岩石边坡楔体稳定计算方法及编程实现

分析了岩石边坡中由坡面、坡顶面和两个滑动面组成的楔体在自重、水压力、地震作用、锚固力等荷载作用下，沿两结构面交线向坡外滑动时，楔体抗滑稳定安全系数的解析计算方法和编程实现，并进一步分析了楔体顶面被张裂缝切割的情况。     

基于动力强度折减法的地震边坡稳定性分析

目前关于动力作用下边坡稳定性的分析方法仍存在一些不足之处,如动力问题按静力处理、未充分考虑加载地震波的动力效应、仅考虑剪切破坏、未考虑边坡滑动面形成的渐进破坏过程等。鉴于此,本文同时考虑坡体拉剪强度参数的折减及边坡渐进破坏的过程,结合动力有限元强度折减法原理及边坡动力失稳判据,从监测点位移及加速度突变、计算数值收敛性及拉剪破坏面贯通情况3个方面,确定边坡的动力稳定安全系数及拉剪破坏面。结果表明:动力有限元强度折减法能够定量有效地进行地震作用下岩质边坡稳定性评价,并充分反映了边坡渐进破坏过程,其结果可为地震作用下岩质边坡的抗震设计及动力稳定性分析提供参考。     

降雨入渗条件下边坡的稳定性分析

把降雨入渗条件下的边坡稳定性问题转化为图论中的最短路问题,基于饱和-非饱和渗流有限元计算得到的应力场和渗流场来计算边坡的最危险滑动面及其安全系数,在降雨入渗过程中,考虑基质吸力对滑动面抗剪强度的影响,采用修改的Mohr-Coulomb破坏准则来计算非饱和边坡的抗剪强度。降雨入渗过程及其对边坡力学行为的影响采用一个二维的有限元渗流-应力耦合程序进行分析,研究降雨入渗过程对边坡的孔隙水压力、位移以及安全系数的影响,计算结果表明,在降雨入渗过程中,边坡的安全系数在不断减小,降雨停止之后,边坡的安全系数还会持续减小一段时间,随着排水的不断进行,边坡的安全系数又会逐渐增大。     

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。     

重度增加法确定边坡潜在滑动面

边坡稳定性分析的关键是如何确定最危险滑动面.传统的方法是根据经验,人为地确定最危险滑动面,而有限单元法无需事先假定滑动面的位置和形式.边坡的破坏往往伴随着很大的位移和塑性应变,因此,采用传统的小变形有限元方法计算无疑误差较大.在平面应变条件下,基于弹塑性大变形理论,用力控制方法来控制其收敛性,用有限元重度增加法对一均质边坡稳定性进行了有限元分析,通过土体的变形位移场来确定边坡潜在滑动面.再用刚体极限平衡法来计算其潜在滑动面上的安全系数,并将计算结果与传统的极限平衡法的计算结果比较,发现如果采用合适的土体本构模型,潜在滑动面上的安全系数与传统方法计算结果比较接近.     

基于强度折减法的分步施工边坡稳定性分析

工程上常采用极限平衡法分析边坡的安全稳定性,但由于极限平衡法的局限性,使得计算结果 只能反映边坡安全系数的大小,不能确定边坡在施工各个阶段的变形稳定情况,因此以永宁高速公路边 坡为研究对象,通过ＰＬＡＸＩＳ有限元强度折减法对边坡施工过程中可能产生的变形、位移进行模拟分析, 得到分步施工状况下,施工各阶段边坡的变形图以及整体的安全系数,并将结果与极限平衡法计算结果 进行对比分析。结果表明:边坡的安全系数随着坡体的逐级开挖会不断降低,需及时进行支护加固,强 度折减法所确定的边坡最终滑动面形状与极限平衡法计算结果较为一致,且安全系数差值仅为3％,从 而也验证了强度折减法对于分步施工边坡安全稳定性分析的适用性与正确性。     

边坡临界滑动面搜索的奖惩蚁群算法研究

边坡滑动面搜索是边坡稳定计算中一项关键的问题，其实质为安全系数最小的滑动路径的搜索问题，采用路径搜索算法蚁群算法是目前研究的热点。为了克服传统蚁群算法效率低、效果差的缺点，通过引入奖惩策略，加快较优路径和普通路径上信息素的差异，分化各条路径上的信息素，从而提出了一种奖惩蚁群算法。通过把边坡滑动面搜索问题的离散模型化，采用奖惩蚁群算法解决滑动面搜索问题，提出了一种临界滑动面搜索的新方法。通过一个简单边坡和复杂边坡的典型算例计算及一个大坝边坡的工程的应用实例应用，验证了新滑动面搜索算法的有效性及其高效性。结果表明，无论是对简单边坡还是复杂边坡，本文算法都可以能以更快的速度搜索得到效果更好的临界滑动面，且工程应用效果良好。     

考虑暂态饱和区的边坡稳定性极限平衡分析方法

降雨入渗导致边坡表层出现暂态饱和区并形成暂态水压力。为了研究暂态水压力对边坡稳定性的影响,通过文献研究,总结归纳了边坡暂态饱和区存在形态类型及暂态水压力分布特点,并定义了暂态水压力分布比例系数。基于费伦纽斯条分法,改进了条分假定,提出了考虑条块侧向已知水荷载影响的安全系数计算方法,推导了边坡潜在滑动面位于暂态饱和区与非饱和区两种情形下的安全系数计算公式,编写并验证了可以考虑暂态水压力影响的边坡稳定性分析程序,并进行算例分析。研究表明:边坡安全系数随暂态饱和区厚度的增大而减小,超过一定深度后安全系数将基本维持不变;暂态饱和区厚度相同条件下,暂态水压力分布系数越大边坡安全系数越小;随着暂态饱和区厚度增加,边坡最不利潜在滑动面位置深度呈现减小→增加→减小→增加的变化规律;由于忽略了条间荷载影响,传统费伦纽斯条分法安全系数计算值偏大。     

复杂地基上重力坝深层抗滑稳定分析

对于地基中含有多条软弱带、裂隙等可能构成多种组合滑动形式的重力坝深层抗滑稳定问题,由于滑动面不明确,无法采用传统的刚体极限平衡法进行分析.强度折减法无需假设滑裂面,根据特征点位移突变以及塑性区贯通等判断准则可确定整体稳定性.采用强度折减法,分析了某重力坝加固前后在正常荷载组合及地震工况下的深层抗滑稳定安全系数.计算结果表明,各种工况下坝基抗滑稳定安全系数均满足要求;设置齿槽加固后安全系数得到提高.     

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。     

ABAQUS强度折减法在边坡稳定分析中的应用

强度折减有限元法是将强度折减理论与强塑性有限元法相结合的一种边坡稳定分析方法。将强度折减法与有限元软件ABAQUS相结合,提出以塑性区贯通及塑性应变、位移的突变作为边坡失稳的评价依据,为准确判定边坡的滑动面及相应的安全系数提供了可靠依据。该方法相对于传统的极限平衡法来说在理论上更完备计算上更精确,特别是对于复杂条件下的边坡稳定性分析更具有独特的优势。     

考虑卸荷带和岩体软化特性的某桥址边坡稳定性研究

为了综合分析卸荷带以及凝灰岩泥化夹层对某桥址边坡稳定性的影响,通过不同岩体强度加权计算得到凝灰岩及其泥化带综合强度,结合现场勘察结果,对凝灰岩及其泥化夹层的分布取上限值、平均值和下限值并确定了卸荷带岩体强度参数。在对岩质边坡破坏模式分析的基础上计算了自然工况、地震工况、桥基荷载作用工况、桥基荷载和地震荷载共同作用工况四种不同条件下桥基所在典型边坡的稳定性状况。结果表明:自然工况和地震工况下,桥址边坡最危险滑面的剪入位置为前缘卸荷带,桥基荷载作用下边坡滑面剪入口移至中缘桥基所在位置;桥基荷载作用工况相较于自然状况,桥基处坡体稳定性降幅最大达到23％,最小安全系数为1．526,大于工程边坡稳定性规定的1．350,综合判断该桥址边坡稳定。     

多种因素作用下非饱和黄土边坡稳定性分析

通过拟静力法和Mogernstern-Price法结合计算地震工况下边坡的安全系数。考虑非饱和土基质吸力和渗透系数函数,运用SEEP/W模块计算降雨入渗时土体的孔隙水压力变化,并耦合SLOPE/W模块进行降雨工况和降雨地震耦合工况下的安全系数的计算。分析结果表明黄土边坡安全系数对水平地震荷载和坡度的变化更加敏感。降雨入渗条件下边坡的稳定性系数随降雨强度的增大先减小后缓慢增加。对归一化的曲线图进行分析可以发现,降雨量相同情况下水平地震荷载在0 g~0.3 g,坡度在15°~45°,拟静力法分析结果安全系数对坡度和地震的敏感性十分接近,且随坡度和水平地震荷载的变化趋势相同。     

强度折减有限元法分析边坡失稳判据讨论

对同一算例边坡,分别采用有限元计算不收敛判据、等效塑性应变或塑性区贯通判据、及特征部位位移(或位移增量)与折减系数关系曲线发生突变判据来确定边坡的整体稳定安全系数,提出在对土体抗剪强度指标进行折减的同时,若同步调整其弹性模量和泊松比,就可以使上述几种失稳判据计算的安全系数基本相一致.将算例边坡在外接圆屈服准则下的安全系数转换成莫尔-库伦等面积圆屈服准则下的安全系数,并与Spencer极限平衡法的安全系数和滑动面相比较,证明了文章提出方法的正确性.最后分析了泊松比和弹性模量对上述3种失稳判据给出安全系数的影响.     

乌江银盘水电站左坝肩顺层边坡开挖稳定性分析

对重庆乌江银盘水电站左岸上游边坡进行了局部稳定性和平面滑动稳定性分析.采用赤平投影法分析了楔形体滑动稳定性.在对左坝肩顺层边坡进行局部滑动稳定性分析和平面滑动极限平衡分析的基础上,采用块体离散元对该边坡进行模拟,分别计算了开挖后下部破碎带临空与不临空两种情况的安全系数,分析了应力和位移特性,并计算得到了开挖可能造成的最终滑动破坏情况.     

基于拓扑优化方法的开挖边坡设计

提出了应用拓扑优化方法设计边坡的方法,并运用基于刚度的拓扑优化方法对一开挖边坡进行优化设计,分析了边坡优化过程中材料密度的变化以及应变能随优化区体积的变化规律,对比分析了边坡拓扑优化设计前后的应变能与水平位移。通过强度折减法计算分析了传统开挖边坡设计与拓扑优化设计边坡的稳定性。边坡拓扑优化设计沿原坡面进行删减单元,未出现空洞现象。优化后的坡体趋于三角形,应变能最大值减小,横向位移分布较为均匀,可以认为使用拓扑优化方法对开挖边坡进行优化是可行的。在坡顶荷载作用下,边坡坡比随高程而变,且上部坡比较小。拓扑优化设计的边坡在开挖区域内以及整个设计土坡的安全系数与在开挖同样体积下传统边坡设计的安全系数相差较小,拓扑优化设计的开挖边坡滑弧较不明显,并且拓扑优化方法在边坡设计时较好地考虑了边坡的土体材料特性及边坡的应变能。     

土质边坡动力稳定数值分析方法评述

回顾并分析了拟静力法、Newmark滑块法和有限元法这三种常用的土质边坡地震作用下稳定分析方法,认为一种合理的边坡地震稳定分析方法应该考虑多方面的因素,包括边坡土体动本构模型、孔隙介质波动理论、边坡地震动输入方式和边坡地震稳定性评价指标选择等方面。在探讨以上四个方面的研究现状及进展的基础上提出了基于静、动力有限元分析的边坡抗震稳定安全度评价方法。此方法可以求得边坡滑动特征点的动位移时程曲线、永久位移和动安全系数,并可综合此结果来判断边坡地震作用下的稳定性。     

边坡临界滑动面搜索的奖惩蚁群算法研究

边坡滑动面搜索是边坡稳定计算中一项关键的问题,其实质为安全系数最小滑动路径的搜索问题,本文对采用路径搜索的蚁群算法引入奖惩策略,加大较优路径和普通路径上信息素的差异,分化各条路径上的信息素,以克服其收敛速度慢、早熟收敛的缺点。通过把边坡滑动面搜索模型离散化,采用奖惩蚁群算法解决滑动面搜索问题,提出了一种临界滑动面搜索的新方法。最后对一个简单边坡和复杂边坡的典型算例及一个大坝边坡工程的应用实例进行了计算,验证了新算法的有效性及其高效性。结果表明,无论是对简单边坡还是复杂边坡,本文算法都能以更快的速度搜索到结果更好的临界滑动面,工程应用效果良好。     

边坡作用地应力与边坡稳定分析计算

本文主要论述在地应力存在的边坡地区,如何考虑地应力的作用并使之参与边坡稳定计算,作者根据“地应力不仅存在,而且当边坡稳定条件改变时,还可以复活”以及“边坡地应力可以集中、扩散和传递”的理论,首次提出了“边坡作用地应力”σ_x的新概念,并建立了新的边坡稳定计算公式。通过典型的实例分析计算,还建立了安全系数K_c与岩层滑动面倾角α之间的回归式。最后,还对地应力量测点的布置问题提出了建议。     

IBE-PFE方法在某水电站泄洪洞出口边坡稳定分析中的应用

鉴于传统方法在含复杂结构面岩质边坡稳定分析中的局限性,引进分区有限元与块体界面元混合算法,验算边坡的稳定性。针对某水电站泄洪洞出口边坡地形地质条件和结构面分布特点,建立数值模型。采用分区有限元与块体界面元混合算法,并结合强度折减法,逐步降低不连续面抗剪强度,计算得出块体刚体位移和接触点对接触状态。根据块体刚体位移发生突变并结合滑动通道失效点对完全连通,确定了边坡的安全系数和破坏方式。结果表明:边坡稳定安全系数为1.80;边坡最可能以坡顶预设缝、坡脚预设缝以及f_(555)结构面为滑动通道发生失稳破坏。该方法具有准确确定边坡危险滑动面和安全系数的优点。