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。     

土质边坡渐进破坏过程的近似模拟

用有限元强度折减法对边坡进行计算,分析滑动面上典型位置单元应力状态变化规律,建立单元应力状态和边坡整体稳定性之间关系,提出单元失稳判据.将判据的有限元语句程序化,对天然边坡进行有限元强度折减计算,应用所提判据和程序对边坡渐进破坏过程进行有限元数值模拟,采用不同失稳判据和极限平衡法计算结果进行比较,验证了本文单元判据的合理性,本文判据能解释和模拟边坡的渐进破坏过程.将本文方法与位移突变判据结合使用,既能描述边坡渐进破坏,又便于工程中对边坡、基坑工程的安全性进行实时监测与反馈.     

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。     

考虑尖点突变理论的边坡安全稳定性综合评价

边坡稳定性受多种因素影响而且目前的分析方法仍存在不足,为了更加高效准确地判断边坡的稳定性,实现失稳判据的量化,基于尖点突变理论-强度折减法,运用FLAC3D数值模拟软件,以某工程边坡计算边坡逐步强度折减系数下位移变化情况,建立强度折减系数-位移的突变数学模型,分析在天然工况及地震工况下边坡的稳定性情况,并与强度折减法、极限平衡法进行对比分析。研究结果表明：基于尖点突变理论得出的安全系数与强度折减法、极限平衡法所得安全系数基本一致,验证了此类方法的可行性,为边坡稳定性分析提供了新判据。     

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。     

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.     

露天转地下开采方案优化及边坡稳定性分析

以孟家堡铁矿露天转地下开采的实际情况为工程背景,利用强度折减法和FLAC3D数值模拟方法,以塑性区贯通、计算不收敛及位移突变为失稳判据计算边坡安全系数,确定潜在滑移面,分析静态及开采扰动下的边坡稳定性;根据随采深下降的边坡破坏规律,对开采方案进行优化.分析结果表明,无开采扰动下边坡安全系数为194,满足稳定性要求;不留境界矿柱的无底柱分段崩落法地下回采过程中,覆盖层厚度要达到25m,其起到吸收并转移应力和减缓边坡能量耗散速度的作用.     

基于强度折减法的昔格达土边坡稳定性分析

在攀西地区广泛分布的昔格达土具有遇水易软化崩解等特点,为了研究昔格达土边坡的稳定性,利用大型有限元分析软件ABAQUS,根据强度折减法的基本原理,结合工程实例,以数值收敛、位移突变和塑性区贯通为失稳判据,分别得出三种判据的边坡安全系数,并与Bishop极限平衡法所得到的安全系数进行对比分析。结果表明,昔格达土边坡处于稳定状态,以位移突变和塑性区贯通为失稳判据得到的边坡安全系数更加合理。     

基于ABAQUS的边坡失稳综合判据法

在分析有限元计算不收敛、坡体位移突变和潜在滑移面塑性区贯通这3种边坡失稳判据优缺点的基础上,提出边坡失稳的综合判据法,即先进行小变形有限元计算,以计算不收敛为边坡失稳判据,后进行大变形有限元计算,以位移突变为判据。采用综合判据法、运用ABAQUS有限元软件对一个标准算例和一个工程实例进行边坡稳定性分析,并与常用的简化Bishop法进行比较,二者所得安全系数接近,证明了边坡失稳综合判据法的合理可行。     

基于极限平衡法和有限元强度折减法的某滑坡体稳定分析

应用极限平衡法和有限元强度折减法,对某水电站中坝址上游的一滑坡体在自然、暴雨、地震、蓄水条件下进行了稳定性分析.结果表明：有限元强度折减法计算边坡稳定性时,以特征点位移突变作为失稳判据比解的不收敛判据更合适;地震作用,或者降雨和蓄水同时作用可能会引起滑坡.建议加强抗震措施,并在边坡外缘设置截水沟,坡内设置排水沟,在坡表面采取注浆措施.     

Mohr-Coulomb内切圆屈服准则在ABAQUS软件边坡分析中的应用

在ABAQUS软件提供的线性Drucker-Prager模型和场变量的基础上,结合Mohr-Cou-lomb内切圆屈服准则在ABAQUS中的参数转换公式,对边坡进行稳定性计算。依据弹塑性有限元计算中边坡的各种失稳判据对Mohr-Coulomb屈服准则以及Mohr-Coulomb内切圆屈服准则在边坡稳定分析中的适用性进行了探讨,同时对边坡的失稳判据结果进行了对比分析,鉴于在工程应用中的适用性,当采用强度折减弹塑性有限元法进行计算时,宜联合采用位移判据和塑性区判据对边坡的稳定性进行分析。     

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.     

抗滑桩加固土坡效果及合理桩位的三维有限元分析

基于ABAQUS有限元软件,采用弹塑性有限元强度折减法对抗滑桩加固的土坡进行三维数值分析.考虑桩-土相互作用,探讨强度折减法中以迭代不收敛和特征点位移拐点作为边坡失稳判据的局限性.对于抗滑桩加固的边坡,提出采用特征点位移拐点并结合水平位移限值作为边坡临界破坏的评价标准,分析边坡潜在最危险滑动面和安全系数随抗滑桩桩位变化的规律,从数值模拟角度探讨边坡加固中桩位的合理设置位置.     

基于有序聚类的强度折减法安全系数确定方法

 为准确获取强度折减法中位移-折减系数关系曲线中的突变点,引入有序聚类分析方法,以确定安全系数。首先介绍了强度折减法,指出了目前确定安全系数的各种失稳判据存在的问题。鉴于系统模式在突变破坏点前后发生了变化,特别是位移和塑性应变急剧增大,尝试用有序聚类分析法找出该突变点。针对常规Fisher最优分割法不适用于渐进趋势,结合“回归类”聚类思想,将拟合的一次多项式作为聚类中心,残差平方和作为回归类直径,建立起新的有序样品回归类聚类方法。利用该法将位移-折减系数序列分为稳定段和失稳段,从而确定突变点,采用对应的折减系数作为系统的安全系数。用该方法对澳大利亚计算机应用协会(ACDAS)的经典边坡考题EX1(a)进行了研究,计算出的安全系数和Flac3D内置强度折减模块(Solen fos)的计算结果一致,证明了方法的可行性。最后,在基础上建立了更方便实用的系统稳定状态的判别式。     

基于颗粒流的局部强度折减法在边坡稳定分析中的应用

岩土边坡稳定问题是土力学中仍未圆满解决的重要课题,边坡的渐进破坏过程是数值分析中的难点。颗粒流方法的特质是模拟大变形、可破坏的问题,用于边坡失稳破坏研究能获得该过程的时空演化规律。边坡失稳往往是由于局部土体的强度降低造成的,为此,运用颗粒流程序建立边坡模型,采用传统的强度折减法获得滑裂带土体区域,通过对滑裂带区域内土体强度的折减实现局部强度折减,以此进行边坡稳定分析。研究表明采用颗粒流结合强度折减法开展边坡稳定分析,通过数值双轴试验建立试样宏观力学响应与颗粒流细观参数之间的联系,不断折减宏观强度参数直至边坡破坏得到的安全系数与极限平衡法结果基本一致,并且能直观地显示边坡破坏的渐进过程及滑移面位置和形状。局部强度折减得到的边坡位移变化较传统强度折减略小。     

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%。     

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。     

考虑降雨与坡脚采石影响的海岛岩质边坡稳定性分析

基于海岛岩质边坡实际监测位移,利用有限元强度折减法,研究降雨与坡脚采石对海岛岩质边坡稳定性的影响.在降雨因素影响下,采用等效折减的办法,即以监测位移统计为依据的"日降雨量与日位移增量关系"和以有限元计算结果为依据的"折减系数与位移关系",以位移为中间变量,把日降雨量引起的边坡位移增量等同于因边坡强度参数降低引起的位移增量,从而建立了日降雨量与边坡强度等效折减系数的对应关系,提出了降雨导致边坡失稳的预警值.在坡脚采石因素的影响下,对坡脚开挖进行了11种方案的计算,通过对计算结果的对比分析,得出坡脚采石量对安全系数的影响程度与规律,提出了坡脚开挖对海岛斜坡稳定性的预警值.     

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。     

边坡稳定分析有限元强度折减法失稳判据探讨

有限元强度折减法目前广泛应用于复杂条件下边坡稳定安全度的求解,其边坡失稳判据主要有有限元计算不收敛、位移拐点及塑性区贯通等.相应存在的问题有:收敛性受非线性求解方法制约、位移曲线的拐点有时并不明确、在滑动面未知的情况下塑性区贯通判据难以准确把握临界点等.针对一经典边坡,讨论不同迭代算法的影响,提出边坡位移曲线的双拐点概念,从另一角度分析各判据,根据其特点建议联合采用位移出现拐点与塑性区全部贯通作为边坡失稳判据.