基于余力矩的边坡临界滑动场方法及应用

基于常规极限平衡条分法的瑞典法、Bishop法以及不平衡推力传递法的条间力假定,将圆弧滑动面整体的滑动力矩与抗滑力矩之差定义为余力矩,在给定的安全系数下,利用简单有效的和声搜索算法寻求余力矩最大的滑动面作为给定安全系数下的危险滑动面,变化安全系数直至找到的危险滑动面的余力矩为零,该危险滑动面即为边坡的临界滑动面;鉴于取矩中心对计算结果的影响,对于非圆弧滑动面,采用滑面滑出端的余力替代余力矩作为控制指标,采用与圆弧滑动面下类似的寻找步骤即可得到非圆弧滑动面下的临界滑动面.通过两个典型土坡的算例分析证明了本文方法的可行性.     

考虑空间变异特性的土坡失稳模式比较分析

用一维稳态随机场模拟了土坡不排水强度的空间变异特性,将随机场中的生成样本视为土坡强度输入参数的确定值,然后利用极限平衡分析方法与强度折减法分别进行了土坡确定性分析,并进行了安全系数与失稳模式的对比.通过30个样本结果的汇总与对比分析发现,简化Bishop法得到的安全系数与有限元强度折减法以及有限差分强度折减法所得结果一致,而基于Morgenstern-Price方法计算的安全系数与强度折减方法得到的安全系数有明显区别.在失稳模式方面,极限平衡方法无法模拟可能会出现的多重滑动面,而有限元以及有限差分强度折减方法却能很好地描述土坡的多种失稳模式.     

滑面正应力假设的边坡安全系数计算方法的适用性探讨

对滑面正应力假设的安全系数计算方法中滑面初始应力的假定方法进行了探讨,利用随机变量模拟了不同的滑面正应力初始值分布,通过对典型算例的计算分析发现,该方法适用于圆弧滑动面的安全系数计算,其结果与其他极限平衡方法相差不大,对非圆弧滑动面,尤其是相邻条块存在较大转折的非圆弧滑动面而言,该法存在较大误差．     

基于有限元极限平衡法的生基坪滑坡稳定性分析

依据有限元法计算得出的边坡应力状态,应用极限平衡法的原理对边坡进行稳定性分析,既可考虑岩土体变形对边坡稳定性的影响,又能给出工程上易于接受的安全系数.应用有限元极限平衡法对重庆生基坪滑坡进行了稳定性分析,并将计算结果与刚体极限平衡法、强度折减法的结果进行对比.结果表明:有限元极限平衡法计算所得的安全系数比刚体极限平衡法的计算结果稍低,与Janbu法计算值的相对差值最小,为0.85%,与Spencer法计算值的相对差值最大,为6.11%;比强度折减法的计算结果稍高;有限元极限平衡法的计算结果介于刚体极限平衡法和强度折减法之间.     

边坡稳定性条分法和容重增加法的耦合分析

结合有限元方法或有限差分法和极限平衡法各自的优点详细分析边坡稳定性,提出了基于条分法和容重增加法耦合分析的基本原理及边坡安全系数的计算程序。利用有限元软件ANSYS和有限差分软件FLAC得出边坡最危险滑动面以及坡体内的应力和应变,然后,通过极限平衡条分理论求得边坡安全系数。算例表明耦合分析求得的边坡稳定安全系数与其它方法的计算结果相近,而且精确分析了强度指标c、φ对边坡稳定的影响,为边坡加固设计提供了依据。     

平均屈服加速度的Newmark滑块位移法

为了合理考虑坡底输入峰值地震动沿滑动体的弹性放大效应对滑动体屈服加速度和累计塑性滑移量的影响,采用蚁群复合形法结合常用的极限平衡分析法搜索潜在滑动体的位置,在Newmark"刚体滑块模型"基础上,采用滑动体的"平均屈服加速度"作为塑性滑移分析的屈服加速度,利用几种常用的刚体极限平衡分析法(LEM)推导诱发坡体失稳"平均屈服加速度"的解析表达式.算例分析表明,基于平均屈服加速度的Newmark滑移分析法的计算效率和计算精度均得以显著改善.     

基于滑面应力场修正的改进极限平衡法

结合极限平衡条分法和有限元法的各自优点,提出从有限元法的分析结果中提取出滑动面上的应力分布,然后通过转化求得滑动面上的正应力分布,以此正应力作为边坡滑动面上的初始应力。引入两个未知参数对滑动面上的正应力进行修正,把修正后的滑动面正应力带入极限平衡方程组中,经简单迭代计算,求出未知参数和边坡的安全系数。通过对工程实例的稳定性计算,对比分析该方法和其他常用方法的计算结果,验证了该方法的合理性,其计算结果能够真实反映边坡的稳定状态。     

均质地基路堤无条分稳定安全系数计算和临界滑动面确定

围绕均质地基路堤的稳定性问题,提出一种无条分稳定安全系数计算及临界滑动面确定的方法。基于3个维度的自变量确定圆弧滑动面的位置,并给出了各维度的取值范围;以潜在滑动体整体为研究对象并以其为积分域,进行无条分的整体极限平衡分析,推导了安全系数的计算函数表达式;基于二元函数的极值条件,将降维度求极小值与迭代计算相结合,确定了临界滑动面的位置;编制了计算程序并通过均质土坡和路堤边坡两个算例将该方法和条分法的结果进行了对比。结果表明:同一滑动面的安全系数比M-P法小0.68%,所得临界滑动面位置与严格满足极限平衡条件的条分法+传统搜索方法所得的结果偏差较小,临界滑动面对应的最小安全系数比M-P条分法+传统搜索方法所得结果大0.87%;严格满足极限平衡条件的情况下,安全系数对滑面底部正应力的分布并不敏感。     

对称破坏机制下的边坡稳定三维滑动场分析方法

针对现有边坡三维极限平衡分析方法,提出了一种对称破坏机制下的边坡稳定三维滑动场分析方法,该方法基于剩余推力法原理,采用优化控制理论求解危险滑面并进行评价.同时,结合矿山人工开挖边坡的特点,应用三维滑动场方法进行反向搜索,即在指定安全系数下计算最大允许坡角,从而实现边坡优化设计.     

拉斗铲作业实体高台阶安全稳定性研究

采用极限平衡法和FLAC3D数值模拟法对不同高度、坡面角、载荷情况下,以及岩石台阶下留不同宽度的煤柱等状态下,拉斗铲作业实体高台阶的安全稳定性进行了系统地研究.用赤平极射投影法确定黑岱沟露天煤矿拉斗铲作业实体高台阶的破坏形式为楔形体单面滑动和楔形体双面滑动.研究成果经现场实际应用证明,黑岱沟露天煤矿拉斗铲作业实体高台阶采用高38m、坡面角65°、留4m煤柱的参数是安全稳定和合理可行的.     

基于可靠性的复合土钉支护基坑稳定性分析

针对预应力锚杆复合土钉支护基坑内部整体稳定的可靠性计算问题,以边坡极限平衡理论与圆弧滑动面法为基础,应用扰动力法建立了基坑内部整体稳定性分析的功能函数与最危险滑动面的计算模型.通过SLP优化法与单形调优法实现了最危险滑动面的优化搜索.以土体的抗剪强度指标作为随机变量,应用AFOSM(2)法计算了基坑内部整体稳定可靠性指...     

Limit equilibrium method for slope stability based on assumed stress on slip surface

In the limit equilibrium framework, two- and three-dimensional slope stabilities can be solved according to the overall force and moment equilibrium conditions of a sliding body. In this work, based on Mohr-Coulomb(M-C) strength criterion and the initial normal stress without considering the inter-slice(or inter-column) forces, the normal and shear stresses on the slip surface are assumed using some dimensionless variables, and these variables have the same numbers with the force and moment equilibrium equations of a sliding body to establish easily the linear equation groups for solving them. After these variables are determined, the normal stresses, shear stresses, and slope safety factor are also obtained using the stresses assumptions and M-C strength criterion. In the case of a three-dimensional slope stability analysis, three calculation methods, namely, a non-strict method, quasi-strict method, and strict method, can be obtained by satisfying different force and moment equilibrium conditions. Results of the comparison in the classic two- and three-dimensional slope examples show that the slope safety factors calculated using the current method and the other limit equilibrium methods are approximately equal to each other, indicating the feasibility of the current method; further, the following conclusions are obtained: 1) The current method better amends the initial normal and shear stresses acting on the slip surface, and has the identical results with using simplified Bishop method, Spencer method, and Morgenstern-Price(M-P) method; however, the stress curve of the current method is smoother than that obtained using the three abovementioned methods. 2) The current method is suitable for analyzing the two- and three-dimensional slope stability. 3) In the three-dimensional asymmetric sliding body, the non-strict method yields safer solutions, and the results of the quasi-strict method are relatively reasonable and close to those of the strict method, indicating that the quasi-strict method can be used to obtain a reliable slope safety factor.     

小湾电站进水口边坡稳定分析与加固方案优化

采用三维刚体极限平衡法对小湾电站进水口边坡进行了稳定分析与加固方案优化.首先,采用三维块体系统的自动识别方法,找出了危险滑动块体组合,计算出不加固时的安全系数,并通过对地质参数的敏感性分析,找出了控制性的滑动面和块体组合.其次,计算了最小锚固力并指出了较优的加固范围,对纯锚固方案和联合加固方案(预应力锚索加抗剪洞)的加固效果进行了比较,得出了联合加固方案较优的结论.最后,根据开挖现场最新揭露的地质产状,对边坡的稳定性重新进行分析,并调整了加固方案.研究结果对设计和施工具有较大的参考价值,对其他工程也有一定的借鉴作用.     

边坡强度参数对于稳定性影响的极限平衡法分析

为了研究岩土体抗剪强度参数对边坡稳定性的影响,通过理论推导和Bishop极限平衡法计算,分别改变岩土体的粘结力c和内摩擦角,探讨边坡安全系数和滑动面的变化.结果表明：粘结力或内摩擦角改变时,边坡的安全系数将发生变化,而滑动面的变化受函数η-c的影响,η-c与粘结力和内摩擦角有关.当η-c为定值时,滑动面不随抗剪强度参数的变化而变化;当η-c增大时,边坡的滑动面从近坡面逐渐向边坡内部移动;反之,η-c减小时,边坡的滑动面从边坡内部向近坡面移动.研究结果为边坡稳定性分析的理论和实践研究提供了参考.     

三维极限平衡法通用形式的建立及应用

在满足边坡整体力平衡、力矩平衡以及边坡微条柱力平衡的条件下,提出了一个综合各种三维极限平衡法的通用形式,该通用形式包含3个表达式。通过这3个表达式利用已有方法的假定条件就可以得到原方法的表达形式,并将他们解析化,不仅大大降低了传统三维极限平衡法的计算工作量,还使得具体实现各种方法时,编程变得更方便,计算更简便,提高了计算效率。最后,通过经典算例,利用通用形式导出的各种方法的解析形式,分析了滑体宽度、滑面强度参数以及滑面剪切力方向对稳定系数的影响。结果表明,该通用形式是正确有效的。     

基于DEM的三维微条柱法计算滑移型塌岸安全系数的研究

为了对边坡进行三维稳定性分析,在传统的二维条分法的基础上进行拓展,基于高分辨率DEM构建边坡三维模型,将二维条分法中的土条拓展为三维条柱法中的条柱,通过分析每个条柱上的受力状况,根据极限平衡理论,以GIS二次开发的方式,将三维毕肖普法引入GIS软件平台,实现了三维圆弧滑动面的构造和三维安全系数的计算,该方法实现了三维模...     

FLAC强度折减法在边坡稳定性分析中的应用

将FLAC强大的数值计算能力与强度折减技术相结合,以广义剪应变发展与数值计算的不收敛性作为边坡失稳的评价依据,利用FLAC计算结果的动态显示技术,描绘出了边坡失稳形态,为准确判定边坡的真实受力状态提供可靠的依据.通过对三交坪边坡不同工况下的稳定性分析表明,强度折减所确定的边坡安全系数与传统极限平衡法所得的结果十分接近,滑面的形状及位置也极为相似,因此认为该方法是合理可行的.     

Stability and reinforcement analysis of rock slope based on elasto-plastic finite element method

The rigid body limit equilibrium method(RBLEM) and finite element method(FEM) are two widely used approaches for rock slope's stability analysis currently. RBLEM introduced plethoric assumptions; while traditional FEM relied on artificial factors when determining factor of safety(FOS) and sliding surfaces. Based on the definition of structure instability that an elasto-plastic structure is not stable if it is unable to satisfy simultaneously equilibrium condition, kinematical admissibility and constitutive equations under given external loads, deformation reinforcement theory(DRT) is developed. With this theory, plastic complementary energy(PCE) can be used to evaluate the overall stability of rock slope, and the unbalanced force beyond the yield surface could be the identification of local failure. Compared with traditional slope stability analysis approaches, the PCE norm curve to strength reduced factor is introduced and the unbalanced force is applied to the determination of key sliding surfaces and required reinforcement. Typical and important issues in rock slope stability are tested in TFINE(a three-dimensional nonlinear finite element program), which is further applied to several representatives of high rock slope's stability evaluation and reinforcement engineering practice in southwest of China.