基于进化支持向量机的滑动面参数识别

提出了反算滑带岩土强度参数的一种新方法--进化支持向量机方法,该方法基于极限平衡分析方法计算出不同c、值下的安全系数与最危险滑动面,以这些数据作为学习样本,通过支持向量机学习,建立他们之间的非线性映射关系,然后基于这种关系,利用遗传算法搜索滑带岩土强度参数。结果表明,识别出的c、值可以满足工程的要求。     

离心加载有限元方法在边坡稳定分析中的应用

基于RFPA有限单元法,引入离心机法(容重增加法)的基本原理,建立一种新的边坡稳定分析方法——离心加载有限元方法。该法在离心加载过程中不需预先假定滑动面,岩土体的强度指标c、?在计算过程中保持为常量,边坡稳定安全系数的定义简单明确;同时应用RFPA方法中刚度退化和刚度重建手段,可以很好地模拟出了边坡渐进破坏的全过程。通过与传统极限平衡条分法和极限分析有限元法以及物理试验研究成果相比较,表明RFPA离心加载有限元法的稳定分析方法是合理有效的,在边坡工程稳定分析中的应用是切实可行的。     

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。     

均质软土地基上土堤稳定性的极限分析方法

为评估均质软土地基上土堤的稳定性,假设地基土体沿圆弧形滑动面破坏,不排水抗剪强度随深度线性增加,并假设土堤材料沿对数螺旋线形滑动面破坏,采用黏聚力和内摩擦角描述其抗剪强度,基于上限定理,建立了一种稳定性分析方法,用于计算得到土堤的无量纲化的稳定数和稳定图,并确定土堤的最小安全系数和临界滑动面。采用本文方法对土堤失稳现场试验工程案例开展了计算分析,结果表明,所得到的最小安全系数与土堤的实测失稳条件吻合,最小安全系数与临界滑动面的计算结果也与变分极限平衡法和条分极限平衡法所得到的计算结果吻合良好。     

SPH方法与经典边坡稳定分析方法的对比研究

基于不同的理论基础或引入不同的条间力假定,当前岩土工程中主要发展了三种边坡稳定分析方法,即极限平衡法、强度折减法、极限分析上限法。为了探讨三种方法对不同边坡稳定问题的适用性,采用三个典型边坡算例,对三种传统边坡稳定分析方法所得安全系数和临界滑动面(滑动区域)与光滑粒子流体动力学方法(Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH)计算云图进行了对比,结果显示:对于简单的均质边坡,三种方法所得安全系数和滑动面基本一致;对于无黏性土边坡,极限分析上限法结合不连续布局优化方法(Discontinuity Layout Optimization,DLO)应用时会出现不易收敛,甚至计算失败的现象;对于多层且包含软弱土层的边坡问题,极限平衡法和强度折减法计算所得安全系数基本一致,极限分析上限法所得安全系数偏高;极限分析上限法和SPH方法所得临界滑动面基本一致。因此,对于边坡稳定问题的求解,建议采用多种方法进行综合比较。     

运动单元法与边坡稳定性分析

运动单元方法通过引进单元运动分析,静力分析和优化极值分析,自动完成岩土工程剪切破坏区和最危险滑动面的搜索,在此基础上求得不同工程问题的极限值。该方法具有严格的数学力学基础,适用于各类地质条件,岩性和几何形状复杂的岩土工程的极限分析。运动单元法是一种分析岩土工程地基极限承载,挡土墙极限土压以及边坡稳定性的塑性极限分析方法。     

不平衡推力法的弹塑性有限元改进

结合杭金衢高速公路K111碎石土滑坡工程实例,研究如何使极限平衡法与有限元法有机结合应用于边坡稳定性计算和分析中,以及碎石土边坡稳定性系数与滑动面抗剪强度发挥程度的关系。研究结果表明,可以采用弹塑性有限元边坡稳定性极限分析法,得到边坡接近破坏状态时滑坡体的塑性变形破坏区,然后据此确定边坡的滑动面;通过野外工程地质勘探揭示,该法确定的潜在滑动面与实际滑动面基本相符;可根据极限状态下塑性应变值的大小确定滑面带上不同抗剪强度取值段,采用全面考虑滑面上岩土体抗剪强度不同发挥程度的不平衡推力法计算碎石土边坡的稳定性系数;采用该方法进行碎石土边坡稳定性分析能更加真实地反映边坡所处的实际状态。     

KINEMATICAL ELEMENT METHOD AND SLOPE STABILITY ANALYSIS

运动单元方法通过引进单元运动分析、 静力分析和优化求极值分析,自动完成岩土工程剪切破坏区和最危险滑动面的搜索,在此基础上求得不同工程问题的极限值。 该方法具有严格的数学力学基础,适用于各类地质条件、 岩性和几何形状复杂的岩土工程的极限分析。 运动单元法是一种分析岩土工程地基极限承载、 挡土墙极限土压以及边坡稳定性的塑性极限分析方法。 介绍了运动单元法的基本理论体系,对运动单元法边坡稳定性分析的原理与方法进行了详细论述。     

边坡地震稳定性分析的拟静力方法适用性研究

针对拟静力方法是否适用于水平设计加速度值较大条件下的地震边坡稳定性分析问题,选取两个典型均质土坡,分别采用极限平衡毕晓普方法与FLAC 2D强度折减方法进行了不同水平设计加速度条件下,地震边坡抗滑稳定性安全系数以及临界滑动面的变化趋势,研究结果发现:对于粘聚力较小的均质土坡而言,无论是极限平衡毕晓普法还是FLAC 2D强度折减法,静力条件下的临界滑动面较浅,随着水平设计加速度值的逐渐增大,地震边坡抗滑稳定安全系数逐渐减小,极限平衡毕晓普法得到临界滑动面基本保持不变,FLAC 2D强度折减法得到的剪应变云图逐渐变窄;对于粘聚力较大而摩擦角较小的均质土坡而言,静力条件下的临界滑动面较深,两种方法下,随着水平设计加速度的增加,抗滑稳定安全系数逐渐减小,临界滑动面逐渐加深,当水平设计加速度值增加到一定程度后,拟静力方法不再适用于地震边坡稳定分析。     

基于数值应力场的极限平衡法及其工程应用

 数值分析可较准确地计算岩土体应力分布,但求解安全系数存在诸多困难;极限平衡法计算安全系数概念明确、过程简单,但假设过多,精度又受到限制。利用数值分析得到的应力场,计算潜在滑动面上正应力分布,再按滑面正应力修正的方法求解出满足所有平衡条件的安全系数。这种基于数值应力场的极限平衡方法充分利用数值方法与极限平衡法的优点,得到理论上更合理的安全系数。将这种新的极限平衡方法应用于武都水库坝基的深层抗滑稳定性分析,并与传统的极限平衡法及有限元强度折减法进行比较,计算结果满意,并被坝基加固设计所采纳。     

地下工程破坏机理认知对工程建设风险的影响

随着岩土力学与地下工程施工技术的发展,尤其是近年有限元极限分析法引入到地下工程稳定分析中,隧洞的破坏机理日益清晰。该文研究了地下工程的破坏机理,采用模型试验和有限元分析法模拟,提出了深埋隧洞围岩破坏与围岩压力主要来自隧洞两侧的观点,以及随埋深而变的隧洞破坏机理,分析了普氏压力拱存在的问题。该文指出当前隧洞建设中事故高于其它土木工程的原因,主要是由于地下工程客观地质环境复杂,以及人们对破坏机理认知不足,对客观条件的掌控能力有限。同时,该文还对隧洞建设中的各种坍塌事故与风险进行了分析,通过实例阐明了隧洞破坏机理认知对隧洞建设风险的影响。     

Hybrid Type Rigid Plastic Finite Element Analysis for Bearing Capacity Characteristics of Surface Uniform Loading

In the geotechnical engineering design, rigid plastic analysis is usually used to estimate a factor of safety or an ultimate capacity. Although based on a simple assumption of rigid-plastic material behaviour, limit analysis has a rigorous theoretical background called limit theorems. The implementation of limit analysis to finite element method is recognised as rigid-plastic finite element method. The author recently proposed a new formulation of hybrid type rigid-plastic finite element method based on the interior point method, named primal-dual rigid-plastic finite element method (PDRPFEM). In this paper, characteristics of primal-dual rigid-plastic finite element method are illustrated in contrast to the ordinary rigid-plastic finite element method based on the upper bound theorem. Advantages of the primal-dual rigid-plastic finite element method in the numerical calculations are also explained. In addition to this, as a real rigid-plastic boundary value problem, bearing capacity problems of surface uniform loading on weightless Tresca material (c, φ = 0) are solved by the primal-dual rigid-plastic finite element method. Numerical solutions are compared to the analytical solutions to investigate numerical accuracies of the primal-dual rigid-plastic finite element method.     

考虑渗流和锚固作用的强度折减有限元法研究

 针对目前岩土工程中锚杆数值模型存在的局限性,探索适合于强度折减有限元法计算和参数优化的新的锚杆计算模型,研制出一个考虑渗流场和由于泡水含水量变化引起岩土体强度参数降低及锚杆支护作用的三维强度折减有限元程序,该锚杆计算模型能够考虑锚杆和岩土体间黏结力不够的锚杆失效形式。通过实例计算并与传统极限平衡法实例计算分析结果对比研究,对抗剪强度折减有限元法分析边坡稳定问题的适用性进行评价。结果表明,采用三维强度折减有限元法确定考虑渗流场和由于泡水含水量变化引起岩土体强度参数降低及锚杆支护作用的边坡稳定性安全系数是可行的。     

Computational intelligence methods for the efficient reliability analysis of complex flood defence structures

With the continual rise of sea levels and deterioration of flood defence structures over time, it is no longer appropriate to define a design level of flood protection, but rather, it is necessary to estimate the reliability of flood defences under varying and uncertain conditions. For complex geotechnical failure mechanisms, it is often necessary to employ computationally expensive finite element methods to analyse defence and soil behaviours; however, methods available for structural reliability analysis are generally not suitable for direct application to such models where the limit state function is only defined implicitly. In this study, an artificial neural network is used as a response surface function to efficiently emulate the complex finite element model within a Monte Carlo simulation. To ensure the successful and robust implementation of this approach, a genetic algorithm adaptive sampling method is designed and applied to focus sampling of the implicit limit state function towards the limit state region in which the accuracy of the estimated response is of the greatest importance to the estimated structural reliability. The accuracy and gains in computational efficiency obtainable using the proposed method are demonstrated when applied to the 17th Street Canal flood wall which catastrophically failed when Hurricane Katrina hit New Orleans in 2005.     

边坡稳定分析的一些进展

本文介绍近年在用极限平衡法与有限单元法 ,分析边坡稳定性方面的一些进展 ,在基于极限平衡的解析法上 ,我们导出了多阶斜坡的稳定安全系数与滑裂面角度的计算公式。这对岩质边坡的设计有很高的实用意义。导出了目前采用的各种条分法的统一计算公式。对于非严格条分法 ,用一个平衡方程并假设条间力的作用方向 ,即能求得安全系数 ;对严格条分法 ,用二个平衡方程 ,并假设条间力的作用方向或条间力的作用点位置 ,就能求出安全系数。统一式是一简单的迭代式 ,因而计算简便 ,并有很高精度。提出了两种用有限元法求边坡稳定安全系数的方法 :一种基于极限平衡法 ,对土质边坡采用圆弧搜索法 ,对岩质边坡采用在滑移面上布置节理单元的方法。另一种采用有限元强度折减法 ,便于采用大型软件 ,是一种很有前途的求边坡稳定安全系数的新方法。     

岩土破裂过程分析RFPA离心加载法

将离心加载算法引入到岩石破裂过程分析RFPA系统中,形成了RFPA离心加载法(RFPA-Centrifuge)。RFPA-Centrifuge的应力分析采用有限元基本算法,满足静力平衡、应变相容及岩土体的非线性应力–应变关系;秉承了RFPA系统的破坏分析功能,并且同样考虑材料细观非均匀的影响,对边坡等难点问题进行分析时,不需对滑动面或破坏区域做任何预先假定。通过对垂直土坡离心物理试验、倾斜的土坡、含两组平行节理岩质边坡和不同截面形状隧道的数值试验,证明该法可以直观、逼真地获得岩土结构的破坏区域或滑移破坏面,同时求得安全储备系数,分析结果与物理的试验和有限元强度折减法均比较一致。RFPA-Centrifuge不仅回避了强度折减法中有关力学参数复杂的折减规则,还克服了强度折减法难以用物理试验进行相互验证的不足,因而是一种极具前景的岩土工程稳定性分析方法。     

论滑坡稳定性分析方法

 以地质体的渐进、动态破坏为基本出发点,对滑坡的稳定性问题进行较为系统的讨论。通过具体滑坡现象和模型试验说明研究滑坡问题的复杂性;按照山体的破坏程度,划分包括既有破坏、局部再破坏、贯穿性破坏、离散性破坏和运动性破坏几种破坏形式,说明破坏类型的转化正是山体渐进破坏的过程;综合分析极限平衡法、有限元法、离散元法分析边坡稳定性的局限性;详细介绍基于连续介质的离散元法的特点;建议将滑坡体地表裂缝作为参数分析的基本参量;阐述分析运动性破坏的重要性;特别强调单纯靠计算方法不能解决工程问题,将计算模型与现场监测结果分析相结合,是正确判断山体当前状态、分析滑坡稳定性的有效途径。     

基于三维非线性有限元的拱坝坝肩稳定分析

 刚体极限平衡法不能反映岩体中实际的应力分布,而基于有限元的强度折减系数法在判断收敛性方面也存在一些问题。为了解决这些问题,采用多重网格法,分别建立用于有限元计算的结构网格和用于计算滑面稳定安全系数的滑面网格。基于有限元计算的应力结果,通过插值获得滑面的受力分布情况,然后可以方便地计算得到任意滑面或滑块的稳定安全系数,从而将非线性有限元和刚体极限平衡分析方法结合起来。为了改善计算的收敛性和提高非线性求解的精度,非线性有限元计算采用一种基于Drucker-Prager准则的理想弹塑性增量分析方法,无论是对于小荷载步长还是大荷载步长,弹塑性计算均具有很好的收敛性。该方法已经集成到三维非线性有限元分析程序TFINE中,在分析了插值方法和网格密度对计算结果精度的影响基础上,将该方法应用于某水电站高拱坝坝肩的稳定分析中。计算结果分析以及与刚体极限平衡法结果的对比表明,由于考虑了计算过程中的非线性应力调整,所提出方法的计算结果虽然比刚体极限平衡法偏大,但更符合实际情况。     

基于二阶锥规划理论的有限元强度折减法及应用

针对岩土体稳定性问题,常用的方法有极限平衡法和有限元强度折减法等。传统的有限元强度折减法通常需设置很大的最大允许非线性迭代次数(如200或500),计算耗时严重,此外,采用的平衡迭代和应力积分算法可能导致岩土体塑性区计算不够准确,进而影响稳定性分析结果。提出一种二阶锥规划有限元强度折减法,该方法基于Hellinger–Reissner混合变分原理和有限元法,将岩土体弹塑性问题构造成基于有限元框架的二阶锥规划问题,结合强度折减技术来分析岩土体稳定性。将该新方法应用于平面应变岩土体稳定性分析,结果表明:与传统的有限元强度折减法相比,新方法结果可靠,但其计算效率更高,所获得的塑性区更加平滑。