锚杆(索)加固边坡的最小势能稳定分析方法研究

最小势能边坡稳定性分析方法是一种正处于发展完善中的新型边坡稳定分析方法。建立了采用锚杆(索)加固边坡后的最小势能稳定分析新方法,并进一步提出了一个考虑滑床剪切势能影响的近似计算模型,算例表明：（1）最小势能边坡稳定分析方法的结果,不论有无锚固均与现在工程常用的极限平衡方法的结果较为一致,表明了这一新方法的适用性;（2）滑床剪切势能计算模型引进与否对单一地层边坡的安全系数影响微小,可忽略不计,而对多地层边坡有较明显影响。总之,最小势能方法求取安全系数的过程简洁、概念明确合理、结果可显式表示,与极限平衡方法或有限元方法等方法相比,更具有实用价值。     

锚杆作用下边坡稳定分析中改进最小势能法研究

为分析锚杆作用下边坡的稳定性,基于最小势能原理,通过单元体虚位移方向的静力平衡方程确定滑面剪应力分布的解析解,构建剪切势能计算模型。在建立边坡支护系统的势能函数时考虑锚杆储存的线应变能以及弯曲应变能,提出改进的最小势能锚杆支护边坡稳定性分析方法。通过算例将其与传统算法进行对比,分析了锚杆参数对边坡安全系数的影响。研究表明,文中的计算方法可行且合理,锚杆的弯曲应变能对边坡的安全系数计算结果的影响可忽略不计;锚杆的竖向间距、长度、锚固角、锚固力以及第一排锚杆距离地面的距离对边坡的安全系数影响较为显著,锚杆的刚度对边坡安全系数的影响水平较低;随着锚杆长度的增加,边坡的安全系数曲线呈现先递增后趋于稳定的变化规律;锚固角度为?22左右时边坡的安全系数存在最优值。     

基于滑移线场理论的地震作用下土质边坡稳定性分析

在土质边坡稳定性分析中,滑裂面的确定至关重要,而当前普遍采用的圆弧滑动面法会产生较大误差。采用滑移线场理论确定滑裂面,并结合动力有限单元法,提出了一种地震作用下土质边坡稳定性的分析方法。首先求出地震作用下土坡的应力场,运用滑移线场法搜索得到不同时刻土坡的临界滑移线,然后再根据临界滑移线上的应力分布求出对应于该滑移线的安全系数,以最小平均安全系数作为评价指标,实现地震作用下土质边坡的稳定性分析,最后结合工程实例,求得不同时刻的土坡临界滑移线及其对应的安全系数,并对该土坡的动力抗震稳定性进行了评价。分析表明:安全系数小于1.2的滑移线共同构成了地震作用下土坡的剪切带,与土坡的塑性区吻合,验证了文中分析方法的合理性。     

基于最小势能法的三维临界滑裂面搜索方法

为了得到三维边坡的临界滑裂面,提出了6个参数控制的三维滑裂面构造方法,基于边坡三维最小势能稳定性分析方法建立目标函数,采用遗传算法实现了临界滑裂面的搜索,并开发了相应的搜索程序。为检验文中搜索方法的合理性,将其与其他方法得到的临界滑裂面以及最小安全系数进行比较,并且将室内模型试验得到的临界滑面与理论搜索的结果进行对比。研究表明：搜索方法可实现稳步收敛;针对算例进行多变量同时变化的搜索验算,得到了与极限平衡法较为接近的结果,表明提出的搜索方法是合理的;理论计算结果与室内模型试验坡面加载得到的边坡临界滑面较为接近,再次验证三维边坡临界滑面搜索方法是可行的。     

单一地层任意滑移面的最小势能边坡稳定性分析方法

边坡稳定性分析的准确与否是深基坑是否失稳的关键所在。目前常用的计算方法需对滑裂面形状进行假设,且计算过程复杂,往往导致结果精度降低。提出运用最小势能法进行深基坑边坡稳定性分析,不对滑裂面的形状进行任何的近似假定。在对简单的匀质任意滑裂面边坡进行理论分析基础上,通过计算实例进行验证,表明该方法所得计算结果与其他常用方法计算结果比较接近,验证了方法的有效性,而且最小势能法的计算过程非常简单,无需迭代。     

基于FLAC强度折减理论的边坡稳定性研究

将强度折减理论与FLAC软件相结合,利用FLAC软件后处理功能,动态显示广义剪应变增量及塑性区的演化情况,分析土质边坡的稳定性.以静力平衡计算收敛、特征部位位移突变及剪应变增量贯通情况为失稳判据判断边坡稳定状态,求得边坡的稳定系数Fs,并搜索到土坡的临界滑裂面.将计算结果同国际标准算例结果进行比较,二者具有较好的一致性.表明基于FLAC的强度折减法进行边坡稳定性分析,可以较形象地反映边坡潜在滑移面的动态演化规律及具体位置,求出边坡稳定系数,进而合理评价边坡的稳定状态.     

边坡危险滑动面及稳定安全系数的力学解析方法

为了分析边坡的稳定性,提出了一种基于极限平衡理论的分析方法。假定坡体为只受重力作用的弹性体,通过弹性力学解析解求得应力分布,将滑动面用分段二次多项式函数表示,当分段间隔足够小时,这种表示方式可以描述任意曲面形状,根据坡体滑面所满足的Mohr-Coulomb准则,定义边坡稳定安全系数,其为多项式系数的函数。通过混和罚函数优化方法可以求出最危险滑动面对应的多项式系数,获得边坡的稳定安全系数,从而判定边坡的稳定性。所提出的方法与以往方法不同,不用将滑体划分成垂直条块,不用假定滑面上的法向应力分布形式,而直接利用已有的坡体弹性应力解。算例表明:本文方法所得到的结果与简化Bishop法和有限元强度折减法获得的结果非常接近,且基本介于有限元法和简化Bishop法之间。     

三维边坡整体主滑方向的确定

边坡主滑方向直接关系到边坡整体稳定性及边坡加固中的下滑推力计算,目前边(滑)坡主滑方向主要根据经验半经验的方法确定,如坡体内监测点位移整体矢量方向、平行于坡体底滑面或依据坡体滑动失稳机制进行相应的假设等,对于复杂边坡体则很难给出准确的主滑方向。基于最小势能原理,在坡体当前应力的基础上推导出二维和三维边坡主滑方向的理论公式,简单滑块算例和三维边坡算例验证了文中方法的合理性。除计算坡体主滑方向外,该公式还可计算沿滑移路径的主滑方向曲线,为坡体稳定性分析及剩余下滑推力计算提供更为准确的理论支持。     

水位下降卸荷诱发库岸边坡快速失稳机理分析

本文以某工程现场岩质边坡为例，采用与传统裂隙水压力分布不同的水压力分布方式和边坡裂隙中可能发生的水锤效应相耦合，分析研究了岩质边坡发生滑动的机理及稳定性。研究表明，本文所采用的水压力分布方式较为符合边坡中的水压力分布实际情况，可以给出一个较为合理的稳定系数。当考虑水锤效应时，岩质边坡的稳定系数大大降低，说明水锤效应加剧了边坡破坏失稳的过程。本文所采用的水压力分布方式与边坡裂隙中的水锤效应相耦合的计算方法，在边坡稳定性分析中具有参考意义。     

某高速公路深挖路堑边坡的稳定性研究

本文通过某高速公路建设中，自然边坡深挖后的路堑边坡稳定性数值模拟研究，提出合理的边坡型式，分析了其变形破坏机制，指出了避免人为地质灾害的合理治理对策。同时，对相应锚杆中拉力的分布规律作了讨论。     

基于GIS的边坡稳定性计算方法研究

结合GIS（地理信息系统）的空间分析能力和滑动面正应力分布假定模型,建立了基于栅格单元的三维边坡极限平衡模型,提出了基于GIS的边坡稳定性计算方法。该方法首先建立了基于栅格柱体单元的三维边坡稳定性分析模型,给出了模型参数在GIS中的空间表达式;其次,在极限平衡条件下,推导出滑体在GIS中的3个力平衡方程式和1个力矩平衡方程式,形成了用于求解三维安全系数的方程组;最后,基于摩尔-库仑强度准则,以及滑动面正应力分布的假定,求解三维安全系数。同时利用COM（组件对象模型）技术开发出一个基于GIS的三维边坡稳定性分析扩展模块,该模块可实现复杂的算法计算以及多种组合荷载下的稳定性计算,并通过算例验证了该模块的正确性和便利性。     

Discussion on the Multi-Solution of Three-Dimensional Slope Safety Factor

The limit equilibrium method cannot yield a unique value of safety factor in three-dimensional (3D) analysis of slope. However, the calculated value of safety factor according to limit equilibrium method directly determines the design of slope engineering. So, the study of multi-solution of three-dimensional slope safety factor may help people to judge further the reasonableness of the computation results and select the range of safety factor’s possible values. In this paper, the initial distribution of normal stresses over the sliding surface is assumed, which is then modified by a function involving four parameters to satisfy force and moment equilibrium conditions of the sliding body. Then, according to a series of assumed safety factors, the corresponding minimum value of the normal stress of sliding surface is calculated by force and moment equilibrium conditions of the sliding body. Then the reasonable range of slope safety factor is justified according to the reasonableness of the normal stress distribution over the sliding surface. The calculation results of engineering examples show that the reasonable range of safety factor for symmetric slopes is between 8 and 12% and that the reasonable range of safety factor for asymmetric slope is over 30%. Therefore, it is necessary to further verify the rationality of normal stress for the safety factor of three-dimensional asymmetric slope in order to further apply it to engineering.

     

Stability of earth slopes. Part I: two‐dimensional analysis in closed‐form

A closed‐form solution (CFS) satisfying both equilibrium of moments and forces for the stability analysis of earth slopes in 2D is proposed. The sliding surface is assumed circular and treated as a rigid body, allowing the internal state of stress to be ignored. The proposed solution can be applied to both homogenous and non‐homogenous slopes of either simple or complex geometry, and can also deal with any kind of additional loading. The method is based on the fact that, all possible forces acting on the slope can be projected onto the failure surface where they are broken into driving and resisting ones. Comparison of the safety factors obtained by the proposed CFS and those obtained by traditional limit equilibrium methods, as applied to several test examples, indicates that the proposed method is more conservative, whereas moreover, it gives a more realistic point of view for the formation of tension crack in slopes. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

滑面正应力近似方法对三维极限平衡法解的影响

采用楔形体与椭球滑面算例,研究了三维极限平衡法中滑面正应力近似方法对其计算结果的影响。使用线性插值近似滑面修正应力时,插值节点和网格数目的改变未对安全系数造成明显影响,但明显改变了修正应力的计算结果,网格交界处的修正应力易出现突变。采用移动最小二乘近似滑面修正应力后,安全系数基本不变,并且相对于线性插值,能在求解更少未知量的情况下获得更有规律的修正应力分布。算例表明,在采用线性插值和移动最小二乘近似计算滑面修正应力的情况下,安全系数基本不随滑面正应力的改变而变化,这与二维极限平衡法的相关研究结论基本相同,显示三维极限平衡法满足了平衡条件和合理性条件。     

简单边坡的稳定性分析

提出了一种新方法用于分析边坡的稳定性,对土条间作用力作了如下假定：认为土条侧面作用力平行于条底,但其大小并不相等。依据平衡条件,结合强度破坏准则,求出边坡的安全系数。算例表明,该方法不失为一种合理、有效的边坡稳定分析方法。     

Three dimensional analysis of slope stability

A 3-D mathematical approach to slope stability, which is based on limiting equilibrium and variational analysis, is presented. In the initial formulation there are three unknown functions: the slip surface, the normal stress and the shear stress direction over this surface. The minimum factor of safety is sought through variational extremization. The analysis indicates that the factor of safety is independent of the normal stress distribution over the critical slip surface. It also indicates that the direction of the elementary shear force over the slip surface depends on the slip surface function, but not on the normal stress function. The analysis yields a non-linear first order partial differential equation, relating the slip surface and its first partial derivatives. By limiting the analysis to symmetrical problems an ordinary differential equation, governing the slip surface path on the plane of symmetry, is derived. This equation enables the development of a numerical procedure to determine the minimal factor of safety of symmetrical 3-D slopes. Two possible failure modes are determined for homogeneous slopes. One mode consists of finite 3-D sliding body and the second represents cylindrical failure. Numerical analyses for some simple cases, of homogencous slopes are presented.     

Stability of earth slopes. Part II: three dimensional analysis in closed‐form

A closed‐form stability analysis of earth slopes performed in 3D is proposed. The sliding surface is assumed spherical and treated as a rigid body allowing the internal state of stress to be ignored. The proposed closed‐formed solution (CFS) can be applied to both homogenous and non‐homogenous slopes of either simple or complex geometry and can also deal with any kind of additional loading. Although it is recognized that the critical failure surface is often non‐spherical, the CFS methodology for spheres described herein provides an objective tool for the evaluation of the assumptions made by other limit equilibrium methods including the role of intercolumn forces. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于三维非线性有限元的边坡稳定分析方法

刚体极限平衡法不能反映岩体中实际的应力分布,而基于有限元的强度折减系数法在判断收敛性方面存在一些问题。为了解决这些问题,采用多重网格法,分别建立用于有限元计算的结构网格和用于计算滑面稳定安全系数的滑面网格,可以方便地获得任意滑面或滑块的稳定安全系数,从而将非线性有限元和极限平衡分析结合起来。为了提高计算规模和计算精度,采用有限元并行计算程序TFINE.Pfem进行计算,分析了网格密度对计算结果精度的影响,并应用于锦屏高边坡的稳定分析中。与刚体极限平衡法结果的对比分析表明,由于考虑了计算过程中的非线性应力调整,该方法的计算结果比刚体极限平衡法偏大,而且更符合实际情况。     

基于Janbu法的边坡整体稳定性滑动面搜索新方法

对于边坡整体稳定分析,找到了一种用随机角来搜索随机滑动面的新方法。在此过程中,采用简化Janbu法计算安全系数。这种新方法产生随机滑动面的过程是：先假定滑动面与边坡上、下缘的交点,在某一初始方向的情况下,以下缘交点为基点开始每随机一个角度方向,使其与对应的滑动体土条划分竖线相交,直到随机角度方向与上、下缘交点的连线重合,将这些交点依次连接,即可得到一条随机曲线（或随机滑动面）。通过随机模拟曲线,发现随机角物理意义明确,具有以下两个独特优点：①只有一个随机条件,随机因素易于控制,便于计算机编程;②为保证其随机曲线为一光滑曲线,可对随机角进行适当优化,并且在条分数足够大时,能够模拟任何曲线。针对以往随机搜索精度不高的问题,采用近似曲线来代替随机曲线的方法加以改进,并且将近似曲线的生成进行了简化。经各种实例对比分析后,得出此方法计算得出的安全系数与以往研究成果颇为接近,得到的最危险滑动面亦与实际情况相符,因而可说明此方法能够适用于边坡整体稳定性分析。