基于SPH的边坡稳定性计算中失稳判据研究

在用强度折减法进行边坡稳定性分析时,失稳判据的选择对安全系数有着直接的关系。光滑粒子流体动力学法(SPH)是一种新型的无网格法,由于其在大变形等领域的优势而逐渐发展起来,并扩展至边坡稳定性分析领域。然而,目前对于该方法在边坡稳定性分析中失稳判据的研究尚未见报道。首先通过Fortan语言编写了基于SPH强度折减法的边坡稳定性分析程序,然后通过一个经典边坡案例,讨论了不同失稳判据对安全系数的影响,并提出了一种新的位移变化失稳判定方法。结果表明,在基于SPH的边坡稳定性分析中,以塑性区贯通或以位移变化为判定准则时各有优劣,但得到的安全系数均与极限平衡法及有限元法得到的安全系数十分接近,均可作为失稳判据。而当采用位移变化准则进行分析时,采用"两步走"的方法即可以减小计算量,又可以得到较准确的安全系数,是一种值得推荐的方法。     

基于强度折减有限元法分析边坡稳定性

将大型有限元软件ABAQUS与强度有限元法相结合,采用特征点位移增量的突变及塑性区的贯通作为边坡失稳破坏准则,对边坡失稳过程进行了数值模拟与分析。当边坡上特征点的位移发生突变和塑性区贯通时,边坡处于临界破坏状态,此时的折减系数即为边坡的最小安全系数。通过算例分析,并与Slope软件计算得到的安全系数进行了对比,验证了该方法的合理性与可行性。同时,利用ABAQUS的后处理功能,对边坡的失稳破坏过程进行了数值模拟,分析了边坡破坏机制和破坏阶段。     

不同失稳判据下边坡稳定性的规律性

以塑性区贯通、位移增量突变、计算不收敛3种边坡失稳判据为依据,采用强度折减有限元法和重度增加有限元法对简单边坡进行了分析。结果表明:以边坡潜在滑动面上某点位移增量突变作为边坡失稳判据是准确的;对于不同土体强度参数下,以位移增量关系曲线突变为判据得到的边坡的安全系数较另外两种方法稳定;对应于塑性区贯通、位移增量曲线突变和计算不收敛的3种判据,边坡潜在滑动面依次向深层发展,边坡的安全系数依次增加。     

基于FLAC~(3D)的改进边坡极限状态确定方法

采用强度折减法求解边坡稳定安全系数时需指定极限状态判定准则,目前的方法仍存在一定的人为因素,计算精度往往依赖于研究者的经验。基于FLAC3D数值计算方法,研究了岩土体边坡极限状态的确定方法,认为边坡最大节点位移–时步曲线的收敛性与边坡稳定状态密切相关。在此基础上将最大节点位移–时步曲线的收敛性作为极限状态判定准则,采用指定某时步后在规定时步内最大节点位移增量是否一直减小来判断边坡安全状态。此判据克服了以前判定方法需要人为指定容许误差的任意性,计算精度可以根据工程要求来控制,从而得到更加客观、准确的边坡稳定安全系数值。最后,以高速公路强风化岩质边坡为实例进行了计算分析,并与简化Bishop法进行了对比,获得了较为理想的计算结果。     

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。     

基于FLAC^3D的改进边坡极限状态确定方法

采用强度折减法求解边坡稳定安全系数时需指定极限状态判定准则，目前的方法仍存在一定的人为因素，计算精度往往依赖于研究者的经验。基于FLAC^3D数值计算方法，研究了岩土体边坡极限状态的确定方法，认为边坡最大节点位移一时步曲线的收敛性与边坡稳定状态密切相关。在此基础上将最大节点位移一时步曲线的收敛性作为极限状态判定准则，采用指定某时步后在规定时步内最大节点位移增量是否一直减小来判断边坡安全状态。此判据克服了以前判定方法需要人为指定容许误差的任意性，计算精度可以根据工程要求来控制，从而得到更加客观、准确的边坡稳定安全系数值。最后，以高速公路强风化岩质边坡为实例进行了计算分析，并与简化Bishop法进行了对比，获得了较为理想的计算结果。     

有限元强度折减法分析边坡的失稳判据研究

针对目前强度折减法所使用的三个失稳判据的不足,提出了以塑性应变的突变性作为失稳判据的方法,分析结果表明,该方法合理可行,为边坡的稳定性分析提出了新的失稳准则,从而促进边坡的稳定性研究。     

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。     

强度折减DDA法及其在边坡稳定分析中的应用

 在自行研制的非连续变形分析程序中实现自动强度折减法以模拟边坡的稳定性和安全系数。针对强度折减有限元法收敛标准的不确定性,通过分析滑块在边坡上的稳定性,提出以边坡滑移位移与强度折减系数曲线的最大曲率所对应的折减系数为边坡安全系数的判别标准,该判别标准克服了“位移突变准则”不准确的缺点;并基于该判别标准,分析水库岩体边坡的稳定性并得到岩体边坡安全系数随库水位变化的规律;最后对小湾某高边坡进行开挖模拟及开挖后边坡的稳定性进行计算分析。     

基于突变理论的岩质边坡失稳预警模型

以某岩质边坡为例,利用FLAC有限差分软件分析不同折减系数下位移变形特征,然后利用尖点突变理论分析岩质边坡的临界折减系数,从而建立岩质边坡失稳判断新的预警模型。