基于极限平衡法和有限元法的边坡协同式可靠度分析

极限平衡法和有限元法是两种常用的边坡稳定分析方法。基于极限平衡法的边坡可靠度分析计算效率较高,但需要假定失效模式,从而导致计算结果不准;与之相反,基于有限元法的边坡可靠度分析更为严格,但计算效率较低。为此,提出了一种新的基于随机模拟的边坡可靠度分析方法——边坡协同式可靠度分析方法。该方法包括初步可靠度分析和精细可靠度分析两步,可以同时利用极限平衡法和有限元法的优势,实现既高效又准确的边坡可靠度分析。通过一个考虑空间变异性的两层土坡算例验证了该方法的有效性,结果表明:协同式可靠度分析方法与基于有限元法的蒙特卡洛模拟或子集模拟相比,不仅具有一致的可靠度分析结果,而且显著提高了小概率水平下的计算效率,促进了基于有限元法的边坡可靠度分析在实际工程中的应用。该方法可以将基于极限平衡法的边坡可靠度分析成果合理纳入到基于有限元法的边坡可靠度分析中,从而获得大量的失效样本,以制定合理的边坡防治措施。该方法非常适用于高维可靠度问题,如考虑空间变异性的边坡可靠度问题。     

岩土破裂过程分析RFPA离心加载法

将离心加载算法引入到岩石破裂过程分析RFPA系统中,形成了RFPA离心加载法(RFPA-Centrifuge)。RFPA-Centrifuge的应力分析采用有限元基本算法,满足静力平衡、应变相容及岩土体的非线性应力–应变关系;秉承了RFPA系统的破坏分析功能,并且同样考虑材料细观非均匀的影响,对边坡等难点问题进行分析时,不需对滑动面或破坏区域做任何预先假定。通过对垂直土坡离心物理试验、倾斜的土坡、含两组平行节理岩质边坡和不同截面形状隧道的数值试验,证明该法可以直观、逼真地获得岩土结构的破坏区域或滑移破坏面,同时求得安全储备系数,分析结果与物理的试验和有限元强度折减法均比较一致。RFPA-Centrifuge不仅回避了强度折减法中有关力学参数复杂的折减规则,还克服了强度折减法难以用物理试验进行相互验证的不足,因而是一种极具前景的岩土工程稳定性分析方法。     

基于三维数值模拟和微震监测的水工岩质边坡稳定性分析

建立以微震监测为主、应力场分析为辅的水工岩质边坡稳定性分析方法。利用RFPA3D分析软件,研究三维条件下锦屏一级水电站左岸岩质边坡破坏过程微破裂的萌生、演化、扩展、相互作用和贯通机制,揭示边坡整体失稳破坏模式,探讨岩质边坡渐进失稳破坏过程应力场和微震活动性空间演化基本规律,形成从细观损伤演化过程揭示宏观岩体结构破坏的研究方法。研究结果表明：断层F5,F2和煌斑岩脉X等软弱结构面是控制左岸边坡破坏模式的关键因素之一,RFPA3D离心加载法得到的边坡潜在滑移面及声发射与微震监测系统得到的岩石微破裂空间宏观演化趋势比较一致。     

边坡稳定的块体单元法分析

 边坡稳定是岩土工程中一个极其重要的问题。目前的边坡稳定分析方法都存在不同的缺陷, 有的方法太复杂, 有的方法过于简化。利用一种改进的刚体极限平衡法——块体单元法进行边坡稳定分析, 该方法兼有刚体极限平衡法和有限元法的优点, 既满足全部的平衡条件, 又在一定程度上考虑了材料的变形。算例表明, 该方法不失为一种合理而有效的边坡稳定分析法。     

Flac3d和Slide在边坡稳定性分析中的应用

滑坡是常见的一种地质灾害,采用一种有效实用的滑坡稳定性分析方法很有必要。本文采用有限元法和极限平衡法分别对场地边坡进行稳定行分析,通过对比分析得到,这两种方法得到的边坡安全系数大致一样(有限元法计算结果约小于极限平衡法结果),同时也说明该边坡采用锚索+土钉支护的可行性,为类似工程提供参考。     

岩土工程稳定性分析RFPA强度折减法

将强度折减法的基本原理引入到岩石破裂过程分析RFPA方法中，建立RFPA—SRM岩土工程稳定性强度折减分析方法。该方法以有限元方法作为应力分析工具，不仅满足静力平衡、应变相容，且充分考虑材料的细观非均匀特性，并秉承RFPA方法的破坏过程分析优势，能够反映岩土结构随强度劣化而呈现出渐进破坏诱致失稳的演化过程。以岩土工程中的边坡为例，阐述RFPA-SRM方法在边坡稳定性分析中的应用。利用RFPA—SRM方法进行边坡稳定性分析时，不需对滑动面做任何预先假定，对复杂地质地貌的边坡稳定性分析是实用的；同时以基元的破坏次数统计作为边坡的失稳判据，不仅可直观地得到坡体的滑移破坏面，还可求得安全系数，为边坡的稳定性研究提供一种新的便捷、有效方法。特别是RFPA-SRM对边坡破裂过程的模拟对于理解边坡的破坏形成机制具有重要意义，更有利于从边坡失稳的源头入手指导边坡防护设计。最后对RFPA-SRM方法在一连拱分叉隧道安全设计中的应用进行探讨，得到该隧道结构的安全系数及潜在破坏模式，表明RFPA-SRM方法同样适合其他岩土结构稳定分析。     

边坡稳定极限平衡分析中的优化问题

为更好地理解、归纳边坡极限平衡稳定分析的步骤和过程,将目前边坡稳定分析中常规的极限平衡条分法、基于潘家铮极大值原理的局部安全系数法以及边坡临界滑动场方法等三大类方法进行系统比较分析和归类,并对每类双重优化问题予以表述、算例分析验证等,对极限平衡方法在边坡稳定分析中的应用予以总结。研究结果表明,归纳的三类双重优化问题有助于极限平衡方法在边坡稳定分析中的进一步应用。     

考虑恒荷载作用效应的弹性补偿有限元法

通过对弹性补偿有限元法的改进,提出可考虑恒荷载和活荷载同时作用的结构塑性极限分析方法。该方法利用弹性补偿有限元法采用迭代法进行极限分析的特点,在活荷载比例加载逼近极限荷载的同时,保持恒荷载作用效应不变,得到考虑恒荷载作用效应的工程结构极限承载力。典型算例的对比分析和影响因素研究表明,算法分析结果是收敛的、准确的和稳定的。     

SPH方法与经典边坡稳定分析方法的对比研究

基于不同的理论基础或引入不同的条间力假定,当前岩土工程中主要发展了三种边坡稳定分析方法,即极限平衡法、强度折减法、极限分析上限法.为了探讨三种方法对不同边坡稳定问题的适用性,采用三个典型边坡算例,对三种传统边坡稳定分析方法所得安全系数和临界滑动面(滑动区域)与光滑粒子流体动力学方法(Smoothed Particle ...     

采用有限元法分析路堤边坡稳定问题

边坡稳定分析是经典力学最早试图解决而仍未圆满解决的课题之一,采用有限元法分析边坡稳定问题克服传统极限平衡方法中将土条假设为刚体的缺点,并可以考虑土体的弹塑性本构关系,以及能模拟边坡的失稳过程和滑移面的形状,已经得到越来越广泛的应用。本文的有关方法可为相关路基工程分析提供参考。     

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。     

应用ABAQUS程序进行渗流作用下边坡稳定分析

 为进行渗流作用下的边坡稳定性分析,需考虑渗流场与应力场之间的相互耦合作用。ABAQUS有限元程序具有良好的渗流和变形耦合分析功能,能将渗流场和应力场直接进行耦合,故采用ABAQUS有限元程序结合强度折减技术进行稳定渗流作用下边坡稳定分析,得到边坡整体稳定安全系数,且利用该程序强大的后处理功能,可揭示坡体内渗流浸润面和最危险滑动面的形状和位置,为验证该方法的可靠性,与基于传统极限平衡理论的瑞典条分法和简化的Bishop法进行对比分析。实例计算结果表明,基于ABAQUS的有限元强度折减法克服传统极限平衡法的缺点,计算结果更为合理可靠,是进行渗流作用下边坡稳定这一复杂问题分析的有效方法,可为工程实践提供参考依据。同时,就土体渗透性强弱对渗流浸润面位置及边坡稳定性的影响进行大量的分析和比较,并通过计算表明有限元模型边界的选取对渗流浸润面位置及边坡稳定性都会产生影响,因此有限元建模应合理地选取计算边界。     

同时考虑基本变量和极限状态模糊性的边坡模糊随机有限元可靠度分析

 基于边坡稳定有限元分析的滑面应力法,研究同时考虑基本变量模糊性和极限状态模糊性的边坡稳定模糊随机有限元可靠度分析方法。对于基本变量的模糊性,采用等价变换的方法将模糊变量等价变换为随机变量;对于极限状态的模糊性,基于概率积分法研究了模糊破坏概率及模糊随机可靠指标的求解方法。本方法既可求解边坡剖面上各有限单元的模糊随机可靠指标,亦可求解边坡整体最小可靠指标及临界滑面的位置;既可考虑基本变量的模糊性,又可考虑极限状态的模糊性,是常规的随机有限元可靠度分析方法的推广。当不考虑基本变量和极限状态的模糊性时,它即退化为随机有限元可靠度分析方法。     

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.     

梨园水电站下咱日堆积体稳定性分析

以梨园水电站坝前左岸分布的大规模下咱日堆积体为例,通过分析堆积体物质组成及堆积体与基岩接触面的物理力学特性,确定堆积体的边界条件,并初步判定其可能的变形及破坏模式。以此为基础,采用三维极限平衡方法对沿堆积体与基岩接触面的假设滑面及由二维极限平衡分析出的最危险滑弧拟合出的三维空间滑面进行了分析,确定了不同滑面的安全系数。根据有限元三维分析成果,基于位移梯度理论提出了堆积体三维滑面确定方法,分析方法能够搜索任意形式滑面,同时兼顾考虑堆积体的三维效应。分析表明各工况下堆积体稳定性均能满足要求,计算成果为工程设计提供了重要参考。     

利用有限元强度折减法分析岩质边坡的稳定性

基于有限元强度折减法,利用ANSYS有限元软件,对岩质边坡在地应力作用下进行了稳定性分析。选用D-P屈服准则,以边坡的位移计算不收敛及塑性区贯通作为边坡失稳判据,得到边坡的安全系数及破坏滑动面。通过与成熟的极限平衡法做比较,证明边坡稳定性安全系数是合理的,从而也说明强度折减法在岩质边坡稳定性分析中的优越性。     

边坡稳定性条分法和容重增加法的耦合分析

结合有限元方法或有限差分法和极限平衡法各自的优点详细分析边坡稳定性,提出了基于条分法和容重增加法耦合分析的基本原理及边坡安全系数的计算程序。利用有限元软件ANSYS和有限差分软件FLAC得出边坡最危险滑动面以及坡体内的应力和应变,然后,通过极限平衡条分理论求得边坡安全系数。算例表明耦合分析求得的边坡稳定安全系数与其它方法的计算结果相近,而且精确分析了强度指标c、φ对边坡稳定的影响,为边坡加固设计提供了依据。     

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。     

降雨对边坡稳定性影响研究综述

提出降雨对边坡稳定性影响研究的意义,指出降雨人渗是导致边坡失稳的主要诱发因素,从理论研究、现场试验和室内试验3方面综述了降雨入渗对边坡稳定性影响的研究现状.归纳和总结了饱和一非饱和理论和边坡稳定性分析方法、边坡稳定性变化规律及影响因素.其中,重点介绍了极限平衡法、极限分析法、有限元法等相关方法,并且指出了它们的优点和存在的相关问题,在此基础上综述了相关试验研究现状,并指出其中的不足.最后针对目前研究中所存在的问题就今后的发展方向提出了自己的看法.