渗流作用下的坝坡稳定有限单元分析

本文从渗透力的基本概念出发。在指出作为常规坝坡稳定分析的条分法存在的问题后,提出结合渗流分析,直接用有限单元法进行坝坡稳定分析,开给出了单一圆弧和复会圆弧滑动面的计算公式。为了验证计算方法和编制的程序的正确性,我们对六个发生滑坡的土坝进行调查分析并在实验室内进行水力模型试验,试验和分析计算都得出了将要发生滑坡事故的结论,而且出现的最危险滑弧位置和水力条件也和实际情况甚为一致。然而按照常规条分法计算分析却不能得出各土坝滑坡的肯定结论,这就说明了本文论证的有限单元分析方法的准确性和可靠性。     

双塔水库大坝渗流反演分析与特征水位渗流计算研究

结合双塔水库大坝现场检查以及地质勘探情况,通过渗流观测资料分析对坝体渗漏成因进行了分析,通过Auto Bank软件建立平面典型断面有限元模型,通过参数渗流参数反演分析调整了本次计算的渗透系数,计算得到浸润线规律符合一般均质坝分布。并进行了特征水位下稳定渗流计算分析,计算结果表明心墙下游侧出逸点偏高,并未自心墙与坝基接触部位形成出逸,坝脚出逸处渗透坡降满足要求。     

佛顶宫矿坑边坡加固计算方法研究

对国内首个既有深坑开发的南京牛首山佛顶宫矿坑,采用了极限平衡法和有限元强度折减法等多种方法,计算了矿坑边坡在削坡及锚索(杆)加固条件下,天然、暴雨、地震三种工况下的稳定系数,对计算结果进行了比较。计算结果显示:边坡滑裂面的位置在填土层、强风化岩层内部、或岩土交界面处;大部分边坡削坡后稳定系数数均小于1,存在滑动的风险;锚索(杆)加固后,边坡在各种工况下的稳定系数均能满足设计要求;非严格条分的简化Bishop法与严格条分法计算结果仅相差-2%~3%,计算结果与严格条分法同样可靠;有限元强度折减法与简化Bishop法的计算结果相差-19.1%~5.6%,且大部分结果较简化Bishop法小,在边坡设计中应采用该法校核极限平衡法的计算结果,以确保工程的安全。     

粉煤灰坝的动力反应分析

<正>粉煤灰坝在地震作用下的安全性一直受到人们的关注。本文在有限元法解比奥方程的基础上,采用实验测得粉煤灰的动静性能资料,进行了坝体动力有效应力分析,并直接利用有限元的计算结果进行坝体稳定分析,确定抗滑动稳定安全系数,并与条分法结果作了比较,得出一些灰坝动力反应特性的有关认识。     

堤坝非稳定渗流试验研究与计算

本文以砂模型试验为基础,探讨了不透水地基均质土坝非稳定渗流的物理力学过程。分析了影响给水度μ值的若干因素,从给水度在非稳定渗流过程中的作用,提出了在计算中必须考虑μ值随时间的变化过程。 经有限单元法大量计算,从自由水面变化过程、流场分析及上游边坡稳定综合分析可知,式（4）按不同时段选取相对应的μ值进行计算,基本符合堤坝非稳定渗流的物理状态。     

考虑应力场与渗流场耦合的尾矿坝非稳定渗流分析

根据尾矿坝形成的特点，进行考虑应力场与渗流场耦合的非稳定渗流分析。根据弹性力学和渗流理论提出了耦合问题的力学模型及其控制微分方程，然后导出这一问题的有限元计算公式及相应程序。在计算中首次导出了尾矿坝的渗透系数与应力场的关系式，并进行尾矿坝的非稳定渗流分析。工程实例计算结果表明，考虑耦合作用的影响，尾矿坝渗流场的总渗流量减小，而应力场的各应力分量的最大值增大。     

库水位下降时渗透力及地下水浸润线的计算

研究表明，边坡中的地下水对坡体的稳定系数起着决定性的作用，然而在三峡库区滑坡的治理设计中，计算库水作用下坡体中的地下水位时，尚没有统一的方法，不同的单位根据以往的经验选用不同的方法，这些方法大都缺乏理论依据。为了完善库水下降情况下边坡的稳定性分析方法，根据包辛涅斯克(Boussinesq)非稳定渗流微分方程，通过拉普拉斯正变换和逆变换，得到了库水位下降时坡体内浸润线的简化计算公式，该公式考虑了渗透系数、下降速度、给水度、含水层厚度和下降高度的影响。以求得的浸润线为基础，用流网的流线与等势线垂直的性质来确定土条边界上的静水压力，证明了渗透力与土条中的水重和周边静水压力是一对平衡力，得到了条分法中渗透力的计算公式。算例分析表明，在库水下降过程中，存在一个对坡体稳定性最不利的水位，该水位在坡体总高度的下1/3～1/4位置。     

关于“遗传算法在土钉支护结构优化设计中的应用”的讨论

学习了贵刊 2 0 0 1年第 5期发表的“遗传算法在土钉支护结构优化设计中的应用”(作者 :贺可强 ,阳吉宝 ,王胜利 ,以下简称“原文”)一文 ,颇受启发 ,有些疑问提出与原文作者讨论。 (1)关于最小稳定系数问题边坡等的最危险圆弧滑动面位置一般由三个参数确定 ,即圆心位置的两个坐标及圆弧半径 ,而原文中却只用遗传算法求出了圆心位置的两个坐标 ,并没有求出圆弧半径 ,应该说此时圆弧滑动面并不能确定出来 ,如果圆弧滑动面仅由圆心位置确定 ,此时应作滑动面过边坡坡角等一些假设 ,而原文中没有。从原文图 1来看 ,原文中似乎隐含了圆弧滑动面过坡角的假设 ,如果是 ,那么此假设的依据是什么 ,是否     

条分法的统一公式及其分析

本文将非严格平衡条分法与严格平衡条分法中的各种方法都综合成统一公式。统一公式是两个代数方程 ,非严格条分法只需解一个方程 ,严格条分法解两个方程 ,不仅便于编程 ,而且计算简单、准确。通过分析比较 ,说明瑞典法、不平衡推力法都是极小值解 ,稳定安全系数最小 ;简化Bishop法稳定安全系数高出瑞典法 6～ 7% ,而严格条分法中的Spence法的稳定安全系数高出简化Bishop法的 2～ 3%。     

关于“渗流作用下的坝坡稳定有限单元分析”一文的讨论

<正> 作者建议了坝坡稳定计算方法,通过六个滑坡实例和模型试验证明他们的方法是准确可靠的。笔者提出下列意见,请指正。1.作者建议的方法有三个特点:第一是取滑动土体的土骨架来分析,而不是象通常那样取水和土的综合体来分析。其实这两种途径已证明能得到完全相同的结果,因此,这一特点并不是导致作者的方法比其它方法更符合实际情况的原因。第二个特点是隐含地考虑了条块之间的有效应力的作用,这比五十年前提出     

对“边坡稳定性分析条分法最小解研究”讨论的答复

<正>欢迎冯铁群和Murray Fredlund二位先生对"边坡稳定性分析条分法最小解研究"一文(以下称原文)的关注。现对讨论文章(以下称"冯文")中提出的问题一一作出答复。(1)关于瑞典法和其它方法稳定系数大小关系证明的实     

对“框架预应力锚杆柔性支护结构坡面水平位移的理论分析与模型试验研究”的讨论

笔者怀着激动的心情拜读了在《岩石力学与工程学报》2010年增2上由周勇和朱彦鹏先生撰写的论文“框架预应力锚杆柔性支护结构坡面水平位移的理论分析与模型试验研究[1]”一文(以下简称原文).拜读全文后,有以下几点望与原文作者商讨:(1)原文在基坑边坡处于第j个开挖状态时,给出了坡面水平位移计算的有限元方程即式(1),该式可表述为:锚杆拉力与土压力和坡顶堆载在锚头处坡面引起的水平位移之和等于该工况下锚杆自由段(长度为Lfj)在水平方向的伸长量.可见,锚杆自由段伸长量对坡面水平位移的计算十分重要.同时原文也指出,第j个开挖状态下,每一排锚杆的Lfj是随开挖过程而随时变化的,仅认为是在在坡面与该工况下假设破裂面间的长度.因此,Lfj只是锚杆自由段长度的一部分.而在锚杆拉力作用下,自由段的全部长度都参与了变形.所以笔者认为,计算第j个开挖状态下锚杆伸长量时,Lfj应该取锚杆总自由段长度,而原文中按Lfj计算变形量存在很大偏差.     

降雨入渗对粉砂土基坑开挖稳定性影响分析

以某放坡开挖粉砂土基坑为例,进行雨水入渗下基坑开挖渗流场和应力场耦合的数值模拟,得到降雨入渗过程及降雨后的孔隙水压力场和含水率分布,再利用简化Bishop条分法计算稳定安全系数,并评价其稳定性,对于基坑工程防水、降水具有重要工程意义。     

不同水位条件下黏土斜心墙坝渗流与稳定性分析

水库大坝失事统计中,渗透破坏和坝坡失稳是最常见的2项诱因,并且渗流与稳定也是水库大坝安全评价和日常运行管理中的2项主要内容。论文以怀柔水库主坝为例,对运行水位条件下的监测变形进行了分析;通过对当前蓄水位、正常蓄水位、设计洪水位和校核洪水位4种水位条件下的稳定渗流计算,分析了浸润线位置、单宽渗流量、平均水力比降等随水位条件的变化;在稳定渗流计算出的浸润线的基础上,基于极限平衡法计算了当前蓄水位、正常蓄水位、设计洪水位和校核洪水位4种水位条件下的坝坡稳定性,分析了上下游坝坡安全系数及滑弧位置等随水位条件的变化。本研究不仅对怀柔水库安全评价中的渗透稳定评价和结构稳定评价奠定了基础,还可以从管理的角度掌握大坝的运行性态,从不同水位条件下的渗流出口、滑面位置等角度出发,为日常管理中确定重点监测位置及现场巡视重点部位提供帮助,并为相近条件下的土石坝安全评价分析提供借鉴。     

关于“堤坝非稳定渗流试验研究与计算”一文讨论及终结讨论

<正> 下面准备对地下水非稳定渗流的数学模型以及模型试验研究等方面的问题谈些意见,供原作者参考。一、地下水非稳定渗流的数学物理方程1.具有自由表面的非稳定渗流在研究浅层地下水渗流问题时,系基于假定土体骨架和流体为不可压缩的前提下导得的,其渗流方程表达式如原文式（5）。该式的形式虽与稳定渗流方程一致,但在求解过程中其自由面边界是随时间t而改变,故它归结为一个与时间有关的动边界问题,显然在自由面处应满足下面的边界条件     

高土石坝坝坡地震稳定分析研究

采用有限元动力时程稳定和变形分析方法,对不同高度大坝坝坡稳定进行分析,开展了最危险滑弧确定方法 、地震动持时对稳定和变形的影响、滑弧位置和深度以及坝坡加固范围的研究 。结果表明：拟静力法采用规范建议的加速度分布系数不能反映高土石坝实际地震反应规律,计算得到的最危险滑弧较深且滑动范围偏大,不利于确定坝坡的加固范围;坝坡在地震过程中,最小安全系数与最大滑动量对应的滑弧并不一致且是不断变化的,有限元动力法计算坝坡稳定时,应在每一时刻任意搜索最危险滑弧;地震持时对坝坡安全系数影响不大,但对滑动量有较大影响;不同滑弧深度对坝坡安全系数有较大影响,存在一个临界深度,当滑弧超过临界深度时,坝坡安全系数大于 1.0 ;坝坡稳定安全性评价需要综合考虑安全系数与变形的计算结果。根据计算结果,建议了坝坡加固的范围。     

考虑堆石料软化的坝坡随机地震动力稳定分析

地震尤其强震作用下,土石坝筑坝堆石料会逐渐呈现出软化特性,影响坝坡安全。为有效评估堆石料软化对坝坡稳定性的影响,结合地震动随机性,考虑不同地震强度水平,提出了基于等价极值分布和广义概率密度演化方法的坝坡安全概率分析方法,并基于坝坡稳定最小安全系数、安全系数超限累积时间、累积滑移量3个物理量,对242 m高的面板堆石坝进行随机动力响应分析和概率可靠度分析。结果表明:地震作用过程中,随着地震强度的增加,考虑软化与不考虑软化的计算结果差别逐渐增大,因为地震作用下,堆石料软化特性逐渐显现;同时,在地震激励下,堆石料软化是一个渐进过程。因此,考虑坝坡堆石料软化,对高土石坝抗震性能分析具有重要的意义。此外,单纯从最小安全系数角度考察土石坝坡稳定性,是不合理的,需要结合安全系数超限累积时间和累积滑移量,全面评估坝坡的安全性。提出的随机概率分析方法,可以对土石坝坡的可靠度给出较为准确的评价。     

库水位变化下滑坡渗流机制与稳定性分析

 基于非饱和土力学理论建立渗流场–应力场的流–固耦合计算模型,考虑土–水特征曲线与渗透特征,将孔隙水压力分布和非饱和土强度理论应用到极限平衡法中,并与有限元法结合,对库水作用下的三峡库区巫峡段龚家坊堆积层滑坡稳态–瞬态进行渗流、稳定性、应力应变的饱和–非饱和数值计算。采用Geo-studio软件中的Seep模拟库水对滑坡体作用及地下水位变化;并与Slope结合,进行极限平衡与流固耦合的稳定性计算;采用Sigma有限元分析方法进行非饱和非稳定渗流与应力–应变分析。揭示了孔隙水压力差的消散变化以及浸润线滞后库水的时间效应,水分在坡体内运移与土体变形相互影响的空间效应,表明水在坡体中起到了顶托、楔裂、促动的作用,坡顶张拉裂隙积水对稳定不利,前缘稳定,滑坡中后缘起着推移作用,是控制整体稳定的关键,体现了渗流–应力耦合作用下库区抗滑桩作用体系的防治效果。     

潜水井三向非稳定渗流的有限元解法

本文根据变分原理,对适合达西定律的无压地下水三向非稳定渗流的一般定解问题式（1）提出了用有限元法计算水头分布和渗流量的公式,即式（19）和式（20）。并通过抽水井算例,证明它们对求解有自由面的三向非稳定渗流问题,是一种可行的数值方法。     

应用ABAQUS程序进行渗流作用下边坡稳定分析

 为进行渗流作用下的边坡稳定性分析,需考虑渗流场与应力场之间的相互耦合作用。ABAQUS有限元程序具有良好的渗流和变形耦合分析功能,能将渗流场和应力场直接进行耦合,故采用ABAQUS有限元程序结合强度折减技术进行稳定渗流作用下边坡稳定分析,得到边坡整体稳定安全系数,且利用该程序强大的后处理功能,可揭示坡体内渗流浸润面和最危险滑动面的形状和位置,为验证该方法的可靠性,与基于传统极限平衡理论的瑞典条分法和简化的Bishop法进行对比分析。实例计算结果表明,基于ABAQUS的有限元强度折减法克服传统极限平衡法的缺点,计算结果更为合理可靠,是进行渗流作用下边坡稳定这一复杂问题分析的有效方法,可为工程实践提供参考依据。同时,就土体渗透性强弱对渗流浸润面位置及边坡稳定性的影响进行大量的分析和比较,并通过计算表明有限元模型边界的选取对渗流浸润面位置及边坡稳定性都会产生影响,因此有限元建模应合理地选取计算边界。