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。     

边坡稳定性分析的有限元法与极限平衡法的结合

将边坡稳定性分析的有限元法和极限平衡法相结合，首先对边坡进行有限元分析，分析边坡应力、应变和位移分布，然后利用有限元分析计算的应力结果，通过应力张量变换，求出条分底部的应力，并根据极限平衡法的概念得出边坡的稳定性安全系数。该方法既能反映边坡的稳定和变形之间的关系，又能用工程界所熟悉的安全系数来评价边坡的稳定性，具有较广泛的应用前景。     

有限元强度折减法在土坡与岩坡中的应用

通过有限元强度折减，使边坡达到破坏状态时，滑动面上的位移将产生突变，产生很大的且无限制的塑性流动，有限元程序无法从有限元方程组中找到一个既能满足静力平衡又能满足应力．应变关系和强度准则的解，此时不管是从力的收敛标准，还是从位移的收敛标准来判断有限元计算都不收敛，因此采用力和位移的收敛标准作为边坡破坏的判据是合理的。对有限元强度折减法的计算精度和影响因素进行了详细分析，包括屈服准则、流动法则、有限元模型本身以及计算参数对安全系数计算精度的影响，并给出了提高计算精度的具体措施。研究表明：采用徐干成、郑颖人(1990年)提出的摩尔一库仑等面积圆屈服准则求得的稳定安全系数与传统Spencer法的误差在5％左右，证实了其实用于工程的可行性。在平面应变条件下则可采用摩尔匹配DP准则。该文还将此法应用于岩质边坡的稳定分析，得到了岩质边坡的滑动面和安全系数，开创了求节理岩质边坡滑动面与稳定安全系数的先例。     

边坡稳定分析的温控参数折减有限元法

针对边坡稳定分析中所采用的,基于强度参数折减的有限元方法,提出利用温度场来控制强度参数的折减,大大提高了计算效率。实例表明,一定时步后边坡最大位移对坡高的比值会快速增加,建议取该无量纲位移突变时刻对应的参数折减系数作为安全系数。同时表明,采用四节点四边形单元能够保证数值解的准确性且具有良好的收敛性。     

地震荷载作用下顺层岩质边坡安全系数分析

结合强度折减法的思想,并考虑到地震荷载特征以及离散元法和顺层岩质边坡的特点,提出一种求解地震荷载作用下顺层岩质边坡安全系数的方法。采用关键点位移/速度时程曲线的变化趋势对边坡的临界状态进行判断,采用失稳状态时坡体的速度/位移矢量图来判断与安全系数对应的滑动面。将上述方法运用到钟家湾顺层边坡的稳定分析中,并将所得结果与极限平衡法计算结果进行对比,发现二者的计算数值相差较小,对比结果表明该方法是合理可行的。在此基础上,利用UDEC初步分析地震荷载作用下坡高、坡度、岩层倾角以及地震波参数包括振幅、频率等因素对顺层岩质边坡安全系数的影响规律。     

土坡中基于位移突变失稳判据的一种改进方法

鉴于目前边坡失稳准则的多样性及其不确定性,如何选择或提出一种既能满足工程需要又能便于应用的失稳判定准则显得尤为重要.首先分析讨论了目前三种较常用的失稳判定准则,然后在位移突变判据的基础上提出了一种改进的失稳判定方法,该方法通过绘制边坡最大水平位移增量与折减系数增量的比值△S/△F跟折减系数Fs的关系曲线来确定边坡安全系数,并通过简化的实例模型证明了其适用性.     

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。     

基于极限平衡的边坡稳定分析

利用有限元法求坡体处于弹性状态时此面上的应力场,计算出此面上的法向应力和切向应力分布,由切向应力求出坡体的滑动力,再由法向应力和Mohr-Coulomb破坏准则求出此面达到极限平衡状态时所能提供的抗滑力,得出坡体的安全系数。通过算例发现,该方法分析边坡稳定是可行的,所获得的坡体安全系数比强度折减法和重度增加法均要小。通过分析不同参数对计算的影响发现,弹性模量E、泊松比μ对分析精度影响较小,黏聚力c、内摩擦角对计算精度影响较大,计算参数的改变对重度增加法的计算结果影响最大,对强度折减法和有限元极限平衡法影响相对较小。     

非饱和土质边坡地震响应数值分析

针对地震条件下非饱和边坡的稳定性问题,建立一个分别考虑竖直方向和水平方向地震影响的有限元计算模型,计算得到边坡位移、超静孔隙压力、剪应变分布。在此基础上根据Fredlund抗剪强度理论和极限平衡法计算得到边坡的稳定安全系数时程曲线。研究结果表明:边坡的最小安全系数随地震持续波动较大,并逐渐趋于稳定,竖直地震波对边坡稳定安全系数影响较大;水平地震波会对边坡坡脚产生较大的剪应力集中现象,导致边坡失稳破坏;竖直方向地震波对存在地下水的边坡产生较大的超静孔隙水压力。在实际工程中应该重视竖向地震波对边坡的破坏作用。     

位移反分析的有限元线法及其工程应用

有限元线法作为一种半解析的数值方法，具有网格剖分简单，计算精度高等优点。将有限元线法应用于岩土工程位移反分析，提出基于有限元线法的位移反分析方法。工程实例显示了该方法的可行性。     

一种确定拉力型锚杆支护长度的方法

在Mindlin问题位移解的基础上，导出了拉力型锚杆受力的弹性解，分析了拉力型锚杆的受力特征，提出了确定拉力型锚杆支护长度的方法，计算了锚杆在不同岩体中的有效锚固长度，并对影响锚杆有效锚固长度的因素进行了分析，从而为岩土工程锚杆设计提供了一种参考依据。     

岩土体三维非线性渗流有限元数值分析

从渗流机理的角度研究了在达西定律不适用的情况下岩土体三维非线性渗流问题，讨论了非线性渗流的影响因素和表达公式。进行了岩土体的三维非线性渗流有限元数值分析，根据试验确定的非线性渗流关系式，运用伽辽金有限元法导出了非线性的控制方程组，并用直接迭代法进行求解，讨论了迭代收敛标准以及提高计算精度和加速收敛的技术等问题。所给出的算例，其计算结果与理论解十分吻合。初步研究表明，本方法具有编程简单、计算效率高和收敛速度快等优点。     

三维地应力回归分析方法与工程应用

初始地应力是岩土工程设计与施工所要考虑的重要因素之一，根据实测地应力资料，采取三维有限元回归分析方法，充分考虑岩体自重与构造应力的影响，利用多元线性回归原理，可得到计算区域的初始地应力场．对某高速公路隧道的地应力回归分析结果表明，计算结果与实测值吻合较好，可作为工程设计与施工的依据．     

滑坡侵蚀离散元分析研究

首先介绍了离散单元法分析原理,用铜王公路2#滑坡侵蚀实例建立了地质模型,根据黄土中实际最为发育的垂直节理面以及层面来划分单元及建立计算模型,滑坡体被这2组结构面分割成297个单元,滑体以下的滑床基岩部分作为固定单元处理。采用离散单元法对滑坡侵蚀运动过程中各演化阶段的平均速度、平均加速度,滑坡侵蚀体后缘、中部、前缘的合力、合力矩进行了分析研究,由此可将滑坡的演化过程划分为5个运动阶段:启动破坏、剧动加速、高速运动、碰撞减速、停滞缓动。     

岩土材料弹性力学模型与计算方法

 岩土材料内摩擦性质是岩土的基本力学性质之一,无论岩土处于何种受力状态,都应考虑岩土体的内摩擦力。然而,至今只有岩土极限分析与塑性力学中考虑岩土体的内摩擦力,而在弹性理论与能量理论等诸方面均未体现。岩土体无论是处于塑性状态还是弹性状态,都存在着内摩擦力,为此建立岩土材料弹性力学的摩擦体力学单元。基于土体试验提出黏聚力先发挥,摩擦力随变形逐渐发挥,并假设摩擦因数与应变成正比,由此确定摩擦力的计算,最后仿效线弹性力学计算方法,但此时摩擦体的剪切模量G已非常数,从而形成摩擦体的非线性弹性力学计算方法。算例表明,按该方法计算出的弹性地基上的位移和剪应力小于传统方法计算出的位移和应力值,这比较符合实际情况,表明采用摩擦体力学单元对岩土材料是合适的。     

基于数值模拟和BP网络的可靠度计算方法

在实际工程可靠度分析中，得到极限状态方程的解析表达式是非常困难的。提出一种基于数值模拟、DP网络和优化技术三者相结合的可靠度分析方法，以模拟实际工程中常见的功能函数不能明确的可靠度计算问题。可靠度分析中，可直接应用现行的确定性有限元程序。给出平面框架和地下隧洞围岩稳定的可靠度分析算例，计算中可考虑基本变量之间的相关性和基本变量的不同概型分布。数值结果表明，该方法具有较好的效率和精度。     

不平衡推力法的弹塑性有限元改进

结合杭金衢高速公路K111碎石土滑坡工程实例,研究如何使极限平衡法与有限元法有机结合应用于边坡稳定性计算和分析中,以及碎石土边坡稳定性系数与滑动面抗剪强度发挥程度的关系。研究结果表明,可以采用弹塑性有限元边坡稳定性极限分析法,得到边坡接近破坏状态时滑坡体的塑性变形破坏区,然后据此确定边坡的滑动面;通过野外工程地质勘探揭示,该法确定的潜在滑动面与实际滑动面基本相符;可根据极限状态下塑性应变值的大小确定滑面带上不同抗剪强度取值段,采用全面考虑滑面上岩土体抗剪强度不同发挥程度的不平衡推力法计算碎石土边坡的稳定性系数;采用该方法进行碎石土边坡稳定性分析能更加真实地反映边坡所处的实际状态。     

边坡演化评价的质量传输模拟方法

大多数边坡在失稳以前都要经历一个长期的演化过程。因此，边坡演化过程的监测与评价非常重要。利用质量传输模拟方法，根据边坡地下水径流途径上任意两个已知点间的化学组分及同位素组成的变化，可以模拟水岩之间质量传输的矿物形式、数量、淋溶速率及动态变化，其结果可以为边坡加固及滑坡预报等提供依据。以某边坡为例，介绍了该方法在边坡演化评价中的应用。