有限差分-强度折减法在边坡稳定分析中的应用

Zienkiewicz等在1975年首次在土工弹塑性有限元数值分析中提出了强度折减法的概念。由于数值模拟技术的发展,强度折减法与有限差分法的结合展现出其在边坡稳定计算中的优势。利用有限差分-强度折减法,通过数值模拟软件FLAC3D对工程实例黑龙江鹤岗某边坡进行稳定分析。同时,采用基于传统的刚体极限平衡法的Geo—Slope软件进行对比验证。得出有限差分一强度折减法无论在稳定系数还是滑动面位置与传统方法相比均较吻合,验证了该方法的可行性。     

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。     

基于有限差分强度折减法的黄延高速公路边坡稳定性分析

将强度折减理论应用于边坡稳定性分析中,借助FLAC/SLOPE有限差分分析程序,选择弹塑性Mohr-Coulomb模型及其破坏准则,以黄延高速公路界子河边坡作为工程实例,分析了该边坡在自然状态条件和饱水状态条件下的稳定性,并与传统的Janbu法、Morgenstern-Price法、Spencer等方法计算得到的边坡稳定安全系数进行了比较.结果表明,有限差分强度折减法能够真实地反映边坡的实际情况,方便合理,求得的边坡安全系数更接近实际,显示出其在边坡稳定性分析中的一定优势.     

有限差分强度折减法求解边坡安全系数

为了准确地分析边坡的稳定性,根据有限差分强度折减法原理,运用弹塑性理论及相关理论构建求解边坡稳定性安全系数的迭代步骤模型.边坡失稳的判据主要是联合采用塑性区贯通性和速度矢量图来判断,并结合实例进行了分析.研究结果表明：有限差分强度折减法不仅可以准确得到边坡安全系数而且可以描绘出边坡的变形过程及其滑动面形状.     

节理岩质边坡稳定性分析及其工程应用

采用有限单元法对含节理岩质边坡进行应力应变及稳定性分析,得到边坡岩体的应力分布及变形特征;通过强度折减,得到边坡的稳定安全系数以及可能的最危险滑动面;了解边坡破坏的主要控制因素及破坏过程.以某水电站坝轴线处岩质高边坡为例,采用有限单元法对边坡进行了稳定性分析.结果表明:对于含节理的岩质边坡,有限单元法可以分别研究岩块和节理的屈服情况,为分析边坡可能发生的破坏形式及破坏过程提供依据;通过工程实例验证了有限单元法在节理岩质边坡稳定性分析中的可行性.对于大型工程的含节理岩质高边坡,采用有限单元法分析其稳定性,并与刚体极限平衡方法的计算结果进行对比,能够更好地反映边坡的变形及稳定状态.本研究成果对类似边坡工程具有一定的借鉴作用.     

基于破坏接近度和强度折减法的边坡稳定性评价

采用数值分析法对某高边坡开挖后的位移、应力和塑性区做了分析,指出了需要重点加固的部位。并用有限差分强度折减法对边坡的整体安全系数进行了分析,通过破坏接近度的计算对边坡非破坏区的危险程度和破坏区的破坏程度进行了评价。结果表明:采用两种方法对边坡开挖稳定性进行综合评价,既能正确定量地评价围岩内各区域岩体的稳定程度,又能给出破坏区、损伤区和扰动区的位置和范围,及滑动面的位置,并能描述岩体稳定性状态随开挖过程的演化规律,对边坡的开挖稳定性具有指导意义。     

碎石土边坡稳定性及影响因素的数值模拟研究

结合工程实例,采用有限差分强度折减法对碎石土边坡进行稳定性数值模拟求得安全系数,并与传统分析方法进行计算比较.同时,分析边坡土性及计算模型参数对稳定性的影响.结果表明,FLAC3D分析边坡的稳定性可行且具有较好的优越性,内聚力、内摩擦角及土体密度对边坡稳定性的影响更加显著.     

考虑降雨影响的路堑高边坡变形监测点优化布置研究

为了研究降雨对边坡变形和监测点布置的影响,运用有限差分-强度折减法计算边坡在不同折减系数及降雨强度下的变形,通过灰色理论分析获得边坡拟监测点变形与折减系数的关联度,实现边坡变形监测布置优化,并结合实际工程制订监测点优化布置方案。结果表明:降雨作用更易导致边坡发生浅层破坏;灰色关联度应用于工程中监测点的布设,避开了不必要的监测点,使得监测数据更有利于指导预警工作。     

土石坝加高加固防渗措施及边坡稳定的分析研究

在土石坝加高加固过程中,必须对坝体渗流和渗流作用下边坡稳定进行分析,确保加高加固阶段和蓄水运行过程中的坝体安全.根据有限单元法基本原理和渗流基本理论,对土石坝加高加固稳定和非稳定渗流问题的利用有限单元法程序进行了实例分析.     

基于强度折减法的边坡稳定性有限元工程实例分析

将强度折减法应用于边坡稳定性分析中,折减土体强度,代入有限元程序进行计算,直至计算不收敛,此时的折减系数即为安全系数.结合工程实例,对比强度折减法的边坡稳定性有限元法和传统极限平衡法的计算结果,表明基于强度折减法的边坡稳定性有限元分析是可行的.     

基于RS-SVM的建筑施工项目安全预警模型

针对目前建筑施工项目安全风险管理的现状,应用粗集理论对建筑施工项目的安全因素进行预处理,将处理后的信息结构作为支持向量机的输入数据进行训练和预测,构建建筑施工项目安全风险预警模型,并在小样本条件下,与BP神经网络进行对比分析。结果表明,RS-SVM预测模型的最小均方根误差为0.011 5,BP神经网络的均方根误差为0.070 7,RS-SVM预警模型的预测精度、泛化能力明显优越于BP神经网络学习方法。     

基于有限元修正节理岩质边坡稳定性计算的解析解

采用有限元方法探讨在人工开挖或自然侵蚀环境下,岩质边坡体内应力场的变化及节理发育形成机理,并采用有限元强度折减法对后缘具有张节理边坡的稳定性影响因素进行敏感性对比分析,进而得出具有非贯通节理边坡稳定性计算的修正解析解。结果表明:卸荷及风化作用导致边坡体由表及里出现应力重分布及应力集中的现象,使边坡后缘由顶部向下发育一簇竖直向下或略向临空面倾斜的张节理,当张节理与下部的缓倾剪节理贯通时,边坡发生破坏;边坡稳定性最敏感的影响因素为受剪节理的倾角及贯通度,其次是节理的强度参数;可将工程中较难调查的节理贯通度转化为节理的强度参数来等效表达,并根据Mohr-Coulomb强度准则推导得到适用于具有非贯通节理的岩质边坡稳定性的修正解析解。     

基于位移监测信息的土质边坡稳定性实时评判

为了实时、准确地掌握边坡的稳定状态,建立了基于位移监测信息的土质边坡稳定性评判分析方法。该方法采用强度折减系数来描述边坡的稳定状态。基于神经网络算法,以有限元数值模拟数据为训练样本,建立了强度折减系数与边坡位移的非线性函数关系。利用此函数关系并根据边坡位移就可以计算出强度折减系数,进而便能评判边坡的稳定性。最后利用一组数值模拟数据,验证了本文方法的有效性和实用性。     

岩质高边坡岩体力学参数确定及稳定性研究

以云南某露天矿采场岩质高边坡工程为研究对象,阐述了岩体力学参数在边坡稳定性分析中的重要性,因原位试验对于坚硬岩体或极软岩体的不适用性,对坚硬岩体,以室内试验得出的岩石物理力学参数和岩体质量评价RMR评分值为依据,并综合考虑岩体中节理裂隙、岩体结构、地下水的影响,运用霍克-布朗(Hoek-Brown)强度准则将岩石力学参数进行折减修正后换算成岩体力学参数,并与现场原位试验所得软弱岩体力学参数结果相结合得到最终岩体力学参数.在上述调查、研究基础上,采用有限差分法(FLAC数值分析软件)对现状边坡进行静态的稳定性分析,提出合理的最终边坡角及总台阶高度,保证矿山正常生产和经济效益的提高.     

Stability and reinforcement analysis of rock slope based on elasto-plastic finite element method

The rigid body limit equilibrium method(RBLEM) and finite element method(FEM) are two widely used approaches for rock slope's stability analysis currently. RBLEM introduced plethoric assumptions; while traditional FEM relied on artificial factors when determining factor of safety(FOS) and sliding surfaces. Based on the definition of structure instability that an elasto-plastic structure is not stable if it is unable to satisfy simultaneously equilibrium condition, kinematical admissibility and constitutive equations under given external loads, deformation reinforcement theory(DRT) is developed. With this theory, plastic complementary energy(PCE) can be used to evaluate the overall stability of rock slope, and the unbalanced force beyond the yield surface could be the identification of local failure. Compared with traditional slope stability analysis approaches, the PCE norm curve to strength reduced factor is introduced and the unbalanced force is applied to the determination of key sliding surfaces and required reinforcement. Typical and important issues in rock slope stability are tested in TFINE(a three-dimensional nonlinear finite element program), which is further applied to several representatives of high rock slope's stability evaluation and reinforcement engineering practice in southwest of China.     

基于改进Sarma法的倾倒变形体蓄水稳定性评价

库区强倾倒变形体常在蓄水期以特定模式发生失稳破坏。根据现场强倾倒变形体蓄水失稳特征,分析其破坏模式为"上拉下剪"式破坏,破坏面具有明显分段性。在传统Sarma法基础上,考虑饱和岩体强度降低及所受静水压力,通过调整岩层面强度折减系数改进了Sarma法。以Fortran为平台编写强倾倒变形体稳定性分析程序,通过苗尾水电站工程实例边坡对所提力学模型和分析方法进行验证,并与离散元模拟结果进行对比验证其准确性。最后进行参数分析,研究结果表明边坡自然坡角对倾倒变形体稳定性影响比较大,坡角越陡稳定性越低,同时软岩较多的边坡蓄水后稳定性将大大降低,得出的结论和规律符合工程实际。     

人工高切坡的长期强度指标研究

高切坡的长期强度指标是研究其长期稳定性的关键,而影响人工高切坡长期强度的因素较多,但在工程寿命期内,主要以开挖卸荷和雨水入渗两种因素为主.以损伤理论为基础,分别定义了开挖卸荷引起的岩土体损伤和雨水入渗引起的岩土体损伤,研究了考虑损伤后岩土体的长期抗剪强度指标问题.通过工程实例的分析,结果表明：理论模型计算的高切坡长期强度与常规强度折减方法的预测结果一致的,可用于对人工高切坡长期稳定性的预测.     

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。     

岩质边坡在降雨条件下的稳定性分析

雨水入渗改变了岩质边坡非饱和区渗流场的分布,是引发边坡滑坡的主要因素之一.在极限平衡理论和非饱和土抗剪强度理论基础上,引入了渗透力的概念,利用有限单元法进行了降雨条件下岩质边坡稳定性的分析.最后,利用编制的边坡稳定程序进行了算例分析,结果表明,岩体边坡的稳定安全系数随着雨水的不断渗入在逐渐地降低,即降雨入渗对边坡的稳定具有不利影响.