极限上限分析中“切线法”引入非线性破坏准则的探讨

基于极限分析上限法,讨论了“切线法”引入非线性 M-C 破坏准则时采用“初始切线法”和“外切线法”对边坡临界高度、地基承载力、主动土压力３个经典土力学问题的影响,用以分析“外切线法”引入非线性破坏准则对分析岩土问题的合理性和有效性。研究表明：非线性参数对土工结构的安全性有重要影响,恰当引入岩土材料的非线性破坏特性更加符合工程实际;基于上限法通过“初始切线法”引入非线性破坏准则是众多上限解答的一个上限解答,特定条件下能够获得较好的上限解,但随着非线性参数 m 的增大由此引起的误差也越来越大,采用“外切线法”更具有效性和合理性。     

加筋土边坡稳定性分析

基于强度折减法和重力增加法分别对未加筋边坡和加筋边坡进行了有限元数值分析,并与Bishop法进行了对比,验证了将这两种方法应用于加筋土边坡计算的可行性。通过对工程实例的计算分析,建议对于未加筋边坡将坡内点的水平位移急剧变化作为边坡处于临界破坏状态的判别标准;而对于加筋土边坡,将塑性区从坡脚至坡顶贯通作为临界破坏状态的判别标准。     

基于二阶锥规划的边坡稳定上限有限元分析

边坡稳定上限极限分析通常采用三节点三角形单元,并对屈服准则线性化,因而其计算精度较低。针对此问题,基于六节点三角形单元和二阶锥规划,假设材料严格满足Mohr-Coulomb屈服准则并考虑孔隙水压力与地震荷载的作用,发展了一种应用于边坡稳定性分析的上限有限元法,扩大了上限极限分析的应用范围。根据上限定理,在满足屈服条件、流动法则、功能平衡以及相应的边界条件的基础上,将边坡稳定的上限分析形成二阶锥规划数学模型,并用先进的内点法进行求解。通过2个算例的计算分析,并与已有计算方法进行对比,验证了本文方法的正确性与可行性,并表明该方法的计算结果并不明显依赖于有限元网格的密度,且材料内摩擦角较大时,仍具有较高的计算精度。     

加筋土石坝坡抗震稳定的上限极限分析

基于极限分析上限定理,假定破坏面为任意滑动面,提出了一种用于评价加筋土石坝坡抗震稳定性的方法。该方法将素土的内能耗散率和筋材的内能耗散率分开考虑,计算各滑动土条的外力功率与内能耗散率,并通过功能平衡条件,利用优化算法确定加筋土石坝的极限抗震能力。由于本文方法基于极限分析,所得解物理意义明确、理论基础严格,能够很好地反映加筋后土石坝处于极限状态时抗震能力的提高。通过一简单均质加筋边坡的算例分析表明：该方法计算结果与现有研究成果有较好的一致性,且当水平条分数增加到一定数量时,解答趋于稳定,确定的任意滑动面能够很好地模拟加筋结构临界失稳时的破坏面。同时,通过对坝坡滑动体的水平条分,克服了以往竖向条分对拟静力地震荷载计算不精确的问题。应用该方法对一典型加筋心墙土石坝进行了坝坡稳定分析。计算结果表明,坝坡加筋后,土石坝的抗震稳定性有了明显提高,其极限抗震能力较未加筋时提高了19%~21%,且加筋长度对土石坝的极限抗震能力有较大的影响,在实际工程中建议应进行合理的计算分析以确定最佳加筋长度,对于本算例,最佳的加筋长度为30~40m。     

加筋土石坝坡抗震稳定的上限极限分析

基于极限分析上限定理,假定破坏面为任意滑动面,提出了一种用于评价加筋土石坝坡抗震稳定性的方法。该方法将素土和筋材的内能耗散率分开考虑,计算各滑动土条的外力功率与内能耗散率,并通过功能平衡条件,利用优化算法确定加筋土石坝的极限抗震能力,所得解物理意义明确、理论基础严格,能够很好反映加筋后土石坝处于极限状态时抗震能力的提高。通过一简单均质加筋边坡的算例分析,结果表明,该方法所得与已有研究成果有较好的一致性,且当水平条分数增加到一定数量时,解答趋于稳定,确定的任意滑动面能够很好地模拟加筋结构临界失稳时的破坏面。同时,通过对坝坡滑动体的水平条分,克服了以往竖向条分对拟静力地震荷载计算不精确的问题。应用该方法对一典型加筋心墙土石坝进行坝坡稳定分析。计算结果表明,坝坡加筋后,土石坝的抗震稳定性有了明显提高,其极限抗震能力较未加筋时提高了19%~21%,且加筋长度对土石坝的极限抗震能力有较大的影响。在实际工程中建议进行合理的计算分析以确定最佳加筋长度,对于本算例,最佳的加筋长度为30~40m。     

加筋土边坡侧向变形对沉降和稳定性的影响

大量工程实践表明,加筋土国坡的侧向变形与边坡的沉降和稳定性有着密切的联系,如何充分考虑和利用加筋土体侧向变形对边坡 和和稳定的影响,是一个值得研究的课题。通过工程实例,阐述了加筋土边坡破坏的原因,并对边坡的稳定性及沉降进行了研究,指出加筋材料加固机理的实质是加筋材料与土体的位移协调一致,通过两者之间的作用,充分发挥加筋材料的抗位强度,进而限制加筋土体的侧向变形,在某种意义上提高土体的抗剪强度,达到加固土体的目的。尽管极限平衡法不能直接考虑土体侧向变形对边坡稳定性的影响,但是,可以在该方法中通过整土体强度指标的方法来间接反映这种影响。限制加筋土体的侧向变形,能够有效减少加筋土体的不均匀沉降和总沉降量,研究表明,不考虑侧向变形影响得出的沉降值小于实测值,其误差在20％－30％之间。     

基于上限分析的渣土边坡抗滑桩桩位优化研究

针对加固城市渣土堆填边坡的抗滑桩桩位优化问题,基于强度折减技术和极限分析上限法,采用遗传算法结合非线性规划SQP算法,提出了渣土边坡抗滑桩桩位优化方法。深圳市某渣土堆填边坡抗滑桩桩位优化分析结果表明:给定安全系数下,抗滑桩桩位对抗滑桩需提供的抗滑力、滑裂面以上桩长和最可能滑裂面都有显著影响;暴雨工况下的抗滑力、滑裂面以上桩长和最可能滑裂面范围均大于自然工况下的。考虑局部失稳问题,综合确定天然工况和暴雨工况下加固案例边坡抗滑桩最优桩位分别位于为桩位系数ε=0.3和ε=0.6附近。研究结果可为渣土边坡抗滑桩桩位优化设计提供技术指导和理论支撑。     

基坑稳定性的塑性极限分析上限法研究

基坑稳定性验算是基坑支护设计中的一项重要内容,将极限分析上限理论、有限元离散思想和数学规划方法结合起来研究基坑的稳定性。首先将基坑土体用三角形有限单元离散,然后根据上限定理构建同时满足公共边速度不连续条件、单元塑性流动约束条件和单元速度边界条件的机动许可速度场,并由内、外功率相等条件建立目标函数,构建基坑稳定性分析的上限法数学规划模型,通过对模型的优化求解,得到基坑整体稳定性分析的极限荷载(或安全系数)上限解及相应的破坏机构,最后分析了土体抗剪参数、支护结构嵌固深度及基坑开挖深度等因素对基坑整体稳定性的影响规律。     

特殊土层对不排水粘土边坡稳定性的分析研究

基于极限分析的上限法对不排水条件下的粘土边坡进行稳定性分析,考虑边坡底部特殊土层的深度对边坡滑动面位置和稳定性的影响。发现对于较缓的边坡,边坡的稳定性随着限制深度的减小而增加,但是当限制深度较大时,限制深度对于边坡稳定性的影响较小。一定深度的特殊土层会限制边坡最危险滑动面,使得边坡更加稳定、安全。对于不排水条件下的土质边坡,需要特别考虑特殊土层深度的影响,为边坡工程的设计与评价提供可靠、有效的参考依据。     

高填方加筋土边坡稳定性试验与数值模拟研究

针对高填方加筋土边坡稳定性的计算与评价合理性问题,设计了边坡破坏模型试验,并基于试验结果对考虑加筋土的通用有限元软件计算合理性进行了验证,开展了广西某机场60 m高填方加筋土边坡填方层数变化对边坡稳定性的影响分析。结果表明：数值模拟中破坏面与水平面的夹角与模型试验结果基本一致,在通用有限元软件中考虑加筋土的方式可用于实际高填方加筋土边坡稳定性分析;虽然3层和5层填方方案的机场高填方加筋土边坡整体安全系数与4层方案总体相近,但易在加筋土后方形成剪应变增量贯通区,无法有效发挥加筋土强度特性,边坡存在整体失稳风险,因此设计的四层填方方案相比最优。研究成果可为类似高填方加筋土边坡稳定性的计算与评价提供技术支撑。     

三维极限分析方法在恰甫其海水利工程边坡稳定分析中的应用

恰甫其海水利枢纽工程左岸发育一规模较大的F78断层,左坝肩施工开挖时该断层将大范围出露,由此产生施工期和蓄水后左岸山体的稳定性问题,并对工程安全带来威胁。本文采用边坡稳定三维极限(上限)分析方法,对左岸山体在施工期和运行期的三维抗滑稳定性进行分析研究。分析表明,左岸山体施工期和运行期的稳定性较好,但降雨入渗对左岸山体的稳定性影响较大,应考虑适当的排水措施。     

岩质边坡抗滑稳定分析中的潘家铮分块极限平衡法

岩质边坡稳定分析中,潘家铮提出的分块极限平衡法属于上限解法。它与萨尔玛法等效,可以相互验证。文章对该法的一般公式进行了推导,并提出其应用中应注意的问题。     

顺层边坡的稳定性影响因素及失稳判据分析

针对含软弱夹层顺层边坡的破坏特征,利用极限平衡法建立了边坡稳定性的计算模型,分析了在各种因素作用下边坡的稳定性系数变化特征以及边坡失稳的判据。结果表明:1稳定性系数与抗剪强度呈线性正相关关系,凝聚力和内摩擦角对边坡稳定性的影响大小取决于其值的组合形式;2每一个坡角θ,对应存在一个最不利的岩层倾角α,α∈[25°,50°]时边坡稳定性相对较差,并且可以得出,α∈[θ/2+5°,θ/2+10°];3坡角越接近岩层倾角,稳定性系数越大,反之则越小;4稳定性系数K随着剪出高度H的增大而减小,H∈[1,10]时,减小得相对较快,H∈[10,50]时,减小得相对较慢;5水对边坡的稳定性系数影响显著,主要体现在降低了软弱夹层的抗剪强度,静水压力降低了边坡的稳定性。边坡发生失稳时后缘裂隙必须满足一定的裂隙深度,裂隙深度越大所需的充水高度越小,反之则越大。总结得出顺倾向边坡两种破坏判据,一种只是重力作用下的边坡,当HH_(max)时边坡发生滑移失稳;一种是边坡后缘存在一定深度裂隙的边坡,当Z_wZ_(wmax)时发生水力推动型滑移失稳。研究结果可对边坡的防护和治理具有一定的指导意义。     

节理岩体边坡稳定上限分析方法

运用Goodman节理单元和上限分析定理研究节理岩体边坡稳定情况。假设组成岩体的岩块和节理为理想刚塑性且满足Mohr-Coulomb屈服准则,采用Goodman节理单元建立了节理岩体边坡稳定的上限分析有限元格式。通过把外载或自重的载荷乘子作为目标函数,形成了带等式约束的非线性数学规划问题,采用一种无搜索直接迭代算法求解。数值计算结果表明单组节理岩体的节理方向对岩体边坡稳定影响明显。     

基于多边形最佳平方逼近形式的边坡稳定上限有限元法

边坡的极限分析上限法具有较严谨的理论基础和物理意义,且可以在得到安全系数的同时找到最危险的临界失稳速度场,因此具有较广阔的应用前景。针对目前上限有限元法中被广泛采用的外切多边形逼近摩尔库伦屈服圆所带来的收敛速度慢的缺点,放松边坡内任一点需严格满足上限性质的要求,将多边形采用最佳平方逼近的形式逼近屈服圆,并系统地推导出了最佳平方逼近形式的上限有限元法的整个计算模型。算例表明该方法不仅继承了外接多边形从上方逼近解析解的优点,而且采用较少的多边形边数即可得到较为精确的结果,收敛速度大大提高。     

加筋挡土墙的极限分析方法及离心模型试验验证

加筋挡土墙的设计方法主要依据是Ｒａｎｋｉｎｅ的主动土压力理论。本文用极限分析的方法证明，常规的设计方法仅是真解的一个下限解，且具有一定的保守性。而本文的上限解则与离心模型的试验结果较为一致。     

成层土质边坡稳定性极限曲线法

滑移线场理论在非均质边坡稳定性分析中的单独应用还未见相关报道,提出了基于该理论以土坡变形情况评价成层土坡稳定性的极限曲线法。该法是求有重边坡极限荷载的逆过程,是强度折减法的对偶过程。以极限稳定状态下坡面曲线与原坡面线相交为变形破坏准则,定义了安全度(DOS)和破坏度(DOF)2个稳定性评价指标。将均质土体的特征线法方程组拓展为成层土体情形,原方程组为其特例;依据将土层分界面看成特殊应力间断面的观点,研究了滑移线在土层分界面发生折射的条件与公式。相对于传统方法,该法不必假定和搜索滑裂面。7个成层土坡实例计算结果证明了变形破坏准则的正确性,DOS,DOF与安全系数的评价结论一致,表明该法对成层土坡具有一定适用性。