题。推导出了在没有特定假设前提下的岩土体摩擦角与泊松比之间应满足的关系不等式,它包含了岩土体内聚力为零和岩土体深度为无穷大的两种特殊情况,更具有一般性。该关系不等式不仅说明了在强度折减有限元法中相关变形参数折减的必要性,同时也是对岩土体泊松比是否进行调整,调整多少的一个重要判据。通过计算与分析发现,如果在使用强度折减有限元法时,不遵守上述判据,在大多数情况下,仍然能获得与极限平衡法相同的安全系数,但是计算成果中将会出现大范围的并不存在的塑性区。鉴于有限元法在提出安全系数的同时,也要给出符合实际的应力、变形和塑性区信息,引入本文提出的判据,显然是有必要的。     

基于弹塑性区间有限元的边坡稳定性分析

区间分析法是工程中对不确定问题进行分析的方法之一。现有区间分析法大多采用区间参数摄动法求解,其存在明显的局限性,特别对于弹塑性问题需采用增量法计算时,很难得到有效的解答。在边坡稳定性计算中采用区间变量来描述工程中的不确定性,将区间数学与弹塑性有限元相结合,建立了弹塑性区间有限元,推导了基于弹塑性区间有限元方法的边坡稳定性区间安全系数计算公式,这一方法能有效的避免区间参数摄动法的局限性。通过工程实例,验证了该方法的可行性和有效性。在此基础上探讨了岩土体参数对区间安全系数的影响。结果表明,内摩擦角对边坡安全系数的影响明显,重度、黏聚力影响较大,弹性模量和泊松比影响小。