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。     

基于非线性规划的岩质边坡有限元塑性极限分析下限法研究

结合塑性极限分析下限法理论、有限元离散技术以及非线性数学规划手段,将有限元塑性极限分析法运用于岩质边坡的稳定性分析。基于非线性Mohr-Coulomb屈服条件、平衡条件、边界条件以及间断面应力连续条件,提出塑性极限分析中无厚度节理单元、等厚度节理单元的有限元模式,建立带节理单元的有限元塑性极限分析非线性数学规划模型,并提出非线性规划的求解策略。最后对3个岩质边坡的稳定性进行分析,验证该方法的可行性。     

高层建筑岩石边坡地基稳定性分析方法研究

通过工程实例对高层建筑岩石边坡地基稳定性分析方法－规范传递系数法、转动极限平衡法（瑞典条分法）及有限元法进行了研究,发现规范传递系数法所得安全系数较转动极限平衡所得安全系数大,而转动极限平衡所得结果接近有限元法。建议Ｄ对高层建筑岩石边坡地基进行稳定性分析时进行转动极限平衡校核。     

考虑参数空间变异性的边坡稳定可靠性有限元极限分析

当土性参数空间变异性较大时,极限平衡法得到的滑移面不尽合理。阐述了基于广义变分原理的有限元极限分析方法,采用混合有限元方法,构筑了线性应力三角形单元与线性速度三角形单元,结合强度折减法与线性规划算法,建立了边坡稳定安全系数上下限分析方法,分析了土的抗剪强度参数空间变异性对边坡稳定性的影响,并与3种典型极限平衡法进行了对比。结果表明,FELA方法可有效搜索边坡临界滑移面,并给出安全系数的严格上下限。对于简单均质边坡,有限元极限分析与极限平衡法结果接近,极限平衡法结果大多位于极限分析的上下限内;对于空间变异性较大的边坡,有限元极限分析法可以有效搜索可能的多种临界滑移面,而极限平衡法则存在显著偏差,且往往高估滑坡风险。强度参数的空间变异性还导致边坡安全系数分布形式变化显著,仅采用安全系数无法反应这一变化。根据安全系数的分布形式,给出了土性参数设计值建议。     

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。     

有限元强度折减法在边坡稳定性分析中的应用

应用弹塑性强度折减有限元计算边坡稳定安全系数,通过算例对极限平衡法和强度折减法计算的安全系数进行了比较,得出两种方法计算结果基本一致,将两种计算方法结合使用更有利于对实际工程进行对比检验。     

基于重度增加法在土坡稳定性计算上的改进

结合极限平衡法和有限元重度增加法,指定重度增加法确定的潜在滑动面为滑弧,计算了土坡极限平衡状态下的安全系数,并与其他方法的结论进行了比较,证明了该方法的合理性和准确性,同时提高了边坡稳定性分析的效率。     

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.     

基于三维非线性有限元的拱坝坝肩稳定分析

 刚体极限平衡法不能反映岩体中实际的应力分布,而基于有限元的强度折减系数法在判断收敛性方面也存在一些问题。为了解决这些问题,采用多重网格法,分别建立用于有限元计算的结构网格和用于计算滑面稳定安全系数的滑面网格。基于有限元计算的应力结果,通过插值获得滑面的受力分布情况,然后可以方便地计算得到任意滑面或滑块的稳定安全系数,从而将非线性有限元和刚体极限平衡分析方法结合起来。为了改善计算的收敛性和提高非线性求解的精度,非线性有限元计算采用一种基于Drucker-Prager准则的理想弹塑性增量分析方法,无论是对于小荷载步长还是大荷载步长,弹塑性计算均具有很好的收敛性。该方法已经集成到三维非线性有限元分析程序TFINE中,在分析了插值方法和网格密度对计算结果精度的影响基础上,将该方法应用于某水电站高拱坝坝肩的稳定分析中。计算结果分析以及与刚体极限平衡法结果的对比表明,由于考虑了计算过程中的非线性应力调整,所提出方法的计算结果虽然比刚体极限平衡法偏大,但更符合实际情况。     

边坡稳定分析的一些进展

本文介绍近年在用极限平衡法与有限单元法 ,分析边坡稳定性方面的一些进展 ,在基于极限平衡的解析法上 ,我们导出了多阶斜坡的稳定安全系数与滑裂面角度的计算公式。这对岩质边坡的设计有很高的实用意义。导出了目前采用的各种条分法的统一计算公式。对于非严格条分法 ,用一个平衡方程并假设条间力的作用方向 ,即能求得安全系数 ;对严格条分法 ,用二个平衡方程 ,并假设条间力的作用方向或条间力的作用点位置 ,就能求出安全系数。统一式是一简单的迭代式 ,因而计算简便 ,并有很高精度。提出了两种用有限元法求边坡稳定安全系数的方法 :一种基于极限平衡法 ,对土质边坡采用圆弧搜索法 ,对岩质边坡采用在滑移面上布置节理单元的方法。另一种采用有限元强度折减法 ,便于采用大型软件 ,是一种很有前途的求边坡稳定安全系数的新方法。     

用有限元和刚体极限平衡方法分析坝肩抗震稳定

叙述了高拱坝坝肩抗震稳定分析的重要性、复杂性,简单介绍了用于坝肩稳定分析的离散元、不连续变形分析、数值流形和界面元方法在坝肩抗震稳定分析中的应用,着重介绍了刚休极限平衡和三维有限元方法。指出高拱坝坝肩稳定分析应考虑肩岩体的动力放大和坝－地基－库水的动力相互作用,算例表明所提方法的实用价值。     

层状岩体坝基抗滑稳定分析中的几个问题

展状岩体坝基抗滑稳定分析是坝工建设中重要问题之一。但是分析方法还不完善,目前正进行多方探索,其中用极限平衡理论进行分析比较普遍,近年来有限单元法也在逐步开展,有的工程还补充进行脆性材料模型试验。本文以某工程为例,介绍了上述方法的应用,并对稳定分析中的一些问题提出初步看法.     

基于改进动态规划算法的堆积体滑坡稳定分析

应用图论将堆积体滑坡稳定性分析中最危险滑动面搜索及安全系数计算问题转化为数学领域求最短路径问题。对动态规划算法进行改进,建立基于改进动态规划算法的极限平衡有限元方法,给出该方法的基本方程和路径上应力计算过程,避免引入辅助函数需给定初始安全系数进行迭代计算的缺陷。将该方法应用于溪洛渡左岸谷肩堆积体的稳定性分析,基于滑坡产生、发展、蠕变条件对其稳定性进行判断,对该堆积体的变形破坏机制进行分析和滑面形成条件探讨;借助监测资料揭示的滑面分布,验证改进动态规划算法搜索滑面位置与计算安全系数的准确性;在此基础上提出基于滑坡征兆的堆积体滑坡稳定性分析技术路线,可用于复杂滑坡堆积体边坡的稳定性分析。     

基于变形分析的边坡潜在滑面的确定

基于弹塑性有限元分析的计算结果，提出了二维情况下边坡潜在滑移线应满足的一个常微分方程组初值问题，给出了该初值问题的预测．校正算法以及确保其收敛的充分必要条件，讨论了潜在滑移线的自动搜寻技术。最后，分别与极限分析法和极限平衡法的计算结果进行了对比，验证了方法的有效性。     

楔形体稳定的塑性极限分析下限法

楔形体稳定分析一般采用刚体极限平衡法,然而该方法仅使楔形体的部分平衡条件得到满足,而且还对滑动面反力做了一些假定,由此导致了计算结果不一定是真实的。结合极限分析与块体元法,提出了楔形体稳定分析的下限解法,没有对楔形体的破坏模式、滑动面反力及滑动面数量做任何的假定。采用块体元法的离散思想,将楔形体离散为块体-结构面组成的系统;根据下限定理,构造了满足完全平衡条件、边界条件和屈服条件的静力许可场;建立了下限法数学规划模型,并通过非线性规划获得楔体稳定严格的下限解。3个典型算例验证了本文方法的正确性及可行性。     

基于二阶锥规划理论的有限元强度折减法及应用

针对岩土体稳定性问题,常用的方法有极限平衡法和有限元强度折减法等。传统的有限元强度折减法通常需设置很大的最大允许非线性迭代次数(如200或500),计算耗时严重,此外,采用的平衡迭代和应力积分算法可能导致岩土体塑性区计算不够准确,进而影响稳定性分析结果。提出一种二阶锥规划有限元强度折减法,该方法基于Hellinger–Reissner混合变分原理和有限元法,将岩土体弹塑性问题构造成基于有限元框架的二阶锥规划问题,结合强度折减技术来分析岩土体稳定性。将该新方法应用于平面应变岩土体稳定性分析,结果表明:与传统的有限元强度折减法相比,新方法结果可靠,但其计算效率更高,所获得的塑性区更加平滑。     

Hybrid Type Rigid Plastic Finite Element Analysis for Bearing Capacity Characteristics of Surface Uniform Loading

In the geotechnical engineering design, rigid plastic analysis is usually used to estimate a factor of safety or an ultimate capacity. Although based on a simple assumption of rigid-plastic material behaviour, limit analysis has a rigorous theoretical background called limit theorems. The implementation of limit analysis to finite element method is recognised as rigid-plastic finite element method. The author recently proposed a new formulation of hybrid type rigid-plastic finite element method based on the interior point method, named primal-dual rigid-plastic finite element method (PDRPFEM). In this paper, characteristics of primal-dual rigid-plastic finite element method are illustrated in contrast to the ordinary rigid-plastic finite element method based on the upper bound theorem. Advantages of the primal-dual rigid-plastic finite element method in the numerical calculations are also explained. In addition to this, as a real rigid-plastic boundary value problem, bearing capacity problems of surface uniform loading on weightless Tresca material (c, φ = 0) are solved by the primal-dual rigid-plastic finite element method. Numerical solutions are compared to the analytical solutions to investigate numerical accuracies of the primal-dual rigid-plastic finite element method.     

关于有限元边坡稳定性分析中安全系数的定义问题

在边坡稳定性分析的极限平衡法中存在3种安全系数的定义:定义1将安全系数定义为剪切强度比剪应力;定义2将安全系数定义为强度储备系数,当土体抗剪强度除以安全系数后,边坡将处于临界平衡状态;定义3将安全系数定义为沿某一特定滑面的抗滑力比滑动力。讨论了定义3与定义1之间的关系,给出了在进行有限元边坡稳定性分析时确定对应于定义3和定义2的临界滑面的统一算法,最后通过算例证明了一般情况下基于定义3所求得的安全系数和临界滑面不同于基于定义2所求得的结果,同时指出基于定义3的计算结果会表现出一些不合理的现象。     

极限平衡法与有限元法在边坡稳定中的对比

分析了极限平衡法和有限元强度折减法的基本原理,针对同一边坡进行了稳定性分析,分析结果表明:利用有限元强度折减法得出的安全系数与毕肖普法和简布法差值分别为0.288和0.359。     

有限单元法在边坡稳定性分析中的应用

本文对有限单元法进行了简要的介绍,并利用有限单元法对某边坡进行稳定性分析,通过对分析成果的整理和研究得出了边坡的稳定性结论,该结论与极限平衡法的分析成果对比表明分析取得了满意的效果。