有限元强度折减法边坡失稳判据适用性分析

为了研究各种边坡失稳判据的适用性和合理性,针对某均质土坡建立理想弹塑性有限元分析模型,将数值计算不收敛、塑性区贯通、坡体内特征部位位移发生突变作为边坡失稳的判据,运用强度折减法计算边坡的安全系数,并与极限平衡法计算出的结果进行对比分析。结果表明:3种失稳判据均与极限平衡法计算结果较为接近,特征部位位移突变和塑性区贯通作为边坡失稳判据所得安全系数具有一致性,且与极限平衡法的差别较小;考虑到收敛准则及收敛限值对有限元数值计算收敛性影响较大,将数值计算的不收敛作为边坡失稳判据其适用性有一定限制;建议采用塑性区贯通结合特征点位移突变作为边坡失稳的判据。     

强度折减法中非均质层状土坡失稳判据适用性

通过对各种D-P准则进行系统深入的分析,提出了一种在非均质边坡中实现D-P系列屈服准则间相互转换的方法,针对一个具体的非均质边坡建立弹塑性有限元分析模型,采用强度折减法计算得出各D-P准则下的安全系数,与极限平衡法计算结果进行对比分析,验证了该方法的可行性。在此基础上对强度折减法中各种失稳判据在非均质边坡中的适用性和不同网格尺寸对非均质边坡安全系数计算精度的影响进行研究。结果表明:以塑性区贯通和特征部位位移突变作为失稳判据,通过对比不同强度折减系数下的位移场和塑性区特性,可以减弱非确定因素带来的影响,其计算出的安全系数与极限平衡法所得结果较为接近,而采用数值计算不收敛作为失稳判据所得结果误差较大,不满足工程精度要求。因此,采用强度折减法对非均质土坡进行稳定性分析时,建议使用特征部位位移突变结合塑性区贯通作为失稳判据。     

重力坝深层抗滑稳定强度折减弹塑性有限元法

结合清峪水库实际工程设计要求,运用ANSYS有限元软件,建立考虑坝基岩体软弱结构面力学特性的溢流重力坝深层抗滑稳定弹塑性计算模型。通过逐步增大抗剪强度的折减系数,分析研究坝基岩体的水平位移分布连续性变化规律、特征点位移变化幅度特性和坝基岩体塑性区域发展贯通过程。清峪水库重力坝深层抗滑稳定使用强度折减弹塑性有限元分析得到的安全系数为3.0~3.2,与规范推荐的刚体极限平衡双斜面稳定计算结果 3.039~3.667具有一致性,表明采用滑移面上位移发生突变及塑性区贯通作为坝基失稳破坏的判断准则是合理的。     

复杂地基上重力坝深层抗滑稳定分析

对于地基中含有多条软弱带、裂隙等可能构成多种组合滑动形式的重力坝深层抗滑稳定问题,由于滑动面不明确,无法采用传统的刚体极限平衡法进行分析.强度折减法无需假设滑裂面,根据特征点位移突变以及塑性区贯通等判断准则可确定整体稳定性.采用强度折减法,分析了某重力坝加固前后在正常荷载组合及地震工况下的深层抗滑稳定安全系数.计算结果表明,各种工况下坝基抗滑稳定安全系数均满足要求;设置齿槽加固后安全系数得到提高.     

基于不同失稳判据的黄土边坡稳定性数值计算分析

安全系数是边坡稳定性评价的一项重要指标,依据不同失稳判据计算得到的安全系数存在差异,会直接影响边坡稳定性状态的评价。以万花山治沟造地工程台阶型开挖边坡为对象,运用FLAC3D有限差分软件,采用强度折减法,选择计算不收敛判据、塑性区贯通判据、位移突变判据3种失稳判据,对黄土边坡安全系数进行数值计算。对比分析3种判据所得的分析结果及优缺点表明：3种失稳判据得出的安全系数大小排序为位移突变判据>计算不收敛判据>塑性区贯通判据。计算不收敛判据使用简便,求解快速,但不能展示折减过程坡体塑性区的变化情况;塑性区贯通判据不宜单独作为边坡失稳判据,需要结合不平衡力综合评估,但可以展示坡体剪切和拉伸塑性区;位移突变判据求解过程复杂,但能真实地反映坡体位移变化导致的临界破坏状态。建议类似工程优先选用求解过程快速的计算不收敛判据,然后结合塑性区贯通情况与坡体位移变化状态对边坡稳定性进行综合评价。     

重力坝地质力学模型变位特征及安全系数分析

为了获取某重力坝典型坝段的安全系数,对该重力坝段进行了地质力学模型试验。试验中采用传统的差动式位移监测技术和新型光纤传感技术进行位移监测,并用刚体极限平衡法计算了安全系数。研究结果显示:两种监测手段所测得的位移与荷载关系曲线较接近,表明采用光纤传感器监测坝体和坝基位移具有可靠性;刚体极限平衡法计算所得安全系数与超载试验获得的安全系数在数值上较为接近,说明模型试验的结果是可靠的。     

突变理论在某重力坝建基面失稳判据中的应用研究

对比分析了重力坝沿建基面失稳的位移突变判据、塑性区面积突变判据、塑性应变能突变判据三种判据的合理性,通过工程实例对折叠突变模型、尖点突变模型和燕尾突变模型的计算结果和可行性进行了比较分析,提出了基于理想弹塑性有限元计算的重力坝沿建基面失稳判定方法。结果表明:用塑性区面积突变判据或塑性应变能突变判据进行重力坝沿建基面的稳定性判定比采用位移突变判据计算结果更为合理;用尖点突变模型和燕尾突变模型进行重力坝沿建基面的稳定性判定计算比采用折叠突变模型结果更为合理;采用尖点突变模型的计算量比燕尾突变模型小很多,是研究重力坝建基面失稳的较合理有效的突变模型。     

基于突变理论的复杂地基重力坝深层抗滑稳定研究

为研究坝基中存在多条软弱夹层的复杂地基重力坝的深层抗滑稳定问题,运用ANSYS有限元软件,建立了某水库工程重力坝-坝基系统的有限元模型。采用超载降强综合法,即同时考虑水荷载和坝基材料因素变化的作用,并结合突变理论,分别建立了特征点水平位移和坝基中软弱夹层上下点相对位移与综合系数的尖点突变模型,并通过建立模型的标准势函数,根据其判别式的正负来判断重力坝是否失稳。为了更好地表征结构的性态转变,应采用恰当的突变指标,比如坝基中软弱夹层上下点相对位移指标,得出抗滑稳定安全系数在区间[3.125,3.188]内,与传统刚体极限平衡法得到的安全系数在区间[3.039,3.667]内相一致,同时为了更精确地进行失稳判别,应结合其他判据,并建立综合的判别体系。     

强度准则和失稳判据对有限元强度折减法结果的影响

本文主要研究有限元强度折减法的强度准则和失稳判据问题,从强度折减法基本原理出发,将边坡强度参数进行折减,利用理论分析与数值计算相结合的方法,通过对比分析研究了强度准则与失稳判据的影响。研究表明:在π平面上强度准则围成的圆的半径越大,所得的安全系数则越大。与传统的极限平衡方法的安全系数结果相对比,等面积圆强度准则结果与之相近。3种边坡失稳判据中塑性区贯通判据判断的安全系数偏保守,与Bishop法计算结果较为一致,收敛标准的安全系数偏大。     

高拱坝安全度计算方法对比分析

超载法、强度储备法和综合法是目前用有限元法分析拱坝整体安全度时采用的主要方法,失稳判据主要有塑性区贯通判据、位移突变判据和屈服体积比突变判据等,分析计算时选择哪种破坏模拟方式和失稳判据目前没有统一的认识.结合工程实例,分析比较了3种计算方法及3种失稳判据的特点.分析结果表明,超载法和强度储备法计算得到的拱坝破坏模式不同;综合法的计算结果与选择的超载、降强的组合形式有关;塑性区贯通判据尚无一个客观指标,受人为因素影响较大;位移突变判据与失稳控制点的选择关系密切;屈服体积比突变判据以坝体及坝基系统的屈服体积为考察对象,受局部材料的强度和结构影响较小.     

强度折减有限元法分析边坡失稳判据讨论

对同一算例边坡,分别采用有限元计算不收敛判据、等效塑性应变或塑性区贯通判据、及特征部位位移(或位移增量)与折减系数关系曲线发生突变判据来确定边坡的整体稳定安全系数,提出在对土体抗剪强度指标进行折减的同时,若同步调整其弹性模量和泊松比,就可以使上述几种失稳判据计算的安全系数基本相一致.将算例边坡在外接圆屈服准则下的安全系数转换成莫尔-库伦等面积圆屈服准则下的安全系数,并与Spencer极限平衡法的安全系数和滑动面相比较,证明了文章提出方法的正确性.最后分析了泊松比和弹性模量对上述3种失稳判据给出安全系数的影响.     

重力坝深层抗滑稳定失稳判别标准探讨

深层抗滑稳定是重力坝设计中的重要问题。传统的刚体极限平衡法虽然计算简单且有丰富的工程实践,但无法分析坝基的破坏发展过程。数值分析可以模拟坝基应力、变形和破坏机理,在深层抗滑稳定分析中逐步得到广泛应用。基于有限单元法和有限差分法,通过强度折减分析重力坝深层抗滑稳定,探讨了不同失稳判别准则下稳定安全系数的差异性。以葛洲坝水利枢纽为例,采用有限单元法和FLAC3D显式差分法进行了重力坝深层抗滑稳定分析。结果表明,采用塑性区贯通判别准则进行抗滑稳定分析可行有效,控制标准可取为塑性区达到建基面宽度的15%。研究成果可为重力坝深层抗滑稳定设计提供参考。     

基于尖点突变理论的非均质土坡失稳判据分析

为避免失稳判据的主观人为性,将非线性突变理论运用于非均质边坡稳定性评价中。结合工程算例建立非均质土坡数值计算的力学模型,采用强度折减有限元法对土坡进行稳定性分析,通过建立坡体内部水平方向最大位移与强度折减系数的尖点突变模型,将失稳判据量化为一个确定的突变特征值,比较各级强度下的水平最大位移突变特征值与0的关系确定土坡稳定安全系数,并将所得结果与塑性区贯通判据、计算不收敛判据及Spencer法计算结果进行对比分析。结果表明:以尖点突变模型为失稳判据能确定出土坡稳定形态与强度折减系数的定量关系,展现土坡失稳过程的突变性,其物理意义明确,计算结果客观,求解出的安全系数精度较高。该失稳判据为非均质土坡稳定性分析的较优判据。     

基于Phase2的强度折减法土质边坡稳定性研究

基于Phase2有限元软件强度折减法,根据塑性区贯通以及特征点位移突变两个判据分析土质边坡的稳定性。依据地基塑性区开展深度和数值模型下部边界深度之间的关系,根据模拟塑性区的贯通情况确定土质边坡边界的范围。采用Mohr-Coulomb模型和Duncan-Chang模型模拟不同折减系数下监测点的位移,结果表明:Mohr-Coulomb模型强度折减法得到的安全系数与极限平衡法得到的安全系数相同,建议采用Mohr-Coulomb模型强度折减法确定安全系数;当折减系数在一定范围内时Duncan-Chang模型计算得到的位移值比Mohr-Coulomb模型计算得到的位移值更符合工程实际,建议采用Duncan-Chang模型强度折减法确定变形场。     

小南海水电站左岸溢流坝抗滑稳定分析

小南海水电站左岸溢流坝坝基内发育有层间剪切带、地层挠曲、顺河向的长大裂隙等,使其存在抗滑稳定问题。经分析该坝段的工程地质条件,确定坝基中可能出现的深层滑动破坏模式后,分别运用刚体极限平衡法和基于FLAC 3D的强度折减法计算坝基抗滑稳定安全系数,对比分析两种方法的计算成果。由强度折减法计算所得的安全系数均高于混凝土重力坝设计规范中规定的安全系数1.10,表明坝基的可能破坏模式不会发生,而刚体极限平衡法所得安全系数较强度折减法偏小,表明坝基的双斜滑动失稳模式可能发生,需要引起注意。但是对于不同的下游反向缓倾角裂隙倾角,两种方法所得安全系数的关系曲线变化趋势是一样的,倾角为40°时安全系数最小。     

小南海水电站左岸溢流坝抗滑稳定分析

小南海水电站左岸溢流坝坝基内发育有层间剪切带、地层挠曲、顺河向的长大裂隙等,使其存在抗滑稳定问题.经分析该坝段的工程地质条件,确定坝基中可能出现的深层滑动破坏模式后,分别运用刚体极限平衡法和基于FLAC 3D的强度折减法计算坝基抗滑稳定安全系数,对比分析两种方法的计算成果.由强度折减法计算所得的安全系数均高于混凝土重力坝设计规范中规定的安全系数1.10,表明坝基的可能破坏模式不会发生,而刚体极限平衡法所得安全系数较强度折减法偏小,表明坝基的双斜滑动失稳模式可能发生,需要引起注意但是对于不同的下游反向缓倾角裂隙倾角,两种方法所得安全系数的关系曲线变化趋势是一样的,倾角为40°时安全系数最小.     

重力坝坝基抗滑稳定计算方法

为研究重力坝坝基抗滑稳定性,以含软弱夹层复杂地质条件的重力坝为研究对象进行分析。从刚体极限平衡法出发,对各参数的敏感性进行分析评价,用刚体极限平衡法和ANSYS分析软件分别进行抗滑稳定计算,并进行结果对比。有限单元法与刚体极限平衡法得出的坝基深层抗滑稳定安全系数较为接近。有限单元法能分析各种复杂形状,比刚体极限平衡法更接近于真实状态。     

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。     

柬埔寨甘再重力坝深层抗滑稳定分析

结合柬埔寨甘再重力坝工程,采用弹塑性有限元强度折减法,根据特征点位移突变及坝基整体塑性区贯通情况,得到正常蓄水位下的该坝坝基深层抗滑稳定安全系数。计算结果表明,甘再重力坝深层抗滑稳定安全度较高,满足规范要求。     

有限元强度折减法边坡失稳判据

有限元强度折减法分析边坡稳定性的一个关键问题是根据有限元计算结果来判别边坡是否处于整体破坏状态。目前,判别失稳的依据主要有三个,即依据计算的收敛性、特征部位位移的突变性和塑性区的贯通性。为考查目前各种失稳判据的合理性及其适用性,借助ADINA有限元软件分别用三种失稳判别标准对二个典型算例进行了稳定分析,并将安全系数与Spencer极限平衡法所得到的总体安全系数进行了对比,进而对三者的适用性、一致性等进行了分析研究。