不同失稳判据下边坡稳定性的规律性

以塑性区贯通、位移增量突变、计算不收敛3种边坡失稳判据为依据,采用强度折减有限元法和重度增加有限元法对简单边坡进行了分析。结果表明:以边坡潜在滑动面上某点位移增量突变作为边坡失稳判据是准确的;对于不同土体强度参数下,以位移增量关系曲线突变为判据得到的边坡的安全系数较另外两种方法稳定;对应于塑性区贯通、位移增量曲线突变和计算不收敛的3种判据,边坡潜在滑动面依次向深层发展,边坡的安全系数依次增加。     

潜在滑移线法分析边坡滑动面及稳定性

提出了用潜在滑移线 (面 )理论分析边坡滑动面及稳定性的新方法。该方法根据弹塑性有限元的应力分析结果 ,用数值积分方法确定边坡的潜在滑移线 (面 )、最危险潜在滑移面和边坡稳定性安全系数 ,具有严密的理论依据。通过大量的边坡算例和实例分析得出 ,本文所提出用潜在滑移线 (面 )理论分析边坡稳定及潜在滑面是正确的 ,具有较强的优越性 ;常规边坡稳定性分析与本文方法所得到的最危险潜在滑移线 (面 )形状和位置、边坡稳定安全系数均相差较大 ,常规法所得到的结果与实际与相差较大 ;岩土的变形参数变化对潜在滑移线 (面 )的形状影响较大 ,对边坡最危险潜在滑移线 (面 )的形状、位置及平均稳定安全系数影响不大 ;坡顶荷载变化对潜在滑移线 (面 )的形状、位置和边坡稳定安全系数均影响较大。     

基于滑移线场理论的边坡滑裂面确定方法

发展了一套基于滑移线场理论,并根据有限单元法的计算结果来确定边坡滑裂面的数值模拟方法,在此基础上研究了流动法则对边坡稳定分析的影响。该方法可以考虑弹性区与塑性区的区别,并可以考虑不同的流动法则。给出了滑移线方向场数值模拟的具体方法和由滑移线方向场追踪滑移线的方法,提出安全系数最小的滑移线即为边坡的滑裂面。算例证明了方法的有效性。研究结果表明,对于无约束的天然边坡,自重作用下其安全系数受流动法则的影响较小,而滑裂面的位置随流动法则的不同而不同;当坡顶有荷载作用时,尤其是边坡的稳定性主要由坡顶荷载决定时,无论是安全系数还是滑裂面,流动法则的影响均很大,采用相关联流动法则可能会高估边坡的稳定性。     

桩锚支护结构在高边坡治理工程中的应用

边坡的加固形式及稳定性分析一直是边坡工程研究的重点。以某地铁停车场开挖形成的高边坡为例,采用强度折减法,运用有限元计算软件,计算边坡在加固条件下的稳定性安全系数、潜在滑动面以及桩身的受力变形情况。计算结果表明：边坡在加固条件下的稳定性安全系数能满足《建筑边坡工程技术规范：GB50330—2013》要求;边坡失稳破坏时,桩顶边坡形成了浅层滑移面,排桩能有效限制边坡出现深层滑移;桩后土体及锚索作用下,排桩最大弯矩及位移发生在嵌固点位置,桩身弯矩呈“鼓肚子”形态,桩顶位置设置预应力锚索,不仅可以增大桩的抗弯能力,还可以有效限制桩顶位移。     

有限元强度折减法中的刚度退化及边坡失稳判据

介绍了刚度退化的基本原理和方法及其在有限元计算中的实现,通过实例计算得出考虑刚度退化所得的安全系数比不考虑刚度退化所得的安全系数要小,这是因为:在有限元计算中随着强度参数的折减,坡体内部的某些点首先进入塑性状态,由于周围土体的约束作用,塑性区有发展的趋势,当泊松比ν增大、弹性模量E减小时,土体间的相互作用减弱,塑性区发展减缓,范围减小。所以塑性破坏点连成的区域比不考虑刚度退化时小得多,并且集中在潜在滑移面附近,构成剪切滑移带,致使有限元计算不收敛,边坡失稳破坏。利用刚度退化的有限元计算结果,通过对比分析强度折减和考虑刚度退化的强度折减的数值计算结果,认为塑性区是否贯通的判别标准不能确切反映边坡稳定状态。     

地震作用下边坡潜在破坏面预测研究

实际边坡在地震作用下的潜在破坏面往往并不是预先可以确定的。本文利用时程分析法对地震作用下的均质土坡和顺层岩质边坡进行动力响应分析,以地震波正向峰值时刻和震后瞬间所对应的塑性云图作为研究依据,利用极限平衡法对理想弹塑性边坡的安全系数Fs×(1+5%)范围及其对应的潜在圆弧破坏面范围和塑性区之间的关系进行研究。最终发现对于均质土坡而言,地震波正向峰值时刻和震后瞬间安全系数Fs×(1+5%)所对应的潜在圆弧破坏面范围以及所对应的塑性贯通区具有相似的区域;对于顺层岩质边坡,地震波正向峰值时刻和震后瞬间安全系数Fs×(1+5%)所对应的潜在直线破坏面范围集中在岩层交界面附近,而且两个时刻所对应的潜在破坏面范围十分接近。     

有限差分强度折减法与边坡安全系数和滑动面研究

确定安全系数和潜在滑动面是边坡稳定性分析的两项重要内容,对其的研究主要有极限平衡法和强度折减法。极限平衡法由于能方便快捷搜索计算出所有潜在滑动面的安全系数而得到广泛应用;而基于强度折减法的数值模拟却能展现出边坡在应力、应变、塑性区等方面更多信息,也越来越受到重视而进行了大量相关研究。基于有限差分强度折减法是确定边坡安全系数和滑动面的一种新方法。通过简单均质边坡算例和实际复杂成层露天矿边坡实例计算、对比验证,该法是科学合理且可行的,可以作为类似工作的参考。     

有限差分强度折减法与边坡安全系数和滑动面研究

确定安全系数和潜在滑动面是边坡稳定性分析的两项重要内容,对其的研究主要有极限平衡法和强度折减法。极限平衡法由于能方便快捷搜索计算出所有潜在滑动面的安全系数而得到广泛应用;而基于强度折减法的数值模拟却能展现出边坡在应力、应变、塑性区等方面更多信息,也越来越受到重视而进行了大量相关研究。基于有限差分强度折减法是确定边坡安全系数和滑动面的一种新方法。通过简单均质边坡算例和实际复杂成层露天矿边坡实例计算、对比验证,该法是科学合理且可行的,可以作为类似工作的参考。     

格构梁联合锚杆加固岩质边坡的稳定性分析

格构梁联合锚杆支护是岩质边坡的常用支护形式,其稳定性分析一直是研究的重点。以广东某地岩质边坡为例,采用FLAC 3D岩土工程数值模拟软件计算分析边坡稳定性、最大位移量及其潜在滑移位置,分析结果表面边坡加固后达到基本稳定状态,边坡最大位移发生在暴雨作用下第一级边坡的中下部,位移计算结果与监测数据基本吻合,极限状态下潜在滑移面位于坡面位置处于第一级边坡范围内。研究成果可为该边坡监测和治理设计提供依据,也可为今后类似工程边坡的稳定性分析提供参考借鉴。     

基于强度折减有限元法分析边坡稳定性

将大型有限元软件ABAQUS与强度有限元法相结合,采用特征点位移增量的突变及塑性区的贯通作为边坡失稳破坏准则,对边坡失稳过程进行了数值模拟与分析。当边坡上特征点的位移发生突变和塑性区贯通时,边坡处于临界破坏状态,此时的折减系数即为边坡的最小安全系数。通过算例分析,并与Slope软件计算得到的安全系数进行了对比,验证了该方法的合理性与可行性。同时,利用ABAQUS的后处理功能,对边坡的失稳破坏过程进行了数值模拟,分析了边坡破坏机制和破坏阶段。     

多阶边坡滑移面搜索模型及稳定性分析

基于极限平衡理论,根据边坡尺寸及几何关系,建立辅助坐标系与基本坐标系。借助于基本坐标系,首先推导出滑移面几何控制参数与滑移面圆心坐标之间的函数关系,再推导出安全系数计算式中各变量与圆心坐标之间的函数关系,从而得出滑移面的控制参数与安全系数之间的函数关系。辅助坐标系可沿多阶边坡表面移动,控制搜索过程中滑移面的位置及几何参数,实现边坡内任意潜在的滑移面的搜索,从而计算边坡内任意潜在滑移面对应的安全系数,并进一步确定边坡最小安全系数及最危险滑移面。该方法适用于多阶土体边坡最危险滑移面的确定,可避免由经验公式确定滑移面圆心搜索区域造成的不准确性,较好地解决多阶边坡最危险滑移面难确定的问题,是一种由计算机搜索法求解多阶边坡稳定性的新模型。最后,编制多阶边坡稳定性计算程序,并进行实例分析与计算。     

基于ABAQUS数值模拟法降雨条件下的边坡稳定性分析

针对现场勘察常见的滑坡问题，文中以室内试验测定的力学参数为基础，通过ABAQUS模拟软件建立滑坡地质力学模型，研究滑坡过程中力学特性，针对天然情况以及暴雨状态下边坡的稳定性以及滑动区岩土体的位移场、塑性区进行边坡的稳定性分析。结果表明，以坡顶处位移突变和塑性区是否贯通为评价标准时，边坡稳定安全系数最贴近实际工况，降雨后的安全系数急剧下降说明边坡有必要进行支护。     

基于有限元法的岩质边坡地震稳定性数值分析

基于有限元法,采用三维非线性时程分析,运用强度折减理论,通过位移突变性判据和塑性区贯通判据综合分析岩质边坡在地震工况下的稳定性。在三维有限元模型中,通过设置黏弹性人工边界来吸收地基的辐射阻尼效应,充分考虑由岩体自重产生的地应力场和岩脉及断裂破碎带对稳定性的影响。分析结果表明:以位移突变为稳定安全系数的一项判据,沿边坡高程分布的特征点位移突变对应的动力稳定安全系数均大于1.35;以塑性区贯通为稳定安全系数的一项判据,随着安全系数的增大屈服区逐渐增大,安全系数较小时塑性屈服区小;当安全系数达到1.35时坡脚位置局部出现大量的屈服塑性区;当安全系数继续增大时,开挖边坡位置屈服塑性区出现贯通;安全系数超过1.5时边坡出现破坏。联合考虑位移突变和塑性区贯通进行安全系数判定得到动力稳定安全系数为1.35,满足要求。     

应力场柱网离散法三维边坡稳定性控制分析研究

为更好地将数值方法应用于边坡稳定性计算,提出一种基于应力场柱网离散式三维边坡稳定性控制分析方法。在完成三维边坡数值计算的基础上,将三维边坡的长、宽和高所围成的最小立方体划分为m×n×k个立方体网格,并使平面位置相同的方格沿高度方向串联成m×n个条柱,构建出三维边坡条柱网格和数值计算单元网格并存的空间坐标体系。首先,通过搜索任意第i个立方网格中心点对应的数值计算单元,实现了数值应力场网格化离散;其次,提出了基于滑面上下滑方向剪应力的安全系数表达式,推导了柱网内任意滑移面上下滑方向矢量的求解方法,并建立方格网内最小安全系数的计算模型;再次,提出了基于安全系数与变形组合控制的滑移面搜索条件和搜索模式,通过搜索最符合控制条件的潜在滑移网格,得到了三维边坡空间滑移面;最后,通过典型算例,验证了该方法的可行性、合理性及优越性,并分析了空间效应对三维边坡安全系数和变形的影响,得到了可控条件下安全系数与位移相关曲线。研究结论对复杂工况下三维边坡稳定性及安全控制的数值计算研究具有重要的科学意义和应用价值。     

基于有限元强度折减法的边坡稳定性分析

采用强度折减法,根据基于摩尔-库仑屈服准则的广义米塞斯屈服准则（D—P准则）,通过前后处理软件,对边坡稳定性进行非线性有限元分析。综合考虑土体参数的变化和边坡边界条件的特点,从计算结果中分析边坡的位移,变形及其塑性发展趋势,从而可以得出安全系数。结果表明：强度折减法分析边坡稳定性时,不但能够得到边坡的安全系数,而且能够确定最危险滑移面。     

边坡开挖的有限元模拟和稳定性评价*

 对大甘坪粘土进行卸荷路径下的三轴试验,确定用于边坡开挖稳定分析的计算参数。对边坡开挖作非线性有限元分析,探讨边坡变形的大小和分布、塑性区的扩展形态、滑移面的形成、发展直至整体破坏的演变过程,以确定合理的滑移面位置。采用Janbu的普遍条分法计算边坡的安全系数,对边坡开挖的稳定性进行评价。     

佛顶宫矿坑边坡的二维静动力有限元模拟分析研究

对国内首个既有矿坑地下空间开发项目的佛顶宫边坡进行了二维有限元研究,对静力工况和地震工况分别进行了模拟,得到一些结果:静力和地震工况下,削坡及锚索(杆)加固后,最大位移均发生在坡顶、坡面为填土、残积土和强风化岩处;最大应力均发生在坡内,最大剪应力发生在各坡脚和岩土交界面处;加速度响应随着边坡高度方向呈放大趋势,表层土体加速度响应明显放大,最大加速度响应均发生在坡顶边缘处;极限状态下,广义塑性应变区集中在坡顶杂填土层、坡面破碎状中风化岩以及岩土交界面处,并有向坡脚处贯通的趋势。静力工况下,锚索(杆)加固工况相对于削坡工况,边坡位移减小6%~67%,安全系数提高51%~114%,说明锚索(杆)加固效果显著。地震工况下,位移随地震峰值显著增大,大震相对小震位移最大增大260.0%。相对于静力加固工况,地震工况下主应力最大增大145.8%,剪应力最大增大362.5%;不同地震工况对边坡稳定性影响显著不同,大震工况下安全系数最大减小38.3%。锚索(杆)加固效果及地震对边坡加速度、位移、应力、安全系数的影响可供其他类似工程参考。     

强度折减有限元法分析边坡稳定性的精度探讨

对强度折减有限元法分析边坡稳定性中的精度进行了探讨.对比分析表明:边坡安全系数随着剪胀角ψ的增大略有增大,但总体上可以忽略不计,有限元计算中,可取ψ=0°进行边坡稳定性分析;弹性模量E和泊松比ν对安全系数基本上没有影响;采用位移是否突变和塑性区是否贯通作为边坡的失稳判据,对比前后计算步骤中的位移和塑性区特性,可以减少或消除非确定性因素对安全系数的影响;计算模型的边界范围大小,需根据具体边坡的变形需要来确定,其大小应足以让边坡的破坏滑动面自由发展.通过算例分析表明,在采用合理的失稳判据条件下,用有限元强度折减法得到的边坡安全系数与极限平衡法的结果相当,说明采用强度折减有限元法分析边坡稳定性是合理可行的.     

土质斜坡坡顶沉桩对指定滑动面安全系数影响分析

利用边坡稳定性计算方法,基于球孔弹塑性扩张理论,研究了沉桩力、桩端塑性区以及桩体抗滑作用对沉桩过程中滑动面安全系数的影响。通过算例,对沉桩全过程中滑动面安全系数变化进行了研究,并对桩径,边坡角度以及沉桩距边坡顶点距离对沉桩过程中边坡滑动面安全系数变化的影响进行了分析。结果表明:沉桩力及桩端塑性区对滑动面稳定性产生不利影响,使安全系数降低;当桩体穿过滑动面之后,桩体起到抗滑作用,显著提高滑动面安全系数。桩径越大,沉桩前期安全系数下降速度越快,但桩端穿过滑动面后安全系数提升也更加显著;边坡角度越大,沉桩后边坡安全系数越小;沉桩离边坡顶点越远,在沉桩前期由于沉桩力导致的安全系数下降速度越慢,塑性区对安全系数的影响也逐渐减缓,当沉桩远离边坡顶点距离达到一定值后,沉桩将不再对滑动面稳定性产生影响。分析结果对邻近边坡沉桩的设计和施工具有一定的实用价值。     

强度折减DDA法及其在边坡稳定分析中的应用

 在自行研制的非连续变形分析程序中实现自动强度折减法以模拟边坡的稳定性和安全系数。针对强度折减有限元法收敛标准的不确定性,通过分析滑块在边坡上的稳定性,提出以边坡滑移位移与强度折减系数曲线的最大曲率所对应的折减系数为边坡安全系数的判别标准,该判别标准克服了“位移突变准则”不准确的缺点;并基于该判别标准,分析水库岩体边坡的稳定性并得到岩体边坡安全系数随库水位变化的规律;最后对小湾某高边坡进行开挖模拟及开挖后边坡的稳定性进行计算分析。