基于强度折减的有限元方法求边坡稳定安全系数

当折减系数达到某一数值时,边坡内的一定幅值的广义剪应变自坡底向坡顶贯通,认为边坡破坏,定义此前的折减系数为安全系数,与极限平衡法相比有限元法具有很多优点。集中讨论屈服准则、内摩擦角和粘聚力、剪胀角、计算范围的选取、坡脚的形状和尺寸、网格疏密程度、不同的破坏标准对全系数的影响以及大变形和小变形有限元对比分析。     

强度折减法在金花鸡山边坡的应用

通过ANSYS前后处理软件,对边坡开挖稳定性进行非线性有限元分析,综合考虑边坡边界条件和岩土体开挖分期施工工程中参数变化的特点,从计算结果中分析边坡的位移、变形及其塑性发展趋势,从而得出安全系数,结果表明：用有限元法分析边坡开挖稳定性时对实际岩土体开挖和边坡支护具有指导意义。     

谈用有限元双系数折减法计算边坡安全系数

对目前的研究作了简单回顾,发现目前研究的重点在于如何确定合理的配套折减原则和边坡的整体安全系数。通过比较分析得出结论:1)唐芬等所提出的配套原则相比于最短路径原则更具有物理和力学上的意义,但对c和tan按固定比例折减是否有更充分的依据,有待研究。2)双安全系数法的安全系数有明确的力学意义,而等效单一安全系数法在这一点上显得不太明确。由于目前的设计规范安全系数是单一安全系数,建议提出更加有明确力学意义的单一安全系数,或者在相关规范中给出双安全系数的规范取值,以便工程应用。     

边坡稳定安全系数影响因素探讨

针对不同的屈服准则、内摩擦角和粘聚力、剪胀角、计算范围、坡脚的形状和尺寸、网格疏密程度、破坏标准等因素,采用有限元分析技术研究了它们对边坡稳定安全性的影响程度,对安全系数的影响以及大、小变形有限元进行了对比分析.     

基于有限元强度折减法的支护结构边坡安全系数计算方法研究

为得到合理的支挡结构边坡安全系数,将支挡结构极限承载力和极限变形量作为额外的有限元强度折减法收敛条件即可得到较为准确的边坡安全系数。论文介绍有限元强度折减法的基本原理,阐述有限元强度折减法中安全系数的计算流程,通过实际工程案例,详细分析有限元强度折减法在支挡结构边坡中的应用。     

强度折减有限元法分析边坡稳定性的精度探讨

对强度折减有限元法分析边坡稳定性中的精度进行了探讨.对比分析表明:边坡安全系数随着剪胀角ψ的增大略有增大,但总体上可以忽略不计,有限元计算中,可取ψ=0°进行边坡稳定性分析;弹性模量E和泊松比ν对安全系数基本上没有影响;采用位移是否突变和塑性区是否贯通作为边坡的失稳判据,对比前后计算步骤中的位移和塑性区特性,可以减少或消除非确定性因素对安全系数的影响;计算模型的边界范围大小,需根据具体边坡的变形需要来确定,其大小应足以让边坡的破坏滑动面自由发展.通过算例分析表明,在采用合理的失稳判据条件下,用有限元强度折减法得到的边坡安全系数与极限平衡法的结果相当,说明采用强度折减有限元法分析边坡稳定性是合理可行的.     

基于Plaxis强度折减法的开挖边坡稳定分析

利用Plaxis有限元软件,针对某开挖高边坡地质地形特征,采用有限元强度折减法对边坡无支护的情况和采用预应力锚索加固两种方案进行了模拟,模拟结果表明,无支护边坡其安全系数小于1,稳定性较差,无法满足规范要求;采用预应力锚索加固后,安全系数增加,且边坡潜在滑裂面从浅层风化岩体向下部岩体移动,边坡稳定性增加。同时,对计算结构的精度做了对比,与极限平衡Bishop法结构相比其误差在2%以内,且潜在的危险滑裂面形状和位置基本一致,论证了其准确性和工程实用性。     

基于强度折减方法的边坡稳定性极限上限分析

结合强度折减方法和极限分析上限法理论,推导出了均质边坡安全系数的计算公式,针对隐式表达形式的安全系数计算公式,采用MATLAB序列二次优化工具箱,计算得到了边坡的安全系数,通过与传统的极限平衡法和数值模拟方法的对比,验证了该方法具有良好的适用性。     

基于强度折减法的边坡加固分析

基于强度折减有限元法对边坡进行了加固分析,结果表明当采用粘聚力更大的材料对边坡表面加固时,可以通过调整材料粘聚力和加固深度使得安全系数达到合适的值。     

基于有限元强度折减法确定某边坡的安全系数

利用非线性有限元分析软件MARC,采用强度折减法确定某边坡的安全系数,将塑性区贯通作为边坡破坏的判据,分析结果表明,此方法可以有效克服传统的缺陷,有较强的实用价值。     

基于局部强度折减法的大型边坡安全度分区

针对大型边坡可能具有多个滑动方向和多级滑动面的特点,提出安全度分区的方法。这种方法以强度折减理论为基础,首先选取典型边坡地质剖面建立二维数值模型,通过局部折减搜索不同深度的潜在滑动面,确定边坡的多种破坏模式,运用极限平衡法进行各个潜在滑动面的稳定性计算,即可得到边坡不同深度处的稳定性系数。然后,建立三维数值模型,并对三维模型进行各种破坏形式的局部强度折减,分析各种破坏形式下的影响范围。最后,综合分析各种破坏形式的稳定性系数及其变形破坏影响范围,对边坡进行安全度分区。以龙江特大桥基础边坡的安全度分区为例,证明这种方法对于全面刻画大型边坡的稳定状态是有效的,并可为边坡的监测设计、治理设计及施工提供指导。     

边(滑)坡工程设计中安全系数的讨论

不同的安全系数定义会引起计算得到的边（滑）坡安全系数与作用在抗滑桩上推力设计值的不同，造成边（滑）坡设计的混乱，因而有必要对边（滑）坡安全系数作出统一的定义。探讨几种不同安全系数定义形式，不同的安全系数定义对安全系数的数值与滑坡推力设计值都是不同的，指出按照传统的计算方法与目前国际上采用的边（滑）坡安全系数的定义，采用强度储备安全系数是较合理的，也符合边（滑）坡破坏的实际情况，因此建议一般情况下采用强度储备安全系数作为边（滑）坡的安全系数，在特殊情况下，采用超载储备安全系数更能符合设计情况。下滑力超载安全系数不符合工程实际，因为随着荷载的增大，抗滑力也会增大，实际上不会出现这种情况，不宜采用。     

岩坡稳定的三维强度折减法分析

目前，强度折减法基本上用于边坡的二维稳定分析。为研究其在岩石边坡三维稳定分析中的适用性，选择平面滑动和楔形体滑动2个经典算例，运用强度折减法求解其安全系数，并与E．Hoek和J．W.Bray给出的解析解进行对比。计算结果表明，数值解与解析解非常接近，模拟的滑动方向与理论假定也基本一致。算例中，结构面使用实体单元模拟，为此进一步探讨结构面单元厚度和网格密度对计算精度的影响；结构面均为甲面，其厚度为块体高度的1／10～／200，厚度与单元数对安全系数的计算结果影响不大。对特征点位移准则和塑性区贯通准则进行比较分析，认为结构面塑性区贯通收敛准则在理论上与极限平衡理论较为吻合，实际应用上也易于操作．作为收敛准则较为合理。三滑面五面体滑动算例进一步验证该方法的适用性。     

基于Drucker-Prager准则的边坡安全系数定义及其转换

探讨了基于D-P(Drucker-Prager)准则的边坡稳定安全系数定义形式,提出了各D-P准则之间的安全系数转换关系,并据此建立了基于D-P准则的边坡稳定安全系数与传统莫尔–库仑准则条件下安全系数的关系表达式。目前,ANSYS有限元软件采用的岩土材料屈服准则为莫尔–库仑六边形外接圆D-P准则,在利用有限元强度折减法计算边坡稳定安全系数时,可以先求出外接圆D-P准则条件下的安全系数,然后利用所提出的安全系数转换公式就可直接计算出各D-P准则条件下的安全系数。对于平面应变条件下的强度问题,平面应变莫尔–库仑匹配D-P准则(分关联和非关联两种情况)与莫尔–库仑准则等效,因此,通过转换就可以在ANSYS程序中实现莫尔–库仑准则,而不需要进行二次开发。这样就解决了基于D-P准则的有限元强度折减安全系数与传统工程中采用的安全系数(基于莫尔–库仑准则)间的接轨问题。大量算例结果表明:在平面应变条件下采用平面应变莫尔–库仑匹配D-P准则求得的安全系数与传统极限平衡条分法中用Spencer法求得的安全系数非常接近,且误差在1%～2%,已经具有相当高的计算精度,也同时证明所提出的方法是可行的。     

有限元强度折减法在边坡三维稳定分析中的应用

将强度折减法应用于边坡二维、三维稳定性分析中,并与传统极限平衡分析法的计算结果做了比较,得出强度折减法三维有限元分析边坡稳定性是可行的,对影响边坡稳定的因素进行了研究分析,并分析了三维边坡在面荷载大小相同但作用面积不同时的安全系数,指出边坡稳定具有三维效应,对边坡稳定分析有一定的指导意义。     

基于动态和整体强度折减法的边坡稳定性分析

 基于强度折减法的边坡稳定性评价只能获得静态单一的安全系数。为获得边坡渐进失稳过程中的稳定性状况,提出基于动态和整体强度折减法的边坡动态稳定性评价方法,利用动态强度折减法搜索出渐进扩展的滑动面,并结合整体强度折减法计算安全系数的优势,在边坡渐进失稳过程中计算动态安全系数,从而实现对边坡失稳全过程的分析和调控。首先,利用动态强度折减法确定出一系列扩展的滑动面,然后,在每一步折减中降低滑动面的强度参数,随后采用整体强度折减法计算此刻的安全系数。最后进行滑动面扩展–安全系数的对应分析,根据安全系数的动态变化规律对边坡进行稳定性评价和支护。两实例计算表明,动态强度折减法获得的滑动面与实际监测数据相吻合,合理反映边坡(滑坡)的变形破坏特征。利用动态和整体强度折减法的各自优势,获得边坡渐进失稳过程中的一系列动态安全系数,更利于边坡的稳定性判断及支护措施建议。相比于极限平衡法,动态强度折减法也更适合于非均质边坡的稳定性评价,能搜索出正确的潜在滑动面。     

基于有限圆弧和强度折减方法的渠道开挖临界坡度研究

 基于有限差分法,得到单元应力、应变和位移计算结果,建立以极限平衡理论为基础的有限圆弧法和以变形变化趋势为破坏标准的强度折减法,搜索出边坡临界滑动面和最小安全系数,通过算例验证及参数对计算结果的影响分析,证明所建方法应用于边坡工程的可行性。文中方法结合极限平衡方法共同应用于南水北调工程大型渠道土质边坡开挖临界坡度研究中,选取高边坡、填筑边坡、深挖方边坡3种典型的渠道边坡模式,得到安全系数随开挖坡度的变化曲线,对比分析确定出渠道边坡的临界开挖坡度。研究表明,渠道高边坡和填筑边坡对开挖坡度要求较高,相对挖方卸载,填筑加载对边坡的稳定性影响较大,文中方法具有较高准确性和合理性,弥补现存方法的不足,不但可解决大型渠道边坡设计问题,也可为类似边坡工程提供参考。     

基于矢量法安全系数的边坡与坝基稳定分析

滑动是一个矢量概念,基于矢量法安全系数的边坡与坝基抗滑稳定的矢量分析法,以边坡与坝基的整体抗滑稳定性为研究对象,根据边坡与坝基的整体滑动趋势方向确定安全系数的计算方向θ,在方向θ上由抗滑力与滑动力的矢量特征定义矢量法安全系数F(θ),以F(θ)进行边坡与坝基的抗滑稳定分析.在边坡与坝基的荷载和滑裂面已知的情况下,运用有限元法计算滑裂面上的真实应力分布,滑裂面上各处静滑动摩擦力合力方向的反方向就是θ,沿此θ方向F(θ)的求解公式直接根据滑裂面上的真实应力分布情况和莫尔-库仑强度准则导出.矢量法安全系数F(θ)的定义以力的矢量分析为基础,具有明确的物理和力学意义,求解时不需要引入过多的人为假定,并以显式格式求解,计算过程简便,便于工程应用.运用矢量分析法法求解ACADS两道标准考题算例的F(θ),得到与考题标准答案一致的结果;应用矢量分析法法求解三峡工程3#坝段坝基抗滑稳定问题的F(θ),计算结果与已有的有限元强度折减法模拟该坝段坝基渐近破坏的定性分析成果相吻合.通过实例分析表明矢量分析法的可行性和工程实用性.     

基于强度折减法的边坡稳定性三维有限元分析

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。将强度折减法应用于边坡稳定性的三维分析，结合工程实例，基于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，对边坡稳定性二维分析和三维分析的结果进行了对比，表明基于强度折减法的边坡稳定性三维有限元分析是可行的。在边坡稳定性分析中，为得到更符合实际情况的结果，在有条件的前提下宜补充进行边坡稳定性三维分析。