基于数值模拟与位移监测的滑坡抗剪强度参数反演分析研究

三峡库区地质灾害三期监测项目中存在一些滑坡没有进行滑带土室内剪切试验,对于如何较准确选取这类滑坡抗剪强度参数目前研究还比较少。提出以区域统计规律及工程地质类比方法得到的滑坡抗剪强度参数初选值为基础,以滑坡在三峡库区库水位调度下选取计算工况下的监测位移及其趋势为判断依据,采用数值模拟手段对滑坡的抗剪强度参数进行反演分析,最后结合宏观变形与位移监测对反演结果进行检验。以三峡库区某滑坡为例,运用FLAC3D数值模拟软件得到该滑坡的抗剪强度参数:c=20.0kPa;Φ=19.0°。     

某滑坡软弱夹层抗剪强度取值方法的研究

文章主要针对软弱夹层抗剪强度取值所存在的争议，通过对贵州新街子滑坡的软弱夹层分别选择比例极限、屈服极限及峰值作为剪应力值，采用最小二乘法获得比例抗剪强度、屈服抗剪强度和峰值抗剪强度。以参数选取中应用较为成熟的反分析方法推求力学性质参数c、φ值作为判据对以上3种参数进行比较。计算结果表明：本滑坡软弱夹层中由于含泥量较大，而且粘塑性较强，屈服抗剪强度和反分析得到的抗剪强度偏差最小，比例抗剪强度偏差最大，峰值抗剪强度居中。并以此3种抗剪强度进行天然状态下滑坡稳定性验算，结果表明选用比例极限抗剪强度与当前滑坡的地质现象不符，选用峰值极限抗剪强度安全储备较低，而选取屈服极限抗剪强度最为合理。用此参数进行设计，滑坡已经得到了良好的治理。在取值研究中认为采用试验与反分析相结合的方法确定滑坡稳定性计算参数是比较合理的。以上结论为滑坡中软弱夹层抗剪强度取值的选择提供了重要的依据。     

结构面抗剪强度参数对岩质边坡稳定的影响

边坡工程中,结构面抗剪强度是非常重要的力学参数,合理地选择确定抗剪强度的方法,常常要分析c、值在边坡稳定中的作用。根据极限平衡原理,对10~30m高的平面滑动型边坡不同抗剪强度的控稳结构面c、值在边坡稳定中的作用进行了定量分析。研究表明c值对稳定系数的影响随坡高增大逐渐减弱,值对稳定系数的影响随坡高增大逐渐增强。得到了不同坡高下c、值边坡稳定作用等值曲线,该曲线很容易确定抗剪强度参数c、值在边坡稳定中的作用。     

抗剪强度参数反分析取值研究

在滑坡稳定性评价及滑坡推力计算中，滑带土抗剪强度的确定直接影响稳定性评价结果与治理方案设计，对该滑体的治理工程造价起着重要的影响。本文运用反分析方法，给出比较合乎实际的滑带土综合抗剪强度指标c, φ值的获取，为进一步的计算、评价、治理提供可靠的依据，并以中里滑坡为例进行了介绍。     

基于柔性承载板载荷试验的土抗剪强度参数反演研究

传统的刚性承载板载荷试验(PLT)主要确定地基的承载力,不能用来反演土的抗剪强度参数c、 。通过刚性承载板下加装气囊,研制出一种适用于载荷试验的柔性承载板,两个电感式位移传感器分别布置于板内边缘处,用于测量该处气囊厚度变化量 。用柔性承载板开展载荷试验时板底压力P均匀分布,同时在柔性承载板一侧采用柔性水压板施加恒定的均匀地表荷载,根据两条 曲线变化规律得出2个临塑荷载,将临塑荷载与地表荷载值代入理论公式反演出c、 。分别采用黏性土和干砂开展室内载荷试验,证明了该反演方法的可行性,通过分析认为该反演方法具有适用性和先进性。     

极限平衡理论下边坡强度参数反演及加固稳定性分析

参数反演是获得较为可靠的边坡强度参数的一种有效手段。本文在对边坡临界滑动面进行判别的情况下,以瑞典法为基础,通过建立强度参数之间及其与临界滑动面一一对应的关系推导得边坡强度参数反演的显式计算公式。然后,将反演结果用于锚索加固条件下的边坡稳定性研究。经工程算例分析验证了本文方法的可行性和实用性,并得到如下结论:(1)预应力锚索能对边坡形成有效的加固作用,且锚索在坡面上的位置越靠近滑动面的滑出点时其对边坡的稳定性越有利; (2)锚索的预应力越大则计算得到的安全系数越大,而锚索水平倾角的增大对计算得到的安全系数影响微小。     

边坡岩体抗剪强度参数的非线性确定方法

影响工程岩体抗剪强度参数的因素很复杂,建立定量与定性相结合的多指标综合模型可有效地确定岩体抗剪强度。将多元非线性统计方法引入到岩体抗剪强度指标的研究中,选取了12个影响岩体抗剪强度的定性、定量指标,通过收集到的大量工程数据,分别建立凝聚力和内摩擦角非线性显式方程,决定系数分别为0.992 729,0.999 998。该方法可考虑定量、定性因素的影响,经现场实测数据验证,该模型具有较高的计算精度。运算过程简单,可方便工程现场使用,具有较高的工程实用价值。     

基于强度折减概念的滑坡稳定性三维分析方法(I)：滑带土抗剪强度参数反演分析

滑带土抗剪强度是滑坡稳定性分析和防治工程设计中十分重要而又难于确定的参数之一。因此,基于临界状态假定的二维反分析方法得到了广泛应用。但是,自然界发生的滑坡基本上呈三维形态,其主滑方向有时变化也较大,使得有必要研究一种滑带土抗剪强度的三维反分析方法和滑坡稳定性的三维评价方法。笔者建议了一种基于强度折减概念的滑带土抗剪强度反分析方法,即通过逐步折减滑动面的强度参数,使滑动面的塑性区完全贯通,此时,塌滑体处于极限状态,所用强度参数即为滑带土的平均抗剪强度参数。从洪家渡水电站1#塌滑体计算成果来看,反演的滑带土摩擦角较二维反演值低4.1?,反映了滑坡体的三维效应,验证了所建议方法的可行性。     

抗剪强度参数概率分布的最大熵估计及边坡可靠度分析

提出了基于最大熵原理的抗剪强度参数概率分布估计方法。首先简要介绍了最大熵原理估计抗剪强度参数概率分布的基本步骤。其次,基于模拟数据分别验证了最大熵原理估计抗剪强度参数概率分布和边坡失效概率的有效性,并比较了最大熵原理、选优识别和核密度估计方法的不确定性建模精度和稳健性。最后,以一组残积土抗剪强度参数试验数据并结合无限边坡稳定分析为例研究了最大熵原理在抗剪强度参数概率分布和边坡失效概率估计中的应用。结果表明：最大熵原理能够有效地估计抗剪强度参数的概率分布和边坡失效概率。与传统的选优识别和核密度估计相比,最大熵原理估计抗剪强度参数概率分布和边坡失效概率的精度和稳健性都更高。最大熵原理避免了核密度估计过分依赖有限样本数据的缺点,又克服了选优识别可能未将真实分布包括在备选概率分布集合中的缺陷。此外,基于有限数据估计的抗剪强度参数概率分布和边坡失效概率具有较大的离散性。     

基于传递系数法的滑带土抗剪强度参数反分析研究

滑坡滑带土抗剪强度参数的合理选取是进行滑坡稳定性分析和治理设计的关键。本文结合滑坡的发育阶段,合理选取滑坡稳定性评价指标,基于反分析的基本原理,利用至少两个反分析剖面,采用试算、插值和图解法求解滑带土的抗剪强度参数,对比室内剪切试验数据,该方法最终所得参数基本满足工程要求,可为其它滑坡的稳定性分析及治理工程设计提供借鉴。     

地震效应下非线性抗剪强度参数对裂缝边坡稳定性影响的上限解析

基于非线性Mohr-Coulomb破坏准则,结合极限分析上限法和拟静力分析法,建立功能方程,推导了地震效应下裂缝边坡的安全系数计算方程。采用数学规划方法,计算了不同参数组合条件下的边坡安全系数值,详细分析了非线性条件下一系列参数对边坡稳定性的影响。研究表明,边坡安全系数随非线性参数和地震效应的增大而减小。对比分析可知,在非线性破坏准则下,裂缝深度较大时,裂缝对边坡稳定性影响显著,且边坡越陡影响越大;当裂缝深度超过某个值后,临界破坏面起始端可能不穿过裂缝最底端,而是从裂缝中间某部位穿过。在地震效应作用下,非线性抗剪强度参数对安全系数影响显著。研究成果进一步完善了裂缝边坡稳定性分析内容,所列图表为边坡的设计与施工提供有益参考。     

顺层岩质边坡稳定性极限分析上限法

基于极限分析上限法理论,运用体积力增量法,考虑单层滑动面极限分析模型的缺陷,建立考虑含结构面的多岩层错动的任意块体模型,利用岩块体在外荷载作用下达到极限破坏时,外荷载做的功与岩体消耗的功相等为基础建立等式方程,由此推导得到此类边坡稳定系数的计算公式。在分析典型边坡算例的基础上,对比离散元数值模拟结果,验证了该方法的可行性和适用性。对云南省普宣高速公路某顺层岩质边坡进行计算,其稳定系数接近离散元数值模拟结果,数值稍有偏大,边坡稳定。其研究结果为此类边坡稳定性评价提供了一种新的计算方法。     

基于塑性极限分析上限法理论的土质边坡可靠度分析

将极限分析的上限定理、有限元离散思想、随机规划理论和蒙特卡洛方法这四者结合起来,提出了一种土质边坡可靠度分析的上限数值方法。首先采用三节点有限单元离散土质边坡,然后将土体的抗剪参数设为随机变量,根据上限定理构建同时满足三角形单元的塑性流动约束条件、单元公共边的塑性流动约束条件和单元速度边界条件的机动许可速度场,并根据内功功率等于外功功率条件建立目标函数,构建土质边坡可靠度分析的上限法随机规划模型。采用蒙特卡洛方法求解上限法随机规划模型,同时提出了一种基于上限法速度场的边坡失效风险系数估算方法,该方法特别适用于具有多种失效模式的边坡风险分析。对2个经典算例进行了深入分析,验证了方法的正确性。     

边坡稳定极限分析的单元集成法

提出的单元集成法为采用塑性力学上限定理分析边坡的稳定性提供了一种通用性较强的手段。它采用类似于有限元网格划分的方式离散边坡计算区域,并设定一个机动许可的滑动机构（包括滑裂面位置和速度场,它与网格划分方式无关）,在此滑动机构下可以很方便地计算每个单元贡献的外力功率和内能耗散率。把所有单元的能量相加就是滑坡体的总能量。然后,根据上限定理求得安全系数,并通过非线性数学规划方法找到最小值。对于直线滑裂面或对数螺旋滑裂面的单滑块机制,几个典型算例说明了该方法的有效性。     

岩石边坡稳定的块体单元极限分析上限法

将块体单元法与极限分析上限法相结合,提出了岩石边坡稳定的块体单元极限分析上限法。借助于块体单元法离散计算区域,通过块体系统速度场在结构面上满足Mohr-Coulomb屈服条件、关联流动法则、速度边界条件以及块体系统虚功原理,构成求解边坡强度储备安全系数上限解的非线性规划模型,模型的求解采用复合形法。最后研究了一个岩质楔形体边坡算例和小湾水电站进水口边坡实例,通过将块体单元法上限分析计算结果与刚体极限平衡法相比较,验证了该方法的正确性。     

基于MATLAB的边坡稳定性极限上限分析程序开发

基于系统能耗最小原理的极限分析上限定理,利用MATLAB强大的数据处理功能,对边坡稳定系数Ncr采用序列二次规划法（SQP）进行优化计算,并与枚举法相结合,从而解决SQP算法求解优化解容易陷入局部最优解的问题。同时开发了一款简单实用的边坡稳定性分析软件,实现了计算结果与临界滑裂破坏面图形的可视化输出。与经典算例对比分析,计算结果具有较好的一致性,表明了程序的可靠性。分析了内摩擦角?、边坡倾斜角?、? 3个参数对边坡稳定系数Ncr的影响。计算结果表明：边坡稳定性系数Ncr对?、? 较为敏感,而对? 的敏感次之。其次,当?、? 比较接近或在小范围内波动时,对稳定性系数Ncr的影响特别敏感;当?、?值较小时,滑动面通过坡趾下方,而当?值比较大时,滑动面通过坡趾。     

边坡稳定分析刚体有限元上限法的锥规划模型

极限分析方法是土边坡稳定性分析的重要方法之一。刚体有限元上限法是其中的一类,此类方法仍旧存在一些关键问题需要完善。由于单元的刚性假设,系统的塑性变形内能耗散仅发生在单元间的界面上,故此类方法的性能主要取决于界面的布局,即采用非结构化三角形单元计算往往精度较差。为此,提出了基于滑动面摄动的刚体有限元上限法及临界滑动面的搜索方法。首先,在考虑刚体转动的基础上构造刚体有限元上限法的二阶锥规划模型,用于确定在给定试滑动面条件下的运动许可速度场。其次,将试滑动面的控制参数视为决策变量,建立搜索临界滑动面的非线性非凸优化问题模型,并采用非线性单纯形方法和粒子群方法求解此优化问题找出临界滑动面。通过经典边坡稳定问题的分析求解,验证了所提出的新方法,进一步证实了网格类型（即界面的布局）是影响刚体有限元上限法计算精度的主要因素。经过计算结果的对比发现,在刚体有限元上限法中考虑刚体转动是非常必要的,不仅可以提高刚体有限元上限法的计算精度,还可以克服此方法对界面布局的依赖性。     

基于下限原理有限元的强度折减法

对于岩土工程中常用的强度折减系数,其规划问题是非线性的,不能直接利用线性规划进行求解。基于四边形单元的下限原理有限元法,根据强度折减系数与超载系数近似符合双曲函数的特点,通过调整强度参数使得超载系数逼近于1[1],可将边坡稳定性分析中常用的强度折减系数的非线性规划求解转化为线性规划求解问题。分析表明,采用拟合双曲线插值法求解强度折减系数的计算效率高于常规的二分法及割线法,且具有较好的收敛性;该方法能够充分利用当前高效的线性规划算法,便于工程应用。     

关于上限法的一个备注

以一个在其内表面受均面剪切荷载的厚壁圆筒为例，说明当使用上限定理时，即使遍取所得有可能的机动场，也可能无法求得真实的极限乘子。因此，将极限乘子定义为所有机动乘子的下界比定义为最小值更为准确。     

考虑非均质各向异性效应的阻滑桩加固土坡稳定性分析

基于极限分析上限定理与土的抗剪强度折减系数概念,考虑土的强度分布的非均质性与各向异性, 建立了土坡的极限平衡状态方程,由此确定土坡的稳定安全系数及其相应的潜在破坏模式。对于在给定的荷载条件下不能满足抗滑稳定性要求的土坡,考虑采用阻滑桩加固方式,根据桩侧有效土压力的合理分布模式确定桩体与滑动面相交的截面上等效抗滑力和抗滑力矩,考虑土的强度非均质性与各向异性的条件,利用极限分析上限定理建立阻滑桩加固土坡的极限平衡状态方程,将桩侧土压力作为目标函数,运用数学规划方法确定极限平衡状态时的临界桩侧有效土压力。通过大量的变动参数对比计算,探讨了土的强度的非均质性与各向异性等因素对阻滑桩桩侧极限抗力及最优加固位置的影响。