基于容重增加法的FLAC3D软件在求解边坡稳定安全系数中的应用

利用容重增加法进行三维边坡的非线性稳定分析,通过FLAC3D软件,基于D—P准则,保持粘聚力C及内摩擦角φ不变,通过逐步增加土体重度的方法使土体达到临界状态。边坡的破坏往往伴随着很大的位移和塑性应变,因此采用坡顶水平位移在重度增加系数达到某一值发生突变作为边坡的破坏标准。不需要事先进行假定,得出的结果与强度折减法计算的结果非常接近。该方法可以很好地模拟土的破坏,对工程实践有一定的指导作用。     

应变软化土质边坡渐进破坏的演化模型

考虑到土体的流变效应 ,通过推广不平衡推力法 ,提出了具有应变软化性质的土质边坡渐进破坏的一个力学模型 .该模型采用Maxwell松驰模型描述局部破坏后滑裂面上土体的抗剪强度随时间的变化情况 ,用时间安全系数来描述边坡的稳定状态 ,并且不必假定渐进破坏从坡角开始 ,因而更接近实际情况 .通过数值模拟 ,清晰地揭示了边坡渐进破坏的历时演化过程 ,并证实了边坡的安全系数随时间推移而逐渐变小的规律     

强度储备法在岩质高边坡稳定性分析中的应用

强度储备法抓住影响边坡稳定因素中最关键最难确定的强度指标,通过研究不同强度参数所对应的破坏区域的演变关系来分析边坡的稳定性和潜存的破坏机理,是切实可行的。受材料及试验水平限制,以往在该方面的研究仅局限于少数数值分析。本文结合具体边坡工程实践探索强度储备法在岩质高边坡稳定性分析中的应用。在边坡稳定性三维非线性有限元分析中用强度储备法求解边坡在各种工况下的稳定安全系数,并在三维地质力学模型试验中用该方法寻求边坡的稳定安全系数及破坏机理获得成功。数值计算与模型试验所得结果相近。研究成果在工程实践中得到成功的应用。表明强度储备法是岩质边坡稳定分析的有效方法。     

流固耦合作用下节理岩质边坡失稳过程的RFPA模拟分析

利用基于强度折减法的RFPA-Slope对渗流与应力耦合作用下的软弱互层岩质边坡稳定性进行了数值模拟分析,数值模拟不但直观形象地给出了边坡的渗流场、应力场、破坏区分布,而且得到了边坡滑移破坏面的萌生、扩展、贯通以及坡体整体失稳的渐进破坏过程,同时求得安全系数。并与无地下水的稳定性作了比较,结果表明,地下水渗流的作用使坡体位移增大,边坡安全系数减小,明显加大了滑坡范围。对实例的分析说明,RFPA-Slope能够较为准确地预测边坡潜在破坏面的形状与位置及计算相应的稳定安全系数,本文方法对于边坡,特别是对于复杂边坡的稳定性分析具有实用性。     

基于破坏接近度和强度折减法的边坡稳定性评价

采用数值分析法对某高边坡开挖后的位移、应力和塑性区做了分析,指出了需要重点加固的部位。并用有限差分强度折减法对边坡的整体安全系数进行了分析,通过破坏接近度的计算对边坡非破坏区的危险程度和破坏区的破坏程度进行了评价。结果表明:采用两种方法对边坡开挖稳定性进行综合评价,既能正确定量地评价围岩内各区域岩体的稳定程度,又能给出破坏区、损伤区和扰动区的位置和范围,及滑动面的位置,并能描述岩体稳定性状态随开挖过程的演化规律,对边坡的开挖稳定性具有指导意义。     

求解边坡安全系数的离散元法

结合强度折减法的思想和离散元法的特点,提出一种求解岩体边坡安全系数的方法.采用关键点位移/速度时程曲线的变化趋势对边坡的临界状态进行判断,采用失稳状态时坡体的速度/位移矢量图来判断与安全系数对应的滑动面.将上述方法运用到钟家湾顺层边坡的稳定分析中,并将所得结果与极限平衡法计算结果进行了对比,发现二者的计算数值相差较小,对比结果表明该方法是合理可行的.     

边坡稳定性条分法和容重增加法的耦合分析

结合有限元方法或有限差分法和极限平衡法各自的优点详细分析边坡稳定性,提出了基于条分法和容重增加法耦合分析的基本原理及边坡安全系数的计算程序。利用有限元软件ANSYS和有限差分软件FLAC得出边坡最危险滑动面以及坡体内的应力和应变,然后,通过极限平衡条分理论求得边坡安全系数。算例表明耦合分析求得的边坡稳定安全系数与其它方法的计算结果相近,而且精确分析了强度指标c、φ对边坡稳定的影响,为边坡加固设计提供了依据。     

冻融对黄土边坡稳定性的影响

冻融对黄土边坡的稳定性影响较大。利用MATLAB软件生成图像研究冻融条件下土性参数随机场的变化情况,选取干容重为主要研究参数,并运用毕肖普法和牛顿迭代法计算安全系数,分析冻融条件下黄土边坡稳定性。结果表明,干容重对黄土边坡稳定性具有重要影响,冻融通过改变干容重大小来影响黄土边坡的稳定性;黄土干容重初始值较小时,冻融后干容重会增大,边坡安全系数增大边坡趋于稳定,黄土干容重初始值较大时,冻融后干容重会减小,边坡安全系数急剧减小边坡趋于不稳定;存在一个最优干容重即冻融后干容重大小不发生改变,此时黄土边坡稳定性受冻融的影响较小。     

坡顶局部荷载下边坡的二维和三维稳定分析(Ⅱ)——极限分析的上限法

在上限理论的框架内,借助提出的三维破坏模式,探讨了坡顶均布矩形超载下边坡的安全系数随荷载长宽比的变化规律,相应的安全系数计算结果与FLAC有限元的计算结果进行了有益的对比,也与室内模型实验结果进行了对比,从而对上限解法求解三维边值问题的可靠性进行了较深入的论证.对同一边坡的二维和三维稳定问题,上限法和FLAC有限元法尽管破坏机制和数值处理过程不同,但均可得出大致相同的安全系数,基本实现了殊途同归.上限法和有限元法都是有效的土坡稳定分析方法,两者相辅相成,互为验证.     

基于Midas/GTS的某高速公路边坡稳定性分析

某高速公路段边坡治理工程采用锚杆、锚索、喷混面层、抗滑桩、挡土墙作为支护形式,锚杆的水平间距为2.4 m,竖向间距为2.0 m,锚索与抗滑桩上部连接.数值模拟以Midas/GTS有限元强度折减法(SRM)原理为计算基础,分析边坡的稳定性,计算得出边坡的安全稳定系数、变形位移与剪切滑动面,并综合分析采取支护措施后的计算结果.分析结果显示,基于弧长法分析的SRM能有效模拟边坡破坏形式,直观反映滑动面及土体位移;边坡稳定安全系数因支护措施得以提高.该支护方法可为类似工程提供参考.     

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。     

突变理论在地质力学模型试验失稳判据中的应用

地质力学模型试验是研究高坝工程稳定安全性的重要方法之一,如何较准确的通过测试结果建立大坝失稳判据,判断坝与地基的失稳破坏过程,得到综合稳定安全系数,是地质力学模型试验的关键技术问题。本文由突变理论及其相关性质,选用较为成熟的尖点突变模型及其标准势函数公式,推导出相应的失稳突变判别式,建立基于尖点突变理论的失稳判据,并通过相关算例进行有限元分析,依据计算成果的变位—超载倍数关系,提出超载安全系数,并与有限元塑性区贯通、计算不收敛等失稳判据对比分析,印证尖点突变模型失稳判据的可靠性和适用性。再将其应用于丹巴水电站地质力学模型试验中,试验结果给出了闸坝在正常蓄水位和降强之后超载作用下的位移场,获得了闸坝的变形及分布特征、揭示了裂缝发展的全过程及其破坏机制,得到降强系数为 1.18,超载系数为 1.8～2.0,确定了闸坝整体稳定安全系数为 2.12～2.36。根据尖点突变理论,由试验测试成果建立相关失稳判据,据此提出破坏过程及综合稳定安全系数,并与常规地质力学模型试验分析成果进行对比,分析结果验证了基于地质力学模型试验测试成果的尖点突变模型失稳判据的合理性。     

基于有限差分强度折减法的黄延高速公路边坡稳定性分析

将强度折减理论应用于边坡稳定性分析中,借助FLAC/SLOPE有限差分分析程序,选择弹塑性Mohr-Coulomb模型及其破坏准则,以黄延高速公路界子河边坡作为工程实例,分析了该边坡在自然状态条件和饱水状态条件下的稳定性,并与传统的Janbu法、Morgenstern-Price法、Spencer等方法计算得到的边坡稳定安全系数进行了比较.结果表明,有限差分强度折减法能够真实地反映边坡的实际情况,方便合理,求得的边坡安全系数更接近实际,显示出其在边坡稳定性分析中的一定优势.     

坡顶局部荷载下边坡的二维和三维稳定分析(Ⅰ)——强度折减的有限元法

各种在π平面上等效面积的Drucker-Prager屈服准则如DP4、DP5和DP6等模型,都不同程度地模拟了平面应变条件下土体的破坏强度,这就是为什么等效面积的DP屈服准则在二维土坡稳定分析中被推广应用的原因.结合砂土的真三轴强度破坏实验结果,从量化角度论证了DP4模型求出的土坡安全系数会保守一些,而DP5模型求出的土坡安全系数更真实一些,更好地发挥材料的承载潜力,是评价二维与三维边坡稳定较理想的弹塑性模型.结合DP5模型,探讨了矩形均布荷载不同的长宽比值对边坡二维与三维稳定的影响,指出荷载长宽比值小于4对边坡的安全系数有较显著的提升,并进一步指出剪胀角对长宽比小于2的边坡稳定也有较显著的影响.     

开挖边坡变形和稳定性有限元分析

采用有限元方法对边坡开挖进行数值计算,得到开挖后边坡的变形情况,并通过抗剪强度折减技术对开挖后的边坡材料进行强度折减,得到边坡破坏时的临界滑面和安全系数。有限元方法的计算结果不但能评价边坡的稳定性,还可得到潜在的危险区域,对边坡开挖施工有一定指导意义。     

单纯形替换最优化方法在霍各乞铜矿边坡稳定性分析中的应用

当边坡内没有明显的断裂面控制边坡的破坏时，应用极限平衡方法计算边坡安全系数需要确定具有最小安全系数的滑面，边坡安全系数是可能滑面的函数，而只有最小安全系数才可代表边坡的安全程度，用最优化理论中的单纯形替换法对霍各乞铜矿边坡的最小安全系数和相应最危险滑面进行了分析与研究，为边坡的设计提供决策的依据。     

一种基于拉-剪破坏的边坡动力稳定性分析方法

为量化地震作用下边坡的稳定性,优化矢量和方法并计算出相应动态安全系数,基于边坡在地震作用下的破坏模式:坡顶拉裂缝和坡脚剪切裂组合形成的贯通滑动面,推导出拉-剪破坏下矢量和法的安全系数公式,通过自编程序得到边坡潜在滑动面曲线和动力安全系数,并通过算例验证方法的正确性.针对岩质边坡,利用新、旧两种矢量和方法进行动力稳定性分析,结果表明:边坡潜在滑动面会随着地震持续时间向边坡内部走移;两种方法得到的安全系数趋势一致,但拉-剪破坏模式的下滑趋势角度更大;在拉-剪破坏模式下,边坡的安全系数有所降低,其中,边坡的综合安全系数降低了3%,说明原先的方法高估了边坡的稳定性.优化后的矢量和法能够更具体地反应出边坡在地震过程中的稳定状态,为抗震设计提供更加准确的理论指导.     

边坡稳定分析的三维剩余推力法

基于剩余推力法提出了一种边坡稳定分析的三维方法.该法可用于计算具有任意形状滑动面的边坡在复杂荷载作用下三维稳定安全系数.首先将边坡用铅直面离散为柱条,然后采用剩余推力法的原理,基于摩尔库仑准则,根据条柱的静力平衡条件,并考虑条柱间作用力的影响,推导出边坡稳定系数.算例验证了该方法的有效性和可行性.