基于强度折减的有限元方法求边坡稳定安全系数

当折减系数达到某一数值时,边坡内的一定幅值的广义剪应变自坡底向坡顶贯通,认为边坡破坏,定义此前的折减系数为安全系数,与极限平衡法相比有限元法具有很多优点。集中讨论屈服准则、内摩擦角和粘聚力、剪胀角、计算范围的选取、坡脚的形状和尺寸、网格疏密程度、不同的破坏标准对全系数的影响以及大变形和小变形有限元对比分析。     

基于有限元强度折减法的边坡稳定性分析

采用强度折减法,根据基于摩尔-库仑屈服准则的广义米塞斯屈服准则（D—P准则）,通过前后处理软件,对边坡稳定性进行非线性有限元分析。综合考虑土体参数的变化和边坡边界条件的特点,从计算结果中分析边坡的位移,变形及其塑性发展趋势,从而可以得出安全系数。结果表明：强度折减法分析边坡稳定性时,不但能够得到边坡的安全系数,而且能够确定最危险滑移面。     

有限元重力加载比例法与强度折减法对比研究

针对强度折减法在边坡安全系数分析中的不足以及应用范围的局限性,建议采用基于改变重力加速度的重力加载比例法,同时指出超载储备安全系数相当于折减黏聚力c值的强度储备安全系数的结论不能成立.计算分析表明,当坡角大于60°时,两方法在一定程度上可相互换用.当坡角小于45°时,对单层岩土高边坡计算深度过大时,两种方法均不宜采用;对两层岩土边坡而言,重力加载比例法计算的边坡安全系数随坡角增加而递减的速率要远大于强度折减法;对三层岩土边坡而言,重力加载比例法的分析结论比强度折减法的更符合工程实际.此外,重力加载比例法在保留了有限元强度折减法不需要假定滑动面优点的基础上极大的简化了计算过程,在计算耗时上仅为强度折减法的3/10～1/7,并且随着岩层层数的增加,该效率还有上升的趋势.     

基于ANSYS的边坡稳定性强度折减有限元分析

介绍了一种基于有限元强度折减法的边坡稳定性分析方法,讨论了该方法的基本原理、安全系数的物理意义、屈服准则和流动法则的选用及边坡破坏的判据等。算例通过不断折减边坡强度参数,代入有限元程序进行边坡稳定性计算,直至计算不收敛时的折减系数即为边坡的安全系数。结果表明：随着折减系数的不断增大并达到某一数值时,边坡内塑性应变自坡底向坡顶逐渐贯通,边坡达到极限状态,此时的折减系数即为安全系数,有限元强度折减法对边坡稳定性分析具有良好的适用性。     

基于强度折减法的边坡加固分析

基于强度折减有限元法对边坡进行了加固分析,结果表明当采用粘聚力更大的材料对边坡表面加固时,可以通过调整材料粘聚力和加固深度使得安全系数达到合适的值。     

变模量弹塑性强度折减法及其在边坡稳定分析中的应用

 目前用于边坡稳定性分析的数值方法中的强度折减法通常是仅对强度参数进行折减,且采用的是理想弹塑性模型。该方法主要用于求解边坡的安全系数,由于其在弹性阶段是按线弹性且对弹性模量不折减,故未能充分考虑屈服前岩土体的非线性,采用这种理想弹塑性模型的强度折减法计算所的变形偏小。基于Duncan-Chang非线性本构模型,提出在弹性阶段对弹性模量也进行折减的变模量弹塑性模型强度折减法,可以获得更符合实际的变形场,模量的变化是依据简化的非线性本构模型来实现的。通过与条形基础沉降的理论解和原位压板试验结果对比,证实了新方法在获得合理位移场方面的合理性。将其初步应用于边坡工程的变形计算,并希望由此进一步建立变形与安全系数的关系,以便于更合理地进行现场变形监控。如果采用变形突变来确定安全系数,理想弹塑性模型的强度折减法更明显一些。因此,建议采用理想弹塑性模型的强度折减法确定安全系数,采用变模量弹塑性模型强度折减法确定变形场。     

强度折减法在金花鸡山边坡的应用

通过ANSYS前后处理软件,对边坡开挖稳定性进行非线性有限元分析,综合考虑边坡边界条件和岩土体开挖分期施工工程中参数变化的特点,从计算结果中分析边坡的位移、变形及其塑性发展趋势,从而得出安全系数,结果表明：用有限元法分析边坡开挖稳定性时对实际岩土体开挖和边坡支护具有指导意义。     

有限元强度折减法在边坡稳定性分析中的应用

利用ABAQUS有限元软件二次开发平台,将场变量视为折减系数,通过修改UFIELD子程序建立了其与计算分析步、强度参数的关系,更加简便快捷地分析了边坡的稳定性;通过探讨广州市某高速路段边坡的稳定性,对比分析了传统有限元强度折减法、二次开发和通过计算得到的边坡安全系数;模拟了边坡从局部到整体的失稳过程,确定了合理可靠的边坡安全系数,并验证了ABAQUS有限元强度折减法和边坡稳定性分析理论与方法的正确性及有效性。     

利用有限元强度折减法分析岩质边坡的稳定性

基于有限元强度折减法,利用ANSYS有限元软件,对岩质边坡在地应力作用下进行了稳定性分析。选用D-P屈服准则,以边坡的位移计算不收敛及塑性区贯通作为边坡失稳判据,得到边坡的安全系数及破坏滑动面。通过与成熟的极限平衡法做比较,证明边坡稳定性安全系数是合理的,从而也说明强度折减法在岩质边坡稳定性分析中的优越性。     

基于动态和整体强度折减法的边坡稳定性分析

 基于强度折减法的边坡稳定性评价只能获得静态单一的安全系数。为获得边坡渐进失稳过程中的稳定性状况,提出基于动态和整体强度折减法的边坡动态稳定性评价方法,利用动态强度折减法搜索出渐进扩展的滑动面,并结合整体强度折减法计算安全系数的优势,在边坡渐进失稳过程中计算动态安全系数,从而实现对边坡失稳全过程的分析和调控。首先,利用动态强度折减法确定出一系列扩展的滑动面,然后,在每一步折减中降低滑动面的强度参数,随后采用整体强度折减法计算此刻的安全系数。最后进行滑动面扩展–安全系数的对应分析,根据安全系数的动态变化规律对边坡进行稳定性评价和支护。两实例计算表明,动态强度折减法获得的滑动面与实际监测数据相吻合,合理反映边坡(滑坡)的变形破坏特征。利用动态和整体强度折减法的各自优势,获得边坡渐进失稳过程中的一系列动态安全系数,更利于边坡的稳定性判断及支护措施建议。相比于极限平衡法,动态强度折减法也更适合于非均质边坡的稳定性评价,能搜索出正确的潜在滑动面。     

有限元强度折减法在边坡三维稳定分析中的应用

将强度折减法应用于边坡二维、三维稳定性分析中,并与传统极限平衡分析法的计算结果做了比较,得出强度折减法三维有限元分析边坡稳定性是可行的,对影响边坡稳定的因素进行了研究分析,并分析了三维边坡在面荷载大小相同但作用面积不同时的安全系数,指出边坡稳定具有三维效应,对边坡稳定分析有一定的指导意义。     

边坡抗滑桩设计计算的三维有限元法

结合福建省龙岩市公路局长汀分局机修班边坡地质灾害防治工程,首先利用ABAQUS有限元软件中的反算法,获得该边坡土体的抗剪强度指标;其次,在超级计算机上建立不同抗滑桩设桩方案下的大型真三维有限元模型,采用有限元强度折减法,得到土质边坡加固安全系数与抗滑桩的桩长、桩径和桩距之间的关系,以及桩身截面弯矩沿桩长的分布规律;同时揭示边坡抗滑桩桩周土压力的分布规律,表明由于桩拱效应的影响,设置在边坡中的抗滑桩桩周土压力的分布与设置在水平地层中且桩顶承受水平荷载的桩的土压力分布不同;最后,在对大量试算方案综合比较的基础上,确定该边坡抗滑桩的最优设计方案。该方法可为大中型边(滑)坡抗滑桩的设计提供参考。     

强度折减有限元分析参数取值研究

分析了强度折减有限元法的原理和存在的问题,指出在对材料的强度参数c和φ折减时,应按照一定规则对材料的刚度参数E和ν作相应调整,才能得到更合理的结果.推出了对于刚度参数E和ν作调整的方法,利用有限元软件对刚度参数做调整及不做调整两种情况进行计算对比.     

基于强度折减安全系数的边坡岩土侧压力计算方法探讨

对边坡岩土侧压力计算方法进行讨论,指出《建筑边坡工程技术规范》(GB50330–2002)中边坡岩土侧压力计算方法没有与边坡稳定安全系数建立直接联系。传递系数法中的滑坡推力计算安全系数并不是支挡后边坡要达到的稳定安全系数。提出基于强度折减安全系数的岩土侧压力计算新方法,计算时将滑面强度除以一个折减系数,然后再根据力的平衡关系直接计算支挡结构承担的相应荷载。按照此方法,支挡后边坡的稳定安全系数就正好等于侧向岩土压力计算时的强度折减系数。由此得出的岩土侧压力计算安全系数就是指边坡治理后要达到的稳定系数,算例表明该方法的可行性。     

岩坡稳定的三维强度折减法分析

目前，强度折减法基本上用于边坡的二维稳定分析。为研究其在岩石边坡三维稳定分析中的适用性，选择平面滑动和楔形体滑动2个经典算例，运用强度折减法求解其安全系数，并与E．Hoek和J．W.Bray给出的解析解进行对比。计算结果表明，数值解与解析解非常接近，模拟的滑动方向与理论假定也基本一致。算例中，结构面使用实体单元模拟，为此进一步探讨结构面单元厚度和网格密度对计算精度的影响；结构面均为甲面，其厚度为块体高度的1／10～／200，厚度与单元数对安全系数的计算结果影响不大。对特征点位移准则和塑性区贯通准则进行比较分析，认为结构面塑性区贯通收敛准则在理论上与极限平衡理论较为吻合，实际应用上也易于操作．作为收敛准则较为合理。三滑面五面体滑动算例进一步验证该方法的适用性。     

双剪统一弹塑性应变软化本构模型研究

 根据统一强度理论应力不变量的形式,确定所要建立模型的屈服函数以及塑性势函数,考虑土体强度随加载过程的逐渐发挥,确定土体硬化函数。采用非相关联流动法则建立复杂应力状态下的土体弹塑性本构方程,并且对模型中所产生的奇异性进行分析和处理,指出模型中的奇异性是屈服函数、塑性势函数的流动矢量、以及硬化模量所引起的。给出模型中所含参数的确定方法,采用膨胀性泥岩的常规三轴试验模型进行验证,验证结果表明,所建立弹塑性本构模型能够模拟泥岩的应力–应变关系,较好地反映土体的应变软化特性。     

基于有限圆弧和强度折减方法的渠道开挖临界坡度研究

 基于有限差分法,得到单元应力、应变和位移计算结果,建立以极限平衡理论为基础的有限圆弧法和以变形变化趋势为破坏标准的强度折减法,搜索出边坡临界滑动面和最小安全系数,通过算例验证及参数对计算结果的影响分析,证明所建方法应用于边坡工程的可行性。文中方法结合极限平衡方法共同应用于南水北调工程大型渠道土质边坡开挖临界坡度研究中,选取高边坡、填筑边坡、深挖方边坡3种典型的渠道边坡模式,得到安全系数随开挖坡度的变化曲线,对比分析确定出渠道边坡的临界开挖坡度。研究表明,渠道高边坡和填筑边坡对开挖坡度要求较高,相对挖方卸载,填筑加载对边坡的稳定性影响较大,文中方法具有较高准确性和合理性,弥补现存方法的不足,不但可解决大型渠道边坡设计问题,也可为类似边坡工程提供参考。     

基于有限元强度折减法确定滑坡多滑动面方法

传统滑坡稳定分析中，滑动面的位置和形状总是或多或少根据钻孔勘察和工程经验而定，特别是对可能存在多个潜在剪出口和滑动面的复杂滑坡，往往导致滑动面的错划和漏划，从而造成滑坡治理的失败。采用有限元强度折减法，针对一个复杂滑坡算例，通过依次约束剪出口的方式，准确搜索出低于设定安全系数的所有滑动面和剪出口，并克服传统方法确定复杂滑坡滑动面可能存在的错误或遗漏，为滑坡治理方案的制定提供参考依据。