有限元稳定分析法在确定土体结构极限承载力中的应用

本文引入有限元稳定分析法来求解土体结构的极限承载力。在有限元应力应变分析的基础上，通过搜索临界滑动面并增大外荷载使临界滑动面安全系数为1.0来确定极限承载力，并指出由此得到的极限承载力是土体结构沿临界滑动面整体达到极限平衡时的真正承载力。算例表明此法可行，同时将该方法推广到求解边坡极限承载力和地基承载力。文中还研究了边坡极限承载力同自重和坡角的关系。与各传统地基承载力公式比较发现，在土体内摩擦角比较大时，经验公式均低估了地基承载力。最后分析了计算参数变化对地基承载力的影响。     

土钉支护设计计算程序开发及应用

综合考虑土钉侧压力、土钉设计内力、土钉抗拔力及土钉墙稳定性等多方面因素,基于VB2005开发了土钉支护设计计算程序。对于土钉墙稳定性计算,分别评判原始边坡稳定性及支护后边坡稳定性,土钉抗拔力分布与所分土条数无关,考虑钉土相互作用后,最危险圆弧滑动面将有所变化,程序实现了支护后最危险圆弧滑动面的动态搜索。工程应用表明:程序涵盖了全面的土钉支护设计计算内容,计算完成的同时即可绘制图形,形象直观,操作简便,可应用于基坑和边坡工程。     

岩石边坡侧压力计算模式

岩石边坡侧压力与挡土墙后岩石的产状、结构面物理性质、局部填土等因素有关,探讨了无外倾结构面稳定岩石边坡、外倾结构面岩石边坡、折线滑动岩石边坡等情况下侧压力的计算方法和适用条件,对墙后有限范围填土,推导出了适合库仑条件的临界破裂角公式,建立了有限填土土压力计算模式.     

基于临界滑动场理论的抗滑桩加固边坡稳定分析

临界滑动场理论已在边坡稳定、土压力理论、地基承载力等方面得到了应用和发展,但少见在抗滑桩加固边坡方面的应用研究。基于余推力法边坡滑动场理论,从理论基础、计算方法、算例验证3方面对抗滑桩加固边坡的临界滑动场方法进行了系统的分析研究,包括边坡土体的离散方法、复合土体抗剪参数的确定、临界滑动场的搜索、状态点危险滑动方向、最大剩余推力的确定以及最小安全系数的计算。采用经典算例对所提出的方法进行了验证,结果表明,基于临界滑动场理论的抗滑桩加固边坡计算方法是合理的。     

大型输水渠道膨胀土(岩)渠段边坡稳定分析

膨胀土(岩)工程特性特殊,易造成边坡失稳、滑塌,因此对膨胀土(岩)渠坡的稳定性进行分析尤为重要。针对膨胀土(岩)渠段不同的破坏模式提出了相应的边坡稳定分析方法,并给出了边坡稳定分析时参数取值的经验方法:对于有明显裂隙面的裂隙强度控制下的渠坡滑动采用极限平衡法中的摩根斯坦-普拉斯法(Morgenstein-Price Method)进行计算(滑裂面为裂隙结构面),对于无明显裂隙面的渠坡采用极限平衡法中的毕肖普法(Bishop)进行计算(搜索最危险滑动面)。以南水北调中线工程干渠某膨胀土(岩)渠段为例进行渠坡稳定分析,指出:对于南水北调中线工程土体参数,弱膨胀土黏聚力取峰值强度,中、强膨胀土(岩)体强度采用分带选取原则,在大气影响带(0～2.5 m)范围内取残余强度,在过渡带(2.5～4.5 m)范围内黏聚力按峰值强度的0.5～0.7倍取值、内摩擦角按峰值强度对应内摩撑角的0.7～0.8倍取值,4.5 m以下非影响带黏聚力取峰值强度。     

土钉加固边坡稳定性分析的等效参数提高方法

基于Mohr-Coulomb准则,通过等效提高岩土体抗剪强度参数的方法来体现土钉对边坡的加固作用,明确了土钉加固参数和土体力学参数之间的关系。通过对土钉长度、角度以及间距进行敏感性分析发现,土钉间距、长度对边坡稳定性有较大影响,而钻孔角度的影响不明显。最后将该方法应用于鲜水河水电站边坡治理工程的稳定性分析,并与等效集中力法进行对比,计算结果表明:等效参数提高法与经典的集中力法计算得到边坡最危险滑动面位置及安全系数比较接近,验证了等效参数提高法的合理性;等效参数提高法考虑了土钉对边坡岩土体抗剪强度参数的影响,计算简便且收敛性好,具有较高的工程应用价值。更多还原     

考虑裂隙分布及强度的膨胀土边坡稳定性分析

为完善现有膨胀土边坡稳定分析方法中概化处理土体结构,特别是裂隙面、软弱夹层等因素的局限,将边坡视为均质土层、裂隙充填薄层及张拉裂隙的组合,将现场勘测得到的典型控制性裂隙的空间信息(高程、倾角、厚度、长度)纳入模型,同时考虑裂隙面夹层的强度参数,建立膨胀土裂隙边坡地质模型。基于Slide程序中能够满足条块间作用力与力矩平衡,并且适合于折线滑动面的边坡稳定分析的Janbu、Spencer和Morgenstern方法,以南水北调中线工程典型滑坡为稳定性分析算例,分析含裂隙膨胀土边坡的稳定性及其特征。结果表明,边坡地质模型与真实边坡的吻合度越高,其稳定性亦越接近。在考虑了地表垂直裂隙、地下水及坡脚缓倾裂隙后,边坡的安全系数显著降低,并产生了由坡顶的垂直裂隙与从此裂隙底部开始发展、剪出口在坡脚的滑面组合而成的折线型滑动面,该滑动面型式与现场典型滑坡破坏特征基本一致。     

基于突变理论的边坡安全系数自动搜索方法及应用分析

为解决搜寻强度折减系数与边坡位移关系曲线突变点数值计算量大、主观性较强等问题,基于尖点突变理论,提出边坡安全系数自动搜索方法,以Fortran语言和FLAC 3D数值计算软件为平台,开发了适用于自动搜索边坡安全系数的计算程序。将该方法应用于边坡实例的稳定性研究,讨论了各种评判标准所得安全系数的大小差别,并与极限平衡法计算的安全系数进行对比分析。结果表明:自动搜索边坡安全系数的计算程序能快速定量找到边坡临界稳定的突变点,提高了边坡稳定性分析的准确性和计算工作效率;计算结果与边坡规范推荐的极限平衡法所得的结果对比误差较小,并且对于未知滑动面边坡,极限平衡法得出的滑动面位置与该方法所得安全系数下对应的塑性区贯通区域基本一致。文中方法为边坡稳定性评价提供了有益借鉴。     

基于强度折减法的二元结构边坡潜在滑动面位置分析

边坡工程中,潜在滑动面位置与边坡支护、治理措施密切相关。为确定二元结构边坡潜在滑动面位置变化规律及影响因素,基于强度折减法重点研究了二元结构边坡底面与土层交界面相对位置、土层黏聚力c和内摩擦角φ的相对大小对边坡滑动面位置的影响。研究结果表明:当二元结构土体黏聚力c1、c2一定时,两层土体内摩擦角比值φ2/φ1存在临界值k,即当内摩擦角比值逐渐增大且超过该临界值时,二元结构边坡滑动面将由同时通过上下两层土体转变为仅通过上层土体;同时,内摩擦角临界值k随土体黏聚力比值c2/c1的增大而减小,说明二元地基两层土体抗剪强度比值大小能够改变潜在滑动面位置,对边坡稳定性产生较大影响。更多还原     

毛竹复合土钉墙水平位移影响因素数值分析研究

针对软土基坑毛竹复合土钉墙支护对变形预测和控制等方面研究的不足,采用考虑毛竹土钉和毛竹排桩与土体的相互作用以及土体加、卸载条件下变形模量不同的有限元法,建立某基坑支护设计剖面的平面应变有限元模型。计算并分析了毛竹复合土钉墙支护结构的变形规律,并对影响坡面水平位移的因素,即毛竹土钉的倾角、长度、间距、布置形式,毛竹排桩的长度、数量,土体参数以及开挖的坡度进行了详细的定性分析与定量评价,其结论可以为进一步认识毛竹复合土钉墙支护结构的作用机理提供依据,同时可为设计施工提供参考。更多还原     

成层土质边坡稳定性极限曲线法

滑移线场理论在非均质边坡稳定性分析中的单独应用还未见相关报道,提出了基于该理论以土坡变形情况评价成层土坡稳定性的极限曲线法。该法是求有重边坡极限荷载的逆过程,是强度折减法的对偶过程。以极限稳定状态下坡面曲线与原坡面线相交为变形破坏准则,定义了安全度(DOS)和破坏度(DOF)2个稳定性评价指标。将均质土体的特征线法方程组拓展为成层土体情形,原方程组为其特例;依据将土层分界面看成特殊应力间断面的观点,研究了滑移线在土层分界面发生折射的条件与公式。相对于传统方法,该法不必假定和搜索滑裂面。7个成层土坡实例计算结果证明了变形破坏准则的正确性,DOS,DOF与安全系数的评价结论一致,表明该法对成层土坡具有一定适用性。     

煤系土浅层滑坡的影响因素敏感性分析

基于弹塑性接触有限元强度折减法研究了影响煤系土浅层滑坡主要因素的敏感性,计算表明煤系土浅层滑坡稳定性的敏感性从大到小依次为边坡坡度、滑动面岩土体的黏聚力、滑动面岩土体内摩擦角、风化厚度、坡高,而岩土体的弹性模量和泊松比对煤系土浅层滑坡稳定性影响不显著。研究成果为煤系土堑坡设计、施工和处治提供了理论依据,具有一定的实际意...     

确定概率临界滑面的简化方法

在对边坡进行可靠度分析时,通常选择强度参数均值对应的确定性临界滑面或最小可靠度指标对应的概率临界滑面作为计算滑面,前者为确定性滑面上的可靠度指标,并非最小可靠度指标,后者作为边坡体系可靠度的近似,更接近于边坡的实际破坏概率。Hassan和Wolff提出的概率临界滑面计算方法,基于强度参数的特定组合,进行几次稳定性计算确定最小可靠度指标对应滑面,简便易行,无需专用的可靠度分析软件。为证明该方法的有效性,将其运用到简单均质土坡与非均质土坡算例中,并将工程中常用的正交设计运用到可靠度计算中,进行对比分析。结果显示:2个算例均表明最小可靠度指标对应的滑面与参数组合中最小安全系数对应的滑面相一致。因此,在工程应用中,可以采用该方法确定最小可靠度指标对应滑面。     

土坡稳定分析中模拟任意滑动面的新策略及其效率分析

土坡稳定分析中的临界滑动面搜索需要以有效地模拟滑动面策略为前提.本文基于对常用策略的分析,提出了几种新策略以模拟任意滑动面,并利用和声搜索算法和Spencer法联合进行土坡稳定分析,将新策略以及常用策略应用于4个土坡的临界滑动面搜索中,比较了采用不同策略的搜索效率.计算结果表明:对于简单的均质土坡,不同策略的效率相差不大;而对于复杂土坡,应用本文提出的新策略则比应用常用策略的效率高,且该策略适用于含规则、不规则软弱夹层土坡的计算.     

滑移线积分变换在土坡稳定性中的应用

根据边坡变形潜在滑体势能变换的特点,用 Bishop 法、耗散能法和有限单元法分别对双层和 3 层土质边坡进行了稳定性分析。首先通过对边坡滑移线积分公式的转化和推导,建立了以势能耗散能量表示的改进极限平衡法求解安全系数的计算式。结合平面应变两类型边坡算例分析,并利用 VC ＋＋程序语言编制简易的安全系数和滑移线方程的求解程序,对双层和 3 层土质边坡稳定性进行计算分析。计算结果显示：耗散能法得到的潜在滑移线解析式满足指数方程,且在层面附近间断; Bishop 法得到的潜在滑移线经过坡脚,其解析式满足圆方程;耗散能法所得安全系数介于 Bishop 法和有限元法之间,为研究边坡稳定性和工程加固的合理范围提供了借鉴,这对极限平衡法求解边坡稳定性也是一种有益的补充。     

一种基于滑动带的土坡稳定分析方法研究

实际土坡发生失稳破坏时通常沿滑动带(剪切带)进行,而目前进行土坡稳定分析的方法几乎均仅考虑滑动面,这与实际有一定差别。为更符合滑坡的实际特点,提出了一种基于滑动带的土坡稳定分析新方法。该方法以黏性土坡为研究对象,基于土坡稳定分析的极限平衡条分法,认为土体沿滑动带发生的失稳破坏是以最危险滑动面为基础,多个非最危险滑动面共同作用的结果,通过模拟滑动带并筛选满足特定要求的滑动面,对其安全系数进行加权处理,计算最终安全系数。通过几个算例对新方法进行了验证,研究表明:新方法的计算结果较基于滑动面的Morgenstern-Price法结果、基于滑动面的Bishop法结果及有限元法结果偏小,偏于保守,新方法有一定合理性,可为以后的研究提供参考。     

土质边坡归一化变形量失稳判据研究

为建立土质边坡失稳的微观机理和宏观位移之间的关系,应用有限元强度折减法,分析了失稳过程中土质边坡土体单元应力状态和整体稳定性的联系,定义了边坡渐进破坏时潜在滑动面上土体单元的应力差;分别采用塑性应变区贯通、特征点位移突变、应力差等不同失稳判据对均质土坡的稳定性进行判断分析,验证了不同边坡失稳判据间的一致性与统一性。通过单因素敏感性分析方法,分析了边坡几何参数(坡高、坡比)与物理力学参数(弹性模量、重度、黏聚力、内摩擦角和泊松比等)对极限状态下边坡坡顶水平位移的影响;结合归一化变量的变异系数法,构建了以变形量为基础,同时考虑几何因素与物理因素的土质边坡归一化失稳判据,提出了边坡稳定性的评价方法。     

剪胀角对分层边坡稳定性的影响

利用有限元软件ABAQUS,采用强度折减法,对不同层数、不同材料、不同高度的分层边坡剪胀角进行折减,分析了剪胀角对分层边坡稳定性的影响。结果表明,对分层边坡,任意土层的剪胀角进行折减时,安全系数Fs随着剪胀角的增加而增大,增大的幅度逐渐减小,其变化规律不受土层材料、高度、层数的影响。与边坡整体的剪胀性相比,单层土的剪胀性对Fs的影响要小,且边坡上层土层的剪胀性对边坡稳定性的影响较大。随着剪胀角的增大,边坡位移趋势越加明显,且塑性区的范围逐渐扩大,滑弧半径增大,安全系数随之增大。在实际工程中,宜对分层边坡整体的剪胀角进行折减并慎重取值。     

非线性条件下加筋土边坡上限法的研究

大量的工程实践证明,岩土材料的屈服条件呈现非线性,且越是高地应力地区这种趋势越明显,但目前基于非线性的加筋土边坡稳定性分析的研究还较少。采用非线性摩尔-库伦屈服条件,以极限分析上限法为基础,研究边坡稳定性问题。引入新的强度参数c_t和φ_t,以对数螺旋线为破裂面对非加筋土和加筋土进行研究,推导了非加筋土坡稳定性系数N_s、安全系数F、非加筋土极限坡高H₁和加筋土坡极限坡高H₂的计算公式。在算例中采用MatLab程序进行计算,得出了较好的结果。总结了非线性参数m对抗剪强度指标参数c_t和φ_t的影响,即随着m值的增加,φ_t值逐渐减小,而c_t的值则先增大后减小;同时也得出了当其他条件不变时坡角β越大,边坡的极限坡高H越小的结果。