基于强度折减的边坡稳定安全系数有限元迭代解法

讨论有限元强度折减法的失稳判据,结果表明:失稳判据对安全系数影响较大,对临界滑动面形状和位置的确定影响不大。在此基础上,提出基于强度折减的边坡稳定安全系数有限元迭代解法,先用强度折减法搜索滑动面,再按滑动面已知边坡用迭代解法求解稳定安全系数。该方法充分结合了强度折减法和迭代解法的优点,求解边坡稳定安全系数时效率快、精度高,可为实际工程参考应用。     

变形参数对边坡安全系数的影响

针对强度折减弹塑性有限元方法考察边坡稳定性过程中,弹性模量E和泊松比ν是否需要折减进行了分析。对比计算表明,弹性模量E与泊松比ν的不同取值对边坡濒临破坏时特征点位移的突变性和塑性区的贯通性基本没有影响,因而对边坡安全系数的准确确定没有影响。进一步分析表明,强度折减有限元法是基于虚拟的应力场、变形场等参量来确定边坡的安全系数及相应破坏滑裂面位置的,调整弹性模量E与泊松比ν的大小不会改变这种场量的非真实性本质。因此,为了便于强度折减有限元方法在边坡稳定性分析中的运用与发展,建议在有限元计算中不对弹性模量E与泊松比ν进行折减。     

FLAC3D在边坡稳定分析中的应用

针对极限平衡法对边坡进行稳定分析时不能解决边坡分析的变形问题。利用FLAC3D软件内嵌的强度折减法对某一土质边坡进行数值模拟。通过模拟可以得到边坡的安全系数以及边坡土体的应力场、位移场的变化规律,得出最大位移所在的位置。结果表明,FLAC3D在解决边坡稳定分析的变形方面有着较大的优势。     

ABAQUS强度折减法在边坡稳定分析中的应用

强度折减有限元法是将强度折减理论与强塑性有限元法相结合的一种边坡稳定分析方法。将强度折减法与有限元软件ABAQUS相结合,提出以塑性区贯通及塑性应变、位移的突变作为边坡失稳的评价依据,为准确判定边坡的滑动面及相应的安全系数提供了可靠依据。该方法相对于传统的极限平衡法来说在理论上更完备计算上更精确,特别是对于复杂条件下的边坡稳定性分析更具有独特的优势。     

基于数字图像技术的冰水堆积体边坡稳定研究

冰水堆积体在西部地区广泛存在,具有高度的非均匀性与非连续性。与一般均质土体相比,冰水堆积体在力学行为上存在很大差异,而通常计算中也经常将这一特征忽略,由此造成了较大误差。以野外调查为基础,运用数字图像处理技术对典型冰水堆积体边坡处理后得到细观物理模型,并导入FLAC3D中采用强度折减法计算其安全系数。计算结果表明,受块石存在的影响,边坡内部的应力场分布"异常",埋深对应力集中有明显的"放大效应",潜在滑动面呈现多级发展,具有显著"绕石"特征。对比计算表明,冰水堆积体边坡的安全系数较均质边坡有较大提高。     

坡脚位移与边坡安全系数关系数值模拟分析

为研究坡脚位移与边坡稳定安全系数的关系,利用ABAQUS有限元分析软件,建立边坡有限元模型,结合抗剪强度折减法,在改变坡顶均布荷载的情况下分别计算相应的边坡稳定安全系数,并在坡脚范围内选取3个点进行位移观测.观测结果表明:3个观测点各方向的位移均随安全系数的减小而非线性地增大,各点X方向位移的变化幅度比Y方向大,各点Y...     

边坡稳定有限元强度折减法与极限平衡法对比

通过算例对有限元强度折减法和极限平衡法在边坡稳定性分析中的性能进行了比较,结果表明:有限元计算网格尺寸可选取最大计算长度的3%～5%;极限平衡法较有限元强度折减法计算耗时少;极限平衡法计算结果均落在有限元强度折减法所得贯通塑性区之内,简布法所得滑动面较之Spencer法的结果偏下。     

基于突变理论的边坡安全系数自动搜索方法及应用分析

为解决搜寻强度折减系数与边坡位移关系曲线突变点数值计算量大、主观性较强等问题,基于尖点突变理论,提出边坡安全系数自动搜索方法,以Fortran语言和FLAC 3D数值计算软件为平台,开发了适用于自动搜索边坡安全系数的计算程序。将该方法应用于边坡实例的稳定性研究,讨论了各种评判标准所得安全系数的大小差别,并与极限平衡法计算的安全系数进行对比分析。结果表明:自动搜索边坡安全系数的计算程序能快速定量找到边坡临界稳定的突变点,提高了边坡稳定性分析的准确性和计算工作效率;计算结果与边坡规范推荐的极限平衡法所得的结果对比误差较小,并且对于未知滑动面边坡,极限平衡法得出的滑动面位置与该方法所得安全系数下对应的塑性区贯通区域基本一致。文中方法为边坡稳定性评价提供了有益借鉴。     

弧长法在边坡稳定非线性有限元分析中的应用

在有限元强度折减法的基础上，引入计算结构临界状态荷载值的弧长法进行边坡工程稳定分析。该方法是在迭代过程中调整荷载增量的大小以得到收敛的解，从而在计算时可自动调整土体强度参数的降低程度。最后通过算例验证了本算法的有效可靠性和适应性。并与直接有限元强度折减法计算结果进行比较，结果表明，在边坡稳定非线性有限元分析中，引入弧长法不仅改善了有限元迭代的收敛性，而且还可以更准确地求出边坡安全系数。     

土石坝边坡稳定性分析的应用研究

极限平衡法结合有限元强度折减法分析、计算边坡稳定是一种趋势,对两种方法进行了比较计算,有限元强度折减法是基于真实应力场的计算方法,能够自动寻找最小安全系数以及相应的滑动面。     

有限元强度折减系数法计算土坡稳定安全系数的精度研究

有限元强度折减系数法在边坡稳定分析中的应用正逐渐受到人们的重视。本文较为全面地分析了土体屈服准则的种类、有限元法自身计算精度以及H（坡高）、β（坡角）、C（粘聚力）、Φ（磨擦角）对折减系数法计算精度的影响，并给出了提高计算精度的具体措施。通过对106个算例的比较分析，表明折减系数法所得稳定安全系数比简化 Bishop 法平均高出约5.7%，且离散度极小，这不仅验证了文中所提措施的有效性，也说明了将折减系数法用于分析土质边坡稳定问题是可行的。     

变形参数对土坡稳定安全系数的影响

利用有限元极限平衡法对土坡在不同变形条件下稳定性的变化规律进行研究。对3种不同填筑情况、不同土质的土坡进行稳定性计算分析,土体本构模型分别采用线弹性模型和邓肯-张E-ν非线性弹性模型。计算中,分别变化了土体的弹性模量(或参数K)、泊松比(或参数G)以及内摩擦角。结果表明:变形参数对土坡稳定安全系数有一定影响,弹性模量对土坡稳定安全系数几乎没有影响,而泊松比对土坡稳定安全系数影响较大;考虑变形影响的有限元法用于土坡稳定性分析具有一定优势。     

桩基工程对长江防洪堤边坡稳定性的计算分析

针对某工程在软土地基上的长江防洪堤边坡架设管廊后的边坡稳定问题,采用抗剪强度折减有限单元法,选取3个典型断面,对比分析了现有边坡以及桩基施工并承载后边坡的稳定性。结果表明,桩基的存在和其所承受的荷载分别对边坡的稳定性具有有利和不利的影响,通过将桩端设置在合适的持力层上,正反两方面的影响基本可以抵消,桩基及管廊施工后对江堤边坡的稳定性影响很小。     

开挖边坡-坡顶建筑物稳定性研究

开挖边坡时,为了确保边坡和坡顶建筑物安全,避免潜在滑坡危险,需对边坡-坡顶建筑物稳定性进行评价。通过MIDAS GTS建立边坡数值模型。基于Mohr-Coulumb屈服准则和强度折减理论对边坡-坡顶建筑物的稳定性进行了数值模拟,研究不同开挖深度边坡的应力分布特征及坡顶建筑物位移特征,揭示了边坡-坡顶建筑物失稳机理:随着建筑物-坡顶距离的增大,一方面开挖边坡的安全系数虽没有降低,但可以减小潜在滑动体的范围,提高建筑物的安全性,另一方面虽建筑物总体位移逐渐减小,但建筑物前后端的位移差逐渐增大,对建筑物的抗裂性不利。     

强度折减法改进及在边坡稳定性评价中的应用

传统有限元强度折减法在对岩土体强度参数进行折减时并未考虑其对变形参数(弹性模量和泊松比)的影响,会使得分析计算结果不准确,为此改进了传统强度折减法并将其应用于边坡稳定性分析中。基于Mohr-Coulomb强度准则和Duncan-Chang双曲线弹性本构模型,并深入分析土体应力状态、强度与变形的联系,分别建立弹性模量、泊松比与强度折减系数的关系表达式。据此在强度参数折减的同时,对弹性模量和泊松比同时进行修正。以均质土体边坡为例,应用改进的强度折减法开展稳定性评价,并与极限平衡法(Spencer法)进行对比。结果表明:4种有限元强度折减法准确性由大到小依次为:同时修正μ和E方法,只修正E方法,传统有限元强度折减法,只修正μ方法,结论验证了提出的改进方法的合理性和有效性。     

边坡稳定极限分析斜条分上限法的全局优化方法

边坡稳定极限分析斜条分上限法需要寻求最小安全系数对应的临界滑动模式。由于待优化变量中包含了滑裂面位置与条块界面倾角,问题的自由度与非线性程度明显增加,寻找安全系数的整体极值变得十分困难。本文建立了任意形状滑裂面通过与不通过软弱夹层两种情况下斜条分上限法滑动模式优化的数学模型。为保证在随机搜索过程中生成合理的滑动模式,引入一系列约束条件,将临界滑动模式的搜索问题转化为一个有界约束的数学极小值问题,并结合遗传算法和粒子群算法两种全局优化方法,对多个典型算例进行对比分析。研究表明,提出的模型可以解决优化过程中生成不合理滑动模式的问题,不仅极大地提高了优化效率,而且可以避免数值计算不收敛的麻烦;将模型与全局优化算法相结合,在大多数情况下能够得到一个合理的、与极限平衡解十分接近的上限解,具有较好的全局收敛性。     

植被根系形态对边坡稳定性的影响分析

针对裸露边坡大量增加导致破坏自然植被、威胁边坡稳定性等问题,以植被护坡的力学效应为重点,采用的经典WU模型对植被根系附加凝聚力进行数值模拟,并在工程常用岩土软件Geo Studio的基础上建立了基于二维有限元方法的植被护坡模型。应用植被护坡模型分析了不同乔木类型以及不同边坡类型对边坡稳定性的影响,对JI模型和ZHANG模型进行模拟计算,验证了模型的可行性。结果表明:无论是直坡还是阶梯状边坡,植被根系都可以提高边坡稳定性,安全系数增量最高可达39.7%。相同附加凝聚力下,Tap型根系对安全系数的提高效果大于Plate型根系。黄土边坡平整为阶梯状后安全系数提高(刺槐坡安全系数增量为8.3%,侧柏坡为8.2%);砂土和粉土的直边坡更稳定。研究成果对植被根系护坡模拟和生态护坡基础建设具有重要的借鉴意义。     

强度参数对边坡稳定性影响分析

在研究材料强度对边坡稳定影响机理的基础上,结合简单的均质边坡、非均质边坡算例,分别采用基于强度折减法的Plaxis软件及基于极限平衡法理论的Geo-Studio软件进行计算,采用Mohr-Coulomb弹塑性本构模型,分析各材料参数对安全系数及边坡滑裂面的影响。结果表明:(1)当λcr为定值时,改变黏聚力c及内摩擦角对滑裂面位置没有影响;当λcr由小变大时,滑裂面由浅变深,进出口逐渐远离边坡坡顶和坡底;当λcr由大变小时,滑裂面由深变浅,进出口逐渐靠近边坡坡顶和坡底;(2)安全系数与黏聚力c近似呈线性增大关系,与内摩擦角呈非线性增大关系;(3)安全系数随着坡角或坡高的增大不断减小,但其对滑裂面的影响同结论(1)。