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。     

均质软土地基上土堤稳定性的极限分析方法

为评估均质软土地基上土堤的稳定性,假设地基土体沿圆弧形滑动面破坏,不排水抗剪强度随深度线性增加,并假设土堤材料沿对数螺旋线形滑动面破坏,采用黏聚力和内摩擦角描述其抗剪强度,基于上限定理,建立了一种稳定性分析方法,用于计算得到土堤的无量纲化的稳定数和稳定图,并确定土堤的最小安全系数和临界滑动面。采用本文方法对土堤失稳现场试验工程案例开展了计算分析,结果表明,所得到的最小安全系数与土堤的实测失稳条件吻合,最小安全系数与临界滑动面的计算结果也与变分极限平衡法和条分极限平衡法所得到的计算结果吻合良好。     

SPH方法与经典边坡稳定分析方法的对比研究

基于不同的理论基础或引入不同的条间力假定,当前岩土工程中主要发展了三种边坡稳定分析方法,即极限平衡法、强度折减法、极限分析上限法。为了探讨三种方法对不同边坡稳定问题的适用性,采用三个典型边坡算例,对三种传统边坡稳定分析方法所得安全系数和临界滑动面(滑动区域)与光滑粒子流体动力学方法(Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH)计算云图进行了对比,结果显示:对于简单的均质边坡,三种方法所得安全系数和滑动面基本一致;对于无黏性土边坡,极限分析上限法结合不连续布局优化方法(Discontinuity Layout Optimization,DLO)应用时会出现不易收敛,甚至计算失败的现象;对于多层且包含软弱土层的边坡问题,极限平衡法和强度折减法计算所得安全系数基本一致,极限分析上限法所得安全系数偏高;极限分析上限法和SPH方法所得临界滑动面基本一致。因此,对于边坡稳定问题的求解,建议采用多种方法进行综合比较。     

严格极限平衡条分法框架下的边坡临界滑动场

首先将严格极限平衡条分法进行改进,给出更实用的安全系数计算格式;然后将只满足力平衡条件的边坡临界滑动场数值模拟方法进行推广,建立一套能满足严格平衡条件的边坡临界滑动场计算方法.对文献中的算例进行计算比较,结果表明本文计算的临界滑动面比其它方法搜寻的临界面更危险,即得到更小的安全系数,展示了本文方法的精度与可靠性.     

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。     

成层软土地基上土堤填筑稳定性的塑性极限分析

针对成层软土地基上土堤填筑的稳定性分析问题,考虑地基土体的不排水抗剪强度既随土层变化又随深度任意线性变化,根据工程实践中揭示的堤基深层破坏模式,基于塑性极限分析的上限理论,构建满足运动许可的对数螺旋线与圆弧组合的转动破坏机制,建立了便于快速评估成层软土地基上土堤填筑稳定性的临界高度、无量纲化的稳定数、稳定图、最小安全系数和临界滑动面的分析计算方法,并将计算结果与2个土堤失稳现场试验工程案例的实测结果进行了对比。结果表明,采用本文方法计算得到的土堤最小安全系数接近于土堤失稳时的最小安全系数的理论值1.0,计算确定的临界滑动面也与实测的临界滑动面比较接近,从而验证了本文方法的适用性。     

基于力平衡求解安全系数的一般条分法

对于一般条块,建立了力平衡方程,导出了条间力递推方程,研究了基于力平衡求解安全系数的一般格式,从而建立了基于力平衡求解安全系数的一般条分法。而基于力平衡求解安全系数的垂直条分法只是它的1个特例。通过分析Sarma法的适用性,根据条块位移的相容关系给出了1个新的条间剪力方程,明确了条间剪力与滑动面几何形状之间的关系,以及条块界面上剪切强度的折减系数随条块和滑动面的几何形状的变化规律。基于新的条间剪力方程可建立条块界面和滑动面上的剪切强度具有不同折减系数的非严格一般条分法。算例分析表明,所给新方法优于Sarma法。应用它能够得到更合理的安全系数值。即使条块形状是变化的,该法也能够给出一致的安全系数值,而且能够保证迭代过程稳定收敛。     

DDA方法块体稳定性验证及其在岩质边坡稳定性分析中的应用

首先,介绍DDA方法中关于块体接触力的计算过程,提出计算沿潜在滑动面稳定性安全系数的计算方法;然后,在此基础上以沿折坡单块体滑动问题为实例,利用DDA方法分别计算仅考虑滑动面摩擦角( 和同时考虑摩擦角(和黏聚力c条件下块体的运动稳定性和安全系数大小,并与理论值进行比较与验证;最后,针对乌江银盘水电工程右坝肩边坡开挖后因软弱断层控制引起的稳定性及处理措施选取问题,利用已有的极限平衡分析条块系统,将DDA方法应用于该边坡稳定性分析,对边坡的实际稳定状态及锚固效果进行对比分析与评价.研究结果表明,利用DDA方法在计算滑面上条块系统沿滑面稳定安全系数时,因其条块间接触力是建立在严格的力学平衡方程基础上,允许块体系统非连续变形,并且勿需条块界面强度等比例调用的假定,其结果对反映实际岩质边坡的稳定性应该更具合理性.另外,DDA方法关于边坡锚固模拟计算,充分反映和验证了锚杆在边坡稳定性加固处理中的效果.     

利用交替变度量法搜索边坡临界滑动面

在边坡工程中,如何准确、迅速地确定临界滑动面是治理边坡的关键问题。但传统极限平衡法存在准确性难以保证、搜索法工作量大和搜索中易陷入局部最小值陷阱等问题。提出了搜索边坡临界滑动面的交替变度量法,结合有限元强度折减法确定初始滑动面,采用均质典型算例进行分析,与常用的传统极限平衡法计算结果进行比较,验证了该方法的有效性和高效性。     

边坡稳定分析的一些进展

本文介绍近年在用极限平衡法与有限单元法 ,分析边坡稳定性方面的一些进展 ,在基于极限平衡的解析法上 ,我们导出了多阶斜坡的稳定安全系数与滑裂面角度的计算公式。这对岩质边坡的设计有很高的实用意义。导出了目前采用的各种条分法的统一计算公式。对于非严格条分法 ,用一个平衡方程并假设条间力的作用方向 ,即能求得安全系数 ;对严格条分法 ,用二个平衡方程 ,并假设条间力的作用方向或条间力的作用点位置 ,就能求出安全系数。统一式是一简单的迭代式 ,因而计算简便 ,并有很高精度。提出了两种用有限元法求边坡稳定安全系数的方法 :一种基于极限平衡法 ,对土质边坡采用圆弧搜索法 ,对岩质边坡采用在滑移面上布置节理单元的方法。另一种采用有限元强度折减法 ,便于采用大型软件 ,是一种很有前途的求边坡稳定安全系数的新方法。     

Two-dimensional stability analysis of a soil slope using the finite element method and the limit equilibrium principle

A slope stability analysis method using the finite element method and the limit equilibrium principle is presented in this paper to determine the critical slip surface and to calculate the minimum safety factor based on the stress field produced by a numerical simulation. This method assumes a cutting export and makes good use of geometric combination to reduce the search range during the calculation process. The proposed method was validated using two classical benchmark slopes and an engineering slope; it was also compared with other conventional limit equilibrium methods. The error between the proposed method and the limit equilibrium method was relatively small. The proposed method resolved several limitations of the traditional methods, and a comparison of the benchmark slopes showed that the proposed method exhibited good accuracy and efficiency. The proposed method can thus analyse both the stability of a natural slope and the stability of a soil slope under seismic loading conditions.     

动态规划法求解边坡安全系数最小上限解

基于Sarma法的基本假设,将滑体划分为若干斜条块,由条块力的平衡条件得到条块间推力递推方程。根据推力最大原理,将寻求安全系数最小问题转化为寻求剩余推力最大问题。采用动态规划方法,将斜条块划分问题转化为多阶段决策问题。给出了基于条间推力递推方程的最优决策方法和步骤,对边坡斜条块划分组合进行了优化,找到剩余推力最大的划分组合。由于Sarma法本身是上限解,因此优化得到安全系数本质上是最小上限解。计算结果表明:利用动态规划方法搜索的最优斜条块划分组合,可以充分接近塑性力学解,安全系数一般大于并接近基于垂直条块的严格极限平衡条分法的安全系数。     

A three-dimensional slope stability analysis method using the upper bound theorem : Part I: theory and methods

A three-dimensional (3D) slope stability analysis method, based on its two-dimensional approaches proposed by Donald and Chen (Can. Geotech. J. 34 (1997) 853.) is presented in this paper. It starts from establishing a compatible velocity field and obtains the factor of safety by the energy and work balance equation. Optimisation is followed to approach the critical failure mode that offers the minimum factor of safety. The method is demonstrated to be identical to Sarma's limit equilibrium method (1979) that employs inclined slices, if it is extended to the 3D area. However, it has been established on a sound theoretical background supported by the upper bound theorem of plasticity. Test problems have demonstrated its feasibility. A feature of the method is its very simple way to obtain the factor of safety without complicated 3D force equilibrium evaluations. Limited assumptions are involved in this method and their applicability has been justified.     

边坡稳定分析的电子表格法LOSSAP

边坡稳定分析的电子表格法充分利用了电子表格的计算能力和规划求解功能,程序简单易用、计算过程透明、可自校核。采用了数据捕捉和VBA函数的电子表格法LOSSAP使得计算过程具有很高程度的自动化,能够从AutoCAD中自动获取边坡几何信息以及自动计算条块的相关数据。目前该程序能实现指定滑裂面的考虑外荷载、地震力、孔压、不同形式滑裂面的多种边坡稳定分析方法的计算,是一个方便、实用、免费共享的边坡稳定分析工具。     

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。     

边坡稳定极限平衡分析中的优化问题

为更好地理解、归纳边坡极限平衡稳定分析的步骤和过程,将目前边坡稳定分析中常规的极限平衡条分法、基于潘家铮极大值原理的局部安全系数法以及边坡临界滑动场方法等三大类方法进行系统比较分析和归类,并对每类双重优化问题予以表述、算例分析验证等,对极限平衡方法在边坡稳定分析中的应用予以总结。研究结果表明,归纳的三类双重优化问题有助于极限平衡方法在边坡稳定分析中的进一步应用。     

基于时程分析的岩质高边坡开挖爆破动力稳定性计算方法

提出一种计算岩质高边坡爆破开挖情况下动力稳定性安全系数的时程分析方法。根据爆破振动峰值速度衰减规律和爆破振动速度或加速度时程曲线，可计算得到特定时刻作用在各条块上的爆破振动惯性力，并根据其相位确定惯性力作用方向，然后施加到各条块上。结合刚体极限平衡分析方法中的Sarma方法，即可求得对应于该时刻边坡的稳定性安全系数。以某一时间步长进行整个爆破过程的计算，可得到相应的爆破动力作用下的边坡动力稳定性安全系数时程曲线。该法综合考虑爆破振动的幅值衰减、频谱特性和相位角的变化，突破了拟静力法中用综合影响系数折减爆破荷载的局限性，得出的边坡爆破振动稳定性安全系数随时间的变化规律，可较好地反映边坡稳定性在爆破过程中的变化过程，为优化边坡爆破开挖设计提供依据。     

降雨入渗对非饱和土边坡稳定性的影响

研究降雨入渗对边坡稳定性的影响规律。采用有限元法进行非饱和土边坡的二维非稳态渗流计算,考虑基质吸作用利用极限平衡法进行非饱和土边坡稳定安全系数计算,进而通过算例计算,分析了降雨过程中及降雨之后,边坡内孔隙水压分布、潜在滑裂面位置以及边坡稳定安全系数的变化情况。着重分析了降雨强度和降雨持续时间的影响,并特别注意分析降雨结束后的边坡稳定性。算例表明某些情况下边坡安全系数最小值出现在降雨之后的数小时或数天,而非降雨的过程中或降雨刚刚结束之时。     

高层建筑岩石边坡地基稳定性分析方法研究

通过工程实例对高层建筑岩石边坡地基稳定性分析方法－规范传递系数法、转动极限平衡法（瑞典条分法）及有限元法进行了研究,发现规范传递系数法所得安全系数较转动极限平衡所得安全系数大,而转动极限平衡所得结果接近有限元法。建议Ｄ对高层建筑岩石边坡地基进行稳定性分析时进行转动极限平衡校核。