三维边坡稳定问题的基本方程与分析方法

基于空间一点应力分析,进行了空间曲面上一点的应力分析,得出了曲面上一点的法向应力、剪应力与应力分量、曲面一阶偏导数的关系。建立了曲面至边坡表面土柱上力的微分平衡方程、力的平衡方程、力矩平衡方程。和库仑屈服条件一起,构成了边坡稳定问题普遍适用的基本方程。采用与二维问题的简化Bishop法类似假定,得出了一种三维边坡稳定性分析的计算方法。算例表明,本文方法计算结果是合理的,具有广泛的应用意义。     

川黔铁路K119裁缝岩滑坡形成机制与稳定性分析

在勘察监测川黔铁路K119裁缝岩滑坡的基础上,阐述了该滑坡的基本特征和形成机制,运用Bishop法,计算了该边坡的稳定性,得到该边坡的稳定性系数,并采用FLAC~(3D)软件,对该边坡的破坏机制进行了数值模拟分析,结果表明,采用Bishop法计算得到的边坡破坏面与FLAC~(3D)计算得到的初始失稳区域的主滑动面是一致的,该滑坡是以推移为主牵引为辅的复杂滑移机制滑坡。     

抗滑桩支护边坡稳定性分析的改进Bishop法研究

为评价抗滑桩加固边坡的稳定性，基于Bishop法，假定条间力、抗滑力的方向以及作用点，建立抗滑桩支护边坡的力学分析模型，确定抗滑桩的下滑力和安全系数表达式，探讨了安全系数与桩位、抗滑力的关系。分析表明：Bishop法边坡稳定性分析的改进模型得到的结果与其余算法较为接近，表明改进方法具有可行性和适用性；计算的下滑力与其余方法得到的结果误差在3%以内，表明所建立的抗滑桩支护边坡分析模型计算精度较好且合理；抗滑桩设置在坡面中部区域时，桩体的抗滑稳定作用得到充分发挥，且安全系数随着抗力的增大而线性增大。     

一种基于Morgenstern-Price法假定的三维边坡稳定性分析法

 通过侧向剪力系数和侧向剪力分布函数对条间力进行假定,提出所有条柱满足3个力的平衡、滑坡体满足3个力矩平衡的三维边坡极限平衡分析法,可看作是二维Morgenstern-Price法的三维扩展。利用滑体力的平衡条件和边界条件分别得到条柱各行和各列的安全系数,再利用滑体整体力矩平衡条件确定侧向剪力系数?1,?2,?3,?4。该法考虑了所有条间剪力对安全系数的影响,采用直接迭代法求解,提高计算效率。算例分析表明,对于对称边坡,侧向剪力系数?1,?3,?4对安全系数影响不大;对于非对称边坡,?4对安全系数影响也不大,且获得的安全系数均与已有文献结果接近。非对称复合滑动面算例还表明,简化方法给出的安全系数不一定偏于安全。     

顺向岩质边坡平面旋转破坏的力学分析

针对顺层岩质边坡的平面旋转破坏模式的特点,利用能量准则和损伤力学的观点建立三维力学模型,给出了在自重、惯性力(如地震)等荷载共同作用下,顺向边坡岩体损伤区和滑移区的力学性状及破坏区域。根据顺层岩质边坡渐进性破坏机理和层面的刚塑性应变软化假定,分析了可能影响滑移区和损伤区位移、应力和长度的各种因素,给出了以长度为控制量的顺向岩质边坡平面旋转破坏范围值。     

基于塑性域的土质边坡加固材料布设方法

通过建立Bishop法以及有限元强度折减法边坡稳定性分析模型,分析边坡破坏时Bishop法对应最危险滑动面与塑性域位置关系,提出通过Bishop法最危险滑动面确定边坡内最危险区域范围的方法,进而确定土质边坡加固材料布设位置。结果表明:加固材料在滑动面中部需加密布置;加固材料布设范围需穿过最危险滑动面两侧1.5 m范围。     

基于区间组合法的边坡稳定非概率模糊可靠性分析方法

根据边坡稳定性影响因素的随机性、模糊性以及岩土材料力学参数取值的区间性特征,采用非对称三角模糊数表示岩土力学参数取值可能性分布,并对试验数据进行区间模糊优化分析。将所得非对称三角模糊数转化成区间数,运用边坡稳定性分析的简化Bishop法与区间组合法建立边坡安全系数区间值及可能滑动面求解方法,避免了区间函数运算的区间扩张问题。将安全系数区间计算函数与给定安全系数值之差作为功能函数,利用非概率模糊可靠性分析方法计算不同截集水平下的模糊可靠性指标,进而得到其可能性分布曲线,并由可能性理论求得边坡失效可能度,从而建立了基于区间组合法的边坡稳定非概率模糊可靠性分析方法。工程算例表明,该方法具有一定的合理性,为边坡工程稳定性评价提供了新的途径。     

基坑开挖边坡稳定性分析方法的比较研究

常用的边坡稳定性分析方法是瑞典条分法和毕肖普简化法,结合某基坑开挖边坡稳定性分析,对比论证2种方法之间的关系。瑞典条分法不考虑土条两侧的作用力,得到的边坡稳定安全系数偏小,且在滑动面圆弧夹角较大时偏差可能很大。毕肖普简化法在瑞典法的基础上,考虑了条间作用力在法线方向的贡献,计算结果精度较高,因此在不含软弱层的土质边坡稳定性分析中应优先采用,对边坡安全评价具有重要意义。     

三维不连续变形分析理论及其在岩质边坡工程中的应用

 三维非连续变形分析主要包括3个关键问题：块体系统的拓扑识别问题;单个块体(刚体或变形体)运动方程建立与求解;伴随着块体运动和变形,块体间的接触关系需要不断地判别和更新。针对这3个关键问题,从代数拓扑中单纯形及单纯复合形的概念出发,依靠边界算子来生成三维空间块体的几何识别算法,采用Euler-Poincaré公式来确保块体搜索的准确性;利用单纯形积分来获得块体物理特征量的解析解;在一阶位移模式下,按照最小势能原理建立三维块体系统非连续变形分析的总体平衡方程;针对岩体工程破坏特点,提出面–面接触模型,并在此基础上采用强度折减法来计算岩质边坡的安全系数。由简单楔形体破坏算例可知,三维DDA能够解决由传统极限平衡方法假定条件带来的问题,能够正确计算楔形体破坏的抗滑安全系数。通过工程边坡算例可知,采用三维非连续变形分析方法来研究岩体边坡稳定问题,既能深入理解岩质边坡的破坏机制,又能方便地确定临界滑动块体位置、体积、滑动方向以及相应支护方式等;同时,鉴于DDA方法能够精确地求解切向滑动力,结合强度折减法能够获得比较合理的安全系数。     

边坡稳定性分析若干问题思考——对“关于边坡稳定性分析中几个问题的讨论”的讨论

对传递系数法两种稳定系数的意义、坡度对瑞典法稳定系数误差的影响、Bishop等人对边坡稳定性分析极限平衡法影响深远的贡献等问题进行了分析。对传递系数法条间力假定在滑面为平面时是否合理、力矩平衡满足与否是否是稳定性计算精度的决定因素、瑞典法各土条底部法向力是否均最小等问题作出了解答。     

边坡稳定性的三维极限平衡分析方法及应用

边坡稳定性评价,特别是对于具有复杂几何特征的问题,应作为三维问题来处理。文中提出了一种评价边坡稳定性的三维极限平衡方法。该方法中滑面可采用４ 种类型：天然不连续面,剪切作用形成的球面,剪切作用形成的旋转椭球面和组合面。程序使用者可结合工程经验方便地确定可能的滑面,对工程上可能的多个滑动方向进行计算。同时可考虑地下水作用、地震等因素。水库库岸滑坡区分析算例表明,该方法及ＳＳＡ ３Ｄ 程序适合处理三维边坡稳定性评价问题。     

一种改进的三维边坡稳定性分析方法

在现有的边坡稳定性三维极限平衡法分析的基础上,提出了一种改进方法,该方法考虑了条间作用力和底滑面剪切力方向对边坡稳定性的影响,在假定条柱分界面也处于极限平衡状态的条件下,通过每一条柱三个方向的静力平衡条件,推导出边坡稳定系数的计算公式。通过模型计算反映出边坡按二维和三维问题分析时的边界条件,并进一步证实了潘家铮先生提出的极大和极小原理。     

梨园水电站下咱日堆积体稳定性分析

以梨园水电站坝前左岸分布的大规模下咱日堆积体为例,通过分析堆积体物质组成及堆积体与基岩接触面的物理力学特性,确定堆积体的边界条件,并初步判定其可能的变形及破坏模式。以此为基础,采用三维极限平衡方法对沿堆积体与基岩接触面的假设滑面及由二维极限平衡分析出的最危险滑弧拟合出的三维空间滑面进行了分析,确定了不同滑面的安全系数。根据有限元三维分析成果,基于位移梯度理论提出了堆积体三维滑面确定方法,分析方法能够搜索任意形式滑面,同时兼顾考虑堆积体的三维效应。分析表明各工况下堆积体稳定性均能满足要求,计算成果为工程设计提供了重要参考。     

边坡稳定性分析中几个问题的探讨

本文结合工程实例讨论了在边坡稳定性分析中的几个重要问题:1.平面课题极限平衡分析中潜在滑动面的确定,介绍了一种有效的搜索方法,可以运用于边坡形状和地质条件复杂的各种边坡工程问题;2.关于垂直张裂缝的深度问题;3.有限单元法计算结果和稳定性评价;4.地下水渗流的动水压力对边坡稳定性的影响,指出在有些情况下这种影响是不能忽视的。     

大位移滑坡形态的物质点法模拟

滑坡是一典型的动力大变形过程,对这种变形很大的问题如欲模拟其变形后的形态,应用传统有限元法会遇到较大困难。应用物质点法这一较新的数值方法对一高边坡发生滑坡的全过程进行了动态模拟分析,同时结合这一分析对大位移滑坡过程进行了讨论。首先将黏性阻尼与运动阻尼相结合,应用动态松弛技术生成边坡初始应力场,初始应力场与有限元计算结果相符。接着将土体黏聚力降为0,诱导稳定边坡滑坡。滑坡模拟过程表明,滑动面的位置和曲率在滑动过程中均不断变化,滑动模式由转动滑动向平动滑动转变,最终形成的稳定边坡坡角小于土体内摩擦角。     

What is the role of tensile cracks in cohesive slopes?

The traditional limit equilibrium method (LEM) is often used to search for the failure surface with a minimum safety factor of slope. In this method, the failure surface is considered as a shear surface, irrespective of its form. However, tensile cracks are frequently found at the outcrops of landslides. In this study, three sets of tests on small-scale landslides with different inclination angles were conducted. The test results demonstrated that tensile cracks could arise in the slope sliding process and the failure surface is composed of both a shear and a tensile fracture surface. Based on the test results, we used the improved LEM, and replaced the traditional shear failure surface by a tensile-shear coupling one, thus new tensile failure modes for slope stability analysis can be established. The safety factors of slope in different failure modes were compared, which show that when considering soil tensile failure and tensile strength less than a certain value (e.g. 15 kPa, 44 kPa and 55 kPa for linear, circular and logarithmic spiral failure surfaces, respectively), the safety factors of slope with three different failure surfaces are less than the one that did not consider the tensile failure. The most critical failure surfaces of the slope may be composed of shear and tensile damages because the tensile strength of the soil cannot be generally greater than its cohesion.     

岩土工程稳定性分析RFPA强度折减法

将强度折减法的基本原理引入到岩石破裂过程分析RFPA方法中，建立RFPA—SRM岩土工程稳定性强度折减分析方法。该方法以有限元方法作为应力分析工具，不仅满足静力平衡、应变相容，且充分考虑材料的细观非均匀特性，并秉承RFPA方法的破坏过程分析优势，能够反映岩土结构随强度劣化而呈现出渐进破坏诱致失稳的演化过程。以岩土工程中的边坡为例，阐述RFPA-SRM方法在边坡稳定性分析中的应用。利用RFPA—SRM方法进行边坡稳定性分析时，不需对滑动面做任何预先假定，对复杂地质地貌的边坡稳定性分析是实用的；同时以基元的破坏次数统计作为边坡的失稳判据，不仅可直观地得到坡体的滑移破坏面，还可求得安全系数，为边坡的稳定性研究提供一种新的便捷、有效方法。特别是RFPA-SRM对边坡破裂过程的模拟对于理解边坡的破坏形成机制具有重要意义，更有利于从边坡失稳的源头入手指导边坡防护设计。最后对RFPA-SRM方法在一连拱分叉隧道安全设计中的应用进行探讨，得到该隧道结构的安全系数及潜在破坏模式，表明RFPA-SRM方法同样适合其他岩土结构稳定分析。     

地震边坡破坏机制及其破裂面的分析探讨

 地震作用下边坡破坏机制是边坡动力稳定性分析的前提,目前主要采用拟静力与动力有限元时程分析的方法进行分析,认为地震边坡破坏机制为剪切破坏,并以极限平衡法计算得到的剪切滑移面作为地震动力作用下的破裂面,而不考虑地震荷载作用下的拉破坏,从而使地震边坡稳定性分析失真。汶川地震边坡调研发现,滑坡上部多数发生拉破坏,甚至有些岩土体被抛出,这是一个很好的启示,为此,采用FLAC动力强度折减法,结合具有拉和剪切破坏分析功能的FLAC3D软件对地震边坡破坏机制进行数值分析。计算表明,地震边坡的破坏由边坡潜在破裂区上部拉破坏与下部剪切破坏共同组成,而不是剪切滑移破坏,通过多种途径给出地震边坡破裂面位置的确定方法,为边坡动力稳定性分析提供更加准确的基础。     

基于极值原理的边坡稳定分析不平衡推力法

基于潘家铮极大极小值原理,以极小值理论对应的初始边坡滑动面为研究对象,结合不平衡推力法条间力假定,利用块体自身稳定平衡,提出条块底面倾角优化策略,实施滑裂面上反力自行调整,模拟边坡渐进破坏特征,使极大值理论得以实现,搜索出边坡实际最危险破坏面,并结合路堤滑坡实例进行验证,研究成果对边坡稳定设计及滑坡治理具有一定的实用价值。     

确定边坡临界滑面的电子表法

边坡临界滑面的确定是边坡稳定性分析的关键,对于非圆弧滑动的非均质边坡而言,已有的各种分析方法往往过于繁琐,不便于工程推广。本文基于传统的Sarma法,应用MicrosoftExcel电子表及其非线性规划求解工具,以实例给出了电子表法确定边坡临界滑面的实现方法。该法简便明了,具有较大的工程应用价值。