任意滑动面搜索新方法应用于三维复杂土坡稳定性分析

在提出任意三维滑动面搜索方法的基础上,针对滑动体非对称情况（包括准线不对称和长度不对称）、母线不在滑动体内沿滑动方向断面尺寸最大的面上、土坡含软弱夹层的情况,采取了一些解决措施,并将其应用于工程上常见的填挖方复合土坡、水平分层填方路堤、公路纵断面为平斜坡的土坡和含软弱夹层的土坡这4种算例中。分析表明：①此方法可以对一些较复杂条件下的土坡进行稳定性分析,并能够寻找到较优的最危险滑动面（包括整体和局部稳定性）;②当填挖边坡上填方段和挖方段的材料不一致时,更容易在抗滑稳定性差的材料处发生失稳,但当填方段和挖方段的材料重度γ相同时,两种材料的φ/c是否相等在一定程度上对滑动体的对称性和大小有影响;③对于公路纵断面为平斜坡的土坡,其潜在最危险滑动面更倾向于平坡段,斜坡对边坡的稳定系数有一定的积极影响;④在含软弱夹层的土坡中,当滑动体的长度无限长时,其三维稳定性趋于二维稳定性,与以往研究成果相比较时,得出本文方法计算出的结果与之非常接近,说明本文方法可行。     

基于应力场的土坡临界滑动面的蚂蚁算法搜索技术

在土坡应力场非线性有限元分析的研究基础上，将蚂蚁算法这一新的启发式人工智能型优化方法与土坡稳定性有限元分析方法相结合，探讨了基于有限元分析得出的土坡应力场所对应最小稳定安全系数的土坡任意形状临界滑动面的蚂蚁算法搜索技术，并通过分析算例说明这一技术的可行性。     

三维滑裂面形状对安全系数的影响

 基于滑面正应力修正模式的假定,根据边坡的平衡条件,导出含安全系数的平衡方程组,通过反复迭代求解安全系数。假设滑面是一簇幂函数绕 y 轴旋转得到的曲面,通过变化幂函数的幂次,得到不同形状的滑面。据此,讨论滑面形状对安全系数的影响,结果表明安全系数是幂次的单值函数且存在极小值。所以,可以通过优化幂函数中的幂次得到最小安全系数对应的最危险滑面,并分析最危险滑面所对应的幂次随滑体长度的变化规律。最后,讨论三维边坡端部效应。研究结果表明：该方法能够得到更小的安全系数,最危险滑面所对应的幂次随着滑体长度的增大先略微降低后逐渐增大。端部效应分析显示：当滑体长度大于坡高10倍时,端部效应可以忽略;端部效应随着内摩擦角的增大而有所增强,随着黏聚力的增大而减弱,与边坡倾角没有关系。     

粒子群优化算法搜索土坡临界非圆弧滑动面

为了提高土坡稳定性状分析的速度和精度,提出了结合有限元分析结果用粒子群优化算法（PSO）来确定边坡最危险滑动面及其对应的最小安全系数的技术方法。这种方法以有限元分析结果为基础,不必假定滑动面的形状,对于软硬差别较大的成层土坡以及边界条件或受力情况比较复杂的实际土坡工程问题,可以得到合理的结果。通过两个算例,证明了这种方法的可行性。     

边坡非圆弧潜在滑动面全局优化的新方法

最危险潜在滑动面搜索是边坡稳定性分析中的一项关键工作,最危险滑动面的准确确定对边坡稳定性评价、设计、施工等均具有重要意义,随着计算机技术的发展,各种最优化方法在最危险滑动面搜索中得到广泛应用。Leapfrog算法是一种优秀的全局优化方法,该方法模拟分子在空间中运动的物理现象,以分子势能表示目标函数,通过一定策略追踪分子的运动轨迹,获得问题解。极限平衡分析是工程界普遍接受的稳定性分析方法,以安全系数(滑动面的函数)为目标函数,将Leapfrog算法与Spencer法结合,提出确定任意形状滑动面的新方法,并通过2个经典算例说明该方法的可行性。     

混合粒子群算法搜索土坡危险滑动面

基本粒子群优化算法存在着对惯性因子敏感、计算量大等缺点,通过借鉴和声搜索算法产生新解的策略和不连续飞行假定,构成了混合粒子群算法。首先,当粒子飞行超越边界时,采用和声搜索算法产生新解;此外还引入了不连续飞行假定,即在每次迭代步中,随机选择一些个体更新速度、位置向量,以利于减少计算量。随机给定10组参数,分别利用基本粒子群优化算法和混合粒子群优化算法对某复杂土坡的最危险滑动面进行了搜索。比较发现,混合粒子群算法能在较短的计算时间内得到更好的结果。     

边坡稳定分析中的临界滑动面搜索方法述评

对现有边坡稳定性分析中的各种临界滑动面搜索方法，主要工作和成果进行了系统的总结，在简述各种方法的基本原理的基础上，评价了其主要优缺点，并对临界滑动面搜索方法的进一步研究，发展和应用提出了建议。     

均质土坡滑动面的变分法分析

土坡稳定性分析的方法和结果尚没有统一的结论。因此,以下滑总力与抗滑总力之差为评价指标,利用变分法寻找该指标达到最大值的极值曲线,则指标最大值为0的极值曲线就是可能的滑动面。研究结果表明,可能的滑动面都通过坡脚,临界坡高可以由土的黏聚力c、重度γ、内摩擦因数μ和坡度k明确给出。如果土坡稳定设有安全系数,则将黏聚力c和内摩擦因数μ按比例折减即可。由于直线是圆弧的特例,圆弧是连续曲线的特例,相应的临界坡高依次递减;不过对于垂直边坡这三者差别不大,而对于一般的斜坡,极值曲线最低点低于坡底以增大坡肩附近的下滑力,接近坡脚时逆坡的阻滑力由于坡面降低作用较小,因而临界高度远小于平面滑动得到的数值。     

黏性土土坡稳定分析方法中条分法的讨论

分析了瑞典条分法和毕肖普条分法的基本原理,通过具体工程实例介绍了条分法在黏性土土坡稳定分析中的应用,探讨了条分法存在的问题,以推广条分法在工程中的应用。     

均质土坡坡面形状的稳定性对比研究

运用无量纲化的公式,编制了均质土坡最小安全系数求解程序。保证开挖土方量一定,对直线型、上陡下缓的折线型及下部为直立墙的折线型坡面进行了计算和比较,结果得出下部为直立墙的折线型坡面稳定性较其他二者好,并且通过试算,得出了直立墙设置的临界高度与内摩擦角的关系曲线。     

基于滑动面搜索新方法对地震作用下边坡稳定性拟静力分析

 采用一种适于任意曲线滑动面的新方法,对地震作用下边坡的稳定性进行拟静力分析。首先,通过算例对比分析验证新方法的可行性。然后,分别在地震竖直和水平加速度系数kv,kH变化时对边坡稳定性进行研究,在kH,kH与kv共同作用下对分层土坡的局部和整体稳定性进行探索,在土层参数变化时对边坡地震稳定性的影响进行分析,从而可得：(1) kH存在一个特殊值使kv的变化对边坡的稳定性影响很小;(2) 当kH和kv的增大引起临界滑动面范围增大时,会导致边坡由局部稳定性变为整体稳定性,当kH和kv的增大引起滑动面下滑点上移时,会导致边坡由整体稳定性变为局部稳定性;(3) 黏聚力 c的变化对滑动面范围影响较大,其对安全系数的影响与地震强度有关;(4) 不同土层参数时,kH对边坡稳定性的影响较kv大。     

一种新的裂隙三维表面粗糙度表征方法

 在T. Belem三维表面粗糙度表征理论的基础上,进一步引入与剪切方向、渗流方向密切相关的裂隙表面局部坡向概念,从定义裂隙表面三维几何形态离散化后的局部倾斜角与局部坡向入手,提出描述裂隙各向异性的三维表面粗糙度参数JRC估计方法,并与传统方法进行对比分析。研究表明,提出的裂隙粗糙度的表征方法抓住了裂隙表面几何特征对其力学特性影响的关联特征,较好地反映出裂隙具有强烈的各向异性特征,算例试验表明传统忽略各向异性的JRC表征结果与实际情况偏差为15%～35%。     

加固土坡的抗滑桩内力计算新方法

根据土坡与桩相互作用过程中的位移特性 ,提出了一种加固土坡的抗滑桩内力计算新方法 ,该法由于不用假设作用于抗滑桩上的荷载分布形式而与传统的计算方法相区别 ,同时给出了具体分析过程 ,算例分析表明 ,该法是一种值得继续研究的方法。     

基于遗传算法的土坡三维可靠度分析

 边坡稳定分析的三维安全系数方法和三维可靠度分析方法一般均需人为给定一个与滑坡体宽度相关的参数或仅针对固定三维滑面进行分析计算。由于这样计算得到三维安全指标并不是最小值，因此难以反映边坡真正的安全度水平。引入随机场局部平均计算模型，考虑土性参数的空间相关性，边坡存在一个最小可靠指标对应的三维滑坡形态，这为采用优化方法进行土坡稳定三维可靠度分析奠定基础。对最小三维可靠度指标与三维临界滑面存在的缘由进行分析。遗传算法是一种优秀的全局寻优算法，可以有效解决边坡稳定分析临界滑面搜索问题。引入土性参数的空间相关模型，结合边坡稳定的三维简化毕肖普方法，直接以边坡稳定的三维可靠度指标为优化目标，建立基于遗传算法的边坡稳定三维可靠度分析方法。该方法无需滑坡宽度的假定，可以得到真正的边坡稳定三维可靠指标及对应的三维临界滑面。算例说明该方法的有效性。     

三维边坡极限平衡分析中滑动体模拟方法比较

分别采用圆球、椭球以及非均匀有理B样条模拟边坡的三维滑动体,利用三维简化Janbu法计算给定滑动体的安全系数,采用混合粒子群算法搜索临界的滑动体及其对应的安全系数。对某两个典型土坡按不同模拟滑动体策略对计算结果的影响进行比较,并分析NURBS中不同跳动点个数的耗时及其对计算结果的影响。     

边坡稳定分析的三维Spencer法

将边坡稳定分析中的二维Spencer法拓展到了三维。该方法对所有条块满足力的平衡以及整体力矩平衡,克服了其他方法中只适用对称问题的缺点,不需已知滑动方向,还可根据滑面的几何特征,进一步得到各条块局部的稳定性系数及其潜在的滑动方向。此外,给出了该方法的实现步骤,其算法的收敛性也较好。最后以不对称问题为算例,并与其他文献中的结果进行比较,验证了该方法的可行性和有效性。     

三维简化Janbu法分析边坡稳定性的扩展

对三维简化的Janbu法进行了扩展，使得离散后在同一行上的各条块在水平横向的安全系数相等以及在同一列上的条块在水平纵向的安全系数相等，得到不同行(列)的安全系数，最后通过各条块底滑面的几何特性与受力分析给出其独立的安全系数以及各条块潜在的滑动方向。该方法拓展了传统极限平衡方法只给出坡体总体安全系数的思路，可对坡体局部稳定性和潜在滑动方向进行判定。该方法可适用于任意形状的滑面，还可分析包括考虑孔隙水压力、地质体分层、上覆载荷以及地震力等其他形式的外载。     

对称边坡三维稳定性计算方法

提出一种适合对称或近似对称边坡的三维稳定性计算方法。首先,根据简单的平衡条件,假设三维滑面正应力的初始分布;然后,用含有2个待定参数的修正函数对其进行修正,根据三维对称滑体的3个平衡条件,导出含安全系数及待定参数的平衡方程组,进而化简为关于安全系数的3次代数方程;最后,得到三维安全系数的显式计算公式。该方法的优点是不需考虑条柱间具体的作用力、严格满足三维平衡条件、计算过程简单。算例分析表明,初始正应力的假设与修正函数的选择对最终安全系数结果的影响不大,从而可保证该方法的合理性与有效性。     

土质边坡极限平衡状态及临界滑动面的判定方法

 开展边坡失稳判据及临界滑动面确定方法的理论与数值实现研究。应用分叉理论的研究成果,证明满足关联流动法则的理想弹塑性材料,在平面应力或平面应变条件下的失稳模式为应变局部化模式,由此类材料构成的边坡模型的失稳过程为局部带渐进扩展过程。基于以上证明,提出局部化带贯通判据,认为表征边坡整体失稳的充要条件是局部化带在边坡内部的完全贯通。基于数值模拟,发展一种局部化带路径追踪技术,根据每个增量时步土体单元的局部化状态信息,通过后处理显式追踪局部化带的形成、扩展、汇合直至贯通的过程,直观、方便地判断边坡的极限平衡状态,同时确定临界滑动面的位置。并开展强度折减和位移加载算例研究,验证局部化带贯通判据及数值实现方法的适用性。