滑面正应力假设的边坡安全系数计算方法的适用性探讨

对滑面正应力假设的安全系数计算方法中滑面初始应力的假定方法进行了探讨,利用随机变量模拟了不同的滑面正应力初始值分布,通过对典型算例的计算分析发现,该方法适用于圆弧滑动面的安全系数计算,其结果与其他极限平衡方法相差不大,对非圆弧滑动面,尤其是相邻条块存在较大转折的非圆弧滑动面而言,该法存在较大误差．     

基于极限平衡理论的局部最小安全系数法

根据极限平衡原理和Mohr Coulomb破坏准则 ,应用最优控制理论思想 ,并充分考虑运动许可条件 ,建立了能同时确定边坡临界滑动面和计算最小安全系数的局部最小安全系数法。该法既满足条块力和力矩的平衡 ,又符合边坡稳定问题的物理本质 ;既能保证所求解是运动许可的 ,又能保证不出现数值计算上的困难 ;不但可以确定临界滑动面和计算对应的最小安全系数 ,又可以确定条底及条块界面上法向力的作用点 ,从而消除了以往利用极限平衡法进行边坡稳定分析时对临界滑动面的形状以及条底和条块界面上法向力的作用点的人为假定。算例计算比较表明 ,本文所给方法是合理可靠的。     

严格极限平衡条分法框架下的边坡临界滑动场

首先将严格极限平衡条分法进行改进,给出更实用的安全系数计算格式;然后将只满足力平衡条件的边坡临界滑动场数值模拟方法进行推广,建立一套能满足严格平衡条件的边坡临界滑动场计算方法.对文献中的算例进行计算比较,结果表明本文计算的临界滑动面比其它方法搜寻的临界面更危险,即得到更小的安全系数,展示了本文方法的精度与可靠性.     

潘家铮极值原理的优化算法实现

边坡极限平衡分析法通常情况下是静不定的,需要引入一些简化假定来求得安全系数.条间力函数f (x)作为其中的主要假设条件,其对安全系数的影响在过去的研究中并没有得到足够的重视.对二维极限平衡法采用优化算法求得满足潘家铮极值原理的安全系数,对于某一确定的滑裂面,将条间力函数f (xi)视为控制变量,采用模拟退火方法不断调整f (xi)以求解安全系数极大值,实际上是一种下限法;而搜索临界滑裂面的过程,采用粒子群法或和声法搜索最危险滑动面.另外,还探讨求解安全系数时通常会碰到的收敛性问题,结果证明f (x)不能随意设定,否则会引起不符合实际的条间力.相比传统的极限平衡法,该极值优化法极大地提高了收敛性.     

边坡稳定分析中关于不平衡推力法的讨论

不平衡推力法在我国工业与民用建筑及铁道部门广为应用,当边坡滑面为圆弧时,不平衡推力法的精度与严格条分法相当。然而,由于不平衡推力法假设条间合力的方向与相邻土条底面平行,从而导致在某些工况下(非圆弧滑面),安全系数的误差大到百分之几十甚至更大,这显然会给工程带来安全隐患。鉴于上述原因,以非圆弧滑面为研究对象,较为全面地分析了不平衡推力法在各种工况下(共200多个算例)可能引起的误差,得出误差最小的几种工况,并建议对于非圆弧滑面最好不要单独使用不平衡推力法,而应采取多种方法进行综合分析。     

一种基于Morgenstern-Price法假定的三维边坡稳定性分析法

 通过侧向剪力系数和侧向剪力分布函数对条间力进行假定,提出所有条柱满足3个力的平衡、滑坡体满足3个力矩平衡的三维边坡极限平衡分析法,可看作是二维Morgenstern-Price法的三维扩展。利用滑体力的平衡条件和边界条件分别得到条柱各行和各列的安全系数,再利用滑体整体力矩平衡条件确定侧向剪力系数?1,?2,?3,?4。该法考虑了所有条间剪力对安全系数的影响,采用直接迭代法求解,提高计算效率。算例分析表明,对于对称边坡,侧向剪力系数?1,?3,?4对安全系数影响不大;对于非对称边坡,?4对安全系数影响也不大,且获得的安全系数均与已有文献结果接近。非对称复合滑动面算例还表明,简化方法给出的安全系数不一定偏于安全。     

局部安全系数法在土坡稳定分析中的应用

假定各条块的局部安全系数与滑动面的整体安全系数不相等,联合潘家铮极大值原理与优化算法构建了一种求解整体安全系数的新方法.对于给定滑动面,该方法将推力线与条块间力的倾角视为优化变量,利用优化算法寻找一组优化变量使此滑动面的整体安全系数达到极大值,同时可得到各条块的局部安全系数.在众多可行的滑动面中,选择整体安全系数最小的滑动面作为临界滑动面.利用该法对澳大利亚计算机应用协会(ACADS)的考题以及已有文献中的典型例题进行了计算,通过比较分析了该法的合理性.     

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。这些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。     

软土地区基坑坑底隆起稳定破坏滑动半径研究

为了研究软土地区基坑坑底隆起的破坏模式并确定合理的隆起破坏滑动面大小,采用不连续布局优化法对不同围护结构插入比条件下的基坑坑底隆起失稳滑动面进行分析; 通过大量计算得到可用于判断滑动面是否通过围护结构底端的不同基坑开挖深度下土体强度和围护结构临界插入比的幂函数关系表达式; 通过分析围护结构插入比较小时归一化的坑底隆起破坏滑动半径和围护结构插入比的关系,得到修正传统圆弧滑动法滑动半径的对数表达式及其系数。最后,将修正滑动半径后计算的安全系数与数值模拟结果进行了对比,验证了滑动半径公式的可靠性。结果表明:在插入比较大(大于临界插入比)情况下,滑动面通过围护结构底端; 在插入比较小情况下,滑动面不通过围护结构底端,需对传统圆弧滑动法进行修正; 提出的修正方法可为软黏土层较厚的基坑坑底隆起稳定分析时滑动半径的选取提供参考,同时可以解决传统圆弧滑动法在插入比较小时安全系数变化不合理的问题。     

边坡全局临界滑动场(GCSF)理论及工程应用

在边坡稳定性分析时,通常采用单一的最小安全系数及其对应的临界滑动面表示边坡稳定性程度和潜在破坏范围,而忽略了安全系数稍大但潜在破坏范围更广或工程意义更重要的滑动面。临界滑动场方法不仅能够方便准确地逼近出任意形状临界滑动面,而且将所有其它危险滑动面同时显示出来,以剩余推力表示其稳定程度。本文在此基础上进行改进,提出边坡全局临界滑动场理论与建立方法。所有出口的任意形状局部临界滑动面及其安全系数都能在全局临界滑动场中反应出来,这样有利于全面合理地评价边坡的稳定性。文中将此理论验算了试验路堤,与实测结果吻合很好。最后给出工程应用实例,表明边坡全局临界滑动场理论具有一定的工程实用性。     

基于矢量和方法的边坡稳定性分析中整体下滑趋势方向的探讨

矢量和分析方法是基于力是矢量这一基本概念的分析方法,其关键在于确定边坡真实应力分布状态及整体下滑趋势方向。在边坡一定的受力条件下,利用有限元方法得到边坡应力分布状态后,不同定义的下滑趋势方向就可以得到不同的边坡滑面位置及其对应的矢量和法安全系数,通过分析,提出了3种确定整体下滑趋势方向的方法并分别对固定滑面、非固定滑面及均质边坡圆弧滑面的搜索等进行了探讨,计算结果表明:由潜在滑面各点极限抗滑能力确定的边坡整体下滑趋势方向在临界滑面位置的搜索方面是合理的。最后给出了边坡矢量和分析方法平面问题与三维问题安全系数的统一表达式,公式简洁,容易编制程序并容易被工程技术人员掌握和应用。因此该方法在工程实践中有望得到广泛的应用。     

钢管压力注浆型抗滑挡墙在京珠高速公路K108滑坡治理中的应用

钢管压力注浆型抗滑挡墙是一种将注浆方法与微型桩群方法联合使用的技术，受力分析时可看作一个抗滑挡墙，其最大特点是将滑坡中的一部分滑动体加固成抗滑体来达到对滑坡治理的目的。以京珠高速公路K108滑坡为例，介绍滑坡的地层岩性、地质构造及水文地质特征，应用位移监测方法查明滑坡有5层滑动带；采用钢管压力注浆型抗滑挡墙加固后，通过PS波速测试与旁压试验检验得出，压力注浆对滑坡岩土体的力学性质有较大改善作用；再结合截排水隧洞排出滑体内地下水，通过滑坡测斜孔的位移监测分析及稳定性验算，得出滑坡已处于稳定状态，达到滑坡治理的目的。     

复合荷载作用下重力锚的抗滑稳定计算

针对海上复合荷载作用下的重力锚,通过室内模型试验探讨了其抗滑稳定机理,并根据其滑动机理,采用条分法对其抗滑稳定进行了分析。提出了作为船舶等浮体结构的临时锚固基础——重力锚的设计计算方法。试验和分析结果表明:重力锚滑动破坏受位移的控制,作为船舶的临时锚固基础,采用现有的设计计算方法得到的结果偏于安全,并且,能够较为准确地反映重力锚的滑动破坏机理,通过改进方法计算得到的重力锚的抗滑力较传统计算方法提高了17%,与模型试验的结果更加接近。     

边坡与滑坡抗滑稳定系数定义研究

目前边坡与滑坡抗滑稳定系数定义已广泛用抗剪强度参数调整系数取代抗滑力与滑动力之比和滑动力调整系数,但有不少技术人员对此表示不解,关于滑动力调整系数和抗剪强度参数调整系数的两个算例更是引起人们对抗剪强度参数调整系数这个定义相对合理性的质疑。分析表明,抗滑力与滑动力之比和滑动力调整系数用作抗滑稳定系数定义均有很大的局限性;对直线形滑面,将前期的滑动力调整系数与抗剪强度参数调整系数进行比较的做法是没有意义的,如果将后期的滑动力调整系数与抗剪强度参数调整系数进行比较,将得到相同的结果。     

预应力锚索抗滑桩的改进计算方法

针对现有预应力锚索抗滑桩计算中存在的问题，提出了改进计算方法，即根据预应力锚索抗滑桩的实际施工过程和受力条件分阶段计算，特别在第1阶段计算预应力作用下抗滑桩的内力时应该考虑桩后滑面以上岩土体的反力作用。通过算例对现有计算方法和改进计算方法的计算结果进行分析比较，并通过与抗滑桩实测内力结果的对比分析表明，改进计算方法由于理论上的合理性使其计算结果更接近实测值，这对预应力锚索抗滑桩在滑坡整治工程中的合理设计具有重要意义。     

基于滑面正应力假设的土压力计算方法

基于滑面正应力假设,提出一种新的极限平衡方法计算挡土结构土压力。首先假定滑裂面上正应力分布为含2个待定参数的三次拉格朗日插值函数;推导出包含主动土压力的水平力、垂直力和绕挡土墙顶点旋转的力矩平衡方程;然后采用优化方法确定最危险滑裂面位置及对应的最大主动土压力。与传统土压力计算方法相比,作者提出的方法可以给出精度较高的土压力分布,且可分析土压力作用点位置对土压力值的影响,其土压力计算方法可应用于工程上。     

深基坑土钉支护结构稳定性研究

利用积分法建立了土钉支护结构的内部稳定性安全系数计算模型和边坡最危险滑移面搜索模型,利用网格法对最危险滑移面进行动态搜索和确定,计算其内部稳定性系数.在保证内部整体稳定性的条件下,进一步建立了外部稳定性即抗滑移和抗倾覆的稳定性验算模型,推导了验算公式,以求得深基坑土钉支护结构的最优设计.最后结合工程实例,分析讨论了土钉支护结构设计中存在的问题,为其发展应用提供了实践经验.     

高土石坝坝坡地震稳定分析研究

采用有限元动力时程稳定和变形分析方法,对不同高度大坝坝坡稳定进行分析,开展了最危险滑弧确定方法 、地震动持时对稳定和变形的影响、滑弧位置和深度以及坝坡加固范围的研究 。结果表明：拟静力法采用规范建议的加速度分布系数不能反映高土石坝实际地震反应规律,计算得到的最危险滑弧较深且滑动范围偏大,不利于确定坝坡的加固范围;坝坡在地震过程中,最小安全系数与最大滑动量对应的滑弧并不一致且是不断变化的,有限元动力法计算坝坡稳定时,应在每一时刻任意搜索最危险滑弧;地震持时对坝坡安全系数影响不大,但对滑动量有较大影响;不同滑弧深度对坝坡安全系数有较大影响,存在一个临界深度,当滑弧超过临界深度时,坝坡安全系数大于 1.0 ;坝坡稳定安全性评价需要综合考虑安全系数与变形的计算结果。根据计算结果,建议了坝坡加固的范围。     

考虑力矩平衡的三维剩余推力法

在考虑力矩平衡的二维剩余推力法的基础上,提出了一种三维极限平衡分析方法。在忽略条柱间作用力的水平剪切分量的基础上,建立铅直方向(Z轴)、滑动方向(X轴)、垂直滑动方向(Y轴)的力平衡以及绕Y轴的力矩平衡共4个方程,平衡方程中纳入地下水、地震、支护力作用。行界面上柱间力作用方向角(条间力剪切分量与水平分量的比值)为条柱底滑面在滑动方向上的倾角乘以统一的修正系数(可称为推力方向修正系数,以进行修正),列界面上柱间力作用方向角为条柱底滑面在Y方向上的倾角。通过迭代计算,当调整稳定系数以使所有列的X向剩余推力和为零、改变滑动方向(X轴方位)以使所有行的Y向剩余推力和为零、调整推力方向修正系数以使绕Y轴的总力矩为零,求得滑坡的稳定系数、最优滑动方向及推力方向修正系数。该法适用于任意形态滑坡,并可计算得到最优滑动方向。最后对该法进行了工程应用及讨论。     

考虑层间作用的多层滑坡分析方法

对于发育多层滑面的复杂滑坡,工程中较少考虑各滑面之间的相互影响,而所提出的分层计算方法,考虑了各滑面之间的相互影响。各层分别核算其滑坡稳定性,抗滑结构物设计中的滑坡推力及其分布形式。上层滑体按照一般的传递系数法计算,下层滑体按照考虑上层滑体在上层滑面处的作用力传递系数法计算。算例分析表明,分层计算方法将使多层滑面的复杂滑坡抗滑结构物的设计更为合理。