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。     

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。     

土质边坡归一化变形量失稳判据研究

为建立土质边坡失稳的微观机理和宏观位移之间的关系,应用有限元强度折减法,分析了失稳过程中土质边坡土体单元应力状态和整体稳定性的联系,定义了边坡渐进破坏时潜在滑动面上土体单元的应力差;分别采用塑性应变区贯通、特征点位移突变、应力差等不同失稳判据对均质土坡的稳定性进行判断分析,验证了不同边坡失稳判据间的一致性与统一性。通过单因素敏感性分析方法,分析了边坡几何参数(坡高、坡比)与物理力学参数(弹性模量、重度、黏聚力、内摩擦角和泊松比等)对极限状态下边坡坡顶水平位移的影响;结合归一化变量的变异系数法,构建了以变形量为基础,同时考虑几何因素与物理因素的土质边坡归一化失稳判据,提出了边坡稳定性的评价方法。     

边坡稳定性影响因素及应对措施

以均质边坡为例,分别采用瑞典圆弧法、简化的毕肖普法、简布法等极限平衡法计算土坡的稳定性.研究了不同岩土力学参数对边坡稳定性的影响,并对不同土坡结构形式计算结果进行了对比分析,最后文章提出了边坡失稳的几种防治措施.结果表明:边坡稳定性随着土体重度的增大而减小,随着内摩擦角和粘聚力的增大而增大,随着坡体角度增加而减小;边坡总高度一定时,采用分级放坡可有效的提高坡体稳定性,且级数越多,坡体安全系数越大;当坡体总高度及各级边坡坡度相同时,平台宽度越宽,稳定系数越大,且平台宽度达到一定程度时,稳定系数保持不变;保持边坡总高度、平台宽度不变,当一级和二级边坡高差相差越大,稳定系数越小,当一级和二级边坡高度相等时稳定系数达到最大.     

土体的结构性对边坡突变失稳影响研究综述

结构性土具有胶结、大孔隙的特点,以该土质为主的边坡在变形与破坏过程中表现出与一般素土边坡明显不同的特性。目前,有关结构性土岩土本构关系的研究在国内外尚处发展阶段,用于理论分析及具体工程指导的岩土模型均不成熟,更未达成共识,造成了结构性土坡稳定性的研究无法深入开展,存在较大局限性。针对这一问题,对国内外有关结构性土坡稳定性的研究进行了总结,对其中以黄土、花岗岩残积土等代表性结构性土为研究对象的室内外边坡试验、理论公式推导等进行了重点分析。归纳了以数值模拟为主的结构性土坡研究存在的应用局限性较大、边坡失稳特征反映不完整等问题,并提出引入突变理论来分析该类边坡失稳问题的方法,为结构性土坡稳定性研究的发展方向及研究重点提出了相关建议。     

非均质边坡稳定性有限元强度折减影响因素分析

强度折减有限元法在边坡稳定性分析中已得到广泛应用,但目前大多针对均质边坡,较少涉及非均质边坡。将强度折减有限元法应用于非均质边坡,仍有一些问题未解决。本文探讨了不同单元类型和网格大小对计算精度的影响,研究了初始地应力对计算结果的影响,分析了边坡失稳破坏的过程。结果表明:三角形二阶单元对网格大小要求低且精度较高;初始地应力对计算结果有一定影响,考虑初始地应力时计算结果偏小;以特征点位移突变结合塑性区贯通为失稳判据更能反映边坡真实的稳定性。最后,通过算例验证了结论的可靠性。     

基于GGSO和有限元的土坡稳定性计算研究

针对传统土坡稳定性系数试算过于粗糙、未考虑岩土体应力应变特征的不足等问题,以提出一种更为合理的边坡稳定性计算方法为目标,对标准的萤火虫算法(Glowworm Swarm Optimization,GSO)进行改进,加入高斯白噪声扰动策略,增强了算法的全局寻优能力,提出一种改进萤火虫算法(Gauss Glowworm Swarm Optimization,GGSO)。通过标准函数测试表明了新方法的有效性。三个标准函数的测试结果显示:GGSO的寻优效果较GSO大幅度提升;通过有限元应力法计算土坡稳定性系数,并以圆心和半径为自变量,将边坡稳定性计算转化为一个完备的数学优化问题,该优化问题可通过GGSO求解。通过均质土坡和非均质土坡算例验证提出方法的有效性,结果表明:提出的边坡稳定性计算方法能够获得合理的边坡稳定性系数值。最后将提出的边坡稳定性计算方法用于许卡滑坡土质边坡的稳定性计算之中。研究成果对土坡稳定性分析具有一定的参考价值。     

基于强度折减法的边坡失稳判断准则

根据塑性应变贯通区内单元等效塑性应变和坡顶结点水平位移的相似变化特征,对判断边坡失稳的塑性区贯通准则进行了研究.利用改进的塑性应变贯通判断边坡破坏准则对一均质土坡和糯扎渡高土石坝进行了失稳模拟,验证了该准则的适用性.     

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。     

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。     

基于均匀设计的边坡稳定性敏感性分析

在边坡敏感性分析中,试验方法的选择对试验次数和试验效果起决定作用。均匀设计能使试验点在试验范围内均匀分布,将此试验方法引入到边坡敏感性分析中,可以大大减少试验次数,获得较好的试验效果。以一均质土坡为例,选取容重、内摩擦角、黏聚力、坡角、地震加速度等5个因素来设计数值试验,对边坡进行了敏感性分析。结果表明,在常见的均质土坡或松散堆积体岩土质边坡中,黏聚力、坡角和内摩擦角为最敏感因素;在抗震设防烈度为7度以下的一般岩土体地区,土的重度和地震加速度为不敏感因素。该结论对边坡的综合治理、安全监测和灾害预报具有一定意义。     

中小河流治理工程中边坡稳定性计算方法的应用研究

本文引入有限元强度折减系数法对辽宁某中小河流整治工程均质土体边坡进行稳定性计算,并采用双因素试验方差分析内摩擦角以及粘聚力两个参数对边坡稳定性的影响程度。研究结果表明:有限元强度折减系数可解决均质土坡的危险滑动面稳定性计算问题,计算的稳定性系数合理安全;内摩擦角对均质边坡稳定性的影响度为0.072,高于粘聚力对边坡稳定性影响度。     

基于均匀设计的边坡敏感性灰色关联分析

传统的敏感性分析方法试验次数多,不能够反映边坡破坏的非线性规律。采用均匀设计对边坡稳定性进行数值试验,用灰色关联模型对试验结果进行数据处理,可以减少试验次数,并能用非线性的数据评价模型来分析试验数据。以一均质土坡为例,选取容重、内摩擦角、粘聚力、坡角、地震加速度等5个因素进行数值试验和灰色关联分析。结果表明,在抗震设防烈度为7度以下的均质土坡或松散堆积体岩土质边坡中,各因素对稳定性的关联度大小依次为粘聚力、内摩擦角、地震加速度、重度以及坡角。     

基于Phase2的软基边坡有限元强度折减法分析

有限元强度折减法在均质土坡和岩石边坡中已有较多的研究和应用,但对于剪切强度较低的软基边坡应用较少。文章基于Phase2有限元软件针对软基边坡进行研究,选取合适的屈服准则,得出宜采用多条件判断边坡失稳;模型网格节点间距宜取0.5～1m;模型边界范围应以修正后的坡高H来界定。基于此结论,利用有限元强度折减法分析具体工程案例,得出边坡稳定系数和应力应变分布,并据此提出合适的支护桩型式,为此类工程提供借鉴意义。     

主余震对边坡抗滑稳定性影响研究

目前在边坡的抗震稳定性分析中，大多仅考虑了主震对边坡稳定性的影响，而忽视了余震的作用。为更深入地了解主余震对边坡抗滑稳定性的影响规律，笔者以我国西南某水电站边坡为研究对象，假定该边坡为均质边坡，建立动力分析模型，基于强度折减法，以塑性应变能突变和塑性区贯通为失稳判据，对该边坡在单主震以及主余震作用下的抗滑稳定性进行了研究分析。结果表明：相比于单主震作用，主余震作用下边坡的塑性应变能更大以及塑性区更深；单主震及主余震作用下的边坡安全系数分别为1.35和1.32，说明仅考虑主震而忽视余震的作用会夸大边坡的安全裕度，在边坡抗震稳定性分析中应加以重视。     

考虑地震输入机制的强度折减动力有限元方法

为研究边坡在地震作用下的稳定安全性和地震波在边坡介质中的传播,基于强度折减原理,提出了能计入无限地基辐射阻尼效应的边坡地震动力显式有限元方法和与之对应的边坡失稳判定标准。编写相应的计算机程序与ANSYS/LS-DYNA计算软件实现了无缝连接。经典算例表明,本文强度折减方法和失稳判据的正确性以及ANSYS/LS-DYNA无反射吸能边界的适用性,边坡工程实例分析表明上述方法在边坡动力稳定分析中具有一定的可行性。     

有限元强度折减法进行土坡稳定分析的精度研究

有限元强度折减法分析土坡稳定性的结果受到有限元单元类型、网格密度和土坡边界范围的影响。为了得到上述因素合理的确定方法以提高计算精度,借助ABAQUS结合强度折减法进行了分析,结果表明采用二阶四边形单元,对土坡滑动区域的边界进行网格加密可以获得很好的精度,土坡边界范围建议取稍大于坡体破坏区即可,同时评价了三种失稳判据的优劣。更多还原     

坡向加速度法在边坡稳定分析中的应用

边坡稳定是一个经典而普遍的岩土力学问题,也一直是岩土工程分析的热点。为克服强度折减法中折减系数与工程实际强度不符的失真现象,真实反映边坡地震动载失稳的实际情况,通过引入坡向加速度,提出一种操作简单、物理意义明确的边坡稳定计算方法,即坡向加速度法。该方法通过不断增加坡向加速度直至边坡失稳为止,由极限平衡的思想求得安全系数。通过算例,将该方法与传统极限平衡法和有限元强度折减法进行对比,对强度变化敏感性进行分析。结果表明:坡向加速度法计算所得的安全系数与极限平衡法所得的安全系数非常接近,塑性区与强度折减法塑性区基本一致,计算结果准确,而且操作简单无需假设滑动面;与坡向离心法相比,坡向加速度法计算得到的安全系数更精确且适用于非均质的边坡稳定分析,说明该方法在边坡稳定分析中的适用性和优越性。因此,可将坡向加速度法应用于边坡稳定性分析,其结果可供工程应用参考。     

基于强度折减法的重力坝坝基软弱结构面失稳判据研究

以某混凝土重力坝坝基失稳问题为例,采用非线性有限元强度折减法,对三种典型的失稳判据进行数值计算研究,并与传统的刚体极限平衡法计算结果进行对比,讨论各种失稳判据的合理性及其适用性。研究结果表明:采用收敛性判据误差相对较大,采用特征点位移突变和塑性区贯通作为失稳判据所得安全系数与刚体极限平衡法所得安全系数较为接近。验证了位移突变判据和塑性区贯通判据的合理性。建议在强度折减法的重力坝坝基失稳分析中联合使用位移突变判据和塑性区贯通判据。