土坡稳定分析的颗粒流模拟

边坡的失稳破坏运动是一个存在岩土体的滑动、平移、转动的复杂过程,具有宏观上的不连续性和单个块体运动的随机性。采用颗粒流模拟土坡的变形破坏全过程,不需要假定滑移面的位置和形状,颗粒根据所受到的接触力调整其位置,最终从抗剪强度最弱的面发生剪切破坏,因此离散元法是模拟边坡变形破坏力学行为的比较理想的途径。运用PFC（颗粒流）程序对砂性土坡和黏性土坡分别进行数值模拟,分析细观参数对土坡破坏型式的影响。结果显示,土性对边坡的破坏型式有很大的影响,随着颗粒黏性的增大,边坡破坏类型从塑性破坏向脆性破坏过渡。     

均质土坡的圆弧滑动分析

均质土坡圆弧滑动分析通常需要对圆心坐标和半径的3个参数进行搜索。通过分析圆心水平坐标即圆弧平移对失稳指数的影响,确认危险圆弧或通过坡脚,或圆心水平坐标由半径确定。利用不等式证明垂直边坡的临界滑面通过坡脚,且滑出角度大于内摩擦角。纯黏性边坡倾角大于 后圆弧滑面通过坡脚;而小于该角度圆心在坡面中垂线上,滑出角度?66.78?的圆弧在半径趋于无限时成为最危险滑面,相应的边坡临界高度为 ,保持恒定。具体计算表明,内摩擦系数为0.05,0.1和0.2时,边坡倾角小于40?,34?和22?时最危险滑面不过坡脚,但相应的失稳指数与过坡脚滑面的数值相差不到2 %;内摩擦系数大于0.3后最危险滑动圆弧都通过坡脚。就此而言,在评价均质边坡临界高度时直接对过坡脚的圆弧进行搜索即可。本文结果是基于数学分析得到的,可以作为边坡数值计算程序的参考。     

考虑突变理论的顺层岩质边坡失稳研究

应用突变理论,以顺层岩质边坡为例,考虑地下水对滑面带介质的应变和水致弱化性质,以及地下水对边坡后缘张裂缝的水力效应,构建了边坡的尖点突变模型,分析了顺层岩质边坡失稳的力学机制：边坡失稳过程主要是内部因素和外部因素共同作用的结果,内部因素主要是地下水通过物理化学作用软化了滑面带岩体,使滑面带岩体刚度比降低,在边坡失稳的过程中起主导的定性作用;外部因素主要是指边坡后缘张裂隙的静水压力,不仅使得边坡的滑动势能增加,还对边坡造成一种扰动的作用,加速滑坡的启动。在突变分析的基础上,推导了边坡后缘张裂缝临界充水高度和临界降水强度的关系式,建立了边坡滑移破坏的水力判据;给出了边坡岩体在渐进软化过程中的位移变化规律,剪切位移并非均匀增长,而是呈现出阶梯状跳跃式上升。同时,进行了室内物理模型试验（当刚度比 ）,在一定程度上验证了考虑突变理论来分析顺层岩质边坡失稳的力学机制和边坡岩体在渐进软化过程中位移变化规律的合理性。并提出了此种类型边坡的处治技术与优化方法建议。     

水泥固化/稳定锌污染土的强度和变形特性试验研究

在不同水泥掺量不同和龄期条件下对不同Zn2+浓度的水泥固化/稳定重金属污染土(CHMS)进行了无侧限抗压强度试验。分析了CHMS的应力-应变关系和强度发展随Zn2+浓度的变化特性;采用参数（qu/qu,Zn0）对CHMS的无侧限抗压强度随龄期发展规律进行了评价;讨论了Zn2+浓度对破坏应变和变形模量的影响。结果表明,锌离子浓度对CHMS的无侧限抗压强度、破坏应变和变形模量的影响均存在“临界浓度”（0.05%）。低于“临界浓度”时,锌离子对CHMS的强度和变形发展影响不明显;高于“临界浓度”时,CHMS的强度和变形发展规律受锌离子浓度影响显著     

岩石损伤断裂的沙堆元胞自动机模拟

在岩石材料的加载过程中,当荷载超过某一临界值时,岩石的变形从稳定变形阶段突变为不稳定变形阶段,即使是保持荷载不变,破裂也会继续发展,表现为“雪崩”式的破坏过程。基于自组织临界性理论及沙堆元胞自动机模型,对岩石失稳破坏过程中的损伤演化、裂纹扩展规律进行了探讨,从新的角度研究了岩石失稳破坏的细观演化规律。     

非均质土坡降雨入渗的耦合过程及稳定性分析

针对天然土质边坡通常呈现非均质特性这一问题,进行了降雨入渗作用下非均质土坡稳定性分析,考虑了渗流场和应力场之间的耦合作用。以一简化非均质土坡模型为例,对比了耦合和非耦合情况下渗流场的差异,验证耦合的客观性和其必要性;细-粗型和粗-细型土坡的降雨入渗过程可分别分为2个和3个阶段;运用有限元强度折减法,以特征部位位移突变并结合塑性区贯通作为失稳判据,进行了土坡稳定性分析,发现雨水到达土坡土层接触面的时刻即为边坡稳定性突变的时刻;并通过深入分析孔隙水压力分布,揭示了降雨诱发非均质土坡的变形破坏机制。同时,就降雨强度、历时和渗透系数对非均质土坡入渗过程和稳定性的影响进行了大量的计算和分析,发现只有当雨水进入到下层土体时,该层土体渗透系数才会对土坡稳定性产生较大影响。     

近水平地层滑坡平面失稳模型与破坏判据研究

将近水平地层滑坡视为一个系统,针对其平面失稳问题,在建立力学模型的基础上,运用势函数突变模型,从理论上推导了滑坡系统失稳的力学破坏判据和滑带土的临界变形位移。根据近水平地层滑坡演化系统,结合万州区安乐寺滑坡实例,运用所推导出的滑带土临界变形位移公式,得出临界位移约为34mm,并同时提出系统和临界突变状态的差距与外界环境因素——滑坡后缘裂隙积水深度、滑带土含水量的关系,即当滑坡后缘裂隙积水深度和滑带土含水量越大时,系统与临界突变状态的差距越小,滑坡越容易滑动。     

三峡永久船闸中隔墩岩体变形分析

针对三峡永久船闸中隔墩变形监测资料所反映出的几种典型变形规律,采用有限元数值分析和工程地质条件分析等研究手段进行了深入细致的分析得出以下结论：中隔墩岩体水平位移值的波动是由于临槽的不同步开挖引起的;第二闸室至第三闸室首的中隔墩向北“一边倒”是因为南北闸室地应力的差异和结构面的存在;中隔墩沿深度方向水平位移数值发生突变的原因是结构面的存在。并为研究岩土工程变形监测资料中的“个性问题”（或称异常情况）提供了一种有益的借鉴。     

样条函数模拟土坡滑动面的效率分析

土坡稳定分析中,二维滑动面通常由一系列点顺序连接产生,并且将点的坐标当作优化变量来搜索临界滑动面,当点的个数较多时会导致优化变量较多;只需给定少量的控制节点,即可利用三次样条函数得到光滑的曲线作为任意滑动面,该法对于含软弱夹层土坡,无需事先指定直线段。利用不平衡推力法计算给定滑动面的安全系数,采取和声搜索算法确定最小安全系数相应的临界滑动面。对3个土坡算例进行了比较分析,比较了常规策略与样条函数方法在模拟土坡滑动面时的效率。     

基于修复策略的改进和声搜索算法求解土坡非圆临界滑动面

针对土坡非圆临界滑动面的确定问题,提出了一种两点直线搜索策略替换随机搜索策略,以最大限度地利用和声库的积累信息搜索新解。以一种修复策略替换惩罚策略来修复搜索过程中可能出现的不合理滑动面,更有效地搜索最危险的滑动面,而构成了一种新的和声搜索算法,给出了利用新的和声搜索算法求解两个土坡最小安全系数及其临界滑动面,与已有的结果比较,证明了提出的两种策略是有效合理的。     

Mohr-Coulomb准则下基于滑动面深度的边坡参数反分析方法

利用上限定理与强度折减法,提出了一种新的边坡反分析方法。该方法基于边坡的滑动面形状,不需要位移、应力等监测数据。分析边坡的临界滑动面位置与强度参数的关系,可以发现,当边坡的几何形状、土体重度以及孔隙水压力分布确定,则临界滑动面的形状只与土体黏聚力c、内摩擦角φ的关系式c/tanφ有关,并在此基础上引入边坡的无量纲系数c,λcφ。利用极限分析上限定理与强度折减法,得到了边坡临界滑动面方程,提出了其深度的计算公式,建立了边坡c,λcφ值与滑动面深度的关系。通过已有边坡的反分析实例,验证了方法的正确性和有效性。     

地下水在引发边坡病害中的作用

人们普遍认为由于地下水的浸泡降低滑带土的抗剪强度值是导致边坡失稳的内部机制。文章以云南元磨公路边坡为实例，对其进行了探究，发现病害边坡主要滑带土的天然含水量与其剪切试验所得的内聚力和内摩擦角之间并没有明显的线性关系。于是，文章采用极限平衡方程从理论上论述了地下水在边坡失稳过程中的力学作用，并对比边坡开挖前后入渗系数值的变化幅度，揭示出工程活动与降雨共同对边坡破坏的作用机制。     

膨胀土边坡稳定性非连续变形分析新方法

许多膨胀土边坡在长期的地质和干湿循环的自然气候作用下裂隙逐渐发展,以致被裂隙分割成块体系统。将膨胀土边坡看成是一个具有非饱和土本构关系、块体间存在摩擦力和膨胀力和具有牵引式滑动及时空效应特点的块体系统,建立了一种新的边坡稳定性非连续变形分析方法,并应用于某高速公路段膨胀土边坡稳定性的分析中,获到了很好的效果。     

Use of backpropagation neural network for landslide monitoring: a case study in the higher Himalaya

Static and dynamic rock slope stability analyses were performed using a numerical discontinuum modelling technique for a 700-m high rock slope in western Norway. The rock slope has been investigated by the Geological Survey of Norway (NGU), which has been carrying out rock slide studies for the county Møre and Romsdal in western Norway. The purpose of numerical modelling was to estimate the volume of the rock mass that could potentially slide under static and dynamic forces. This estimation was required to assess the run-up heights (tsunami) in a fjord that could potentially be caused by the rockslide. Three cases have been simulated for predicting the behaviour of the rock slope. First, an initial static loading is applied in the numerical model to simulate the prevailing rock mass conditions at the site. Second, saturated and weathered joint conditions are modelled by reducing the residual friction angle along the discontinuities of the rock mass. In doing so, the model simulates the effect of degradation of discontinuities in the rock slope. Third, a dynamic loading, based on peak ground accelerations expected in the area, is applied to simulate dynamic earthquake conditions.

These numerical studies have provided some useful insights into the deformation mechanisms in the rock slope. Both sliding and rotation of blocks start to occur once the residual friction angle along the discontinuities is reduced and when the region is shaken by a strong earthquake. The results indicate that, due to variations in the inclination of discontinuities, the entire slope does not become unstable and that down-slope sliding and rotation of blocks occur mainly on the top layers of the slope. Within the range of parameter values considered for this study, it is unlikely that the whole rock slope can be destabilised. The study provides an illustration of how the geo-mechanical properties of a rock mass can be integrated in a discontinuum rock slope model, which is used for predicting the behaviour of the slope under existing environmental and earthquake conditions. This model has helped not only to better understand the dynamics of the rockslide but also to estimate the potential rock volume that can become unstable when subjected to static and dynamic loads.     

基于尖点突变理论的浆砌块石边坡稳定性研究

根据影响浆砌块石挡土墙边坡稳定性的主要控制变量：挡土墙的垂直度i、挡土墙高度h、填料的内摩擦角 、墙后边坡土的重度 、土对挡土墙基底的摩擦系数 、土对挡土墙墙背的摩擦角 等6个因素变量,利用正交设计原理优化试验设计方案,结合库仑理论与力的多边形法,分析计算浆砌块石挡土墙边坡的安全系数,最后用尖点突变理论的突变级数法进一步判断边坡的稳定性。研究结果表明：影响挡土墙边坡稳定性的6个主要控制变量因素的主次关系为 ;在分析挡土墙边坡稳定性时,采用突变级数法进行计算判断,可以直观地判断边坡的稳定情况,从而弥补工程中运用传统的最小安全系数法进行判断出现的模糊不确定的情况。     

基于能量原理的露天矿边坡开挖稳定性突变研究

基于边坡系统能量的原理,借助FLAC3D有限差分法内嵌FISH语言进行了三维露天矿边坡模型在开挖过程中能量计算的二次开发。将能量与突变理论相结合,以边坡系统的总耗散能作为状态变量,构建了边坡系统的能量耗散突变判别准则。以大孤山露天矿西北帮边坡为例,通过能量耗散突变分析、塑性区演化分析、安全系数变化分析及关键点位移分析可知,以上分析得到的边坡稳定性演化规律具有一致性,验证了提出的突变判别准则的适用性,研究结果表明：能量突变特征值 是露天矿边坡在第ki步开挖后发生失稳的充要力学条件;当进行至第6～8步开挖时,边坡局部岩体系统发生了失稳,且第7、8、9三个台阶受开挖扰动的影响较为严重,与现场的实际开挖情况相符,为预防露天矿边坡在开挖扰动过程中的局部围岩系统失稳提供了一定的理论支持。     

斜坡失稳的燕尾突变模型

文章对一个平面滑动型斜坡,考虑滑面介质有和上部岩体由不同力学性质的材料组成,上部岩体为弹性介质,滑带介质为应变软化介质。对应变软化介质,用W e ibu ll分布描述滑带介质的剪应力与应变关系,建立了斜坡系统的燕尾突变模型。通过分析,发现斜坡失稳与刚度比具有极大关联性。随着刚度比的增大,斜坡开始滑动时的0值降低不断降低,突跳时*值也随着降低。此时的临界值x*增大,突跳量x变小。当刚度比增加到一定程度后,会出现无突跳式的滑动。     

斜坡临滑形变能释放与滑体起程速度关系的探讨

斜坡内聚集的巨大剪切形变能在临滑时释放,坡体能量释放率具有力的量纲,在坡体能量释放率幅值大于锁固段潜滑带抗剪强度幅值的情况下,坡体临滑释放的形变能将大于潜滑带岩体破裂需要的能量,所大于的部份将转变成滑体动能,滑动为剧动式滑坡;反之,则为缓动式滑坡。剧动式滑坡横截面上的弹冲速度与该点切应力的大小成正比。潜滑面附近坡体介质的切应力和切应变能密度最大,滑动时获得的弹冲速度也最大。导得蕴涵丰富信息量的斜坡弹性势能变化率曲线及其表达式,通过解析及Matlab图解形式对坡体的形变能聚集、临滑形变能释放量及其与滑体启动速度、启动方式进行了阐述。     

膨胀变形对膨胀土边坡稳定性的影响

当采用合理的强度参数时,根据常规极限平衡或极限分析方法的计算结果,很难解释一些膨胀土边坡会在极缓的坡度下发生失稳破坏的原因。事实上,由于膨胀土遇水后会发生显著的变形,在饱和区与非饱和区交界面附近会出现很大的剪应力。因此,在膨胀土边坡的稳定分析中,需要考虑这种因素的影响。根据塑性力学的上限定理,严格地导出了考虑膨胀应力作功的功能平衡方程。根据强度储备定义的安全系数即隐含在这一方程中,它可以通过迭代方法求解。边坡稳定的上限分析在数值上是利用了单元集成法来完成的。这不仅能方便地利用应力分析的成果,而且能进行滑裂面的优化,从而找到最小的安全系数。对一个坡度为1:4的膨胀土边坡的稳定计算结果表明,膨胀变形会使边坡的安全系数显著减小。当考虑膨胀时,优化得到的破坏模式是在浅层出现一个局部的滑动,它会牵动其上部的土体也相继出现局部滑动,这正好符合膨胀土滑坡时所常见的牵引性的特征。     

Stochastic seismic slope stability assessment using polynomial chaos expansions combined with relevance vector machine

This paper presents probabilistic assessment of seismically-induced slope displacements considering uncertainties of seismic ground motions and soil properties.A stochastic ground motion model representing both the temporal and spectral non-stationarity of earthquake shakings and a three-dimensional rotational failure mechanism are integrated to assess Newmark-type slope displacements.A new probabilistic approach that incorporates machine learning in metamodeling technique is proposed,by combining relevance vector machine with polynomial chaos expansions(RVM-PCE).Compared with other PCE methods,the proposed RVM-PCE is shown to be more effective in estimating failure probabilities.The sensitivity and relative influence of each random input parameter to the slope displacements are discussed.Finally,the fragility curves for slope displacements are established for sitespecific soil conditions and earthquake hazard levels.The results indicate that the slope displacement is more sensitive to the intensities and strong shaking durations of seismic ground motions than the frequency contents,and a critical Arias intensity that leads to the maximum annual failure probabilities can be identified by the proposed approach.