基于Drucker-Prager准则的边坡安全系数定义及其转换

探讨了基于D-P(Drucker-Prager)准则的边坡稳定安全系数定义形式,提出了各D-P准则之间的安全系数转换关系,并据此建立了基于D-P准则的边坡稳定安全系数与传统莫尔–库仑准则条件下安全系数的关系表达式。目前,ANSYS有限元软件采用的岩土材料屈服准则为莫尔–库仑六边形外接圆D-P准则,在利用有限元强度折减法计算边坡稳定安全系数时,可以先求出外接圆D-P准则条件下的安全系数,然后利用所提出的安全系数转换公式就可直接计算出各D-P准则条件下的安全系数。对于平面应变条件下的强度问题,平面应变莫尔–库仑匹配D-P准则(分关联和非关联两种情况)与莫尔–库仑准则等效,因此,通过转换就可以在ANSYS程序中实现莫尔–库仑准则,而不需要进行二次开发。这样就解决了基于D-P准则的有限元强度折减安全系数与传统工程中采用的安全系数(基于莫尔–库仑准则)间的接轨问题。大量算例结果表明:在平面应变条件下采用平面应变莫尔–库仑匹配D-P准则求得的安全系数与传统极限平衡条分法中用Spencer法求得的安全系数非常接近,且误差在1%～2%,已经具有相当高的计算精度,也同时证明所提出的方法是可行的。     

土体材料屈服准则及试验和数值分析应力路径探讨

对强度理论进行了深入的论述,剖析了莫尔–库仑剪切屈服准则,依据此准则,在主应力空间(三轴仪平面)、偏平面和大小主应力子午面上直观地描绘了在普通三轴仪上进行各种三轴压缩、三轴伸长试验的应力路径和平面应力条件下的应力路径,考虑土体为不抗拉或弱抗拉材料,建议采用张拉–莫尔–库仑剪切复合屈服准则和张拉-剪切–体积复合屈服准则来分析土体的屈服和破坏行为,并结合张拉–莫尔–库仑剪切复合屈服准则对现行有限元数值计算方法中按载荷步进行加、卸载分析时的应力路径进行了探讨。     

有限元强度折减法在三维边坡中的应用研究

边坡稳定性评价,特别是对具有复杂几何特征的边坡,应作为三维问题来处理。作者将强度折减法应用于三维边坡稳定性分析中,通过三个典型的工程算例对几种常用的屈服准则进行比较,证明了在三维情况下采用莫尔-库仑等面积圆屈服准则代替莫尔-库仑准则是可行的。     

含水裂隙岩体本构模型及数值模型理论研究

基于莫尔-库仑模型,结合含水裂隙岩体的本构关系及演化方程,在FLAC3D提供的二次开发程序接口基础上,利用VC++程序语言实现了计算过程,并编译成动态链接库文件进行加载和调用,得到了含水裂隙岩体的数值模型。通过一个简单数值模拟实验,验证程序的适用性和有效性,并得出采用莫尔-库仑模型模拟出的结果比含水裂隙岩体本构模型的结果要偏于保守。将含水裂隙岩体的本构模型应用于一实际巷道的开挖围岩稳定分析中,其计算结果与现场监测的数据较吻合,再次验证了该含水裂隙岩体数值本构模型的正确性,可用于含水裂隙岩体巷道的稳定性分析。     

基于有限元强度折减法的边坡稳定性分析

采用强度折减法,根据基于摩尔-库仑屈服准则的广义米塞斯屈服准则（D—P准则）,通过前后处理软件,对边坡稳定性进行非线性有限元分析。综合考虑土体参数的变化和边坡边界条件的特点,从计算结果中分析边坡的位移,变形及其塑性发展趋势,从而可以得出安全系数。结果表明：强度折减法分析边坡稳定性时,不但能够得到边坡的安全系数,而且能够确定最危险滑移面。     

基于FLAC3D的强度折减法的边坡稳定性分析

将强度折减法应用于边坡稳定性分析中,借助FLAC3D分析软件,选择弹塑性模型及其Mohr—Coulomb破坏准则,以四川犍为县医院边坡为例,分析了该边坡的稳定性,并与传统的极限平衡法计算所得边坡稳定系数进行了对比。结果表明,基于FLAC3D的强度折减法能真实地反映边坡的实际情况,求得的边坡稳定系数更接近边坡的实际稳定状态,显示出其在边坡稳定性分析中的一定优势。     

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     

软弱土层的位置和坡角对分层土质边坡的稳定性影响研究

针对不同层数和软弱土层处于不同位置的分层土质边坡工程,采用FLAC3D有限差分数值计算软件,以安全系数和边坡位移等值线图为边坡稳定性的评价指标,运用强度折减法模拟分析不同坡角对每种分层土质边坡稳定性的影响。在分析每种分层土质边坡不同坡角下稳定性的基础上,得出安全系数的变化规律,进而细化边坡达到临界稳定的坡角范围,并在此范围内分析边坡稳定性。     

基于强度折减法的岩质边坡稳定性数值分析

将强度折减理论与数值分析方法相结合用于边坡稳定分析,克服了传统极限平衡法的一些不足。基于摩尔库伦屈服准则,分别采用有限元软件MIDAS GTS和有限差分软件FLAC3D,对某实际边坡工程的稳定性进行了数值计算和对比分析,其结果可为类似工程提供参考。     

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。     

基于有限差分FLAC3D坡角优化

运用FLAC3D有限差分法对边坡的优化选择及稳定性进行了分析,得出了最优边坡角,并进一步指出在一定范围内,随着边坡角的增大,安全系数减小,边坡稳定性降低,以位移及塑性贯通区作为判据判定边坡稳定性是行之有效的方法.     

强度折减法分析非均质土坡稳定的适用性

强度折减法是一种处理边坡稳定性问题的数值分析方法。该方法在简单均质边坡中的适用性已得到较为一致的认同,但对于非均质土坡稳定性分析的适用性还有待进一步研究。本文旨在探讨强度折减法在分析复杂多层边坡和加固后土坡稳定性的适用性,采用基于强度折减法的FLAC3D（显式拉格朗日有限差分法）对算例进行了分析,分析结果表明由此求得的安全系数、滑动面位置形状与传统方法（极限平衡法）的结果十分接近,从而论证了强度折减法用来分析复杂多层边坡和加固后土坡的稳定性是可行的。     

基于地质力学模型试验综合法的顺层岩质高边坡稳定性研究

针对顺层岩质高边坡稳定性问题,提出降强法与倾斜抬升超载法相结合的地质力学模型综合的试验方法,推导该方法下边坡稳定综合法安全系数表达式,将其应用到白鹤滩左岸顺层岩质高边坡工程实例中,并与FLAC3D强度折减法数值计算结果进行对比。研究结果表明:2种方法得到的边坡变形破坏特征、破坏模式、安全系数均较为接近,说明所提的试验方法和安全系数表达式是合理的;白鹤滩左岸边坡的地质力学模型试验综合法安全系数KSC=1.526~1.575,数值计算得到的稳定安全系数KSS=1.45~1.52;边坡稳定安全的控制性结构面为层间错动带C3–1及其上盘岩体内的软弱结构面,层内错动带LS337上的加固措施是有效的。研究成果对顺层岩质高边坡安全稳定具有重要的工程意义和实用价值。     

Required strength of geosynthetics in a reinforced slope with tensile strength cut-off subjected to seepage effects

The Mohr-Coulomb (M-C) yield criterion is found to overestimate the tensile strength of cohesive soils. By introducing the concept of tensile strength cut-off, the M-C criterion is modified to reduce or eliminate the tensile strength from the criterion. In this study, a new approach is proposed to investigate the stability of geosynthetic-reinforced slopes in cohesive soils subjected to seepage effects by means of the kinematic approach of limit analysis. The distribution of pore-water pressure is obtained using the numerical modeling software package, FLAC3D. A kinematically admissible failure mechanism is discretized to incorporate the results from the numerical simulation. The strength of geosynthetics required for maintaining the slope stability is evaluated from the work-energy balance equation. An optimization routine is used to seek out the maximum value among all possible results. Design charts providing the normalized required reinforcement under different parameters are plotted for a parametric study and convenient use in engineering. The obtained results show that less reinforcement is required in the presence of soil cohesion, and that the inclusion of the effect of tensile strength cut-off leads to a more conservative solution, which is more obvious in the presence of seepage effects.     

基于Hoek-Brown准则的岩质边坡稳定性分析

 无论是传统极限平衡法还是数值模拟方法,强度准则和力学参数的选取对边坡稳定分析具有关键作用。基于非线性强度准则——Hoek-Brown强度准则,利用Slide软件,选取地质力学指标GSI、岩石材料参数mi、应力扰动系数D、边坡高度H及坡角b作为影响边坡稳定性的主要因素进行分析。分析结果表明：随地质力学指标GSI的增大,边坡稳定系数呈现出递增趋势,总体呈指数形式发展;GSI不同范围内,随着岩石材料参数mi的增大,边坡稳定系数F呈现出递增和递减2种截然不同的形式;随着应力扰动系数D的增加,稳定系数F呈直线形式递减;随着坡高H的增大,稳定系数逐渐减少,呈负指数形式发展。随坡角b的增大,稳定系数F逐渐减小,呈多段线形式发展,而b不同范围内斜率不同。根据E. Hoek等所提出的岩体分级标准中岩石单轴抗压强度界限值,对岩质边坡稳定系数进行分析,得到边坡稳定系数分布图。最后将稳定系数分布图应用于工程实例中,结果表明利用稳定系数分布图能很好地估算边坡稳定系数范围,与边坡稳定性定量分析结果具有较好的一致性。     

大岗山水电站边坡抗剪岩-洞相互作用研究

大岗山水电站右岸边坡地质条件复杂,地应力较高,发育有辉绿岩脉、中倾坡外的断层、卸荷裂隙密集带等不利组合体,边坡稳定性问题极为突出。将实际微震监测技术与有限差分数值软件FLAC^3D结合,对抗剪洞加固前、后的边坡稳定性以及岩-洞两体的相互作用进行分析。指出边坡开挖过程中岩体空间损伤劣化的微震活动规律和可能发生坡体失稳的潜在滑动面位置。研究发现抗剪洞起到了很好的加固作用,加固后潜在滑体产生的位移几乎不到加固前的一半、坡体的安全系数提高了36.2%及微震监测得到的微震事件降低了约66.4%。     

节理岩体边坡概率损伤演化规律研究

露天矿边坡岩体是含有大量空间上随机分布裂隙的三维损伤体，岩体的强度和内部裂隙分布在空间上均具有随机性，岩体损伤是一种概率损伤。应用三维节理网络模拟技术建立节理岩体损伤张量及概率分布规律的计算方法，综合应用Rosenblueth原理、损伤断裂力学与数值模拟等理论与技术，建立三维节理岩体概率损伤演化的耦合分析程序，通过对鞍钢眼前山露天铁矿南帮边坡岩体随采场逐渐下降过程中概率损伤演化规律的数值模拟，计算得出边坡岩体在不同开采阶段的损伤张量的均值与标准差，揭示节理岩体损伤张量在露天矿开采的空间和时间上的动态变化规律，建立露天矿不同开采阶段的边坡岩体三维随机损伤场，为评价露天矿边坡可靠性的动态变化规律奠定基础。     

岩质高边坡稳定性分析与评价中的四个准则

对于岩质高边坡而言,其潜在滑动面上力学参数的合理性、边坡开挖后需要的整体加固力以及计算的边坡安全系数与实际边坡安全储备的接近程度将直接影响岩质高边坡工程的安全性与经济性。从现有的确定边坡潜在滑动面力学参数的反演分析方法入手,指出其存在的局限性,提出边坡潜在滑动面力学参数最小取值准则;在此基础上,根据开挖岩体的总压力充其量是诱发边坡失稳的全部不利荷载的思路,提出边坡最大主动加固力准则。将潘家铮的上、下限原理应用于边坡的数值分析与稳定性评价,提出数值法进行稳定性分析评价的安全系数上、下限准则,并将其在工程评价中进行验证与推论。该研究可为工程设计人员进行有效经济地选择岩质高边坡加固方案提供宏观判据与基本原则。     

基于强度折减法的边坡稳定性三维有限元分析

将强度折减法应用于边坡稳定性分析中，折减土体强度，代入有限元程序进行计算，直至计算不收敛，此时的折减系数即为安全系数。将强度折减法应用于边坡稳定性的三维分析，结合工程实例，基于强度折减法的边坡稳定性有限元法和传统极限平衡法的计算结果，对边坡稳定性二维分析和三维分析的结果进行了对比，表明基于强度折减法的边坡稳定性三维有限元分析是可行的。在边坡稳定性分析中，为得到更符合实际情况的结果，在有条件的前提下宜补充进行边坡稳定性三维分析。     

某工程人工高切坡的稳定性分析

结合工程实际,探讨了土性强度相差悬殊的丘陵地带某人工高切坡的稳定性问题,对卸荷以后土层的临界高度进行了计算,并用FLAC3D有限元进行了模拟,得到了水平方向和竖直方向的位移,对同类型高切坡的稳定分析及治理有一定指导意义。