复杂边坡稳定分析条分法的优化方法

一、前言 建立在极限平衡原理基础上的边坡稳定分析条分法是在工程实践中得到广泛应用的一种方法。最初的瑞典条分法的基本点之一,是假定最危险滑裂面是圆弧,但一般来讲,并非圆弧。尤其是边坡形状复杂、土质性质多变的边坡,其滑裂面远非圆弧,因此,几十年来,各国学者对此作了改进,提出了很多新的方法,如毕肖普法、经扬布普遍条分法、美国陆军师团法和摩根斯顿法等等。我国学者也在这方面做了许多     

岩质边坡抗滑稳定分析中的潘家铮分块极限平衡法

岩质边坡稳定分析中,潘家铮提出的分块极限平衡法属于上限解法。它与萨尔玛法等效,可以相互验证。文章对该法的一般公式进行了推导,并提出其应用中应注意的问题。     

节理岩体边坡稳定上限分析方法

运用Goodman节理单元和上限分析定理研究节理岩体边坡稳定情况。假设组成岩体的岩块和节理为理想刚塑性且满足Mohr-Coulomb屈服准则,采用Goodman节理单元建立了节理岩体边坡稳定的上限分析有限元格式。通过把外载或自重的载荷乘子作为目标函数,形成了带等式约束的非线性数学规划问题,采用一种无搜索直接迭代算法求解。数值计算结果表明单组节理岩体的节理方向对岩体边坡稳定影响明显。     

边坡稳定分析的三维极限平衡法及工程应用

对于具有复杂空间几何特征和地质构造的实际工程边坡,在进行稳定分析评价时,需对其进行三维分析。通过发展完善边坡稳定分析的三维极限平衡法程序CORE-lam3D,可模拟真实的坡面、地质界面、地下水位面、滑动面等复杂空间曲面,可采用3种三维极限平衡分析方法对潜在的滑动面及其可能多个滑动方向进行分析计算,可分析水荷载、地震荷载、加锚等因素作用的影响。通过对瀑布沟库首右岸拉裂变形体的稳定性进行研究,说明了CORE-lam3D的实用性和可靠性。     

基于上限分析的渣土边坡抗滑桩桩位优化研究

针对加固城市渣土堆填边坡的抗滑桩桩位优化问题,基于强度折减技术和极限分析上限法,采用遗传算法结合非线性规划SQP算法,提出了渣土边坡抗滑桩桩位优化方法。深圳市某渣土堆填边坡抗滑桩桩位优化分析结果表明:给定安全系数下,抗滑桩桩位对抗滑桩需提供的抗滑力、滑裂面以上桩长和最可能滑裂面都有显著影响;暴雨工况下的抗滑力、滑裂面以上桩长和最可能滑裂面范围均大于自然工况下的。考虑局部失稳问题,综合确定天然工况和暴雨工况下加固案例边坡抗滑桩最优桩位分别位于为桩位系数ε=0.3和ε=0.6附近。研究结果可为渣土边坡抗滑桩桩位优化设计提供技术指导和理论支撑。     

三维极限分析方法在恰甫其海水利工程边坡稳定分析中的应用

恰甫其海水利枢纽工程左岸发育一规模较大的F78断层，左坝肩施工开挖时该断层将大范围出露，由此产生施工期和蓄水后左岸山体的稳定性问题，并对工程安全带来威胁。本文采用边坡稳定三维极限(上限)分析方法，对左岸山体在施工期和运行期的三维抗滑稳定性进行分析研究。分析表明，左岸山体施工期和运行期的稳定性较好，但降雨入渗对左岸山体的稳定性影响较大，应考虑适当的排水措施。     

基于水平条分与斜条分相结合的边坡稳定性解析计算

由于传统水平条分法并不能考虑边坡滑动面经过坡角这一情况,在边坡稳定性分析时,所计算 的安全系数常常偏小。考虑一般的边坡潜在圆弧滑动面,采用拟静力法对地震作用下的边坡稳定性进 行分析,将水平条分与斜条分结合起来分析了地震作用下土条的受力情况,考虑水平和竖向地震效应的 影响,引入竖向中心角,建立了边坡安全系数关于竖向中心角的解析表达式。采用ＭＡＴＬＡＢ中Ｆｍｉｎｃｏｎ 函数（序列二次优化方法）对安全系数目标函数进行优化求解,通过算例验证了其方法和优化程序的正 确性。分析了水平地震效应影响系数ｋｈ、竖向地震效应影响系数ｋｖ及比例系数ξ 对边坡稳定性影响, 结果表明:安全系数Ｆｓ随着ｋｈ的增大而减小;随着比例系数ξ 的减小、水平地震效应系数ｋｈ的增大, 边坡潜在滑动面逐渐变深,边坡失稳的范围越来越大,且分别随着ｋｈ的增大、ξ 的减小,这种趋势越明 显。     

边坡稳定有限元强度折减法与极限平衡法对比

通过算例对有限元强度折减法和极限平衡法在边坡稳定性分析中的性能进行了比较,结果表明:有限元计算网格尺寸可选取最大计算长度的3%～5%;极限平衡法较有限元强度折减法计算耗时少;极限平衡法计算结果均落在有限元强度折减法所得贯通塑性区之内,简布法所得滑动面较之Spencer法的结果偏下。     

基于二阶锥规划的边坡稳定上限有限元分析

边坡稳定上限极限分析通常采用三节点三角形单元,并对屈服准则线性化,因而其计算精度较低。针对此问题,基于六节点三角形单元和二阶锥规划,假设材料严格满足Mohr-Coulomb屈服准则并考虑孔隙水压力与地震荷载的作用,发展了一种应用于边坡稳定性分析的上限有限元法,扩大了上限极限分析的应用范围。根据上限定理,在满足屈服条件、流动法则、功能平衡以及相应的边界条件的基础上,将边坡稳定的上限分析形成二阶锥规划数学模型,并用先进的内点法进行求解。通过2个算例的计算分析,并与已有计算方法进行对比,验证了本文方法的正确性与可行性,并表明该方法的计算结果并不明显依赖于有限元网格的密度,且材料内摩擦角较大时,仍具有较高的计算精度。     

基坑稳定性的塑性极限分析上限法研究

基坑稳定性验算是基坑支护设计中的一项重要内容,将极限分析上限理论、有限元离散思想和数学规划方法结合起来研究基坑的稳定性。首先将基坑土体用三角形有限单元离散,然后根据上限定理构建同时满足公共边速度不连续条件、单元塑性流动约束条件和单元速度边界条件的机动许可速度场,并由内、外功率相等条件建立目标函数,构建基坑稳定性分析的上限法数学规划模型,通过对模型的优化求解,得到基坑整体稳定性分析的极限荷载(或安全系数)上限解及相应的破坏机构,最后分析了土体抗剪参数、支护结构嵌固深度及基坑开挖深度等因素对基坑整体稳定性的影响规律。     

植被根系作用下边坡稳定安全系数上限解及应用研究

以植被作用下开挖边坡为工程背景,采用塑性极限分析及强度折减法,结合植物根形态特征函数,推导了植被作用下开挖边坡的稳定安全系数的上限显式解。定量研究了植被作用下边坡开挖参数及植被形态参数对开挖边坡稳定性的影响以及同等条件下的无植被作用开挖边坡安全稳定系数。研究结果表明:(1)增加开挖距离,开挖边坡周围植被对边坡的稳定影响逐渐减弱,但增加开挖角,其影响却基本不变;(2)增加植被根径延伸长度与抗拉强度,边坡稳定性均有明显增加,但增加植物自重,边坡稳定系数变化不明显。     

加速遗传算法在边坡抗震稳定性分析中的应用

根据加速遗传算法的思想和拟静力瑞典法基于圆弧滑动面的假定，提出一种用加速遗传算法搜索最危险滑动面及其对应的最小安全系数的方法。该方法是一种改进的遗传算法，在简单遗传算法基础上，增加加速循环步骤，用第一次和第二次进化迭代产生的优秀个体的多化空间作为变量新的初始变化区间，再进入遗传算法步骤重新运行计算。它不仅能克服传统方法容易陷入局部极小值的缺点，而且较SGA(简单遗传算法)算法有更高的搜索效率，计算时间短，搜索的解更优，是一种全局化算法。通过一个工程实例对其进行了验证。     

有限元强度折减系数法计算土坡稳定安全系数的精度研究

有限元强度折减系数法在边坡稳定分析中的应用正逐渐受到人们的重视。本文较为全面地分析了土体屈服准则的种类、有限元法自身计算精度以及H（坡高）、β（坡角）、C（粘聚力）、Φ（磨擦角）对折减系数法计算精度的影响，并给出了提高计算精度的具体措施。通过对106个算例的比较分析，表明折减系数法所得稳定安全系数比简化 Bishop 法平均高出约5.7%，且离散度极小，这不仅验证了文中所提措施的有效性，也说明了将折减系数法用于分析土质边坡稳定问题是可行的。     

边坡稳定性分析的Sarma模式及其可靠度计算方法

推导了边坡Sarma力学模式稳定性分析的有关公式，揭示了其稳定性系数是隐式函数的特点，研究了该隐式稳定性系数的迭代计算方法。针对Sarma模式和经典响应面法的特点，将响应面中的有限元数值模拟以Sarma模式中隐含稳定性系数的迭代方法代替，而隐含稳定性系数迭代计算过程中随机变量的抽样则遵从响应面中的规则，将传统的响应面思路与Sarma模式结合起来，形成了一种新的边坡稳定可靠性响应面分析方法。最后采用此方法分析了某一边坡工程的稳定可靠性，并把分析过程与结果与蒙特卡洛模拟法计算结果进行对照，表明该方法计算效率较高，原理简单，精度满足要求。     

条分法与有限元法相结合分析渗流作用下的基坑边坡稳定性

本文提出用条分法与有限元法相结合分析边坡的稳定性，详细介绍了这两种方法相结合所依据的原理和具体实现过程，对一简单基坑进行了计算分析，并与常用的简化方法进行对比。结果说明，条分法与有限单元法结合验算基坑边坡稳定性不仅可利用长期工程实践的经验，而且能适应边界条件较为复杂的渗流场计算。     

考虑偏压作用的基坑抗隆起稳定性上限分析

为了研究偏压荷载对抗隆起稳定性的影响,提出了一种考虑偏压作用的基坑抗隆起稳定性计算方法,将墙后土体沉降变形近似简化为余弦曲线,从而在研究偏压作用对基坑抗隆起稳定性影响时可计入偏压荷载范围和坑边距等因素,同时在极限上限分析法的公式推导中考虑了土体各向异性对基坑抗隆起稳定性的影响。将该方法与HASHASH和WHITTLE提出的波士顿蓝黏土深基坑开挖有限元模型进行对比,通过数值算例研究了挡墙入土深度、基坑深度、土体各向异性、最下一道支撑到坑底距离及偏压荷载等因素对抗隆起安全系数的影响。研究表明:基坑抗隆起稳定性系数随着土体各向异性比的增加而增加,随着最下一道支撑到坑底距离增加而增大,发现偏压作用距离坑边在2倍基坑深度之内对抗隆起安全系数影响较大。最后结合案例分析验证了该方法的有效性。