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。     

结合Morgenstern-Price法与Sarma法计算岩质-土质混合边坡稳定性

在Morgenstern-Price法及Sarma法理论假设的基础上,通过对岩质—土质混合边坡岩土分界面受力的推导,并假设不平衡力矩Mc,结合水平地震作用系数kc,建立了岩质—土质混合边坡稳定性的迭代求解方法;同时,通过对岩质—土质混合边坡算例的计算分析,验证了上述方法的合理性及可靠性,从而为岩质—土质混合边坡稳定性计算的理论研究提供了一种新的思路。     

加锚岩质边坡稳定性评价的极限分析上限法研究

基于极限分析上限法的基本原理,考虑岩石锚杆的支护效应、地震作用力和裂隙水压力的影响,提出加锚岩质边坡稳定分析计算模型。通过该岩质边坡极限分析上限法计算模型,可以将滑体按照滑裂面和侧向结构面离散为不同的滑体单元,并可构建一个机动许可的速度场。根据相关联流动法则和位移协调条件,相邻滑体单元的移动不能导致它们重叠或分离,进而可以得到应变速度场的数学表达式。应用该计算模型,不仅可以合理计算出由滑体自重、地震力、裂隙水压力和锚固力所做的外力功率,而且可以得到产生于滑体底滑裂面和侧向结构面的内能耗散。根据滑体处于极限状态时两功率相等(虚功率方程)的条件,可以推导得到加锚岩质边坡的极限分析上限法稳定系数计算公式。通过典型算例的稳定性分析计算表明,考虑裂隙水压力和地震作用力的边坡稳定系数将会减小,而合理加锚后稳定系数将会得到提高。     

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。     

具有外倾节理岩质边坡开挖与支护FLAC~(3D)数值模拟分析

该文结合具有一组平行外倾节理面的岩质边坡工程实例,通过FLAC3D建立数值计算模型,分析了该类边坡的稳定性以及开挖支护过程中的力学响应。结果表明:①外倾节理岩质边坡达到极限状态时,靠近坡脚的最下面一条结构面将产生贯通的塑性区;②边坡开挖将使潜在滑裂面下移,两滑裂面之间岩体剪切滑移将引起锚杆轴力增大,在靠近坡脚的新滑裂面位置处达最大;③在坡脚处设置混凝土挡墙能有效提高边坡整体稳定性,此加固措施效果较好。     

基于LiDAR技术的节理岩质边坡有限元分析

岩质边坡的稳定性主要受其优势结构面组控制。基于地面LiDAR扫描技术和模糊聚类分析对边坡岩体出露的结构面进行自动识别和统计分组,从而获得岩体主要结构面组的几何空间信息和空间位置信息。随后通过赤平投影方法能够较好地反映出各主要结构面组与边坡的空间位置关系,确定主控边坡稳定性的优势结构面组,为数值模型的构建提供依据。最后采用有限元强度折减法求得潜在滑裂面位置和相应的安全系数。分析结果表明,岩质边坡滑裂破坏主要沿着优势结构面方向扩展,边坡下部以沿结构面的剪切破坏为主,上部以拉伸破坏为主。     

边坡稳定分析的一些进展

本文介绍近年在用极限平衡法与有限单元法 ,分析边坡稳定性方面的一些进展 ,在基于极限平衡的解析法上 ,我们导出了多阶斜坡的稳定安全系数与滑裂面角度的计算公式。这对岩质边坡的设计有很高的实用意义。导出了目前采用的各种条分法的统一计算公式。对于非严格条分法 ,用一个平衡方程并假设条间力的作用方向 ,即能求得安全系数 ;对严格条分法 ,用二个平衡方程 ,并假设条间力的作用方向或条间力的作用点位置 ,就能求出安全系数。统一式是一简单的迭代式 ,因而计算简便 ,并有很高精度。提出了两种用有限元法求边坡稳定安全系数的方法 :一种基于极限平衡法 ,对土质边坡采用圆弧搜索法 ,对岩质边坡采用在滑移面上布置节理单元的方法。另一种采用有限元强度折减法 ,便于采用大型软件 ,是一种很有前途的求边坡稳定安全系数的新方法。     

边坡稳定分析的一些进展

本文介绍近年在用极限平衡法与有限单元法,分析边坡稳定性方面的一些进展,在基于极限平衡的解析法上,我们导出了多阶斜坡的稳定安全系数与滑裂面角度的计算公式。这些岩质边坡的设计有很高的实用意义。导出了目前采用的各种条分法的统一计算公式。对于非严格条分法,用一个平衡方程并假设条间力的作用方向,即能求得安全系数;对严格条分法,用二个平衡方程,并假设条间力的作用方向或条间力的作用点 位置,就能求出安全系数。统一式是一简单的迭代式,因而计算简便,并有很高精度。提出了两种有限元法求边坡稳定安全系数的方法：一种基于极限平衡法,对土质边坡采用圆弧搜索法,对岩质边坡采用在滑移面上布置节理单元的方法。另一种采用有限元强度折减法,便于采用大型软件,是一种很有前途的求边坡稳定安全系数的新方法。     

考虑边坡开挖中地应力释放的改进Sarma法

边坡的开挖通常伴随着原始地应力的释放,对高地应力区的人工开挖边坡而言,地应力的释放强度高、速度快,对边坡稳定性的影响往往是不利的.但是目前用于分析岩质边坡稳定性的Sarma法却没有很好地考虑岩质边坡开挖过程中地应力释放对边坡稳定性的影响,这是偏于不安全的.在传统的Sarma法的基础上,引入了地应力释放荷载,对Sarma法进行了改进,考虑了边坡开挖过程中地应力释放对边坡稳定性的影响,并用算例进行了说明.该改进的Sarma法能够较好地应用于高地应力地区人工开挖岩质边坡的稳定性分析.     

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。     

Effect of graph generation on slope stability analysis based on graph theory

Limit equilibrium method （LEM） and strength reduction method （SRM） are the most widely used methods for slope stability analysis. However, it can be noted that they both have some limitations in practical application. In the LEM, the constitutive model cannot be considered and many assumptions are needed between slices of soil/rock. The SRM requires iterative calculations and does not give the slip surface directly. A method for slope stability analysis based on the graph theory is recently developed to directly calculate the minimum safety factor and potential critical slip surface according to the stress results of numerical simulation. The method is based on current stress state and can overcome the disadvantages mentioned above in the two traditional methods. The influences of edge generation and mesh geometry on the position of slip surface and the safety factor of slope are studied, in which a new method for edge generation is proposed, and reasonable mesh size is suggested. The results of benchmark examples and a rock slope show good accuracy and efficiency of the presented method.     

Two-dimensional stability analysis of a soil slope using the finite element method and the limit equilibrium principle

A slope stability analysis method using the finite element method and the limit equilibrium principle is presented in this paper to determine the critical slip surface and to calculate the minimum safety factor based on the stress field produced by a numerical simulation. This method assumes a cutting export and makes good use of geometric combination to reduce the search range during the calculation process. The proposed method was validated using two classical benchmark slopes and an engineering slope; it was also compared with other conventional limit equilibrium methods. The error between the proposed method and the limit equilibrium method was relatively small. The proposed method resolved several limitations of the traditional methods, and a comparison of the benchmark slopes showed that the proposed method exhibited good accuracy and efficiency. The proposed method can thus analyse both the stability of a natural slope and the stability of a soil slope under seismic loading conditions.     

基于滑面正应力修正的极限平衡法的研究现状

基于滑面正应力修正的极限平衡法是近年来发展起来的一种边坡稳定性分析方法,具有良好的发展潜力。在已有工作的基础上,对该方法的研究成果作了系统的归纳总结,主要包括基本理论的建立和完善、二维与三维极限平衡研究和典型工程应用等三大方面。同时介绍了借助该方法的基本原理在加固边坡的稳定性、三维边坡滑带强度参数的反演分析、地震作用下的三维边坡稳定性评价、三维边坡稳定性分析中的端部效应等方面取得的进展。最后,对该课题的研究不足和下阶段的研究方向进行了阐述。     

考虑参数空间变异性的边坡稳定可靠性有限元极限分析

当土性参数空间变异性较大时,极限平衡法得到的滑移面不尽合理。阐述了基于广义变分原理的有限元极限分析方法,采用混合有限元方法,构筑了线性应力三角形单元与线性速度三角形单元,结合强度折减法与线性规划算法,建立了边坡稳定安全系数上下限分析方法,分析了土的抗剪强度参数空间变异性对边坡稳定性的影响,并与3种典型极限平衡法进行了对比。结果表明,FELA方法可有效搜索边坡临界滑移面,并给出安全系数的严格上下限。对于简单均质边坡,有限元极限分析与极限平衡法结果接近,极限平衡法结果大多位于极限分析的上下限内;对于空间变异性较大的边坡,有限元极限分析法可以有效搜索可能的多种临界滑移面,而极限平衡法则存在显著偏差,且往往高估滑坡风险。强度参数的空间变异性还导致边坡安全系数分布形式变化显著,仅采用安全系数无法反应这一变化。根据安全系数的分布形式,给出了土性参数设计值建议。     

一种边坡稳定性分析的三维极限平衡法及应用

将离散后的条柱间作用力等效成滑面正应力,依据整个滑体的平衡条件,提出一种适用一般空间形态滑面的边坡三维极限平衡法。首先通过类比经典土压力理论和Spencer的条间力假定,提出了条柱间作用力假设模型,由典型条柱的平衡条件得到滑面正应力的分布函数(含3个待定参数),再根据整个滑体的4个主要平衡条件建立平衡方程,采用数值方法和解析法求解平衡方程组获得三维安全系数。算例验证研究结果表明：该方法计算结果与已有方法相印证,其精度与严格三维极限平衡法相当,适用于任意空间滑面形态。最后,应用该方法初步评价金坪子II区边坡的整体稳定性,取得较理想的效果。该方法理论严谨,结果可靠,计算过程简单且易于编程,可在边坡工程设计及滑坡治理中推广应用。     

关于有限元边坡稳定性分析中安全系数的定义问题

在边坡稳定性分析的极限平衡法中存在3种安全系数的定义:定义1将安全系数定义为剪切强度比剪应力;定义2将安全系数定义为强度储备系数,当土体抗剪强度除以安全系数后,边坡将处于临界平衡状态;定义3将安全系数定义为沿某一特定滑面的抗滑力比滑动力。讨论了定义3与定义1之间的关系,给出了在进行有限元边坡稳定性分析时确定对应于定义3和定义2的临界滑面的统一算法,最后通过算例证明了一般情况下基于定义3所求得的安全系数和临界滑面不同于基于定义2所求得的结果,同时指出基于定义3的计算结果会表现出一些不合理的现象。     

非均质边坡多级稳定性分析方法

为了实现对非均质边坡稳定性的全面表征与系统评价,提出了一种针对非均质边坡的“多级次”评价方法。这种方法以强度折减理论为基础,首先对岩土体进行多次局部强度折减,得到边坡不同深度、不同岩层控制的多级潜在滑动面;然后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、不同级次的稳定性系数。这种方法在确定多级滑动面的过程中充分利用了强度折减法客观性的优点,避开了极限平衡方法主观性的缺点,折减所得滑动面更能反映边坡在重力作用下的变形破坏过程,优于滑弧法搜索结果。通过规则模型的验证及实际边坡的应用,证明这种方法对于综合评价非均质边坡的稳定状态是有效的,并可为边坡的治理、监测设计及施工提供指导。     

Stability analysis of slopes using the finite element method and limiting equilibrium approach

The limit equilibrium method is commonly used for slope stability analysis, being relatively simple compared with finite element analysis. Both methods were used to analyse homogeneous and inhomogeneous slopes, taking into account the rapid drawdown condition, the undrained clay soils and the presence of tension cracks. The analyses were carried out using PLAXIS 8.0 (finite element method) and SAS-MCT 4.0 (limit equilibrium approach). The safety factor and location of the critical slip surface obtained from the two methods are compared.