三种边坡安全系数计算方法对比研究

 针对广泛使用极限平衡法和有限元强度折减法,提出基于改变重力加速度的重力比例自动加载法,从计算原理和安全系数计算成果上对其进行对比分析,分析得出各方法的优缺点。计算分析表明,重力比例自动加载法计算的边坡安全系数随坡角增加而递减的速率要远大于强度折减法,且一定程度上大于极限平衡法的计算成果,该方法得出的边坡安全系数对坡体几何条件变化最为敏感,在量化坡体安全程度上优于其余2种方法;对单层且坡角小于45°的土质边坡,推荐采用极限平衡法,若要采用基于有限元的安全系数分析法,需对土坡进行分层处理;对3层岩土边坡而言,推荐采用极限平衡法和重力比例自动加载法,有限元强度折减法不适用。此外,3种方法中,极限平衡法用时最短,5层岩土边坡计算时强度折减法在计算耗时为重力比例自动加载法的10倍,该差异随着岩层层数的增加还有提高趋势。     

含有软弱结构面的岩质边坡稳定性分析

本文基于MIDAS GTS,采用有限元强度折减法对含有软弱结构面的岩质边坡进行稳定性分析;当边坡坡度不变时,软弱结构面与水平方向的夹角等于岩土内摩擦角时,边坡安全系数最小;当软弱结构面与水平方向夹角不变时,边坡坡度对边坡安全系数影响很大。     

地震作用下三维边坡稳定性分析的拟静力法研究

基于拟静力法和强度折减法,运用MIDAS/GTS有限元软件来探究在水平地震作用下的边坡稳定性问题。文章详细阐述了边坡安全系数与内摩擦角、黏聚力以及水平地震力之间的关系,并叙述展示了运用强度折减法计算过程中不同折减系数的坡体变形情况,发现在计算终止时边坡滑体位移突然增大,塑性区贯穿坡顶,判断此时即为坡体保持稳定的极限状态。     

边坡强度参数非等比例相关联折减法研究

为了克服现有双折减系数法确定双安全系数的不足,在强度参数分布服从线性衰减假定的基础上,推导黏聚力折减系数与内摩擦角折减系数之间的非等比例相关关系;将此关系引入传统的有限元强度折减法中,提出有限元强度参数非等比例相关联折减法;借助ABAQUS有限元数值计算软件实现了基于场变量的有限元强度参数非等比例相关联折减法,从而提高有限元法求解边坡双安全系数的效率;为了在双安全系数的基础上表征边坡的整体安全储备,提出以抗剪强度参数对抗滑力的贡献为权重的综合安全系数;最后结合算例,通过对比分析3种不同折减方式下边坡的滑面位置及综合安全系数,验证了该方法的合理性及可靠性。     

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。     

考虑岩土体力学特性自然劣化规律的双折减系数强度折减法研究

强度折减法为边坡稳定分析提供了较好的思路,在传统的强度折减法中,对边坡岩土体的黏聚力和内摩擦角采用相同的折减系数,但岩土体力学参数在劣化过程中有其自然规律,不一定是同步折减的,也就是说同步折减的思路不一定满足岩土体参数本身的劣化规律。基于此,以黏性土边坡为研究对象,以含水率变化导致其力学参数劣化规律为例,收集整理了大量试验资料,分析得到了含水率变化情况下黏性土的黏聚力和内摩擦角劣化统计规律,并基于此提出了一种考虑岩土体力学参数自然劣化规律的双折减系数强度折减法和综合安全系数计算方法。标准边坡和实例边坡的计算结果表明,所提出的双折减系数强度折减法可以较好地反映边坡的实际安全稳定情况。     

基于强度折减法的不同形态边坡的稳定性分析

采用强度折减法与有限单元法对边坡稳定性进行了分析,并基于ABAQUS的参数化模拟技术,建立能够反映不同坡角的动态分析模型,同时结合强度折减法研究了边坡坡角与安全系数之间的关系,为边坡的稳定性分析提供了合理依据。     

非均质边坡强度折减法折减范围研究

目前强度折减法分析边坡稳定的研究多针对均质简单边坡,而当涉及到非均质边坡时,就存在选择局部区域还是选择所有区域进行强度折减的问题。以FLAC^3D为平台,基于计算收敛性准则利用内嵌FISH语言二次开发了能够自动搜索安全系数的整体强度折减代码和局部强度折减代码;结合特征点位移突变准则利用内嵌FISH语言二次开发了依据位移–折减系数曲线判定边坡安全系数的整体强度折减代码和局部强度折减代码;通过有关算例,验证了自编程序的有效性。在此基础上,针对一个非均质边坡分别按照整体强度折减与局部强度折减进行稳定性数值分析,研究表明,两者所得安全系数并不总是一致,整体强度折减法计算所得安全系数与极限平衡法计算结果较为一致,而局部强度折减法若不能合理选择折减区域则不能正确评价边坡的稳定性。因此,采用强度折减法对非均质边坡进行稳定性分析时,建议对整个模型都进行折减。     

一种考虑拉破坏的强度折减法研究

强度折减法广泛应用于边坡安全系数的计算,在用强度折减法进行安全系数计算时应考虑张拉屈服形式。从实际工程出发,并结合张拉–剪切屈服准则,提出一种新的考虑岩体张拉破坏特性的强度折减法。指出在强度折减过程中,岩土的抗拉强度、内摩擦角和黏聚力不是任意的,而应满足一个不等式。基于这一不等式,指出当前考虑张拉破坏强度折减法的不足,并且通过算例验证本文所提方法的合理性。     

基于极限平衡的边坡稳定分析

利用有限元法求坡体处于弹性状态时此面上的应力场,计算出此面上的法向应力和切向应力分布,由切向应力求出坡体的滑动力,再由法向应力和Mohr-Coulomb破坏准则求出此面达到极限平衡状态时所能提供的抗滑力,得出坡体的安全系数。通过算例发现,该方法分析边坡稳定是可行的,所获得的坡体安全系数比强度折减法和重度增加法均要小。通过分析不同参数对计算的影响发现,弹性模量E、泊松比μ对分析精度影响较小,黏聚力c、内摩擦角对计算精度影响较大,计算参数的改变对重度增加法的计算结果影响最大,对强度折减法和有限元极限平衡法影响相对较小。     

强度折减有限元法研究开挖边坡的稳定性

用强度折减有限元方法对开挖边坡的稳定性进行了较为全面的研究。分析结果表明 :当折减系数达到某一数值时 ,边坡内一定幅值的广义剪应变自坡底向坡顶贯通 ,认为边坡破坏 ,定义此前的折减系数为安全系数 ;和强度指标相比 ,弹性模量、泊松比、剪胀角和侧压力系数对边坡的安全系数影响不大 ;开挖边坡和天然边坡具有相似的破坏形式 ,表明强度折减有限元方法适用于开挖边坡的稳定性分析。最后指出 ,强度折减有限元法具有广泛的适用性和良好的应用前景     

用有限元强度折减法评价海底斜坡稳定性

采用基于ABAQUS的有限元强度折减法从三个失稳判据方面对相同有限元模型的陆地斜坡和海底斜坡的塑性应变、等效塑性应变、塑性区发展情况进行了研究,得出了海底斜坡失稳机理和稳定性评价的定量研究依据,为海底斜坡失稳机理和海底地质灾害风险评价提供了研究思路。     

用有限元强度折减法求边坡稳定安全系数

利用有限单元法 ,通过强度折减来求边坡稳定安全系数。通过强度折减 ,使系统达到不稳定状态时 ,有限元计算将不收敛 ,此时的折减系数就是安全系数。安全系数的大小与所采用的屈服准则有关 ,本文对几种常用的屈服准则进行了比较 ,导出了各种准则互相代换的关系 ,并采用莫尔 -库仑等面积圆屈服准则代替莫尔 -库仑准则 ,算例表明由此求得的边坡稳定安全系数与传统方法的计算结果十分接近     

有限元强度折减法在加筋土挡土墙中的应用

分析了有限元强度折减法的基本原理，介绍了屈服准则的选择，论述了利用有限元法，通过强度折减求加筋土挡土墙稳定安全系数的过程，并得出了一些结论。     

强度折减有限元法分析边坡稳定性的精度探讨

对强度折减有限元法分析边坡稳定性中的精度进行了探讨.对比分析表明:边坡安全系数随着剪胀角ψ的增大略有增大,但总体上可以忽略不计,有限元计算中,可取ψ=0°进行边坡稳定性分析;弹性模量E和泊松比ν对安全系数基本上没有影响;采用位移是否突变和塑性区是否贯通作为边坡的失稳判据,对比前后计算步骤中的位移和塑性区特性,可以减少或消除非确定性因素对安全系数的影响;计算模型的边界范围大小,需根据具体边坡的变形需要来确定,其大小应足以让边坡的破坏滑动面自由发展.通过算例分析表明,在采用合理的失稳判据条件下,用有限元强度折减法得到的边坡安全系数与极限平衡法的结果相当,说明采用强度折减有限元法分析边坡稳定性是合理可行的.     

基于强度折减法的桩基础有限元极限分析方法

研究了桩基础的强度折减法应用问题,提出了不同于传统的超载安全系数的桩基础安全储备系数概念,建议了强度折减法桩基础极限分析判定条件,即:①折减系数–位移曲线(F–s曲线)出现拐点、末端出现近似平行于s轴的直线段;②折减系数–桩端阻力曲线(F–Qu曲线)出现V型转折点,则F–s曲线的拐点、F–Qu曲线V型尖点的前一折减系数为该桩顶荷载条件下基础的安全储备系数。通过使用对工程桩极限分析表明,强度折减法计算的极限荷载与静载荷试验方法、荷载增量法判定的极限荷载误差小于10%,表明该方法对工程桩基的极限荷载确定具有一定的应用意义。     

基于ABAQUS强度折减法的边坡稳定性分析

将大型有限元软件ABAQUS与强度折减有限元法相结合,对边坡的稳定性进行了分析.将折减系数以场变量的形式赋予ABAQUS,动态显示塑性区发生发展的过程.当塑性区贯通且位移和应变发生突变时,边坡处于破坏的临界状态,将此时的折减系数作为边坡的最小稳定系数.通过对工程实例的稳定性分析,并与传统的极限平衡法相比较,证明了该方法可以准确地预测滑动面位置及稳定系数;并对采用关联和非关联流动法则时边坡的稳定性进行了对比分析,发现采用前者时的稳定系数比采用后者时稍微偏高.     

基桩下溶洞顶板稳定性评价的强度折减有限元法

定义溶洞顶板稳定性安全系数为顶板岩体实际剪切强度与折减到临界破坏时的剪切强度之比值。综合运用强度折减技术、弹塑性有限元和二分法探讨基桩下溶洞顶板稳定性的评价方法。研究表明,该方法不仅可得到能表征溶洞顶板稳定性且物理意义明确的安全系数,还可获得可能的破坏面及破坏过程,与传统方法相比,具有明显的优越性。实例证明了其可行性与有效性。该方法为基桩下溶洞顶板稳定性分析与评价提供了新的思路与方法, 具有重要的理论意义与工程实用价值。     

基于三维强度折减有限元的抗滑桩优化探讨

采用抗剪强度折减弹塑性有限元法分析含抗滑桩边坡稳定性优化问题,结果表明,在采用单排抗滑桩支护、坡脚和坡顶水平且坡体材料是各向同性材料时,桩布置在边坡中线上最有利于提高边坡稳定性,增大抗滑桩密度比增大桩径更能有效提高边坡的稳定性。