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。     

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。这些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。     

考虑应力渗流耦合作用下含结构面边坡稳定分析

基于非饱和土强度理论与简单条分法,分析了渗流作用下土坡稳定性降低的机理;运用GTS软件通过接触单元考虑结构面,建立应力渗流耦合作用下含结构面土坡稳定分析模型;采用强度折减法与极限平衡法进行渗流边坡稳定分析。结果表明:运用单纯塑性贯通区来判定土坡失稳存在不足之处;数值计算安全系数采用强度折减法与极限平衡法计算结果非常接近,可运用极限平衡法进行安全系数求解;结构面与土中水渗流对边坡的变形、应力和稳定性影响显著,边坡稳定分析要充分考虑结构面和渗流的影响。     

土质边坡稳定性安全系数计算方法探讨

根据工程实例,对一公路土质边坡稳定性系数采用极限平衡法中的瑞典条分法和简化Bishop法与有限差分法分别进行了分析,使用边坡分析软件GeoSlope和数值计算软件FLAC分别计算了边坡稳定系数,并分析对比了二者之间的差异,分析了其产生差异的原因,最后在安全系数的选用上提出了建议。     

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。     

边坡稳定性分析的有限元法与极限平衡法的结合

将边坡稳定性分析的有限元法和极限平衡法相结合，首先对边坡进行有限元分析，分析边坡应力、应变和位移分布，然后利用有限元分析计算的应力结果，通过应力张量变换，求出条分底部的应力，并根据极限平衡法的概念得出边坡的稳定性安全系数。该方法既能反映边坡的稳定和变形之间的关系，又能用工程界所熟悉的安全系数来评价边坡的稳定性，具有较广泛的应用前景。     

应用ABAQUS程序进行渗流作用下边坡稳定分析

 为进行渗流作用下的边坡稳定性分析,需考虑渗流场与应力场之间的相互耦合作用。ABAQUS有限元程序具有良好的渗流和变形耦合分析功能,能将渗流场和应力场直接进行耦合,故采用ABAQUS有限元程序结合强度折减技术进行稳定渗流作用下边坡稳定分析,得到边坡整体稳定安全系数,且利用该程序强大的后处理功能,可揭示坡体内渗流浸润面和最危险滑动面的形状和位置,为验证该方法的可靠性,与基于传统极限平衡理论的瑞典条分法和简化的Bishop法进行对比分析。实例计算结果表明,基于ABAQUS的有限元强度折减法克服传统极限平衡法的缺点,计算结果更为合理可靠,是进行渗流作用下边坡稳定这一复杂问题分析的有效方法,可为工程实践提供参考依据。同时,就土体渗透性强弱对渗流浸润面位置及边坡稳定性的影响进行大量的分析和比较,并通过计算表明有限元模型边界的选取对渗流浸润面位置及边坡稳定性都会产生影响,因此有限元建模应合理地选取计算边界。     

考虑参数空间变异性的边坡稳定可靠性有限元极限分析

当土性参数空间变异性较大时,极限平衡法得到的滑移面不尽合理。阐述了基于广义变分原理的有限元极限分析方法,采用混合有限元方法,构筑了线性应力三角形单元与线性速度三角形单元,结合强度折减法与线性规划算法,建立了边坡稳定安全系数上下限分析方法,分析了土的抗剪强度参数空间变异性对边坡稳定性的影响,并与3种典型极限平衡法进行了对比。结果表明,FELA方法可有效搜索边坡临界滑移面,并给出安全系数的严格上下限。对于简单均质边坡,有限元极限分析与极限平衡法结果接近,极限平衡法结果大多位于极限分析的上下限内;对于空间变异性较大的边坡,有限元极限分析法可以有效搜索可能的多种临界滑移面,而极限平衡法则存在显著偏差,且往往高估滑坡风险。强度参数的空间变异性还导致边坡安全系数分布形式变化显著,仅采用安全系数无法反应这一变化。根据安全系数的分布形式,给出了土性参数设计值建议。     

强度折减法与极限平衡法对比分析——以安康市一边坡为例

本文通过ABAQUS6.10有限元分析软件,以安康市一边坡治理工程为例,采用有限元强度折减法,求解该边坡稳定性系数,并与极限平衡法进行对比分析。结果表明:边坡在天然工况下,采用有限元强度折减法计算的稳定系数为Fs=1.25~1.59,边坡稳定;采用极限平衡法计算的稳定系数为Fs=1.239~1.578,边坡稳定。     

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。     

基于重度增加法在土坡稳定性计算上的改进

结合极限平衡法和有限元重度增加法,指定重度增加法确定的潜在滑动面为滑弧,计算了土坡极限平衡状态下的安全系数,并与其他方法的结论进行了比较,证明了该方法的合理性和准确性,同时提高了边坡稳定性分析的效率。     

利用有限元强度折减法分析岩质边坡的稳定性

基于有限元强度折减法,利用ANSYS有限元软件,对岩质边坡在地应力作用下进行了稳定性分析。选用D-P屈服准则,以边坡的位移计算不收敛及塑性区贯通作为边坡失稳判据,得到边坡的安全系数及破坏滑动面。通过与成熟的极限平衡法做比较,证明边坡稳定性安全系数是合理的,从而也说明强度折减法在岩质边坡稳定性分析中的优越性。     

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。     

Stability analysis of slopes using the finite element method and limiting equilibrium approach

The limit equilibrium method is commonly used for slope stability analysis, being relatively simple compared with finite element analysis. Both methods were used to analyse homogeneous and inhomogeneous slopes, taking into account the rapid drawdown condition, the undrained clay soils and the presence of tension cracks. The analyses were carried out using PLAXIS 8.0 (finite element method) and SAS-MCT 4.0 (limit equilibrium approach). The safety factor and location of the critical slip surface obtained from the two methods are compared.      

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。     

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。     

有限元强度折减法在边坡稳定性分析中的应用

应用弹塑性强度折减有限元计算边坡稳定安全系数,通过算例对极限平衡法和强度折减法计算的安全系数进行了比较,得出两种方法计算结果基本一致,将两种计算方法结合使用更有利于对实际工程进行对比检验。     

降雨入渗对边坡稳定性影响的强度折减法

为进行降雨入渗对边坡稳定性分析,需要考虑非饱和渗流场与应力场之间的相互耦合作用,ABAQUS具有良好的渗流场和应力场之间耦合的分析功能,故采用ABAQUS有限元软件结合强度折减技术对某一典型土堤边坡进行降雨入渗下的边坡稳定性分析,从而得到了边坡的滑裂面以及安全系数。并与基于传统极限平衡法理论的瑞典条分法和Janbu法结构进行对比,验证了有限元方法结果的可靠性。实例分析结果表明,基于ABAQUS的有限元强度折减法计算结果合理可靠,是进行降雨入渗对边坡稳定性这一复杂问题分析的有效方法。同时,研究了降雨时长及入渗强度对边坡的稳定性影响,定量分析了二者对该工程的影响,可为工程实践提供参考依据。