强度折减有限元法分析成层土坡的适用性

通过实例讨论了强度折减有限元法分析成层土坡稳定的可行性,分析表明对于均质土坡,强度折减得到的安全系数在工程允许的范围之内,但折减后的应力场发生了变化,不能用于分析原土坡的稳定性;对于多层土坡,通过简单折减土的强度指标c,tanφ,不能得到正确的应力场,也不能得到土坡的安全系数.     

考虑空间变异特性的土坡失稳模式比较分析

用一维稳态随机场模拟了土坡不排水强度的空间变异特性,将随机场中的生成样本视为土坡强度输入参数的确定值,然后利用极限平衡分析方法与强度折减法分别进行了土坡确定性分析,并进行了安全系数与失稳模式的对比.通过30个样本结果的汇总与对比分析发现,简化Bishop法得到的安全系数与有限元强度折减法以及有限差分强度折减法所得结果一致,而基于Morgenstern-Price方法计算的安全系数与强度折减方法得到的安全系数有明显区别.在失稳模式方面,极限平衡方法无法模拟可能会出现的多重滑动面,而有限元以及有限差分强度折减方法却能很好地描述土坡的多种失稳模式.     

基于强度折减有限元的非均质土坡失稳判据分析

强度折减有限元法在土坡稳定性分析中已得到广泛应用,但目前大多针对均质土坡,较少涉及非均质土坡.将强度折减有限元法应用于非均质土坡,首先要解决非均质土坡失稳判据的选取问题.基于ABAQUS有限元软件,实现了强度折减的自动运行,探讨了各种失稳判据对非均质土坡安全系数取值的影响,分析了非均质土坡失稳破坏的过程,提出了以特征点位移矢量突变结合塑性区贯通的失稳判据,其更能反映非均质土坡真实的稳定性.     

强度折减有限元法土坡失稳判据分析均质土坡

目前强度折减法分析土坡稳定一般有三种判断依据:位移突变法、求解过程中计算的不收敛、塑性区的贯通情况.针对典型均质土坡算例,采用强度折减有限元方法进行稳定分析,并与极限平衡方法所得到的安全系数进行对比.对比分析表明,三种判别法得到的安全系数与极限平衡法计算的结果接近,说明对均质土坡有适用性.     

应用强度折减有限元法分析土坡稳定的适应性

为深入研究土体采用的本构模型以及安全系数的控制标准．讨论了土体采用邓肯E—B模型和理想弹塑性的广义米塞斯模型时,强度折减有限元法分析土坡稳定的适应性．发现邓肯E—B模型的适应性较差,土坡内应变发展不均匀,不能形成明显的剪切带．而弹塑性的广义米塞斯模型则形成剪切带,剪切带两侧土体具有明显的相对滑移趋势．因此,弹塑性模型更适合干强度折减有限元法分析土坡稳定性．     

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。     

有限差分强度折减法求解边坡稳定性

在比较传统的极限平衡法和有限元强度折减法的同时,介绍了有限差分强度折减法的原理和具体步骤。基于有限差分FLAC程序,通过算例研究了有限元强度折减法与有限差分强度折减法的计算结果,验证了有限差分强度折减法的可靠性。分析了有限元强度折减法与有限差分强度折减法计算结果的差异性,并指出了有限差分强度折减法的优点为能够对具有复杂地质条件的边坡进行稳定性分析,可考虑土体的非线性弹塑性本构关系,能够模拟土坡的失稳过程及其滑移面形状,可直接采用摩尔-库伦屈服准则,适用于可能产生大变形的边坡。并得出了有限差分强度折减法适用于边坡的稳定性分析且满足工程精度需求的结论。     

边坡可靠度分析的响应面方法比较研究

系统地总结了多种响应面法(RSM)在不同类型边坡可靠度问题中的应用情况,通过文献分析总结出4类典型土坡可靠度问题:问题Ⅰ,单层土坡不考虑参数空间变异性;问题Ⅱ,单层土坡考虑参数空间变异性;问题Ⅲ,多层土坡不考虑参数空间变异性;问题Ⅳ,多层土坡考虑参数空间变异性.重点研究了基于多项式的4种响应面法(SQRSM、MQRSM、SSRSM和MSRSM)在解决4类土坡可靠度问题(问题Ⅰ~Ⅳ)中的有效性.分别从计算精度和计算效率两个方面系统地比较了4种响应面法在黏性土坡和c-土坡可靠度问题中的适用性.结果表明:对于不考虑土性参数空间变异性的单层土坡可靠度问题(问题Ⅰ),推荐SQRSM;当单层土坡考虑土性参数空间变异性时(问题Ⅱ),推荐MSRSM;对于不考虑空间变异性的多层土坡可靠度问题(问题Ⅲ),推荐MQRSM;对于考虑参数空间变异性的多层土坡可靠度问题(问题Ⅳ),推荐采用MSRSM方法.     

南水北调南干渠边坡有限元稳定性分析

采用有限元强度折减法,对南水北调南干渠典型断面进行稳定性分析。计算采用邓肯非线性弹性模型,对渠道边坡的实际开挖施工过程进行模拟。以最大水平位移作为失稳判据,建立最大水平位移和折减系数之间关系曲线,得到不同折减系数下土坡应力变形分布规律和边坡安全系数。计算结果表明,有限元强度折减法,能够较真实地考虑土体应力应变关系和施工过程影响,所得边坡稳定系数略大于毕肖普法计算结果,计算断面稳定安全系数满足规范要求。     

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。     

软基上海堤结构优化研究

以软土地基上的海堤为研究对象,根据软土变形的时效特征和自重应力场与渗流场的耦合特性,建立软土蠕变模型和渗流作用下的耦合应力场分析模型,并采用有限元强度折减法进行稳定分析。对不同海堤结构断面型式进行了优化分析,所给出的结论可供同类工程借鉴。     

考虑土体强度各向异性的边坡稳定性分析

由于天然土体具有各向异性特征,应在边坡稳定性分析中考虑其影响. 对于黏土材料,将各向异性状态参数定义为材料组构张量与标准化偏应力张量之间的联合不变量,提出在抗剪强度指标c和φ中耦合该参数的表达式,并结合已有的试验结果验证了该公式的有效性. 将各向异性强度参数公式应用于边坡稳定分析,并进行大量计算. 研究表明：对于坡角为14°的缓坡,考虑强度各向异性的影响后,边坡安全系数降低可达22.0%;当坡角增加到55°时,各向同性与各向异性安全系数相对差值略大于8.0%. 即表明土体强度的各向异性对缓坡安全系数的影响比对陡坡的大,尤其对于高而平缓的边坡,这种影响应当引起重视.     

考虑分区各向异性和渗流作用的边坡稳定性研究

土体强度各向异性和渗流作用是影响边坡稳定性的重要因素。为使稳定性计算时边坡土体强度的各向异性更切合实际,提出对成层边坡土体进行分级加载和分区考虑强度各向异性的方法：将边坡土体最大主应力方向角与成层土相交区域设置为初始分区,然后结合有限元计算结果,推导各成层土各向异性强度参数计算公式,并即时计算各分区内土体强度参数;在逐级施加荷载过程中,根据计算所得土体强度参数,进一步调整初始分区,通过初分、细分和精分3级控制,确定耦合计算分区和各分区土体强度参数。在此基础上,建立考虑土体分区各向异性、未分区各向异性和未分区各向同性3种工况的流固耦合模型,分析边坡体应力场、位移场和渗流场的变化规律和特点,并采用强度折减法计算边坡稳定性。结果表明：考虑土体分区各向异性时,坡体平均应力最大值较未分区各向异性时有所减小,但较未分区各向同性时有所增大,其渗流域和流速较其他两种工况均有所减小;考虑土体分区各向异性时,计算所得边坡稳定性系数为1.109,较其他两种工况分别下降了2.8%和21.3%。     

论土体应力应变关系曲线类型和临界状态

为探讨应力历史对土体本构关系的影响,进行了一系列正常固结土和超固结土的排水剪切常规三轴压缩试验,对比具有不同应力历史的土体应力应变关系曲线发现,对于体应变,超固结比是决定性因素,而体应变对固结压力不太敏感。对于抗剪能力,固结压力是决定性因素,超固结比的影响也不可忽略,超固结比决定了是应变强化还是应变软化,且决定了应变软化的程度,但试样最终会达到一个统一的临界状态,具有大体相同的残余强度。根据塑性体应变与塑性剪应变之间的相互作用原理阐明,土体变形过程中,塑性体应变的变化控制了剪切抗力的升降,从而决定了土体应力应变关系曲线的类型;临界状态实际上是一个纯粹剪切变形过程,其中不发生塑性体应变与塑性剪应变之间的相互作用,压硬性、剪胀性、应力路径相关性统统消失,它与以前所经历的应力历史无关。     

开挖边坡变形和稳定性有限元分析

采用有限元方法对边坡开挖进行数值计算,得到开挖后边坡的变形情况,并通过抗剪强度折减技术对开挖后的边坡材料进行强度折减,得到边坡破坏时的临界滑面和安全系数。有限元方法的计算结果不但能评价边坡的稳定性,还可得到潜在的危险区域,对边坡开挖施工有一定指导意义。     

应变软化土质边坡渐进破坏的演化模型

考虑到土体的流变效应 ,通过推广不平衡推力法 ,提出了具有应变软化性质的土质边坡渐进破坏的一个力学模型 .该模型采用Maxwell松驰模型描述局部破坏后滑裂面上土体的抗剪强度随时间的变化情况 ,用时间安全系数来描述边坡的稳定状态 ,并且不必假定渐进破坏从坡角开始 ,因而更接近实际情况 .通过数值模拟 ,清晰地揭示了边坡渐进破坏的历时演化过程 ,并证实了边坡的安全系数随时间推移而逐渐变小的规律     

电厂粉煤灰筑坝的动力特性试验研究

利用振动三轴仪对饱和粉煤灰的动模量、阻尼比和动强度进行了试验，研究了动应变、固结压力、试样密度、初始剪应力等影响因素。试验结果表明，动模量随动应变增减成倍成量级增减，并随固结压力、试样密度、初始剪应力增减而增减，阻尼比随应变增大而增大。抗液化强度固结压力、试样密度、初始剪应力的增加而增加，但初始剪应力的增加量是有一定限度的。试验结果可用于工程计算、类似土体及工程借鉴。     

具有聚苯胺高分子体系电流变流体的静力学性能

对聚苯胺高分子体系的电流变流体的力学特性进行了实验研究,结果表明：电流变流体在电场作用下其力学特性是变化的,并表现出复杂的非线性,随着电场强度的增加,电流变流体出现由液态向固态转化的趋势。应力 应变实验表明,电流变流体在屈服阶段出现重复屈服强化现象。