基于ABAQUS的强度折减法边坡失稳判据研究

将强度折减原理与ABAQUS软件相结合,对边坡失稳判据进行了分析,认为位移突变和塑性区贯通判据有明确的物理意义．通过算例分析,并于bishop法所得到的安全系数进行对比．结果表明,采用位移突变和塑性区贯通作为失稳判据所得到的安全系数是合理可靠的．     

有限差分强度折减法求解边坡安全系数

为了准确地分析边坡的稳定性,根据有限差分强度折减法原理,运用弹塑性理论及相关理论构建求解边坡稳定性安全系数的迭代步骤模型.边坡失稳的判据主要是联合采用塑性区贯通性和速度矢量图来判断,并结合实例进行了分析.研究结果表明：有限差分强度折减法不仅可以准确得到边坡安全系数而且可以描绘出边坡的变形过程及其滑动面形状.     

大冶铁矿东露天采场边坡破坏判据的研究

通过对大冶铁矿东露天采场F9、F13断裂带内边坡的深入研究,从整体与局部稳定性系数等方面探讨了边坡破坏判据.利用有限元强度折减法和极限平衡法计算边坡的体稳定性,得出边坡处于极限平衡状态时的塑性应力及塑性应变,提出边坡破坏判据.     

库水位上升对茨哈峡4#倾倒体的稳定性研究

库水位上升产生的浮力作用,将改变原来的水-边坡作用环境,不利于库区边坡稳定.结合茨哈峡4#倾倒体现场踏勘调研情况,根据倾倒体的环境地质条件,探讨了该库岸倾倒体的成因机制和演化过程.利用数值模拟方法,采用FLAC3D有限差分软件建立三维模型,运用强度折减理论对该库岸倾倒边坡的稳定性进行了计算分析,将边坡关键点处的位移是否突变和塑性区是否贯通作为边坡的失稳判据.结果表明:倾倒体的稳定性受库水位上升的影响较为明显;倾倒体在天然状况下是稳定的,此时倾倒体的稳定系数为1.78;随着库水位的上升,倾倒体安全系数逐渐降低,当库水位上升至2 990 m(水位355 m)时,倾倒体的稳定系数为最小,其值为1.12,小于边坡设计安全系数.为了确保安全,建议对该倾倒体采取监控措施.     

大冶铁矿东露天采场边坡破坏判据的研究

通过对大冶铁矿东露天采场F9,F13断裂带内边坡的深入研究,从整体与局部稳定性系数等方面探讨了边坡破坏判据．利用有限元强度折减法和极限平衡法计算边坡的体稳定性,得出边坡处于极限平衡状态时的塑性应力及塑性应变,提出边坡破坏判据．     

含软弱夹层土坡稳定性的三维弹塑性数值模拟

分析了软弱夹层的存在对三维边坡稳定性和破坏模式的影响.对一个经典的三维边坡算例进行了数值计算,并将结果与极限平衡法进行了对比,以验证强度折减弹塑性有限元法的可靠性.然后对一个含软弱夹层三维边坡进行了分析,计算结果表明:强度折减弹塑性有限元法计算的椭球破坏面在纵向长度上比极限平衡法要大;与三维均质边坡相比,三维软夹层边坡安全系数要低很多,破坏面的范围更大,塑性应变区的集中现象更加明显,破坏模式有着明显的不同.     

极限分析有限元法在节理裂隙隧洞中的应用

通过对节理裂隙隧洞非线性有限元模型进行强度折减,使隧洞达到不稳定状态,有限元计算将不收敛,此时的折减系数就是地下洞室的安全系数.同时折减岩体强度和结构面强度、只折减结构面强度,两种情况下得到的安全系数是一致的.将围岩塑性应变发生突变时的塑性区各断面中塑性应变值最大点的位置连成线得到了节理裂隙隧洞的破裂面.通过以上工作,评价了节理裂隙隧洞的稳定性和设计合理性,得出了几点有益的结论.     

基于破坏接近度和强度折减法的边坡稳定性评价

采用数值分析法对某高边坡开挖后的位移、应力和塑性区做了分析,指出了需要重点加固的部位。并用有限差分强度折减法对边坡的整体安全系数进行了分析,通过破坏接近度的计算对边坡非破坏区的危险程度和破坏区的破坏程度进行了评价。结果表明:采用两种方法对边坡开挖稳定性进行综合评价,既能正确定量地评价围岩内各区域岩体的稳定程度,又能给出破坏区、损伤区和扰动区的位置和范围,及滑动面的位置,并能描述岩体稳定性状态随开挖过程的演化规律,对边坡的开挖稳定性具有指导意义。     

折线滑面渐进破坏特性及稳定性分析方法研究

为了研究折线滑面渐进破坏过程的稳定性分析方法,掌握滑体发育过程中的时效稳定系数变化规律,对不同岩性渐进破坏过程中的抗剪强度及力学参数退化机理进行研究,基于下滑力、抗滑力及不平衡推力法的基本计算原理,推导出折线滑面渐进破坏过程的时效稳定系数计算公式,并对布沼坝露天矿西帮边坡稳定性进行分析.结果表明:在渐进破坏过程中,边坡稳定系数随硬岩破裂区长度的增大呈线性递减,随软岩塑性贯通区长度的增大呈指数递减.缓帮对于边坡稳定性的增强效果在硬岩破裂阶段较为明显,在软岩贯通阶段相对较弱,边坡角每降低1°,稳定系数平均提高2.8%.削坡减载使边坡稳定系数呈现出二次线性增长,当边坡高度降低40m时,边坡稳定系数为1.124,相对于初始状态提高了12.7%.     

基于强度折减法的边坡稳定性有限元工程实例分析

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.结合工程实例,对比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,表明基于强度折减法的边坡稳定性有限元分析是可行的.     

基于ABAQUS的边坡失稳综合判据法

在分析有限元计算不收敛、坡体位移突变和潜在滑移面塑性区贯通这3种边坡失稳判据优缺点的基础上,提出边坡失稳的综合判据法,即先进行小变形有限元计算,以计算不收敛为边坡失稳判据,后进行大变形有限元计算,以位移突变为判据。采用综合判据法、运用ABAQUS有限元软件对一个标准算例和一个工程实例进行边坡稳定性分析,并与常用的简化Bishop法进行比较,二者所得安全系数接近,证明了边坡失稳综合判据法的合理可行。     

强度折减应用于隧道群整体稳定性分析的判据比较

为了讨论隧道群稳定性问题中判据的适用性,针对采用强度折减理论中塑性区贯通、特征点位移突变与基于力和位移准则判断计算是否收敛3种较为广泛使用的判据加以比较。通过比较表明,计算收敛判据明显偏大,其他两种判据结果较接近。单独使用任何一种判据分析隧道群的稳定性均不合理,也不能较真实地确定安全系数。用基于力和位移准则判断计算是否收敛作为判据不适合隧道群的稳定性分析,而塑性区贯通与特征点突变两判据相结合作为综合判据可以较好地得到隧道群的安全系数。     

强度折减法在边坡稳定性分析中的应用

以一均质土坡为例,首先采用有限元整体强度折减法计算,在此基础上分别选取塑性剪切应变率大于2.0e-5和塑性区为局部强度折减法的折减范围,通过局部强度折减得到边坡滑裂带分布和稳定安全系数,分析不同折减范围下边坡稳定安全系数、特征点位移以及滑裂带的变化规律。比较天然状况和稳定渗流状态下局部强度折减和整体强度折减的计算结果。结果显示:两种方法得到的稳定安全系数基本一致,但折减范围的选择对计算结果影响很大,折减塑性剪切应变率大于2.0e-5的范围得到的稳定安全系数较小。     

3-dimensional slope stability analyses using non-associative stress-strain relationships

The research work presented in this paper refers to a new slope stability analysis method used for landslide risk evaluations. It is an extension of the 3-dimensional upper-bound slope stability analysis method proposed by Chen et al. in 2001, which employs the Mohr-Coulomb’s associative flow rule. It has been found that in a 3-dimensional area, a prism may not be able to move at friction angles to all its surrounding interfaces, as required by this associative rule, and convergence problems may occasionally arise. The new method establishes two velocity fields: (i) The plastic one that represents a non-associative and the best representative dilation behavior, and (ii) the virtual one that permits the solution for factor of safety in the work and energy balance equation. The new method can then allow any input value of dilation angle and thus solve the convergence problem. A practical application to a concrete dam foundation is illustrated. Supported by the National Natural Science Foundation (Grant Nos. 50539100, 50509027)     

流固耦合作用下节理岩质边坡失稳过程的RFPA模拟分析

利用基于强度折减法的RFPA-Slope对渗流与应力耦合作用下的软弱互层岩质边坡稳定性进行了数值模拟分析,数值模拟不但直观形象地给出了边坡的渗流场、应力场、破坏区分布,而且得到了边坡滑移破坏面的萌生、扩展、贯通以及坡体整体失稳的渐进破坏过程,同时求得安全系数。并与无地下水的稳定性作了比较,结果表明,地下水渗流的作用使坡体位移增大,边坡安全系数减小,明显加大了滑坡范围。对实例的分析说明,RFPA-Slope能够较为准确地预测边坡潜在破坏面的形状与位置及计算相应的稳定安全系数,本文方法对于边坡,特别是对于复杂边坡的稳定性分析具有实用性。     

公路隧道正交下穿边坡与软弱夹层围岩稳定性分析

为分析山岭地区公路隧道-正交体系下，围岩内含软弱夹层导致施工过程易发生衬砌变形开裂甚至隧道塌方等问题，以某隧道边坡拟扩建公路为工程背景，基于抗拉剪强度折减法理论，采用FLAC^3D有限差分软件，研究不同边坡坡度和隧道埋深对该隧道-边坡围岩稳定性和安全系数的变化规律。结果表明：随着边坡坡度的不断增大，围岩最大剪切应变数值和分布范围逐渐增大，塑性区范围不断增大，围岩稳定性安全系数不断减小。随着隧道埋深的增大，围岩最大剪切应变数值先增大再减小后增大，但剪切应变范围不断增大，塑性区范围不断增大，围岩稳定性安全系数呈现先减小再增大。当无软弱夹层时计算的安全系数最大，当存在软弱夹层时，采用非同步折减法理论计算的安全系数比同步折减法较高。     

以尖点突变模型为边坡临界失稳的判据研究

边坡的失稳判断是有限单元强度折减法的一个重点,对目前经常采用的3种判据分别讨论,结果表明：以点的位移突变作为判据比以塑性区贯通和以解的不收敛作为判据更可靠。依据突变理论,建立起水平方向最大位移和折减系数的尖点突变模型,以此作为边坡临界失稳的判据,将失稳判据量化成一个确定的值,并给出判断的方法,消除了计算中人为因素的影响。算例表明,采用该模型作为判据,能体现边坡失稳过程中的突变性,物理意义明确,与极限平衡法计算结果较一致。     

空间与颗粒参数对块石土边坡稳定性影响数值模拟研究

块石土边坡具有物理力学性质复杂,非线性强等特性,受块石-土体空间分布、块石粒径等几何因素影响较大。为研究几何参数对块石土边坡稳定性影响,本文基于研究团队提出的块石形状数据库随机生成方法,采用ABAQUS软件非线性分析方法,考虑含石量、最大粒径、空间分布等多种几何因素,建立大量有限元模型进行计算分析,得到以下结果：含石量增大,边坡安全系数上升,且含石量在50%-60%这个区间是上升速率最快。含石量增大,同粒径组边坡安全系数标准差增大,模型安全系数差异变大;最大粒径增大,块石分布对于边坡安全系数的影响增大,边坡稳定性先减小后增强,同粒径组边坡安全系数标准差增大。含石量和最大粒径增大,块石空间分布对于边坡稳定性影响增大。粒径大小不同,块石空间分布对于块石土边坡稳定性影响方式也不同,大粒径块石存在令滑动面向边坡内部发展,而密集小粒径块石大多是令滑面呈折线形,二者皆可增大边坡稳定性;当块石长轴与坡面夹角为90°、135°时,边坡塑性区呈发散分布,滑面更靠内部,稳定性更好,而当块石长轴与坡面夹角为0°、45°,则与上述情况相反;在通常沉积条件下,边坡稳定性随长短轴比增加而降低,滑动面越发平滑,塑性区范围与更加集中。可以看出,含石量、块石粒径、空间分布等因素对于块石土边坡有很大影响。几何参数不同,边坡稳定性差异较大,且具有一定规律性,在实际工程中有一定参考价值。     

有限元强度折减法在堆积层滑坡中的应用

在堆积覆盖层为主的西部山区,堆积层滑坡成为其主要的灾害形式,因此,对堆积层滑坡的稳定分析显得尤为重要.应用有限元强度折减法对某堆积层滑坡进行分析.结果表明在自重状态下当折减到一定值时,堆积层滑坡出现不稳定,塑性区自坡脚向上延伸形成潜在滑面,这与现场勘探结果基本吻合.因此,强度折减法和数值模拟相结合应用于堆积层滑坡分析是可行的.