基于Dijkstra算法的边坡极限平衡有限元分析

基于有限元计算结果,将边坡稳定性问题转化为图论中寻找最短路问题。通过引入图论中解决最短路问题的Dijkstra算法到搜索边坡最危险滑动面及其安全系数中去,对Dijkstra算法作了一定的改进,建立了一种新的边坡稳定性分析方法--基于Dijkstra算法的极限平衡有限元方法。通过一算例对该法进行验证,计算得的安全系数和危险滑动面位置与推荐答案基本一致,说明该方法应用于边坡工程的可行性。将该方法应用于糯扎渡水电站右岸泄洪洞出口边坡的稳定性分析,与极限平衡法和强度折减法作了比较。研究表明,该方法计算得到的安全系数介于极限平衡法和强度折减法之间;危险滑动面位置与这两种方法计算得到的危险滑动面位置基本一致,该方法应用于复杂岩体边坡的稳定性分析可行。最后,对于逆坡向发展的滑动面,以洛古水电站右岸边坡的稳定性分析为实例,研究了逆坡向发展的滑动面滑动力计算方法;比较分析3DEC和该方法的计算结果,说明该方法适用于逆坡向发展的滑动面的稳定性分析。     

基于强度折减的边坡动力安全系数确定方法研究

地震边坡稳定性分析已成为岩土工程界和地震工程界抗震减灾研究的重要课题之一。通过数值分析对土质边坡地震动力响应规律进行研究,发现边坡上PGA分布突变点的连线与潜在滑动面位置存在较好的对应关系。据此可通过PGA分布突变点的连线轮廓来大致确定边坡的潜在滑裂面,同时,这些PGA分布突变点可以选定为判定坡体临界稳定状态的关键点。基于强度折减法,以关键点的相对位移作为边坡动力破坏的控制性指标,结合地震特征位移和安全系数来评价边坡的动力稳定性,以特征位移与强度折减系数曲线上的特征位移产生突变时对应的强度折减系数作为边坡的地震动力安全系数。     

基于离散上限机构的复杂边坡稳定性分析

离散机构是近年来新提出的上限分析机构。针对分层多级复杂边坡的上限分析问题,提出复杂边坡中离散机构的构建方式,利用两种离散方法求解该机构的内外功率;基于强度折减法和二分法,提出安全系数的求解流程,并获得相应的临界滑动面。利用数个复杂边坡的算例对该方法进行验证,结果表明离散机构得到的安全系数与临界滑动面与已有结果符合较好。该机构能够用于复杂边坡的稳定性分析,过程简便且能保证计算精度。     

有限元强度折减法确定滑坡多滑面的方法研究

利用有限元分析软件ANSYS,采用强度折减法确定了典型工点边坡的安全系数,将塑性区贯通作为边坡破坏的判据,计算出滑坡体的滑动面位置和形状,分析结果表明,此方法可以有效的计算出滑动面特征,有较强的实用价值。     

蒙特卡洛法与有限元相结合分析边坡稳定性

蒙特卡洛随机搜索法与弹塑性有限元法结合,求解边坡稳定问题。根据有限元分析的应力和孔隙水压力结果计算给定滑动面的安全系数。利用随机走步法不断更新试算滑动面,使其安全系数不断减小。通过比较一定数量的试算滑动面,确定边坡临界滑动面及其对应的最小安全系数。本方法通过随机搜索克服了大多数常规优化方法易陷入安全系数局部极小的问题。同时,本方法利用有限元法分析的应力和孔隙水压力结果,按有效应力法计算边坡安全系数,可分析施工过程中应力和孔隙水压力变化对边坡最小安全系数的影响。数值算例分析说明了所提出的确定边坡临界滑动面的方法的有效性和优越性。     

考虑张拉–剪切渐进破坏的边坡强度折减法研究

针对边坡渐进破坏过程中局部岩土体强度参数不断劣化现象,采用应变软化模型代替传统的理想弹塑性模型,提出一种考虑张拉–剪切渐进破坏的强度折减法。从劣化函数、破坏判据、折减系数、滑动面显示和折减范围等方面对该方法进行研究;以极限塑性应变作为边坡点破坏准则,将破坏点从坡脚到坡顶贯通作为边坡整体破坏判据;基于弹塑性计算的初应力法,提出一种边坡张拉–剪切全滑动面定量显示指标I_(cs)。结果表明,应变软化模型所得塑性区明显小于理想弹塑性模型,考虑张拉破坏的边坡安全系数偏于危险;I_(cs)指标能同时显示并区分边坡潜在滑动面的张拉与剪切部分。该基于应变软化模型的计算方法进一步完善了边坡稳定性分析的强度折减法理论。     

不同失稳判据下边坡稳定性的规律性

以塑性区贯通、位移增量突变、计算不收敛3种边坡失稳判据为依据,采用强度折减有限元法和重度增加有限元法对简单边坡进行了分析。结果表明:以边坡潜在滑动面上某点位移增量突变作为边坡失稳判据是准确的;对于不同土体强度参数下,以位移增量关系曲线突变为判据得到的边坡的安全系数较另外两种方法稳定;对应于塑性区贯通、位移增量曲线突变和计算不收敛的3种判据,边坡潜在滑动面依次向深层发展,边坡的安全系数依次增加。     

有限差分强度折减法与边坡安全系数和滑动面研究

确定安全系数和潜在滑动面是边坡稳定性分析的两项重要内容,对其的研究主要有极限平衡法和强度折减法。极限平衡法由于能方便快捷搜索计算出所有潜在滑动面的安全系数而得到广泛应用;而基于强度折减法的数值模拟却能展现出边坡在应力、应变、塑性区等方面更多信息,也越来越受到重视而进行了大量相关研究。基于有限差分强度折减法是确定边坡安全系数和滑动面的一种新方法。通过简单均质边坡算例和实际复杂成层露天矿边坡实例计算、对比验证,该法是科学合理且可行的,可以作为类似工作的参考。     

有限差分强度折减法与边坡安全系数和滑动面研究

确定安全系数和潜在滑动面是边坡稳定性分析的两项重要内容,对其的研究主要有极限平衡法和强度折减法。极限平衡法由于能方便快捷搜索计算出所有潜在滑动面的安全系数而得到广泛应用;而基于强度折减法的数值模拟却能展现出边坡在应力、应变、塑性区等方面更多信息,也越来越受到重视而进行了大量相关研究。基于有限差分强度折减法是确定边坡安全系数和滑动面的一种新方法。通过简单均质边坡算例和实际复杂成层露天矿边坡实例计算、对比验证,该法是科学合理且可行的,可以作为类似工作的参考。     

有限元强度折减法在土坡与岩坡中的应用

通过有限元强度折减，使边坡达到破坏状态时，滑动面上的位移将产生突变，产生很大的且无限制的塑性流动，有限元程序无法从有限元方程组中找到一个既能满足静力平衡又能满足应力．应变关系和强度准则的解，此时不管是从力的收敛标准，还是从位移的收敛标准来判断有限元计算都不收敛，因此采用力和位移的收敛标准作为边坡破坏的判据是合理的。对有限元强度折减法的计算精度和影响因素进行了详细分析，包括屈服准则、流动法则、有限元模型本身以及计算参数对安全系数计算精度的影响，并给出了提高计算精度的具体措施。研究表明：采用徐干成、郑颖人(1990年)提出的摩尔一库仑等面积圆屈服准则求得的稳定安全系数与传统Spencer法的误差在5％左右，证实了其实用于工程的可行性。在平面应变条件下则可采用摩尔匹配DP准则。该文还将此法应用于岩质边坡的稳定分析，得到了岩质边坡的滑动面和安全系数，开创了求节理岩质边坡滑动面与稳定安全系数的先例。     

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。     

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。     

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。     

复杂边坡滑动面确定的联合搜索法

 针对复杂边坡特点,提出改进的滑动面搜索变量选取方式,通过左、右出滑点和弧高控制滑动面位置,搜索变量取值范围不再需要经验假定。使用分区间搜索策略,以寻找最危险滑动面和潜在危险滑动面,同时也将搜索区域分割,增大算法搜索到全局最优值的可能性。利用混沌优化算法和复合形法联合搜索算法确定复杂边坡的最小安全系数和滑动面,充分利用混沌搜索和复合形法各自的优点,有效地避免陷入局部最小值,并克服混沌优化耗时较长的不足。通过对复杂边坡实例的计算,结果证明,采用改进搜索变量的基本复合形法寻优成功率比传统搜索变量高出40%～60%。联合搜索法的最小安全系数集中于1.70～1.72,全局搜索能力远远优于基本复合形法。多级边坡工程算例的分析表明,该边坡的4条潜在滑动面,其安全系数与最小安全系数相差不超过7.6%,最小仅相差3.6%,但相应的滑动面位置与最危险滑动面完全不同。     

预应力锚索加固边坡稳定性的有限元评价

进行边坡非线性有限元分析,探讨坡体变形的大小和分布状况,分析塑性区的扩展形态和滑动面的形成,从而确定合理的滑动面位置。根据确定的滑动面,采用极限平衡法计算边坡的安全系数,能够对边坡工程的稳定性进行评价。结合1个工程实例进行了分析说明。     

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。     

有限元法与边坡稳定分析软件联合分析边坡稳定

运用极限平衡法和有限元法对边坡稳定性进行分析,利用有限元软件确定滑动面的位置和形式,随后用常规边坡设计软件计算安全系数,这样考虑了土体的应力-应变关系,为边坡工程设计与施工提供参考。     

锚杆长度对边坡稳定性影响的数值分析

为了探讨边坡锚固及锚杆荷载传递机理,利用双弹簧单元,通过FLAC3D建立数值计算模型,分析锚杆长度变化对边坡安全系数和滑动面的影响以及锚杆的力学响应。表明:①锚杆加固边坡时,存在一有效锚固长度;随着锚杆长度的增加,边坡潜在滑动面逐渐往坡内移动,破坏模式由浅层滑动变为深层滑动;当锚杆长度达到有效锚固长度时,边坡的滑动面位置发生突变;②各层锚杆轴力沿杆体不均匀分布;当边坡岩土体受到外界扰动而劣化时,边坡下部锚杆轴力值最大;因此,对于永久性锚杆支护边坡,应适当加长底层锚杆长度。     

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。     

塑性应变能判据在三维边坡稳定性分析中的应用

强度折减法自提出以来,在边坡稳定性分析领域快速发展。安全系数的获得依赖于所选取的失稳判据,但是目前普遍应用的计算不收敛、位移突变和塑性区贯通的判断依据的合理性还存在一定的争议,在工程界不能形成统一的认可,而塑性应变能具有数值单一、概念明确,能真实反映结构稳定性的特点。结合工程实例,用FLAC3D建立三维边坡数值模型,用塑性应变能判据和尖点突变分析模型确定安全系数。结果表明:塑性区应变能判据能较为一致地反映边坡产生塑性、发生破坏的过程,在三维边坡稳定性分析中的应用是可行的;基于该判据得到的安全系数,与塑性区贯通、位移突变、计算不收敛判据和三维极限平衡法的相对误差均不足10%,安全系数的准确度有一定保证。