基于矢量和法安全系数的边坡稳定性分析

针对极限平衡法和有限元强度折减法在计算边坡安全系数中存在的问题,结合某工程实际采用矢量和法安全系数对边坡稳定性进行分析,并将其计算结果与传统分析法计算结果进行比较。结果表明,采用边坡矢量和法得到的计算结果与极限平衡法和有限元强度折减法之间的计算结果最大相对误差为9.7%,误差范围为4.2%～9.7%,而与有限元强度折减法计算结果的相对误差仅为5.9%。由此表明采用矢量和法安全系数用于求解边坡的稳定性是可行的。     

基于有限元折减强度法与极限平衡法结合的岩质边坡稳定性分析

 基于露天矿岩质边坡的稳定性分析及边坡角优化的需要,提出采用有限元折减强度法与极限平衡法相结合的方法对露天岩质边坡进行稳定分析,并对算例中的最终边坡角进行了优化。该方法首先利用有限元折减强度法计算出边坡内部塑性区,并假定塑性区为边坡潜在的滑动面,从而能够确定滑动面的倾角范围。此后再以此滑动面倾角范围为分析起点,结合极限平衡理论计算出在不同边坡角下的边坡安全系数。通过绘制安全系数随边坡角的变化曲线,即可找出满足安全阈值的最优边坡角。最后,采用该方法对兰伯特角铁矿中部矿区上盘边坡角进行了优化,证明了该方法的可行性。     

索风营水电站Dr2危岩体稳定安全度有限元分析

采用边坡稳定分析的非线性有限元混合解法对索风营水电站Dr2危岩体的稳定性进行了分析,即由强度折减法搜索其可能滑动面,确定危岩体最可能的破坏方式和滑动面位置,然后重新建立模型,加入搜索得到的滑动面和加固措施,由有限元迭代解法求得其滑动面的安全系数.通过该法确定了Dr2危岩体最危险滑动面,并计算得到了每项加固措施对危岩体抗滑稳定安全性的贡献度,为加固措施的优化提供了一个很好的参考依据.     

基于数值模拟的露天矿高陡边坡可靠度分析

本研究将数值模拟与可靠度理论相结合进行露天矿高陡边坡稳定性分析,在数值模拟前处理上,实现边坡模型四面体剖分。基于FLAC3D,利用强度折减法得到其最可能滑动面和相应的安全系数,根据边坡位移等值云图,搜索并保存等值线最为密集区域的数据点坐标并进行非线性拟合,找出该边坡的潜在破坏面进行可靠度计算。将该方法用于某高陡边坡稳定性分析,求得可能滑动面安全系数为1.80,边坡潜在破坏以圆弧形剪切破坏为主;可靠度计算收敛时,求得可靠度指标β为2.381 8,破坏概率P_f为0.865 6%。结果表明:该边坡在安全系数为1.80时,其破坏概率为0.865 6%,属于稳定边坡。     

基于ABAQUS二次开发平台的边坡有限元强度折减法研究

有限元强度折减法在边坡稳定性分析中发挥着举足轻重的作用,但通常的有限元强度折减法采用二分法来获取边坡的安全系数,该方法需要多次试算,效率较低。本文借助ABAQUS软件的二次开发平台UFIELD程序,将软件自带的场变量定义为折减系数,建立场变量分别与软件求解时步和强度参数的关系,方便地实现了基于场变量的边坡有限元强度折减法,此方法仅需一次提交计算分析便可高效地实现边坡安全系数的求解;在基于场变量的边坡有限元强度折减法基础上,依据滑面位置处的等效塑性应变最大这一基本原理,利用不同垂直剖面逐点搜索法,实现了基于最大等效塑性应变的边坡潜在滑动面位置精细化寻找;最后借助两个经典算例,将此套思路确定的潜在滑动面位置、安全系数分别与传统极限平衡M-P法的对应结果进行对比分析,验证了本文思路和方法的有效性。     

桩基加固的三维边坡稳定性分析

有桩加固边坡稳定问题目前尚无明确规范的计算方法 .通过有限元强度折减法,分析了柔性桩加固边坡,刚性桩加固边坡和刚性桩考虑渗流作用下边坡的安全系数,并将数值模拟结果分别与复合抗剪强度法、BS8006规范中的分析方法进行对比.比较可知:对于柔性桩加固边坡,有限元强度折减法计算边坡安全系数与复合抗剪强度法方法计算结果的误差约为2.0%;对于刚性桩加固边坡,有限元强度折减法计算边坡安全系数与BS8006方法误差约为8.6%,从而验证了柔性桩加固情况下,采用复合抗剪强度法的适用性,以及刚性桩加固情况下BS8006方法的适用性.对于刚性桩,同样条件下考虑渗流作用的影响,边坡的安全系数减小约8.9%.     

平面应变条件下两类有限元边坡稳定分析方法比较研究

对有限元边坡稳定分析方法中滑面应力分析法和强度折减法的安全系数定义进行了探讨,指出这两类方法的安全系数定义都是从强度折减的概念出发,与极限平衡方法中的安全系数定义概念上是一致的.在算例对比分析中,基于非关联流动法则,采用与经典摩尔-库仑准则相匹配的等效D-P准则,在平面应变条件下,对天然边坡(均质边坡、有下卧软弱层、有软弱夹层带)的稳定性进行了对比研究,并同传统极限平衡方法进行了比较.研究表明,两类有限元方法得到的安全系数大小以及相应滑动面形状和位置均十分接近,滑面应力分析法不适于计算失稳边坡的安全系数.     

强度折减计算中的可视化分析与失稳标准比较

为了探讨强度折减有限元计算中不同失稳标准的适用性和差异,基于实时可视化思路,研发了相应的可视化程序,在强度折减有限元计算中完成了3种失稳标准与强度折减系数之间关系的实时可视化视图显示技术,然后对3个较为复杂的边坡进行了数值计算分析和比较研究。研究结果表明:采用强度折减有限元法与计算机可视化技术结合可直观分析滑坡的滑动面和稳定性;uF曲线的最大曲率出现位置比ε-F曲线的最大曲率出现位置稍早,而ε-F曲线的最大曲率出现位置又比N-F曲线的最大值出现位置稍早;对于具有局部滑动面存在的边坡和形状复杂的边坡,在强度折减有限元计算中采用不同失稳标准得出的安全系数有一定差异,算例中最大差异可达到22.6%。     

基于ANSYS和强度折减法的边坡稳定性分析

探讨了强度折减法的基本原理、安全系数、屈服准则和破坏标准等内容,结合ANSYS有限元软件,对水泥库边坡工程在不同破坏标准下的稳定性进行对比分析.计算过程中,随着折减系数的不断改变,会得到不同的黏聚力和内摩擦角参数值,再将其输入到ANSYS中的等面积D-P本构方程中计算至不收敛,发现边坡的安全系数与此时的折减系数是相等的.结果表明:采用塑性区贯通和位移的突变作为边坡破坏标准所得到的安全系数与传统方法计算得到的安全系数十分接近,从而表明有限元强度折减法在边坡稳定性分析中具有可行性.     

土的结构性参数与强度的关系及其在边坡稳定分析中的应用

在合理评价土结构性变化规律的基础上,建立结构性参数与强度之间的关系,进而基于强度折减法对边坡的稳定性进行分析。研究结果表明:结构性参数与凝聚力呈近似的双曲线变化规律,而内摩擦角基本不变;当结构性参数为1时(正常固结土),凝聚力为0;边坡的稳定性与结构性参数密切相关;当强度折减系数达到一定值时,在滑动面附近结构性参数显著减小,并形成一个贯穿区域,此时,折减系数即为边坡的安全系数,贯彻区域即为临界滑动面。     

基于强度折减法的边坡稳定性分析

将有限元强度折减法应用于边坡稳定分析中,探讨了该方法的基本原理、安全系数的定义、屈服准则和失稳判据等。采用强度折减法对某边坡进行稳定性分析,并与传统极限平衡法求得的安全系数进行对比。计算结果表明,采用塑性区贯通或特征点位移突变为失稳判据确定的安全系数与传统极限平衡法的计算结果很接近,表明有限元强度折减法能够满足工程应用。建议在有限元强度折减法中联合采用塑性区贯通和特征点位移突变作为边坡的失稳判据。     

改进的重力加载比例法在非均质边坡稳定性分析中的应用

为了解决强度折减法在非均质黄土边坡稳定性计算中的局限性,采用改进的重力加载比例法研究了山西某非均质黄土边坡的稳定性。首先,运用三轴试验抗剪参数,采用Mohr-Coulomb屈服准则,不相关流动法则,应用有限元分析软件建立数值分析模型,分析了计算得到的水平位移与实测的水平位移,验证了改进的重力加载比例法在该边坡中的适用性。然后,将其计算精度和时效与强度折减法的对比,结果表明:对于该非均质边坡,改进的重力加载比例法计算的安全系数与传统的有限元计算方法得到的安全系数的误差为3%,强度折减法计算结果的误差为7.6%;并且改进的重力加载比例法简化了计算过程,减少了计算过程中人工的干预,使得计算速度更快。     

能量法结合径向条分法求边坡稳定性

采用对数螺旋破坏面,对边坡滑动面及其上部土体进行分析。根据能量守恒原理,假设滑动面上部土体绕极点的虚拟转角位移为dθ,结合径向条分法,建立边坡的稳定性计算模型。基于虚设的转角位移dθ,计算土体重力做功、滑动面抗滑力做功以及条分后滑动块体内部各分界面上由于自适应变形而产生的内部能量耗散,使用强度折减法计算安全系数F_S。通过算例,并与极限分析法的计算结果进行比较,表明能量法与极限分析法的计算结果较为接近,且前者稳定系数更低。对模型中的主要参数进行稳定性计算,分析各参数对边坡稳定性的影响,对边坡的稳定性评估及设计施工有一定的参考价值。     

基坑土钉支护边坡有限元稳定性分析方法探讨

针对基坑土钉支护开挖边坡的稳定性,应用强度折减法和滑面应力法2种有限元法对基坑边坡是否采用土钉支护获得的安全系数和滑动面形状进行了分析.采用土钉支护的基坑边坡,由于在强度折减时,仅仅对土体强度参数进行了折减,未考虑土钉自身的强度降低,因而,采用2种有限元方法得到了不同阶段下虽然安全系数一致,但滑动面形状和位置不同的结论.提出了将土钉支护对土体以及边坡的作用考虑进去,以实现土钉支护技术在项目工程施工中更具现实的理论意义的意见.     

粉砂岩路堑高边坡施工监测与动态设计

结合高速公路路堑高边坡工程实例,利用施工监测联合边坡稳定有限元数值模拟进行边坡动态设计。研究结果表明:通过监测边坡施工现场深部位移可以及早发现边坡滑动趋势,准确推测边坡潜在滑动面位置;粉砂岩路堑高边坡开挖后在自然状态下基本稳定,但是在降雨饱水条件下边坡塑性变形区范围增大,边坡安全系数显著降低,边坡由局部破坏发展为整体滑动破坏,模拟分析结果与施工监测结果具有较好的一致性;利用边坡稳定分析有限元强度折减法计算得到的边坡变形拟合实测变形和滑动面,可以确定坡体当前状态的等效力学参数;采用有限元数值模拟方法优化设计边坡加固方案,可以确定边坡最终形态以及锚索加固位置、加固长度、加固密度和设计预应力;边坡优化设计后,在自然与降雨饱水2种工况下边坡塑性应变区域及位移形变量均较小,边坡安全系数满足设计规范的安全要求;施工完成后,边坡处于稳定状态,说明基于现场监测联合有限元分析方法确定的边坡加固方案是可靠的。     

赤平投影法和有限元强度折减法对岩质边坡稳定性分析

本文采用赤平投影法和有限元强度折减法对某高速公路K12+200~K12+340段岩质边坡稳定性进行了分析。首先采用赤平投影法对边坡进行了初步判断,结果表明,此边坡开挖后欠稳定,易发生顺层滑动、局部坍塌或掉块;然后通过有限元强度折减法进行验证,模拟结果表明,坡顶部位产生拉张裂隙,开挖边坡内部产生剪切变形,边坡稳定安全系数F=1.151.2,边坡不稳定。表明这两种方法结合是岩质边坡稳定性研究中的一个重要而有效的方法。     

开挖边坡的三维有限元稳定分析

用强度折减有限元方法对开挖边坡进行了三维稳定性分析.计算结果表明:对于约束效应不明显的开挖边坡,边坡的初始破坏面在边坡的中部,随着折减系数的增大,边坡的破坏由边坡中部向两侧扩展,最终边坡在空间上形成匙状或贝壳状的立体土体破坏;当边坡的纵向长度与开挖深度的比值大于4时,边界约束条件对边坡稳定安全系数影响不大,可以近似地按平面应变问题进行分析;对于角部约束效应明显的开挖边坡,当边坡中部剖面发生破坏,边坡角部剖面几乎也同时达到破坏,其稳定安全系数是按平面问题分析结果的1.3倍多,类似的实际问题如果按二维平面应变方法进行分析,其计算结果应用于工程设计中是偏于保守的.     

地震拟静力效应下双组节理顺层岩质边坡稳定性分析

基于极限分析上限法理论,并考虑地震荷载效应,对双组节理顺层岩质边坡的稳定性进行分析.结合强度折减技术给出了岩石边坡安全系数的计算公式,采用序列二次规划法(SQP)对安全系数F_s的目标函数进行优化计算;在不同地震荷载作用下,将极限分析上限法计算的结果与离散元数值模拟的结果进行对比验证,二者所计算出的安全系数较为接近,最大误差不超过4%,且滑动面也较为吻合,表明了该方法的正确性.参数分析表明:坡高、节理内摩擦角、节理倾角组合以及地震效应均对边坡安全系数及潜在临界滑裂面有重要影响.     

基于强度折减有限元法的土质边坡稳定性分析

将强度折减有限元法与ABAQUS软件相结合,借助ABAQUS的强大非线性功能和丰富的单元库,建立了平面破坏型边坡有限元分析模型.充分利用ABAQUS软件强大的后处理功能,动态显示广义塑性应变和塑性区的开展情况,以塑性区的贯通作为判据,通过不断调整折减系数确定最终安全系数,以此对边坡稳定性进行判定.通过实例验证了其计算结果和极限平衡法具有较好的一致性,它表明该法是合理可行的,为快速有效地分析边坡稳定问题提供了一种思路.     

极限平衡有限元法在边坡稳定分析中的应用

本文将极限平衡法和有限元法结合工程实例进行边坡稳定性分析,得出用有限元强度折减法Ansys程序计算得到的土坡稳定安全系数,与用毕肖甫法得到的安全系数相吻合,验证了有限元强度折减法Ansys程序的可行性。