地下水作用边坡稳定性的运动单元法分析

讨论了地下水作用边坡稳定性分析的运动单元法基本原理与公式,推导了有孔隙水压力影响的单元静力平衡方程和单元边界水压力的计算式.采用运动单元法对地下水作用边坡最危险滑动面进行全自动搜索,研究结果表明,地下水作用边坡的安全系数远小于无地下水作用边坡的安全系数.     

地震效应下三维高边坡稳定性失效的图表描述

自然界中的土坡滑动失稳常具有三维体型特征,提出基于极限分析上限定理的边坡三维稳定性分析方法.引入刚塑性体的三维旋转破坏机制,并对原有旋转机制进行优化处理,采用强度储备安全系数,通过虚功率平衡方程求得边坡临界高度或临界稳定系数.将分析计算结果用稳定系数表表示,根据边坡的强度参数和坡比查稳定系数表可以方便的求出某一边坡的安全系数,避免了求解安全系数的迭代计算过程.对于地震荷载下边坡的稳定性,将地震荷载拟化为不变的惯性力,采用传统的条分法与极限分析(上限)法进行了分析对比,求解的安全系数在合理的范围之内.     

基于PFC2D岩质边坡稳定性分析的强度折减法

基于颗粒流离散单元法,将强度折减法引入到边坡稳定性研究中,可以解决应用连续变形分析方法研究存在的缺陷.取特定平均不平衡力比率作为边坡失稳与否判断准则,将颗粒间粘结强度及摩擦系数进行折减,以边坡岩体出现失稳破坏且断裂面贯通作为失稳判断准则,一方面能够对边坡局部危险区域予以定性预测,另一方面监测边坡变形到破坏的失稳过程,最终定量分析边坡稳定性.结合黑山铁矿现场边坡稳定研究实例,分别研究了边坡开挖扰动前后的边坡变形特征,得到开挖前后边坡安全系数分别为1.803和1.183,与预期结论一致.     

均质边坡稳定状况快速辨识及参数反演的一种实用方法

基于塑性极限分析的运动单元法(kinematical element method)提出一种边坡稳定状况快速辨识方法.研究岩土体参数组合(坡高H、黏聚力c、内摩擦角φ和重度γ)与安全系数F和滑动面位置间的内在联系.在此基础上,绘制边坡稳定分析图,求解不需要任何迭代,可快速求解安全系数和滑动面位置.根据边坡稳定分析图,提出一种新的参数反演方法.结果表明,无量纲参数λ=c/(γH tanφ)控制着滑动面位置和F/tanφ.λ不变,则滑动面位置和F/tanφ保持不变;λ越大,边坡失稳模式由浅层破坏变为深层破坏,滑动面坡顶滑出点离坡肩越来越远.当λ＞0.2时,λ与F/tanφ符合线性关系,可用拟合公式快速计算安全系数.根据原始边坡形态和滑动面坡顶滑出点离坡肩的距离,即可快速反算滑带岩土体的黏聚力和内摩擦角.     

边坡在降雨及地震作用下的稳定性分析

目的研究边坡在地震和降雨作用下稳定性的变化规律,得出导致边坡失稳的敏感因素.方法基于ABAQUS有限元软件模拟分析边坡稳定性的变化过程,采用拟静力法和强度折减的有限元法等方法对边坡进行数值模拟,将得到的安全系数与极限平衡法所得安全系数进行对比.结果在弱降雨20 mm/h条件下,边坡安全系数发生变化的几率特别小,可见一定强度的弱降雨不会对边坡安全构成威胁;在强降雨50 mm/h状态下,前期边坡安全系数变化不大,后期安全系数逐渐降低且变化明显,甚至在降雨大约34h后边坡发生失稳破坏,安全系数极具降低,强降雨会对边坡安全稳定性构成极大威胁.结论在边坡或者堤坝等岩土工程中降雨和地震对其稳定性和安全性的影响,相对于其他外界因素更为重要.     

基于GPU的车辆-轨道-地基土耦合系统 3D随机振动并行计算方法

针对轨道不平顺随机特征导致车辆-轨道-地基土耦合系统随机分析计算效率低的问题,采用虚拟激励法降低大样本分析的计算量;针对耦合系统等效刚度矩阵的稀疏特性,采用行压缩(Compressed Sparse Row,CSR)格式存储大型稀疏矩阵,采用预处理共轭梯度法(Preconditioned Conjugate Gradient,PCG)求解对称正定的等效静力平衡方程,最后通过MAT-LAB-CUDA(Compute Unified Device Architecture)混合平台开发基于GPU的并行计算程序.数值算例表明:基于MATLAB-CUDA混合平台求解等效静力平衡方程的效率是串行多点同步算法的86.13倍,大大缩短了随机振动分析的总计算时间,且内存占用小、易于在个人计算机上实施;采用PCG法求解车辆-轨道-地基土耦合系统形成的大型稀疏线性方程组时,建议以加速度指标作为迭代收敛精度的控制指标;可通过选取适当的迭代收敛精度,以达到计算精度和计算效率的平衡.     

库区水位下降作用下非饱和土坡稳定性分析

针对库区及河道沿岸岸堤和边坡由于水力作用侵蚀和水位变动形成折线形土坡,影响边坡稳定性的问题,基于卢宁提出的非饱和有效应力理论,运用极限平衡方法,采用对数螺旋滑动面建立的平衡方程求解安全系数,开展了土坡不同几何参数和土性参数下水位变动对边坡稳定性影响的变化规律研究.通过对比非饱和与饱和土边坡安全系数计算结果,进一步揭示参数反演中不应忽略非饱和吸力作用对边坡稳定的贡献,分析水位缓降与骤降不同工况下可以得到危险水位高度,对指导工程有一定参考价值.     

基于耗散能法对层状土坡稳定性的分析

根据极限平衡法理论和土质边坡滑体耗散能的特点,对均质和层状土质边坡进行了稳定性分析.通过对滑移线坐标曲线积分公式的转化和推导,建立了以摩阻力耗散能量表示的改进极限平衡法求解安全系数的数学方程,在此基础上再微分求解安全系数的极值,得出边坡潜在滑移线的微分方程式.结合平面应变边坡算例分析,并利用VC++高级语言编制简易的安全系数和滑移线方程的求解程序WJED,分别对均质和层状土质边坡稳定性进行计算分析,得出结论:耗散能法得到的潜在滑移线解析式均满足指数方程;Bishop法得到的潜在滑移线解析式均满足圆方程.耗散能法所得滑移线位置,为边坡加固的合理范围提供参考依据,并完善了极限平衡法求解边坡稳定性的补充.     

求解边坡最小安全系数的混合文化基因算法

基于瑞典圆弧法的数学模型,提出一种有效用于求解边坡稳定最小安全系数的混合文化基因算法.该算法结合了遗传算法优秀的全局搜索能力与低温状态下模拟退火算法的快速局部收敛特性,使算法在全局搜索和局部搜索之间达到较好平衡.通过典型工程实例分析,验证了该混合文化基因算法在搜索边坡最小安全系数及其所对应的最危险滑动面位置的有效性.     

基于三维极限分析法的GIM和SRM边坡安全系数计算结果对比

基于三维牛角转动破坏模型的三维极限分析上限理论,建立了考虑坡顶倾角的边坡功率平衡方程,基于MATHEMATICA软件采用带有约束条件的穷举法优化求解了边坡安全系数最小值,在考虑参数c/γH、内摩擦角φ、坡顶倾角α和边坡倾角β的情况下,定量对比分析了强度折减法(SRM)和容重增加法(GIM)计算的边坡安全系数。结果表明,边坡安全系数等于1时,GIM和SRM计算结果接近且近似都等于1;边坡安全系数大于1时,GIM计算结果大于SRM;边坡安全系数小于1时,SRM计算结果大于GIM;边坡安全系数小于1.2以下的稳定边坡,GIM和SRM法计算结果无明显差异。     

旋转对称边坡三维安全系数显式解

为使三维边坡稳定性计算便于工程应用,采用滑面正应力修正方式,不需考虑条柱间作用力具体分布形式,推导出旋转对称边坡三维安全系数极限平衡显式解。根据简单的平衡条件,假设三维滑面正应力的初始分布,再乘以待定的修正系数;根据三维旋转对称滑体的垂直力平衡与对旋转轴力矩平衡的条件,推导出关于安全系数的2次代数方程;最终直接解出三维安全系数。算例表明,三维安全系数显式解结果与解析解完全一致,与复杂的条柱法计算结果比较接近,可以在边坡工程中推广应用。     

有限元离心加载法分析边坡稳定性

从边坡安全系数的基本定义出发,通过边坡"虚拟工况"概念,提出有限元离心加载分析边坡稳定性的方法.在K倍重力场作用下,对边坡岩土内摩擦角进行相应的折减,用有限元计算至极限平衡状态(即边坡综合下滑力增大至K倍,综合抗滑力不变而达到极限平衡状态),从而得到边坡的安全系数K.此法弥补了以往离心加载方法计算边坡稳定性的不足.其计算结果与强度折减法相互认证,表明有限元离心加载法是另一种利用有限元计算边坡稳定性的可靠方法.     

土质边坡稳定性的整合分析

将有限元方法和极限平衡法结合起来综合分析边坡稳定性,整合两者的优点,提出了综合法基本原理及边坡安全系数的计算程序.利用有限元软件ANSYS得出边坡最危险滑动面以及坡体内的应力和应变,在通过极限平衡条分理论求得边坡安全系数.算例表明综合法求得的边坡稳定安全系数与其它方法的计算结果相近,而且更加精确分析了各种方法对边坡稳定计算结果差别的影响因素,为边坡加固设计提供了依据.     

边坡稳定分析的三维极限平衡法

提出了一种边坡稳定分析的三维极限平衡法.该法满足每个条柱3个正交坐标轴方向上的静力平衡,同时也满足整体绕平行于坡面纵轴的转轴的力矩平衡.分析了条柱侧面平均剪力和条柱总数对边坡安全系数的影响.结果表明,条柱侧面平均剪力对安全系数有一定的影响,当采用简化Janbu法时尤其如此.通过算例和已有的几种方法进行了比较分析,验证了该三维极限平衡法的合理性.     

弹塑性有限元和刚体极限平衡法混合分析土坡稳定

利用弹塑性有限元法分析成果，采用刚体极限平衡法分析土坡稳定，不仅考虑了土体应力-应变非线性关系。同时能很方便计算土坡稳定的安全系数。避免了刚体极限平衡法单独计算时需要反复试算的过程，因而能够发挥有限元和刚体极限平衡法各自的优点。     

基于模糊控制的人工神经网络模拟在土质边坡安全预测中的应用

从最优化角度出发,用神经网络解决模糊控制系统的规则提取问题,给出可靠的基于BP算法的可靠神经网络模拟过程,对模糊子集个数的选取与系统复杂性、精确性之间的关系进行讨论.为获得边坡复杂工况下的安全特征,建立基于模糊控制的人工神经网络边坡安全预测模型,由大量样本进行网络训练.研究结果表明:所建立的模型预测精度较高,且实用易行;边坡的坡度、内摩擦角、凝聚力对边坡的安全系数影响较大;该预测模型可用于处理普遍存在的不确定性、非线性复杂工程问题;通过模糊控制调整模型,可对不同工程对象进行较精确的模拟分析.     

锚杆参数变化对边坡稳定性的影响的研究

通过建立某公路边坡模型,采用极限平衡方法,研究锚杆参数变化对边坡的影响。研究结果表明:(1)当锚杆布置方式不变时,锚杆长度的增加,边坡安全系数呈现先增大后基本稳定的趋势。(2)当锚杆长度与锚固力不变,随着锚杆倾角的增大,边坡安全系数呈现先增大后减小的趋势。(3)当锚杆长度不变,锚杆张拉力的增加,边坡安全系数呈现先增大后基本稳定的趋势。研究结果为类似边坡稳定的工程设计提供理论依据。     

SLOPE/W程序在土质边坡稳定性分析中的应用

简述了3种基于极限平衡理论分析边坡稳定性分析的方法，利用SLOPE／W程序对延安西市路西沟凤凰山滑坡进行了稳定性分析。建立了各级滑坡的计算模型，得出了分别采用Bishop法和Janbu法在未考虑地下水和考虑地下水的两种情况下各级边坡的安全系数。将SLOPE/W程序分析结果和剩余下滑力法计算结果进行比较分析，表明应用SLOPE／W程序进行土质边坡稳定性分析有较大的工程意义。另外，SLOPE／W程序模拟结果表明，水是影响边坡稳定的关键因素。     

动态松弛方法中虚密度与时间步长的选择

动态松弛方法将静力问题转化成动力问题进行显式迭代求解,通过设置虚密度可加速收敛。针对虚密度影响收敛时步与计算结果的问题,提出影响收敛速度的时步比概念,从节点运动角度推导出时步计算公式,给出密度设定方法,并采用可变形离散单元法进行编程验证。结果表明:节点平衡位置与密度无关;虚密度加速收敛的关键在于不同单元设置不同密度,使得其拥有相同的收敛时步;按照新提出的密度、时步设定方案进行参数设定,加速收敛效果明显。     

基于滑移线簇分析的边坡极限平衡有限差分法研究

将有限差分数值计算结果同刚体极限平衡分析方法相结合进行边坡稳定性评价,在工程实践中具有较好的理论及应用价值。基于该思想,将滑移线理论引入边坡滑弧的确定中,采用综合极限平衡方法计算其安全系数,建立安全系数与滑移线的函数关系,实现了最危险滑弧的搜索,并由算例验证了各力学参数对边坡滑面位置与安全系数的影响。结果表明,岩土介质的强度与变形参数对边坡稳定与滑面位置均有影响。该方法是现有边坡稳定计算体系的有效补充。