强度折减法软件在评价边坡稳定性上之比较

强度折减法在边坡稳定性分析课题中日益受到重视.较系统、全面地介绍了国内外一些已内嵌强度折减法,用于边坡稳定性分析的计算分析软件的特色,并以单一均质土坡、含薄层软弱夹层的土坡、加筋土坡及考虑地下水的土坡等四个典型算例比较了不同软件的计算成果.     

强度折减法在抗滑桩加固土坡稳定分析中的应用

针对强度折减法在抗滑桩加固土坡稳定分析中的应用进行了探讨,通过对实际工程算例的分析表明:采用有限元强度折减法来计算抗滑桩加固边坡后的稳定系数是可行的,且该方法增大了支挡结构设计的可靠性和经济性。     

非均质土坡稳定性分析评价的刚体单元上限法

 非均质土坡的稳定性分析评价是土力学的经典课题之一。以极限分析方法为理论基础,建立分段对数螺旋线滑面的旋转破坏机制。在滑体被视为刚性体条件下,通过ANSYS有限元软件的前处理功能,对层状土质边坡潜在滑体进行三角形单元离散和网格化。按照极限分析法上限原理,分别计算每个三角形单元滑体在重力及地震作用力条件下所作的外力功率,以及分段对数螺旋线滑面上阻力产生的内能耗散。采用强度折减法和极限分析上限定理的虚功率方程,推导得到非均质土坡稳定性评价的刚体单元上限法安全系数计算公式。以土质边坡为例,分别使用瑞典条分法、Bishop法、Janbu法和刚体单元上限法进行稳定性分析计算比较。结果表明,刚体单元上限法可以得到层状介质土坡安全系数的上限解,而Bishop法计算得到的安全系数则接近下限解。综合分析认为,当安全系数的上限和下限界定后,合理的选用安全系数对边坡工程非常重要。与其他方法比较,刚体单元上限法对层状介质组成的非均质土坡有一定的适用性。     

非均质边坡强度折减法折减范围研究

目前强度折减法分析边坡稳定的研究多针对均质简单边坡,而当涉及到非均质边坡时,就存在选择局部区域还是选择所有区域进行强度折减的问题。以FLAC^3D为平台,基于计算收敛性准则利用内嵌FISH语言二次开发了能够自动搜索安全系数的整体强度折减代码和局部强度折减代码;结合特征点位移突变准则利用内嵌FISH语言二次开发了依据位移–折减系数曲线判定边坡安全系数的整体强度折减代码和局部强度折减代码;通过有关算例,验证了自编程序的有效性。在此基础上,针对一个非均质边坡分别按照整体强度折减与局部强度折减进行稳定性数值分析,研究表明,两者所得安全系数并不总是一致,整体强度折减法计算所得安全系数与极限平衡法计算结果较为一致,而局部强度折减法若不能合理选择折减区域则不能正确评价边坡的稳定性。因此,采用强度折减法对非均质边坡进行稳定性分析时,建议对整个模型都进行折减。     

微型桩群加固土坡稳定性分析

微型桩是一种边坡快速加固技术,多大面积成群布置。基于强度折减技术研究了微型桩群加固边坡安全系数的数值计算方法,并对微型桩群加固均质土坡和含软弱夹层土坡的稳定性进行了对比分析。结果表明,微型桩群加固均质土坡的破坏模式与其布设位置关系密切,采用传统非耦合方法假定滑动面位置不变进行微型桩群的工程设计值得商榷;对于均质土坡,微型桩群锚固深度较小时,桩身变形以刚性旋转为主,随着锚固深度的增加,微型桩群的变形由刚性倾斜转化为柔性弯曲变形,对于含软弱夹层边坡,微型桩群的变形主要是弯曲变形;微型桩群最优锚固长度约为滑面以上自由段长度的1.5~2.0倍。削剪作用能够改善微型桩群受力并降低成本;对于均质土坡,当削剪长度小于自由段长度1/4时,不会降低加固边坡的安全系数,对于含软弱夹层边坡,最大削剪长度约为自由段长度的1/2;实际工程中对于可削剪的微型桩部分,无需设计加筋体,仅将钻孔回填压实即可,能够在确保加固效果的同时降低成本。     

边坡地震稳定性分析的拟静力方法适用性研究

针对拟静力方法是否适用于水平设计加速度值较大条件下的地震边坡稳定性分析问题,选取两个典型均质土坡,分别采用极限平衡毕晓普方法与FLAC 2D强度折减方法进行了不同水平设计加速度条件下,地震边坡抗滑稳定性安全系数以及临界滑动面的变化趋势,研究结果发现:对于粘聚力较小的均质土坡而言,无论是极限平衡毕晓普法还是FLAC 2D强度折减法,静力条件下的临界滑动面较浅,随着水平设计加速度值的逐渐增大,地震边坡抗滑稳定安全系数逐渐减小,极限平衡毕晓普法得到临界滑动面基本保持不变,FLAC 2D强度折减法得到的剪应变云图逐渐变窄;对于粘聚力较大而摩擦角较小的均质土坡而言,静力条件下的临界滑动面较深,两种方法下,随着水平设计加速度的增加,抗滑稳定安全系数逐渐减小,临界滑动面逐渐加深,当水平设计加速度值增加到一定程度后,拟静力方法不再适用于地震边坡稳定分析。     

地震作用下锚固土质边坡稳定性解析

极限分析上限方法在边坡地震稳定性评价中受到了广泛关注,但已有研究成果均针对某一类具体边坡,获得的解析解往往不具有普遍适用性。以上限定理为基础,基于组合对数螺线的旋转破坏机制,采用拟静力法,推导了具有任意坡面几何特征、任意土层分布和多排锚加固的复杂边坡外功率与内能耗散率平衡方程。在此基础上,结合强度折减技术和最优化方法,提出了地震作用下多排锚加固复杂边坡的稳定性安全系数和屈服加速度系数解析式,并结合Newmark法求解了边坡的永久位移,发展了锚固土质边坡地震稳定性的通用极限分析上限方法。通过典型算例验证与对比分析,表明本文方法具有较高的精度和广泛的适用性,最后将这一方法应用于实际工程。     

考虑应力渗流耦合作用下含结构面边坡稳定分析

基于非饱和土强度理论与简单条分法,分析了渗流作用下土坡稳定性降低的机理;运用GTS软件通过接触单元考虑结构面,建立应力渗流耦合作用下含结构面土坡稳定分析模型;采用强度折减法与极限平衡法进行渗流边坡稳定分析。结果表明:运用单纯塑性贯通区来判定土坡失稳存在不足之处;数值计算安全系数采用强度折减法与极限平衡法计算结果非常接近,可运用极限平衡法进行安全系数求解;结构面与土中水渗流对边坡的变形、应力和稳定性影响显著,边坡稳定分析要充分考虑结构面和渗流的影响。     

钢管混凝土桩加固边坡稳定性分析

把钢管混凝土工艺引入到抗滑桩领域而形成的钢管混凝土桩,从其优越性能出发,得出了钢管混凝土桩在边坡除险加固治理工程中具有良好的适用性结论,结合现阶段各种边坡加固工程稳定性分析实例以及现场试验,运用有限元强度折减法进行稳定性分析,从而得出钢管混凝土桩加固边坡具有良好稳定性的结论。     

基于ANSYS的土质边坡稳定性分析

土质边坡的稳定性对各种工程的施工有着重要的影响。文章利用有限元软件ANSYS,采用强度折减法分析了某边坡在自然状态下的稳定性,研究了锚索对边坡的加固效应。研究结果表明:强度折减法适用于边坡的稳定性分析;土质边坡在锚索加固后,塑性区加深且发展得到限制,边坡安全系数和稳定性得到显著提高。     

有限元强度折减法中边坡三种失效判据的适用性研究

采用有限元强度折减法进行边坡稳定性分析时,边坡的安全系数在很大程度上依赖选用的失稳判别标准。通常以特征部位位移的突变性、塑性区的贯通性、数值计算的收敛性作为边坡失稳判据。然而,对这三种判据的适用性学术界一直存在不同看法。以一般边坡和陡边坡作为算例模型,对比分析三种常用的判据判定安全系数的大小。结果表明:对一般边坡三种判据有较好的一致性,陡边坡三种判据存在较大的差异。研究发现:以往用于强度折减法的屈服准则没有考虑拉伸截断,即在强度折减过程中过高的估计了材料的抗拉强度是导致三种判据对应的计算结果存在广泛争议的重要原因,并通过计算钟乳石模型的安全系数对这一结论进行验证。因此,有限元强度折减法中应考虑抗拉强度指标与抗剪强度指标同等地减少,才能保证计算结果的正确性及三种判据的一致性。考虑张拉、剪切破坏的强度折减法在边坡稳定性计算中具有普遍的适用性,是对强度折减法的改进和推动。     

Factor of safety of strain-softening slopes

Stability analysis of strain-softening slopes is carried out using the shear strength reduction method and Mohr-Coulomb model with degrading cohesion and friction angle.The e ffect of strain-softening behavior on the slope factor of safety is investigated by performing a series of analyses for various slope geometries and strength properties.Stability charts and equations are developed to estimate the factor of safety of strain-softe ning slopes from the results of traditional stability analysis based on perfectly-plastic behavior.Two example applications including an open pit mine in weak rock and clay shale slope with daylighting bedding planes are presented.The results of limit equilibrium analysis and shear strength reduction method with perfectly-plastic models were in close agreement.Using perfectly-plastic models with peak strength properties led to overly optimistic results while adopting residual strength properties gave excessively conservative outcomes.The shear strength reduction method with a strain-softening model gave realistic factors of safety while accounting for the process of strength degradation.     

非均质边坡多级稳定性分析方法

为了实现对非均质边坡稳定性的全面表征与系统评价,提出了一种针对非均质边坡的“多级次”评价方法。这种方法以强度折减理论为基础,首先对岩土体进行多次局部强度折减,得到边坡不同深度、不同岩层控制的多级潜在滑动面;然后运用极限平衡法进行各个潜在滑动面的稳定性计算,即可得到边坡不同深度、不同级次的稳定性系数。这种方法在确定多级滑动面的过程中充分利用了强度折减法客观性的优点,避开了极限平衡方法主观性的缺点,折减所得滑动面更能反映边坡在重力作用下的变形破坏过程,优于滑弧法搜索结果。通过规则模型的验证及实际边坡的应用,证明这种方法对于综合评价非均质边坡的稳定状态是有效的,并可为边坡的治理、监测设计及施工提供指导。     

水电岩质边坡的稳定性概率分级方法研究

 引入荷兰学者R. Hack等[1-3]提出的边坡稳定性概率分级(SSPC)方法,针对该方法在水电边坡稳定性评价中存在的两个局限性：一是仅适合于45 m以下边坡的稳定性评价和对完整岩石抗压强度的估计主观性和随意性较强,提出采用Hoek-Brown经验强度准则和边坡最大坡高经验公式,对SSPC方法中边坡岩体的抗剪强度和最大坡高进行修正。典型水电边坡实例的研究结果表明,SSPC修正方法对34个水电边坡稳定性评价的准确率为61.8%,对10个非构造性控制破坏的水电边坡稳定性评价的准确率达80%。SSPC修正方法对于水电岩质边坡的稳定性概率分级具有较好的适用性,可以为水电岩质边坡的稳定性快速评价提供一条新的途径。     

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。     

土坡稳定性的分位概率法和分项系数法对比

对于土质边坡稳定性分析,由于岩土参数变异系数波动范围较大,分项系数设计法(PFM)计算结果不够稳定,尚未在工程中广泛推行。分位概率设计法(QVM)是一种新的可靠度设计方法,它以单一的分位概率?进行极限状态设计。将分位概率设计法应用于边坡稳定分析,针对土质边坡,进行了抗剪强度参数(c,f)的分项系数和分位概率的标定和误差分析。分析结果表明:1在土体抗剪强度参数(c,f)的均值、变异系数、坡角和坡高在取值范围内变化时,分位概率值(?)相比分项系数c f?,?,其标定结果更加稳定;2相比分项系数设计法,分位概率设计法给定的极限状态,其实际可靠度βA更稳定,与目标可靠度βT之间的误差更小,设计更可靠;3分项系数法对各变量分别使用不同的分项系数,而分位概率法对所有变量采用相同的分位概率(?),设计更简洁。     

基于流形方法和图论算法的岩/土质边坡稳定性分析

目前边坡稳定性分析常用的极限平衡法存在着不能考虑实际岩土体的应力应变关系,假设过多等缺点,强度折减法也存在着需要重复计算工作量大,计算容易不收敛,难以考虑边坡应力路径影响及较难直接得到滑裂面等不足。从边坡的应力状态出发,借助基于物理覆盖系统、能较好统一连续和不连续分析的数值流形方法,得到土质边坡或存在着较多不连续面的岩质边坡的应力场分布,并将边坡稳定性分析转化为图论问题,利用Bellman-Ford搜索算法快速稳定地寻找出边坡的安全系数和最危险滑裂面。该方法无需做过多假设及迭代计算,可以反映边坡的应力路径影响,较好地统一岩质/土质边坡稳定性分析。     

锦屏一级水电站左岸坝肩边坡施工期高效三维可靠度分析

 基于可靠度理论的边坡稳定性分析是一个重要的发展趋势,然而目前国内外关于复杂三维高边坡可靠度方面的研究几乎还是空白。以锦屏一级水电站左岸坝肩边坡为例,研究了施工阶段三维边坡可靠度问题。由于三维边坡稳定性分析有限差分强度折减法计算量较大,并且安全系数没有显式表达式,通过参数敏感性分析减少随机变量数目,提出三维边坡可靠度分析的非侵入式随机有限差分法。探讨了预应力锚索和深层混凝土抗剪洞2种主要加固措施失效对边坡变形、稳定及其可靠度的影响规律。研究了施工阶段边坡横河向位移、安全系数以及失效概率的变化规律。结果表明：参数敏感性分析可以有效地识别敏感性较大的随机变量,从而提高边坡可靠度计算效率。非侵入式随机有限差分法实现了概率分析与通用商业软件如FLAC3D的有机结合,极大地简化了可靠度分析过程,而且能充分利用参数敏感性分析中边坡稳定性计算结果,为解决三维高边坡可靠度问题提供一种有效的工具。此外,锦屏一级水电站左岸坝肩边坡所采取的预应力锚索和深层混凝土抗剪洞联合加固措施能够有效地控制边坡变形和确保边坡稳定性。施工阶段边坡开挖扰动作用对边坡稳定可靠度有着重要的影响。     

有限元强度折减法在边坡三维稳定分析中的应用

将强度折减法应用于边坡二维、三维稳定性分析中,并与传统极限平衡分析法的计算结果做了比较,得出强度折减法三维有限元分析边坡稳定性是可行的,对影响边坡稳定的因素进行了研究分析,并分析了三维边坡在面荷载大小相同但作用面积不同时的安全系数,指出边坡稳定具有三维效应,对边坡稳定分析有一定的指导意义。     

岩土边坡稳定性的模糊测度分析

本文首次将模糊测度（ｆｕｚｚｙｍｅａｓｕｒｅ）理论用于分析岩土边坡稳定问题。根据模糊测度理论，针对实际边坡工程问题，建立了具有普遍意义的理论分析模型，并给出了具体的数值方法。计算分析结果表明，理论值与实际情况相一致。同时也证实了模糊测度模型比已有的经典分析方法具有明显的优越性。本文方法适用于分析土质边坡及节理裂隙发育的岩质边坡等各类边坡稳定问题。