多阶边坡滑移面搜索模型及稳定性分析

基于极限平衡理论,根据边坡尺寸及几何关系,建立辅助坐标系与基本坐标系。借助于基本坐标系,首先推导出滑移面几何控制参数与滑移面圆心坐标之间的函数关系,再推导出安全系数计算式中各变量与圆心坐标之间的函数关系,从而得出滑移面的控制参数与安全系数之间的函数关系。辅助坐标系可沿多阶边坡表面移动,控制搜索过程中滑移面的位置及几何参数,实现边坡内任意潜在的滑移面的搜索,从而计算边坡内任意潜在滑移面对应的安全系数,并进一步确定边坡最小安全系数及最危险滑移面。该方法适用于多阶土体边坡最危险滑移面的确定,可避免由经验公式确定滑移面圆心搜索区域造成的不准确性,较好地解决多阶边坡最危险滑移面难确定的问题,是一种由计算机搜索法求解多阶边坡稳定性的新模型。最后,编制多阶边坡稳定性计算程序,并进行实例分析与计算。     

基于矢量和方法的边坡动力稳定性分析

 边坡矢量和方法是基于力的矢量特性和边坡体真实应力场的分析方法,动力有限元法可模拟得到边坡体在天然地震动荷载作用下每一时刻的应力状态,在此基础上采用边坡矢量和法进行动力稳定性分析,可得到边坡体在地震动过程中的安全系数时程曲线,进而对其动力稳定性进行评价。针对一高陡边坡,在静力稳定性分析的基础上,针对软弱结构面控制的深层滑移面采用矢量和法进行动力稳定性分析,计算中考虑小震(50 a超越概率63%)和大震(50 a超越概率2%)作用下的动力响应。计算结果表明,在小震和大震作用下的动力安全系数分别为1.86,1.66。矢量和法能够较真实地模拟边坡在地震动过程中的动力特征和稳定性状态,为边坡动力稳定性分析提供一种切实可行的分析途径。     

基于开挖过程稳定性的框架预应力锚杆边坡加固计算方法研究

在考虑支挡结构体系对边坡开挖与加固施工过程稳定性影响的条件下,提出基于过程稳定性的框架预应力锚杆边坡加固结构设计、计算方法,并给出开挖全过程中满足稳定性条件的各层锚杆拉力智能优化计算模型,可实现框架预应力锚杆边坡在开挖与加固过程中的稳定性实时动态分析与评价。经实例计算可得出:(1)在预应力锚杆框架梁作用下,边坡稳定性状态随设计参数呈动态变化,采用滑移面动态搜索模型求解边坡最危险滑移面,所得结果相对更为准确、合理;(2)通过引入锚杆拉力高度影响系数,建立各层锚杆布置位置与边坡各个阶段开挖高度之间的关系,可同时求解满足不同开挖阶段稳定性的一组锚杆拉力最优解。结果与工程实际情况相符合,证明该方法的合理性和实用性。     

潜在滑移线法分析边坡滑动面及稳定性

提出了用潜在滑移线 (面 )理论分析边坡滑动面及稳定性的新方法。该方法根据弹塑性有限元的应力分析结果 ,用数值积分方法确定边坡的潜在滑移线 (面 )、最危险潜在滑移面和边坡稳定性安全系数 ,具有严密的理论依据。通过大量的边坡算例和实例分析得出 ,本文所提出用潜在滑移线 (面 )理论分析边坡稳定及潜在滑面是正确的 ,具有较强的优越性 ;常规边坡稳定性分析与本文方法所得到的最危险潜在滑移线 (面 )形状和位置、边坡稳定安全系数均相差较大 ,常规法所得到的结果与实际与相差较大 ;岩土的变形参数变化对潜在滑移线 (面 )的形状影响较大 ,对边坡最危险潜在滑移线 (面 )的形状、位置及平均稳定安全系数影响不大 ;坡顶荷载变化对潜在滑移线 (面 )的形状、位置和边坡稳定安全系数均影响较大。     

框架预应力锚杆边坡支护结构稳定性计算方法及其应用

基于土体边坡滑动面的破坏模式及极限平衡理论,采用圆弧滑动条分法,在考虑支护结构、锚杆对土体边坡稳定性影响的情况下,建立了边坡最危险滑移面的搜索模型,推导了边坡滑移面圆心位置与稳定系数之间的函数关系。通过计算机动态设定滑移面圆心所在区域,并在圆心区域内采用网格法搜索最危险滑移面的圆心,实现了基于计算机搜索的框架预应力锚杆边坡支护结构稳定性计算方法。最后,开发了框架预应力锚杆稳定性计算软件,并结合具体工程实例进行了验算。     

最小势能法在土钉支护边坡中的应用

根据最小势能边坡稳定性分析方法,假定滑动面为圆弧形,建立了使用土钉支护边坡的稳定性分析的新方法,推导了安全系数计算公式,通过滑动面与圆心的几何关系建立了滑移面搜索模型。使用遗传算法对边坡工程实例的滑动面进行动态搜索,确定了最危险滑动面,并计算出与其对应的安全系数,结果表明:土钉加固边坡稳定性分析新方法与极限平衡法计算结果相近,表明这一方法的适用性及搜索模型的合理性。     

基于滑移线场理论的边坡滑裂面确定方法

发展了一套基于滑移线场理论,并根据有限单元法的计算结果来确定边坡滑裂面的数值模拟方法,在此基础上研究了流动法则对边坡稳定分析的影响。该方法可以考虑弹性区与塑性区的区别,并可以考虑不同的流动法则。给出了滑移线方向场数值模拟的具体方法和由滑移线方向场追踪滑移线的方法,提出安全系数最小的滑移线即为边坡的滑裂面。算例证明了方法的有效性。研究结果表明,对于无约束的天然边坡,自重作用下其安全系数受流动法则的影响较小,而滑裂面的位置随流动法则的不同而不同;当坡顶有荷载作用时,尤其是边坡的稳定性主要由坡顶荷载决定时,无论是安全系数还是滑裂面,流动法则的影响均很大,采用相关联流动法则可能会高估边坡的稳定性。     

边坡非圆弧潜在滑动面全局优化的新方法

最危险潜在滑动面搜索是边坡稳定性分析中的一项关键工作,最危险滑动面的准确确定对边坡稳定性评价、设计、施工等均具有重要意义,随着计算机技术的发展,各种最优化方法在最危险滑动面搜索中得到广泛应用。Leapfrog算法是一种优秀的全局优化方法,该方法模拟分子在空间中运动的物理现象,以分子势能表示目标函数,通过一定策略追踪分子的运动轨迹,获得问题解。极限平衡分析是工程界普遍接受的稳定性分析方法,以安全系数(滑动面的函数)为目标函数,将Leapfrog算法与Spencer法结合,提出确定任意形状滑动面的新方法,并通过2个经典算例说明该方法的可行性。     

遗传算法在边坡稳定系数计算中的应用

边坡稳定性的关键问题是确定最危险滑动面(潜在最危险滑动面)和边坡的稳定系数。国内外一般是采用先假定边坡滑移模式,然后近似确定最危险滑动面,再求近似的边坡稳定系数的方法来分析边坡的稳定性,但假设的边坡滑移模式难以反映边坡滑移的实际状态。因此本文探索利用遗传算法搜索最危险滑动面,并得到最小稳定系数及对应的最危险滑动面曲线,取得了较好的效果。     

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。     

一种新的边坡稳定性因素敏感性分析方法——可靠度分析方法

传统的边坡稳定性因素敏感性分析方法基于确定性计算,仅能得到边坡稳定性对各变量的敏感性大小,无法获得边坡稳定性对不同滑面位置上的同一岩土参数的敏感性。在可靠度分析基础上提出一种新的边坡稳定性因素敏感性分析方法——可靠度分析方法,该方法采用随机场模型来描述边坡滑面上岩土参数的空间变异性,通过验算点法优化求解实现,分析结果可得到边坡的最小可靠指标、概率临界滑面、参数敏感性因子在临界滑面上的分布曲线。研究结果表明,敏感性因子分布曲线随边坡尺度和岩土参数波动范围的相对大小变化而变化,根据边坡可靠度指标在临界滑面上的不同位置上的敏感性因子,可对边坡加固位置提出设计改进,将有限的加固措施加于敏感性因子较高的位置,能够更有效地提高边坡的稳定性,较之传统的边坡稳定性因素敏感性分析方法具有明显的优越性。     

基于Morgenstern-Price法边坡三维稳定性分析

 工程中边坡滑裂面通常都是三维空间上的一个曲面,采用传统的二维稳定性分析方法对其进行分析与实际不符。Morgenstern-Price极限平衡条分法(M-P法)是最严密的边坡二维稳定性分析方法,将其拓展并引入边坡三维稳定性分析中。通过类似于M-P法的条间力假定,建立一种新的边坡三维稳定性分析方法—基于M-P法边坡三维极限平衡分析法。给出2个验证算例,与现有几种方法对比计算结果表明：该法不仅计算结果更可靠,而且力学模型更为严谨,计算公式简便且易于编程,可在边坡工程设计及滑坡治理中推广应用。     

基于无记忆最小二乘似牛顿法的边坡稳定性分析

在基于圆弧滑动面假定的边坡稳定性分析中，应用无记忆最小二乘拟牛顿法搜索边坡最危险滑动面及相应的最小安全系数，作滑动面搜索时不必给定圆心搜索范围，由最优化方法自动地搜索出最危险的滑动面，从而提高了边坡稳定性分析的可靠性。该方法还可用于其他优化问题，它不必记忆迭代矩阵，大大地减少了贮存量，提高了计算效率。     

Effect of graph generation on slope stability analysis based on graph theory

Limit equilibrium method （LEM） and strength reduction method （SRM） are the most widely used methods for slope stability analysis. However, it can be noted that they both have some limitations in practical application. In the LEM, the constitutive model cannot be considered and many assumptions are needed between slices of soil/rock. The SRM requires iterative calculations and does not give the slip surface directly. A method for slope stability analysis based on the graph theory is recently developed to directly calculate the minimum safety factor and potential critical slip surface according to the stress results of numerical simulation. The method is based on current stress state and can overcome the disadvantages mentioned above in the two traditional methods. The influences of edge generation and mesh geometry on the position of slip surface and the safety factor of slope are studied, in which a new method for edge generation is proposed, and reasonable mesh size is suggested. The results of benchmark examples and a rock slope show good accuracy and efficiency of the presented method.     

三维简化Janbu法分析边坡稳定性的扩展

对三维简化的Janbu法进行了扩展，使得离散后在同一行上的各条块在水平横向的安全系数相等以及在同一列上的条块在水平纵向的安全系数相等，得到不同行(列)的安全系数，最后通过各条块底滑面的几何特性与受力分析给出其独立的安全系数以及各条块潜在的滑动方向。该方法拓展了传统极限平衡方法只给出坡体总体安全系数的思路，可对坡体局部稳定性和潜在滑动方向进行判定。该方法可适用于任意形状的滑面，还可分析包括考虑孔隙水压力、地质体分层、上覆载荷以及地震力等其他形式的外载。     

边坡非圆弧临界滑动面的粒子群优化算法

采用粒子群优化算法搜索边坡的临界滑动面及其对应的最小安全系数。粒子群优化算法不断迭代更新试算滑动面，使其安全系数不断减小，经过有限次的迭代分析可确定边坡临界滑动面及其对应的全局最小安全系数。粒子群优化算法具有较好的全局搜索和局部搜索能力，可克服多数常规的优化方法易陷入安全系数局部极小的问题，并具有较高的搜索效率。同时，粒子群优化算法易于与极限平衡法或有限元-极限平衡法相结合进行边坡稳定分析。通过数值算例及与其他学者的结果比较，证明提出的确定边坡临界滑动面方法的有效性。     

大连某高边坡工程的变形与稳定研究

首先利用拉格朗日有限差分法计算得到边坡开挖后的应力应变状态,然后通过滑面应力分析边坡的整体稳定状态,不仅可得到传统的稳定安全系数,而且可得到边坡的变形与受力特征.针对大连某高边坡工程实例,通过极限平衡法与数值分析法,分别得到原始自然边坡、开挖无支护边坡、预应力锚索加固边坡的整体稳定安全系数.工程实践证明,采用有限差分法...     

基于三维力学模型的大范围自然边坡稳定性概率评价方法

 为了对大范围自然边坡的滑坡危险度进行评价,利用GIS技术作为平台,把传统的三维极限平衡力学模型耦合到概率统计分析框架中,提出一个基于边坡单元的定量评价的新方法。在把大面积的研究区域划分为边坡单元后,采用一个基于GIS的三维力学模型计算每个边坡单元三维安全系数的分布。假定此分布遵从对数正态分布,再采用一个可靠性指标计算该分布中小于某临界值的概率,并以此来定量评价该边坡单元的整体滑坡危险度。此方法同时也可以求得各边坡单元的最危险滑动面的位置和规模。开发一个专业GIS系统来完成所有的计算分析步骤,本系统能够快速、高效地完成大量的三维建模与安全系数计算,综合了三维力学模型与概率统计方法的优点,实现了对地形地质条件复杂多变的大范围自然边坡的稳定性定量评价。通过对日本一国道边坡应用对本方法的有效性进行了验证。     

基于流形方法和图论算法的岩/土质边坡稳定性分析

目前边坡稳定性分析常用的极限平衡法存在着不能考虑实际岩土体的应力应变关系,假设过多等缺点,强度折减法也存在着需要重复计算工作量大,计算容易不收敛,难以考虑边坡应力路径影响及较难直接得到滑裂面等不足。从边坡的应力状态出发,借助基于物理覆盖系统、能较好统一连续和不连续分析的数值流形方法,得到土质边坡或存在着较多不连续面的岩质边坡的应力场分布,并将边坡稳定性分析转化为图论问题,利用Bellman-Ford搜索算法快速稳定地寻找出边坡的安全系数和最危险滑裂面。该方法无需做过多假设及迭代计算,可以反映边坡的应力路径影响,较好地统一岩质/土质边坡稳定性分析。     

非均质边坡多级稳定性分析方法

为了实现对非均质边坡稳定性的全面表征与系统评价,提出了一种针对非均质边坡的“多级次”评价方法。这种方法以强度折减理论为基础,首先对岩土体进行多次局部强度折减,得到边坡不同深度、不同岩层控制的多级潜在滑动面;然后运用极限平衡法进行各个潜在滑动面的稳定性计算,即可得到边坡不同深度、不同级次的稳定性系数。这种方法在确定多级滑动面的过程中充分利用了强度折减法客观性的优点,避开了极限平衡方法主观性的缺点,折减所得滑动面更能反映边坡在重力作用下的变形破坏过程,优于滑弧法搜索结果。通过规则模型的验证及实际边坡的应用,证明这种方法对于综合评价非均质边坡的稳定状态是有效的,并可为边坡的治理、监测设计及施工提供指导。