岩质边坡最危险滑裂面的GA-Sarma算法研究

 基于现有国内外边坡极限平衡法稳定性分析软件在岩质边坡滑裂面搜索中的局限性,将遗传算法(GA)和Sarma法相结合,提出岩质边坡最危险滑裂面的GA-Sarma算法。GA-Sarma算法解决以折线形为滑面形态、以层面等结构面为边界任意条分并满足条块间边界力平衡原理、滑裂路径可追踪顺坡向不连续结构面的岩质边坡最危险滑裂面的全局优化问题。     

土坡稳定分析中的最危险滑裂面问题

在土坡稳定分析的经典极限平衡法中,一般先假设土坡的最危险滑裂面形状,然后利用不同的搜索方法寻求最优解。作者认为,基于经典极限平衡理论的边坡滑裂面是由土条底部的直线段相连构成的任意形状滑裂面;定义土条底部的纵轴坐标或者与水平面的夹角为搜索变量,采用经验遗传-单纯形算法搜索其最优解,进行了土钉加固土质边坡的稳定性验算,与圆弧滑裂面法进行了比较分析,结果表明作者的方法合理可行。     

基于遗传算法的边坡稳定分析通用算法

0前言在边坡稳定分析中,寻找最危险滑裂面一直是一个被广泛研究的课题,文献[1⁵]均提出了自己的全局优化算法,并取得了满意的结果。但是,在当前国内应用较广的一些边坡稳定分析软件中,尚未见到采用全局优化算法的报道。常用的边坡稳定分析软件采用的最危险滑裂面搜索方法都是一些局部最优化方法,针对复杂边坡（如多级边坡、加筋边坡、含有软弱夹层的边坡）时,这些搜索方法往往会陷入局部最小值而不能找到真正的最危险滑裂面,这给边坡设计带来许多潜在的危险。而全局优化算法虽然已经研究了若干年,提出了一些好的思路,现在仍处于未成熟阶段。文献[6]中还指出了国内边坡软件所面临的问题,主要是没有强大的前后处理功能,计算前的     

基于数值流形法的土质边坡动力稳定性分析

由于对NMM动力作用下边坡的稳定分析研究较少,利用数值流形法（NMM）对这一问题进行了分析研究,引入黏性阻尼来耗散系统的能量,通过算例验证了NMM求解边坡永久位移的有效性;利用地震动力时程分析得到的边坡应力场计算出了边坡的动力安全系数时程曲线,并搜索得到地震时程下最小安全系数及其对应的边坡最危险滑裂面,将该最危险滑裂面模型作为NMM的计算模型进行永久位移的计算且与Newmark法得到的结果进行对比,两者结果相近。结果表明：NMM可有效进行边坡动力稳定分析、模拟计算边坡的永久位移。     

基于极值原理的边坡稳定分析不平衡推力法

基于潘家铮极大极小值原理,以极小值理论对应的初始边坡滑动面为研究对象,结合不平衡推力法条间力假定,利用块体自身稳定平衡,提出条块底面倾角优化策略,实施滑裂面上反力自行调整,模拟边坡渐进破坏特征,使极大值理论得以实现,搜索出边坡实际最危险破坏面,并结合路堤滑坡实例进行验证,研究成果对边坡稳定设计及滑坡治理具有一定的实用价值。     

大坝边坡概率最危险滑面搜索的一种算法

在大坝边坡稳定性分析中,如果把岩体参数都作为定值来处理,可以通过计算最小安全系数来搜索到边坡的一个最危险滑面,称之为确定性最危险滑面。若把岩体参数作为随机变量来处理,通过计算最小可靠指标也可以搜索到另外一个最危险滑面,称之为概率最危险滑面。许多学者在研究中把这两个滑面作为一个面来处理,但实际工程中这两个面却不一致,通过对岩体不确定力学参数进行合理的组合及弱化,研究了这两个滑面之间的关系,提出了一种用计算安全系数来搜索概率最危险滑面的方法。并通过工程实例验证了该方法的可行性,结果表明:这是一种实用有效的搜索边坡概率最危险滑面的算法。     

应用模式搜索法寻找最危险滑动圆弧

基于圆弧滑动面的假定,提出了一种运用模式搜索法确定边坡最危险滑动面及其对应的最小安全系数的方法,突破了传统方法在搜索最危险滑动面时必须划定圆心搜索范围的束缚,从而提高了边坡稳定性分析的可靠性。     

转弯凸型边坡静动力稳定性分析及空间效应研究

山区受地形影响建有大量转弯路基边坡,其失稳呈显著的空间特性,传统的边坡稳定分析方法大都基于二维平面应变条件,难以真实反映滑坡三维空间特征。基于变分理论的极限平衡法开展了转弯凸型边坡三维稳定性分析,结合拟静力法分析地震作用下边坡动力稳定性,并确定转弯边坡的最危险滑裂面位置。通过与其他方法计算结果对比,表明这一理论获得了转弯边坡更为临界的稳定性。通过考虑不同边坡转弯外凸参数（如转弯角、转弯半径、坡度）和水平地震加速度系数,揭示了三维效应对转弯凸型边坡稳定性的影响规律。结果表明：较小的转弯角就可以充分发挥三维效应,增大了边坡静动力稳定性;减小转弯半径会显著增强三维效应,并增加最危险滑裂面深度,但对较大的坡度和水平地震加速度情况并不明显,此时可以忽略三维效应采用传统的平面应变分析方法。     

地震动力作用下有限元土石坝边坡稳定性分析

基于地震动力时程反应和随机地震反应，用有限元边坡稳定性分析方法，分析了正弦波作用下模型坝边坡的稳定性，以此作为该方法的数值验证；而后，通过对地震动力作用下土石坝边坡稳定性的分析，对地震动力作用下影响坝体边坡最危险滑裂面位置及稳定性的动力影响因素进行了有益的探讨，并指出，地震动力作用下土石坝边坡与正弦波作用下模型坝边坡的最危险滑动面位置有所不同。     

基于Dijkstra算法的边坡极限平衡有限元分析

基于有限元计算结果,将边坡稳定性问题转化为图论中寻找最短路问题。通过引入图论中解决最短路问题的Dijkstra算法到搜索边坡最危险滑动面及其安全系数中去,对Dijkstra算法作了一定的改进,建立了一种新的边坡稳定性分析方法--基于Dijkstra算法的极限平衡有限元方法。通过一算例对该法进行验证,计算得的安全系数和危险滑动面位置与推荐答案基本一致,说明该方法应用于边坡工程的可行性。将该方法应用于糯扎渡水电站右岸泄洪洞出口边坡的稳定性分析,与极限平衡法和强度折减法作了比较。研究表明,该方法计算得到的安全系数介于极限平衡法和强度折减法之间;危险滑动面位置与这两种方法计算得到的危险滑动面位置基本一致,该方法应用于复杂岩体边坡的稳定性分析可行。最后,对于逆坡向发展的滑动面,以洛古水电站右岸边坡的稳定性分析为实例,研究了逆坡向发展的滑动面滑动力计算方法;比较分析3DEC和该方法的计算结果,说明该方法适用于逆坡向发展的滑动面的稳定性分析。     

非平稳随机场下饱和渗透系数空间变异性的无限长边坡稳定概率分析

土体饱和渗透系数表现为天然的空间强变异性,其均值通常沿土层深度方向呈递减趋势,但目前鲜有文献考虑这一特性。为此,以FLAC为平台,利用fish语言基于局部平均法建立了表征土体饱和渗透系数均值随深度递减的一维非平稳随机场模型,采用FLAC两相流模块模拟雨水的入渗过程,以蒙特卡罗法为框架,结合考虑正孔隙水压力的广义有效应力无限边坡稳定模型,探讨了饱和渗透系数空间变异性在不同降雨时刻下对边坡最危险滑裂面分布规律以及相应的边坡破坏概率的影响。结果表明：忽略饱和渗透系数的空间变异性的确定分析方法将不能真实反映边坡的安全性;随着降雨持时的增加,边坡最危险滑裂面发生在坡底基岩处的概率逐渐降低;随着饱和渗透系数竖向相关距离的增加,边坡最危险滑裂面发生在坡底的概率逐渐增加,而相应的边坡破坏概率却随竖向相关距离的增加而逐渐降低。     

土钉支护计算机辅助设计系统的开发及应用

土钉支护技术以其施工设备轻便、适用于多种土质、有较好的抗震性能和延性、造价低等优点近年来在北京的建筑基坑支护及市政沟槽边坡支护中的应用越来越广,在许多条件下已取代了传统的护坡桩、钢板桩等支护形式。但在设计时需要从众多可能的滑裂面中找出最危险的滑裂面,如用手算这个工作量将会巨大到近乎无法实现,因而必须借助计算机进行搜索。根据中国工程建设标准化协会《基坑土钉支护技术规程》报批稿开发的“土钉支护计算机铺助设计系统”,结合《建筑基坑支护技术规程》(JDJ120-99),对编程中的核心问题——“条分法”及自动搜索出最危险滑裂面的计算机算法实现,做了详细描述,并对系统的功能、特点及实际工程应用进行了介绍。     

基于流形方法和图论算法的岩/土质边坡稳定性分析

目前边坡稳定性分析常用的极限平衡法存在着不能考虑实际岩土体的应力应变关系,假设过多等缺点,强度折减法也存在着需要重复计算工作量大,计算容易不收敛,难以考虑边坡应力路径影响及较难直接得到滑裂面等不足。从边坡的应力状态出发,借助基于物理覆盖系统、能较好统一连续和不连续分析的数值流形方法,得到土质边坡或存在着较多不连续面的岩质边坡的应力场分布,并将边坡稳定性分析转化为图论问题,利用Bellman-Ford搜索算法快速稳定地寻找出边坡的安全系数和最危险滑裂面。该方法无需做过多假设及迭代计算,可以反映边坡的应力路径影响,较好地统一岩质/土质边坡稳定性分析。     

基于独立覆盖流形方法与矢量和方法的边坡稳定性分析

 提出一种基于独立覆盖流形方法(independent cover manifold method,ICMM)和矢量和方法的边坡稳定性分析方法。该方法采用ICMM计算边坡岩土体的应力场,避免了有限元及传统流形方法复杂的前处理过程,可以方便地计算含节理断层等不连续面的复杂边坡的应力状态。在此基础上,采用矢量和方法计算潜在滑裂面的安全系数,矢量和方法基于边坡的真实应力状态和力的矢量特征,物理意义明确,而且不需要类似强度折减法的迭代计算,计算代价小。同时采用模拟退火遗传算法进行优化搜索,得到边坡的临界滑裂面。提出方法结合以上优点,可以高效精确地计算含有节理断层的复杂边坡的临界滑裂面和安全系数。4个代表性算例以及工程案例的分析应用验证了提出方法的有效性和精确性。     

考虑土体空间变异性的边坡最危险滑动面随机分析方法

现有边坡可靠度研究均未考虑土体空间变异性对边坡最危险滑面的影响。为此，提出了考虑土体空间变异性的边坡最危险滑动面随机分析方法。首先，采用谱表现法建立了表征土体空间变异性的随机场模型。在此基础上，提出了基于SIGMA/W和SLOPE/W的自动定位搜索最危险滑动面方法。其次，采用非侵入式随机分析方法研究了抗剪强度参数空间变异性对边坡最危险滑动面空间分布的影响。最后，采用算例验证了所提方法的有效性。结果表明：提出的边坡最危险滑动面随机分析方法能够有效地确定边坡最危险滑动面空间分布特征。土体抗剪强度参数的空间变异性对边坡最危险滑动面的空间分布特征有重要的影响，它直接决定了边坡最危险滑动面的位置和滑体规模。土体抗剪强度参数波动范围越大，最危险滑动面的空间分布范围越大。随着土体抗剪强度参数水平向和竖直向波动范围比值的增大，边坡上部发生局部滑动的可能性增大。抗剪强度参数的变异系数越大，最危险滑动面的空间分布范围越大，边坡发生小规模局部滑动的可能性越大。     

潘家铮极值原理的优化算法实现

边坡极限平衡分析法通常情况下是静不定的,需要引入一些简化假定来求得安全系数.条间力函数f (x)作为其中的主要假设条件,其对安全系数的影响在过去的研究中并没有得到足够的重视.对二维极限平衡法采用优化算法求得满足潘家铮极值原理的安全系数,对于某一确定的滑裂面,将条间力函数f (xi)视为控制变量,采用模拟退火方法不断调整f (xi)以求解安全系数极大值,实际上是一种下限法;而搜索临界滑裂面的过程,采用粒子群法或和声法搜索最危险滑动面.另外,还探讨求解安全系数时通常会碰到的收敛性问题,结果证明f (x)不能随意设定,否则会引起不符合实际的条间力.相比传统的极限平衡法,该极值优化法极大地提高了收敛性.     

基于无记忆最小二乘似牛顿法的边坡稳定性分析

在基于圆弧滑动面假定的边坡稳定性分析中，应用无记忆最小二乘拟牛顿法搜索边坡最危险滑动面及相应的最小安全系数，作滑动面搜索时不必给定圆心搜索范围，由最优化方法自动地搜索出最危险的滑动面，从而提高了边坡稳定性分析的可靠性。该方法还可用于其他优化问题，它不必记忆迭代矩阵，大大地减少了贮存量，提高了计算效率。     

基于滑移线场理论的边坡滑裂面确定方法

发展了一套基于滑移线场理论,并根据有限单元法的计算结果来确定边坡滑裂面的数值模拟方法,在此基础上研究了流动法则对边坡稳定分析的影响。该方法可以考虑弹性区与塑性区的区别,并可以考虑不同的流动法则。给出了滑移线方向场数值模拟的具体方法和由滑移线方向场追踪滑移线的方法,提出安全系数最小的滑移线即为边坡的滑裂面。算例证明了方法的有效性。研究结果表明,对于无约束的天然边坡,自重作用下其安全系数受流动法则的影响较小,而滑裂面的位置随流动法则的不同而不同;当坡顶有荷载作用时,尤其是边坡的稳定性主要由坡顶荷载决定时,无论是安全系数还是滑裂面,流动法则的影响均很大,采用相关联流动法则可能会高估边坡的稳定性。     

降雨诱发滑坡的实时概率分析

近年来降雨诱发了大量滑坡,其主要原因是降雨入渗使得非饱和边坡的饱和度增加,从而渗透系数增加,抗剪强度降低,因此滑坡发生的概率随着入渗雨量和时长的变化而变化.本文提出了一种基于实时降雨量计算滑坡实时概率的方法.首先模拟某降雨量下滑坡的孔隙水压力分布及最危险滑裂面,然后统计滑裂面上正应力和孔隙水压力的概率密度函数,最后结合可靠度理论计算边坡在此降雨量下的实时失稳概率.结果表明不同时刻滑裂面上的孔隙水压力的均值随着降雨入渗而增加,边坡的失效概率随着降雨入渗而明显增加.     

基于XFEM的土质边坡滑裂规律研究

近年来对于边坡稳定的研究不再局限于安全系数的分析,而是越来越多地关注边坡可能的失稳模式和失稳过程,以提供更具针对性的防治建议。基于XFEM构造模拟土质边坡失稳滑裂过程的方法,将边坡失稳过程概化为滑裂面的发生、扩展和贯通的过程。采用黏聚裂缝模型和摩擦接触理论描述滑裂面上的接触行为,并设计一种扇形扩展控制域来表述滑裂面前端的应力集中和重分布行为,进而合理判断滑裂面的扩展时机和方向。模拟分析了一种人工设计土坡在坡顶堆载作用下的滑裂面扩展规律,比较了土体弹性模量和内摩擦角对于滑裂规律的影响。结果表明,所提方法可以合理有效地模拟边坡失稳滑裂过程,两种参数对于滑裂规律的影响符合一般认知,并根据模拟结果对推移式滑坡的发展速度和成层边坡的局部张拉裂缝给出了细观解释。