深埋隧道围岩滑移面验证及稳定性分析

为了采用安全系数分析深埋圆形盾构隧道稳定性,以隧道围岩弹塑性区域的应力分布为基础,采用变分方法验证围岩滑移面的分布形态.将围岩简化为理想弹塑性材料,结合弹塑性区域应变分布获得围岩极限塑性半径.基于Mohr-Coulomb准则,选取隧道安全系数为极限塑性半径内沿隧道滑移面围岩的抗剪强度与剪切力之比,获得以安全系数为隧道稳定性指标的分析方法.通过算例分析得出极限应变与屈服应变比值、围岩力学参数和支护参数与隧道相对塑性半径和安全系数的关系.研究结果表明:增加围岩内聚力、内摩擦角及支护压力能有效抑制隧道塑性区半径发展与提高隧道安全系数;围岩变形协调能力越好,整体越稳定.     

基于尖点位移突变模型的井壁稳定性分析

引入基于广义Hoek-Brown准则的有限元强度折减法,考虑井壁不同位置的水平方向位移与强度折减系数的非唯一相关性,以及井壁失稳破坏时岩体变形的瞬时突变性,建立了井壁最大水平方向位移与强度折减系数的井壁稳定性尖点位移突变模型。利用上述模型研究了井眼直径与井筒压力对井壁稳定性影响规律,结果表明,随着井眼直径的增加,井壁稳定性安全系数降低速度越快;随着井筒压力的增大,井壁稳定性安全系数增加速度越快。     

基于统一强度准则的柱孔扩张问题及扩孔孔径分析

通过轴对称问题的应变协调方程,利用统一强度准则和相关联流动法则分析了柱孔扩张问题.利用柱孔扩张问题的基本位移公式和塑性区孔口位移条件,推导了柱孔初始半径a0、扩孔半径a和对应的孔压p三者的理论关系式.通过此关系式和塑性区半径相关公式求得柱孔扩张问题的塑性区半径rp,进而求出相关扩孔问题的应力场、应变场和位移场.探讨了统一强度理论和土体的参数问题,并且通过算例分析,对柱孔扩张问题中的应力场和位移场的分布规律、塑性区半径和扩孔压力的变化规律进行了分析.     

采用边坡稳定性强度折减法分析弹性应变能突变判据

为分析采用强度折减法确定边坡安全系数过程中边坡弹性应变能随折减系数变化与边坡失稳破坏的内在联系,建立数值模型,记录边坡弹性应变能与折减系数关系曲线;通过对某边坡的分析,绘制弹性应变能与折减系数关系曲线.研究结果表明:采用强度折减法,当边坡处于稳定状态时,折减系数增大引起边坡变形增大,导致边坡体弹性应变能随之增大;但是,边坡岩土体能够承受的弹性应变能是有极限的,当折减系数增大到某一值时,边坡体的弹性应变能达到极限,再增大折减系数将导致边坡失稳破坏;边坡体弹性应变能与折减系数服从指数关系;利用弹性应变能与折减系数关系曲线得到的边坡安全系数与采用其他经典的方法所得边坡安全系数基本一致,弹性应变能随折减系数变化而变化的规律可以作为边坡稳定性强度折减法分析的失稳判据.     

考虑软黏土率效应和强度软化的圆柱扩孔理想弹塑性解析解

基于扩孔理论基本框架,建立一种同时考虑率效应和强度软化的扩孔弹塑性解析解。通过将本文的退化解与Shuttle提出的理想弹塑性扩孔解对比分析,验证本文所提解析解的合理性,开展关于刚度系数G/su0、应变率系数μ以及强度软化系数ξ95和δrem的影响因素分析。研究结果表明:刚度系数G/su0越大,土体抗剪强度越高,孔壁应力越大;当扩孔半径超过2.5倍初始半径后,孔壁应力将会出现软化现象,且应变率系数μ越大,软化现象越明显,塑性区范围越小;强度软化系数ξ95和δrem越大,强度软化现象越明显。     

一种基于塑性功和突变理论的边坡临界状态确定方法

基于当前强度折减法的临界状态判据各有优缺点,结合塑性应变能理论和突变理论,提出一种新的反映边坡的临界状态失稳判据。该方法以塑性功作为评价边坡整体稳定性状态的评价指标,以尖点突变模型作为判断边坡失稳与否的理论依据。在具体操作过程中,通过不断调整强度折减系数,记录每个折减系系数下对应的计算模型整体塑性功,建立"整体塑性功-折减系数"曲线,并通过突变理论找出整体塑性功发生突变时对应的折减系数,此时的折减系数即为边坡的安全系数,此折减系数下对应的边坡状态即为临界状态。对单台阶边坡、多台阶边坡进行计算。研究结果表明:基于该方法得到的安全系数与极限平衡法得到的安全系数较接近,尤其与满足力平衡条件和力矩平衡条件的修正简布法所得结果最接近,从而验证了该方法的可靠性。     

基于突变理论的隧道失稳判据研究

近年来,强度折减法开始广泛应用于隧道稳定性研究。在采用双侧壁导坑法和CRD法(中隔壁法)等工法开挖大断面隧道的过程中,应力重分布作用和支护应力作用相互影响,周围岩土体演变为岩土与支护结构相互作用的复杂结构,其稳定性分析较为复杂,考察其稳定性需要合适的判据。鉴于塑性应变能单值和反映稳定性的特性,将其作为稳定性考察量;结合突变分析模型,得到计算模型的安全系数,并与现阶段流行的位移突变、计算不收敛、塑性区贯通等判据对比。结果表明:塑性应变能判据与其他判据的最大相对误差只有4.2%,具有较高的一致性,是准确的失稳判据。塑性应变能判据突变作用更明显,比其它判据更有优势。最后基于塑性应变能判据,绘制出双侧壁导坑法和CRD法开挖隧道的动态安全系数曲线,可为整个实际工程提供参考。     

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。     

强度折减法对锚杆加固边坡的稳定分析

利用大型有限元分析软件,考虑岩土变形的影响,采用完全弹塑性模型,Drucker-Prager屈服准则以及边坡最大水平位移增量与材料强度折减之比达到极值作为边坡破坏的标准,对锚杆加固边坡的稳定性进行了分析,得到了边坡稳定系数,并利用临界破坏状态时边坡的等效塑性应变图来确定潜在滑动面,为工程设计提供了参考依据.     

考虑材料剪胀及软化的扩孔问题的统一解

基于统一强度理论，考虑孔周岩土材料的软化特性、剪胀特征，详细推导了柱形孔扩孔问题的统一解公式，并给出了临界扩孔压力及扩孔压力与孔周岩土体所处状态的关系，导出了孔周岩土体内应力、位移等的解析公式。通过实例分析认为，在给定软化模型下，临界扩孔压力及塑性软化区半径随剪胀性的增大而增大；在一定剪胀程度下，临界扩孔压力随软化程度的减小而增大；在一定剪胀及软化程度下，临界扩孔压力随材料参数b值的增大而增大。讨论了软化、剪胀及强度模型对扩孔压力及孔周岩土体内应力场和位移场的影响，认为剪胀性对孔周应力场的影响不大，孔壁位移随剪胀性的增大而减小；软化性对孔周应力场和位移场的影响较复杂；不同强度模型对孔周位移场及孔壁位移影响不大，但对扩孔压力影响较大。     

有限元法分析抗滑桩-土坡相互作用系统的稳定性

采用有限元法分析了抗滑桩加固后土坡的稳定性.土体被认为是理想弹塑性模型,服从Mohr-Coulomb屈服准则,加固土坡的排桩被简化成等效的板桩,当其达到极限容许弯矩时即认为达到弯断破坏,土坡安全系数的计算采用强度折减法.文中还讨论了抗滑桩类型、抗弯刚度、极限弯矩及排桩设置位置对加固土坡整体稳定性的影响.     

高陡边坡整体与局部失稳的强度折减及安全度判别分析

为了实现从整体和局部都能较为准确地分析弧状高陡边坡安全稳定性,指导露天采矿高陡边坡设计,采用有限差分强度折减法分析边坡稳定性,获得边坡整体的安全系数。对每个计算单元引入安全度进行分析,获得边坡局部安全系数;将最大节点位移时步曲线收敛性作为边坡失稳的判定准则,弥补了采用其他准则时由于人为指定容差而引起的较大误差;以某铁矿西南边坡为例,运用FISH语言编制强度折减法、失稳准则和安全度相关程序进行计算。研究表明:有限差分强度折减法、基于最大节点位移时步曲线收敛性的失稳准则和计算单元安全度相结合的边坡稳定性分析方法适合于弧状边坡稳定性分析,研究为弧状高陡边坡设计提出了新的思路。     

考虑降雨入渗的边坡稳定性数值分析

运用有限元软件ABAQUS模拟降雨条件下边坡渗流场和应力场耦合,并运用强度折减法,以监控点位移突变和边坡形成连续贯通的塑性变形为边坡失稳判据,采用数值方法计算出耦合后的安全系数,结合孔压演变分析,综合评价稳定性变化情况,从而研究降雨影响边坡稳定性的机理,并通过含黏土层边坡工程实例进行验证.分析发现:降雨强度越大,浅层土体形成饱和区的速度越快,极易发生浅层滑坡,而黏土层则会加速上述过程,危害边坡稳定性;在降雨24h内,安全系数降幅最大.该研究结果为降雨条件下边坡事故防治提供了参考和分析依据.     

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。     

基于容重增加与强度折减法的边坡稳定性对比分析

为了研究容重增加法在边坡稳定分析中的适用性及计算精度,针对一算例边坡采用非线性的有限元法进行数值模拟,基     

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。     

考虑中间主应力与渗流作用的巷道稳定理论解

为了探究渗流作用下不同中间主应力对圆形巷道围岩的影响，应用弹塑性力学理论，基于Drucker-Prager屈服准则，推导得出围岩塑性区半径与孔隙水压力之间的关系式；再由极值点失稳理论，确定围岩失稳的判别准则。结合实际工程，分析中间主应力系数对临界水压力的影响，结果表明：中间主应力对临界水压力有较大影响，采用D-P准则时中间主应力系数与临界水压力的关系曲线表现为类抛物线形式。当中间主应力系数取0.8时临界水压力达到最大值10.0 MPa；与基于MC准则的计算结果作对比，发现考虑中间主应力时D-P准则的临界水压力计算结果更能反映岩石多轴力学性能，可应用于较为完整的含水岩层支护设计优化。     

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.     

基于ABAQUS强度折减法某铀尾矿坝稳定性分析

将ABAQUS有限元软件和强度折减法相结合,充分利用ABAQUS的强大后处理能力对某一铀尾矿坝稳定性进行分析.通过把坡面的特征控制点的位移突变和滑移面塑性区从坡脚到坡顶的贯通作为边坡整体失稳的标志,当滑移面的塑性区贯通,塑性应变和特征控制点的位移发生突变时,则坝坡就处于滑动破坏临界状态,而此时的强度折减系数就定义为坝坡稳定的最小安全系数.通过某铀尾矿坝稳定性分析的实例,可以准确形象的预测出坝潜在坡滑动面的位置和评价坝坡的稳定性,尤其对地形复杂的边坡稳定性分析简单适用.