改进的最小势能均质边坡稳定性分析方法

针对任意形状的滑裂面,基于摩尔-库伦强度准则计算滑面上的剪应力,进而提出一种新的剪切势能计算方式,改进了基于最小势能原理的均质边坡稳定性分析方法。为验证其合理性和适用性,将其与Bishop法进行对比。结果表明:改进后的最小势能法是可行且合理的,可用于边坡的稳定性评价;滑体中剪切势能对坡体的稳定安全系数有影响,且增大了其稳定安全系数;该方法无需迭代,计算过程简便,便于在工程中推广应用。     

挡土墙支护边坡的最小势能稳定性分析方法

对挡土墙加固边坡的稳定性分析方面,本文基于最小势能原理建立了单一地层圆弧滑裂面的计算模型,提出了新的方法,可以不进行滑体条块划分,直接得到滑裂面上的极限抗滑力,通过力矩平衡求得安全系数,最后通过界面计算程序对算例进行了分析.结果表明,该方法和工程实际中常用的Bishop法算出的安全系数非常接近,因此此方法是适用的.     

边坡平面破坏稳定分析的最小势能方法

提出了一种分析边坡稳定性的新方法,依据平衡体系势能变化最小的原理,从整个边坡的势能变化求得一个满足势能的最小位移,并直接求出滑面上的法向应力分布,均质边坡可直接得到安全系数。并且建立了二维边坡平面破坏稳定分析模型。结果表明,此方法的结果准确,与传统极限平衡法的误差在2%～3%以内。     

最小势能二维边坡稳定分析方法的研究与应用

采取最小势能原理来研究土质边坡在常用加固措施下的稳定性分析,依据平衡体系势能变化最小的原理,从整个边坡的势能变化求得一个满足势能的最小位移,并直接求出滑面上的法向应力分布,进而得到边坡在加固措施下的安全系数.     

最小势能法与极限平衡法的对比分析

针对圆弧滑裂面最小势能法与传统的极限平衡法进行了对比,对比表明:在求解滑裂面上的法向应力方法不一样,但求得的安全系数基本一致,并通过算例进行了验证,指出最小势能法整个求解过程无需划分条块,计算过程方便简洁,是一种比较合理和可行的计算方法。     

边坡稳定性分析的改进条分法

本文利用极限分析和刚性有限元离散概念￣［１１］，提出了一种用于边坡稳定性分析的改进条分法。该方法利用优化技术直接调整条块间及滑裂面上的内力，使得对给定的滑裂面安全系数取最大值，而对各个不同的滑裂面寻求使安全系数为最小的滑裂面。对滑裂面的形状、条块间的内力之间的关系等不做任何假定，因此能更真实地反映边坡的实际稳定状态。     

基于矢量法安全系数的边坡与坝基稳定分析

滑动是一个矢量概念,基于矢量法安全系数的边坡与坝基抗滑稳定的矢量分析法,以边坡与坝基的整体抗滑稳定性为研究对象,根据边坡与坝基的整体滑动趋势方向确定安全系数的计算方向θ,在方向θ上由抗滑力与滑动力的矢量特征定义矢量法安全系数F(θ),以F(θ)进行边坡与坝基的抗滑稳定分析.在边坡与坝基的荷载和滑裂面已知的情况下,运用有限元法计算滑裂面上的真实应力分布,滑裂面上各处静滑动摩擦力合力方向的反方向就是θ,沿此θ方向F(θ)的求解公式直接根据滑裂面上的真实应力分布情况和莫尔-库仑强度准则导出.矢量法安全系数F(θ)的定义以力的矢量分析为基础,具有明确的物理和力学意义,求解时不需要引入过多的人为假定,并以显式格式求解,计算过程简便,便于工程应用.运用矢量分析法法求解ACADS两道标准考题算例的F(θ),得到与考题标准答案一致的结果;应用矢量分析法法求解三峡工程3#坝段坝基抗滑稳定问题的F(θ),计算结果与已有的有限元强度折减法模拟该坝段坝基渐近破坏的定性分析成果相吻合.通过实例分析表明矢量分析法的可行性和工程实用性.     

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。     

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。     

有限元法和极限平衡法结合的某边坡稳定性分析

有限元法可以有效的模拟出边坡的应力及位移分布,极限平衡法可以得出相对准确的边坡最小安全系数,通过将两种方法有效的结合,可以在边坡稳定性评价中得出更为可靠的结论。以唐山某白云石矿露天采场为研究对象,通过有限元法以及极限平衡法模拟了该采场边坡在正常工况、洪水(降雨)工况以及地震工况下的稳定性。结果表明:在正常工况下,岩质边坡各个计算断面抗滑安全系数均大于规范要求的抗滑安全系数,表明该边坡在正常工况下可以安全运行;在洪水(降雨)工况以及地震工况下,岩质边坡各个计算断面抗滑安全系数均大于规范要求的抗滑安全系数,但边坡B—B′断面在这两种工况下抗滑安全系数偏小,表明该岩质边坡B—B′断面在洪水(降雨)作用以及地震作用下安全储备不高;综合分析3种工况下的边坡稳定性,建议对该边坡B—B′断面所在位置采取相应的加固措施,以确保该露天采场的安全运行。     

基于数值流形法的土质边坡动力稳定性分析

由于对NMM动力作用下边坡的稳定分析研究较少,利用数值流形法（NMM）对这一问题进行了分析研究,引入黏性阻尼来耗散系统的能量,通过算例验证了NMM求解边坡永久位移的有效性;利用地震动力时程分析得到的边坡应力场计算出了边坡的动力安全系数时程曲线,并搜索得到地震时程下最小安全系数及其对应的边坡最危险滑裂面,将该最危险滑裂面模型作为NMM的计算模型进行永久位移的计算且与Newmark法得到的结果进行对比,两者结果相近。结果表明：NMM可有效进行边坡动力稳定分析、模拟计算边坡的永久位移。     

重力坝深层抗滑稳定可靠度分析研究

为了解决三维安全系数在现有的重力坝设计规范中无法参照的问题,利用基于塑性极限分析理论的三维边坡稳定分析方法对重力坝抗滑稳定的安全系数进行了求解,并且采用Rosenbleuth法计算求解了可靠度指标,从而对重力坝深层抗滑稳定的可靠性进行了研究分析。算例和工程实例表明,通过可靠度指标可以对三维边坡的稳定性从失效概率方面加以解释说明。     

考虑桩体变形的最小势能边坡稳定性分析方法

最小势能法是基于系统平衡时势能最小的边坡稳定性分析方法,因而势能的准确求解对计算结果的可靠性至关重要。针对抗滑桩三维加固边坡,考虑了由于桩土相互作用下桩体沿着边坡潜在滑动方向产生的转角变形,进而求得桩土相互作用下桩体以及桩土接触处的势能,然后基于最小势能原理建立抗滑桩加固边坡稳定性分析模型,并得到了与传统分析方法较为一致的结果;同时分析研究了抗滑桩在不同力学参数和边坡类型条件下对边坡安全系数的影响。研究结果表明:抗滑桩弹性模量对安全系数影响不明显;边坡横向相对半径大于4时,抗滑桩对边坡的安全系数影响较小。     

三维边坡严格与准严格极限平衡解答及工程应用

分别推导出满足所有6个平衡条件三维边坡严格极限平衡解答和满足5个平衡条件的三维边坡准严格极限平衡解答。假定空间滑面上正应力初始分布,对于严格解,用含5个参数的修正函数对其修正;对于准严格解,则采用含4个参数的修正函数。严格平衡方程组最终化为关于三维安全系数的六次代数方程,通过调节滑动方向和转动系数使修正后滑面正应力为正,从而得到有意义的严格极限平衡解答;而准严格平衡方程组最终化为关于三维安全系数的四次代数方程,其最大解析实根为准严格极限平衡解答,且只需调节滑动方向,计算过程更为方便实用。算例计算结果表明,三维边坡准严格解答与严格解答十分接近,对工程问题可直接采用准严格解答。该方法计算原理简单,易于编程实施,计算结果精度高,且适合任意形状空间滑面。应用该方法对重庆乌江银盘水电站左岸坝肩边坡及坝基岩体进行三维稳定性分析,克服了二维稳定性分析的局限性,计算结果更为合理可靠,为坝基与坝肩加固设计提供理论依据。     

边坡稳定性的解析计算

对于边坡的平面和圆弧形滑裂面，采用解析方法建立了边坡安全系数的正确的解析表达式。对于平面滑动，给出了边坡的临界滑裂面和最小安全系数的解析算式：对于圆弧滑动，利用函数取极值的条件，提出了通过求解一个二元代数方程组来获得边坡的临界滑裂面和屉小安全系数。作为算例，对于纯粘性土边坡(φ=0)，建立了确定边坡临界滑裂面的迭代算式，并计算了某些边坡的临界滑裂面和最小安全系数。     

基于改进最小势能法的水平–竖向立体筋边坡稳定性分析研究

基于改进的最小势能算法提出了一种应用于水平–竖向(horizontal-vertical,简称H-V)立体筋边坡稳定性分析的新方法。在建立边坡支护系统的势能函数时考虑水平筋的摩擦势能、线弹性应变能以及竖筋变形势能的影响。通过单元体虚位移方向的静力平衡方程分析加筋边坡剪切势能,构建了适用于施加水平筋和H-V立体筋边坡的势能计算模型。通过计算系统势能最小时的虚位移进而求解边坡安全系数,简化了加筋边坡的分析过程,提高了计算效率,经与已有文献计算结果进行对比分析,证明计算方法的可行性。分析了不同土体强度参数黏聚力和内摩擦角对加筋边坡稳定性的影响,为立体加筋技术在工程中应用和推广提供参考。     

基于安全系数比的非饱和土边坡极限平衡法

 初步建立非饱和土边坡计算结果和工程安全的关系,提出对于一个给定的非饱和土边坡滑裂面,滑裂面安全的条件是最危险状态时对应的最小安全系数不小于允许安全系数。通过引入安全系数比,推导基于安全系数比的非饱和土边坡普遍条分法、非饱和土瑞典条分法和Bishop条分法,建立不同状态下的各部分计算参数和最小安全系数的关系。给出孔隙气压力等于0、饱和状态等特殊形式,在一定情况下可简化边坡安全系数的计算方式。通过具体算例,对安全系数比和重度对最小安全系数的影响进行分析。安全系数比对最小安全系数有着较大影响,随着安全系数比的增大,非饱和土的最小安全系数减少,重度对非饱和土最小安全系数影响不大。     

求解三维均质边坡安全系数的稳定性图表法研究

边坡稳定性图表为初步评价边坡的稳定性提供了一种简单但却行之有效的途径。针对现有三维稳定性图表主要是基于极限平衡法和极限分析法提出的不足,采用基于场变量的有限元强度折减法,建立了一套求解三维均质边坡安全系数的稳定性图表。借助ABAQUS软件的二次开发平台UFIELD程序,设置岩土体黏聚力与内摩擦角为场变量的函数,场变量为增量步时间t的函数,从而通过控制增量步时间t实现黏聚力与内摩擦角的折减,通过一次计算即可求得边坡的安全系数,无需手工修改折减系数反复试算。结合3个典型算例对该方法的可靠性进行了验证,并进行了计算效率的比较。结果表明,该方法得到的安全系数可靠,且提高的计算效率。另外,将基于该方法提出的三维均质边坡稳定性图表用于快速获取边坡安全系数、设计边坡坡度和反演滑带土体的强度参数,是合理可行的。     

边坡抗滑稳定安全系数的有限元迭代解法

提出用厚度较小的常规矩形(平面)或立方体(空间)单元来描述滑坡体与岩基之间的接触面，并给出了使滑动面上应力满足摩尔库仑极限条件的非线性迭代算法。在此基础上提出了保留滑动面上最下端单元处于弹性状态的滑坡体抗滑稳定安全系数的有限元迭代解法。这种方法可用于求解2维或3维问题，且能同时给出边坡临界失稳时的位移场和应力场。给出了具有折线滑动面的滑坡体抗滑稳定安全系数计算实例，结果表明该方法有效、合理和可靠。     

格梁式锚索在黎湛线K252+700～K253+292处加固边坡实例分析

本文对南宁铁路局黎湛线K252+700～K253+292处边坡病害整治工程的格梁式锚索施工技术及土质边坡的剪力对滑移面抗剪强度原理进行分析。结果表明,格梁式锚索加固措施能显著地改变边坡的位移场分布,限制土坡的剪切变形,避免滑裂面的产生,从而提高了边坡的稳定性,边坡加固后效果明显,且该方法成本低,机械设备投入少,有利于大面积推广。