采用强度折减法确定含软弱夹层岩质边坡安全系数

 应用FLAC3D数值模拟软件,采用强度折减法,求解常德—张家界高速公路某段含软弱夹层的岩质边坡安全系数,讨论了求解效率及失稳判据等。实际运用表明,结合两种失稳判据控制程序运算,即利用收敛性判据作为边坡失稳的判据,实现运算循环的自动化,参照塑性区贯通准则来衡量每次运算循环的步数,可使计算模拟更符合工程实际。结合“二分法”的强度折减法与极限平衡法相比,计算结果误差较小,偏于保守。此外,强度折减法与“二分法”的结合运用可明显提高计算速率,夹层1、2的安全系数求解时间分别为2046和5929s。相比FLAC3D内置强度折减法的计算时间,前者效率提高近6倍,且所求解的边坡安全系数可信度高。     

基于FLAC~(3D)的强度折减法程序改进研究

传统的FLAC~(3D)自编强度折减法程序基于抗剪强度折减技术和二分法来计算边坡安全系数。但每次重复迭代过程(折减强度)程序都需对模型初始应力重新计算。迭代过程重复越多,无谓的耗时越多且初始应力值在第一次迭代后产生变化。针对不足,在介绍了常见边坡稳定性分析方法和关于强度折减法背景知识后,用内嵌于FLAC~(3D)的编程语言FISH语言对其改进。主要过程为:用FISH语言的函数将算得初始应力写入文件;通过函数和赋值功能将文件中初始应力依次赋值给模型分块;用上面语句代替FLAC~(3D)自编强度折减法程序中初始应力计算部分。改进FLAC~(3D)自编强度折减法程序省去每次迭代中重新计算初始应力且保证初始应力在整个迭代运算中一致。对比三种常见的用FLAC~(3D)求解安全系数方法,改进FLAC~(3D)自编强度折减法程序耗时最短,计算结果精确。对于模型和初始应力条件复杂的边坡用改进自编强度折减法程序求解边坡安全系数可节省大量时步和真实运算时间。     

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。     

考虑围护结构强度折减的基坑坑底隆起稳定分析

基坑坑底隆起稳定验算是基坑设计最重要的问题之一,坑底隆起失稳破坏伴随着土体和围护结构失效.然而目前基坑稳定常用的分析方法,强度折减有限元法,在已有研究和实践中却仅折减土体强度,未对围护结构强度进行折减,这与强度折减法的计算理念不统一,且与实际基坑的破坏模式有一定差异.因此本文提出同时折减土体抗剪强度和围护结构抗弯强度的强度折减有限元法.进而通过建立大量的数值模型,对比了考虑与不考虑围护结构抗弯强度折减的计算结果,并与圆弧滑动法进行了对比分析.最后基于实际工程案例分析了新方法的应用效果.分析结果表明,不折减围护结构抗弯强度将高估基坑的坑底抗隆起稳定安全水平,验证了采用强度折减有限元法时同时折减土体强度和围护结构抗弯强度的必要性.     

深厚覆盖层上RCC重力坝多场耦合强度折减法

强度折减法比极限平衡法理论上更加严密,而局部强度折减法相对于整体强度折减法更加接近岩土工程破坏的实际.为解决深厚覆盖层上碾压混凝土重力坝抗滑稳定计算问题,进一步完善局部强度折减法,针对局部强度折减法中的数值病态、多场耦合求解、初始参数确定、折减过程中相关参数和折减区域动态调整等问题,分别采用h型自适应网格、COMSOL Multiphysics多物理场耦合有限元、粒子群分区反演、渗透率随围压变化、根据应变状态接近屈服的程度及速率大小动态获取折减区大小等一系列措施,提出了改进局部强度折减法.实际工程中河床溢流坝段和左岸岸坡坝段三维有限元模拟结果表明,所提出的方法能克服常规局部强度折减法带来的计算异常,合理获取应急除险加固后大坝的抗滑稳定安全系数.     

双强度折减法的配套折减机制

双强度折减法考虑了c、φ的不同折减程度,更符合真实情况.采用单独折减tanφ所确定的折减系数R_1和单独折减c所确定的R_2来定义双折减的配套折减系数K=R_1/R_2.分析发现该种定义符合前人所提出的物理、力学机制,从强度参数空间的角度解释了K=R_1/R_2在稳定系数大于1的黏性土质边坡中的合理性.用参数路径的概念分析双强度折减法的本质——强度参数的劣化,并围绕所提出的两个问题进行解释;结合初始强度参数点、临界状态点、折减路径、临界状态的分析,较为细致地分析了该方法计算过程和结果的意义.将4个算例的计算结果与传统强度折减法结果的对比,发现其结果均偏小,误差在5%以内.     

考虑张拉及剪切破坏的强度折减法在岩土工程中的应用

分析了岩(土)材料在不同应力情况下的破坏特征,指出对岩(土)结构起作用的强度指标除抗剪强度指标c、tanφ外,还应包含抗拉强度指标T,原强度折减法在强度折减过程中过高地考虑了抗拉强度,导致计算偏危险.因此,在有限元强度折减法计算岩土工程的安全系数时应保证抗拉强度指标与抗剪强度指标同等减少,即采用“抗拉剪强度折减法”.通过4个非常典型的算例模型:一般边坡、钟乳石、隧道、陡边坡验证了“抗拉剪强度折减法”提出的必要性和正确性.研究表明,改进的强度折减法在岩土工程中具有更加普遍的适用性.     

关于强度折减法在地下工程中的应用探讨

阐述了强度折减法存在争议的失稳判据和变形参数折战必要性等问题,并就其在地下工程中的应用进行讨论.推荐采用具有较高的精度和适用性的特征部位位移法和塑性区贯通作为土工结构失稳判据,建议对弹塑性本构关系变形参数折减规律进行更为深入研究,进一步提出通过强度,变形参数和应力、应变水平之间的演绎变化规律来进行强度折减更加符合岩土工程实际.强度折减技术在地下工程安全系数中的应用还须系统研究.     

土石混杂高边坡稳定性分析数值方法研究

基于整体强度折减法和局部强度折减法的边坡稳定性分析数值方法,只能获得单一的边坡安全系数和边坡在临界失稳状态下的位移数值参考值.为了掌握边坡的变形破坏过程和稳定性情况,通过FLAC3D中的Extrusion功能和自定义程序,实现对折减区域、强度折减计算精度、强度折减范围的控制,使强度折减法更加契合土石混杂高边坡在实际工程状况下坡体的稳定性分析.以鄂西山区高速公路典型土石混杂高边坡为研究对象,通过建立边坡的三维数值模型,根据实际工况调整边坡的计算强度折减范围,实现对土石混杂高边坡的稳定性分析,所获得分析结果与实际边坡工程监测数据相吻合.计算结果表明,该方法合理反映了土石混杂边坡在施工的各个阶段的变形破坏特征及滑动面存在区域,相比较与传统的稳定性分析方法可更好的量化边坡变形破坏状态,研究成果可为土石混杂边坡的稳定性分析提供有效参考.     

基于强度折减法的边坡稳定性分析

阐述了有限元强度折减法的基本原理,利用强度折减法对尾矿坝进行了边坡稳定计算,同时通过简化毕肖普法和瑞典圆弧法对其结果进行了对比分析,证明基于有限元理论的强度折减法的计算结果是可信的,其安全系数值可以作为定量判断的依据。     

有限单元法在边坡稳定安全分析中的应用

本文通过建立某边坡的模型,分别采用基于有限单元法的强度折减法与刚体极限平衡法,对该边坡的原始状态以及三种不同开挖方案下边坡的稳定性进行了分析,得到了相应的边坡最危险界面及其稳定系数。计算结果表明：两种方法计算结果接近,刚体极限平衡法计算边坡的稳定系数均大于有限单元法结果;边坡坡角的减小可以有效提高边坡的稳定系数。计算结果为边坡开挖方案设计提供了参考依据。     

基于动态强度双折减系数法的滑坡灾变过程模拟

为了模拟滑坡的灾变过程,提出了动态强度双折减系数法,实现了对滑坡折减系数的合理分布,通过对李家湾滑坡灾变过程的模拟,分析了各个位移分量变化趋势。结果表明,位移突变以破积土前缘最为突出,依据应变累积速率的不同,可以将整个灾变过程划分为稳定状态、欠稳定状态和失稳状态。通过失稳判别和双折减系数的处理,对李家湾滑坡进行了稳定性评价。结果表明,动态强度双折减系数法评价滑坡稳定性偏于安全,经过处理得到的滑坡综合安全储备都要小于整体强度折减法的结果,但两者的结果相近,说明动态双折减系数折减在用于滑坡的灾变过程模拟和稳定性评价都是合理的。     

典则TSVD方法的有效数值实现

典则TSVD方法是求解线性不适定问题的一种很好的正则化方法.在串行模式下,采用了求特征值的二分法结合求特征向量的反迭代法和分而治之法两种不同方法来数值实现典则TSVD方法,并对两种方法分别求典则TSVD解所需的时间进行了比较,说明二分法结合反迭代法能更有效地数值实现典则TSVD方法.     

利用抽水资料确定含水层参数的二分法

为了方便准确地利用非稳定流抽水资料确定含水层参数,根据目标函数最优值存在的条件,将最优化问题转化为一个一元非线性方程的求解问题.采用常用、简单、容易实现的二分法求其根,进而由求解结果求出含水层的水文地质参数.该方法克服了各种传统优化方法原理抽象、步骤繁杂及数值计算量大的缺点.最后通过实例分析发现,用该方法计算得到的水文地质参数与实测值十分接近.     

并行求解三对角方程组的二分消元法

本文讨论用二分技术设计求解三对角方程组的并行算法,其中包括并行追赶法、奇偶消元法、奇偶约化法和块消元法等。文中阐述了这些算法的二分法特征。     

基于并行算法的双层储液容器碰撞冲击响应分析

双层储液容器相比于单层储液容器在抗碰撞冲击方面有着更加良好的性能.采用多物质ALE有限元方法和流-固耦合均衡分区并行计算方法,模拟计算了单/双层储液容器在与地面碰撞冲击时储液容器的动态响应,仿真计算结果为双层储液容器的设计提供了参考依据.最后比较了坐标递归对分和流-固耦合均衡分区两种并行算法对并行效果的影响.结果表明,后者比前者有着更高的加速比和并行效率.     

某公路边坡稳定系数的强度折减法分析

针对湖北境内某高速公路边坡遭遇连续降雨出现失稳的问题,基于有限差分的强度折减法分析该高速公路边坡在自然状态、开挖、非正常工况（暴雨）下的安全系数,同时采用有限单元应力法对所得安全系数进行验证。在此基础上,分析非正常工况下边坡的破坏形式,获得该工况下边坡的潜在滑动面位置。结果表明,三种工况下的安全系数分别为1.22、1.04和0.88;有限单元应力法所得结果与强度折减法基本一致;经加固后,边坡的安全系数为1.21,达到了设计要求。该研究为失稳边坡加固提供了依据。     

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。     

内部收益率的数值解法

讨论求解内部收益率的一种数值计算方法,并与牛顿迭代法及二分法比较,从理论分析和实证分析的角度证明了该算法很大程度上提高了计算的精度。     

基于强度折减法的加筋挡土墙动力稳定性分析

地震作用下的稳定性是加筋挡土墙的主要设计内容之一.基于拉格朗日有限差分原理与强度折减法,采用FLAC 3D数值模拟软件,对一座高5 m的土工格栅加筋挡土墙进行数值模拟. 分析其动力及强度折减作用下墙面板最终位移、关键点时程位移、土体沉降、各层土工格栅拉力最大值以及单层土工格栅拉力值分布. 结果表明:关键点的位移与折减系数有较好的对应关系,加筋挡土墙处于临界稳定状态下的强度折减系数可作为动力稳定系数,在突破稳定系数后,各项参数值均有明显变化.