重力坝层间抗滑稳定体系的动力可靠度分析方法

受明显的层状结构影响,加之材料参数和动荷载的双重随机性,动力条件下碾压混凝土重力坝的层间抗滑稳定可靠度问题值得关注。考虑地震波频谱特性、峰值加速度、坝体材料参数的随机性,统计概化出地震作用下坝体的潜在滑动失效路径;在特定地震动作用下,基于随机有限元分析结果,采用刚体极限状态判断准则和响应面法构建失效路径的动力抗滑稳定功能函数,进而求得其抗滑稳定可靠指标;接着考虑不同失效路径的相关性,用Ditlevsen窄界限公式估算体系的可靠度;最后,考虑地震动荷载的随机性,采用基于全概率公式的数值拟合积分方法求解大坝抗滑稳定体系的动力可靠度。研究结果表明,动力条件下,当水平地震系数大于0.2时,重力坝层间抗滑体系可靠度不再由建基面失效路径决定,而是由下游折坡处层面的失效路径决定。该方法数学意义明确,实用性强。     

基于分项系数法的重力坝深层抗滑稳定分析

针对基于有限元法的重力坝深层抗滑稳定分析问题,根据工程实际中软弱结构面上的抗剪断摩擦系数和凝聚力变异性不同的特点,在计算中引入滑动面上抗剪断强度参数的分项系数,提出了一种新的应用于重力坝抗滑稳定的有限元计算方法--分项系数有限元法。该方法基于可靠度思想,以达到用极限承载状态时的强度储备系数或超载系数来表征大坝安全度。在已有研究成果的基础上,从坝基渐进破坏过程和破坏机理的角度进一步探讨了非线性有限元法应用于深层抗滑分析应注意的几个关键问题,以及基于分项系数法的深层抗滑稳定分析的安全系数控制标准。研究结果表明,滑动面上的应力分布性态和坝基岩体变形特性对抗滑稳定安全系数有重要影响。与常规刚体极限平衡方法的控制标准相比,分项系数有限元方法可以采用偏低一点的安全系数标准。     

土石坝坡抗震极限分析上限法

基于极限分析的上限定理,提出一种土石坝极限抗震分析的新方法。该方法假定土体为理想刚塑性材料且满足相关联流动准则,将土石坝坡滑动体划分为若干水平土条,计算各滑动土条的外功率与内能耗散,然后通过能量平衡条件,利用优化算法确定土石坝的极限抗震能力。运用所提方法,对一典型心墙土石坝进行极限抗震能力分析,研究了水平条分数以及抗剪强度参数对极限抗震能力影响。计算结果表明,水平条分数对滑裂面形状影响较大而对大坝极限抗震能力影响较小。当水平条分数增加到一定数目时大坝极限抗震能力最终趋于一个稳定值。同时,堆石料的抗剪强度对大坝极限抗震能力影响较大。通过与传统的极限平衡法对比,验证了所提方法的正确性与可行性。     

地震工况下坝坡的抗滑安全系数取值标准研究

地震工况下的坝坡抗滑稳定性核算一直是大坝安全性评价的重要环节,采用科学合理的计算方法是评价坝坡安全性的基本保证。本文从概率极限分析的角度探讨了坝坡稳定性可靠度分析的概率意义,提出了将地震发生当做概率事件的坝坡可靠度计算方法。为验证将地震超越概率纳入坝坡稳定分析中的合理性,本文通过两个典型算例和小浪底坝坡典型剖面的抗滑稳定性分析研究了坝坡在地震工况下的单一安全系数与可靠指标的变化规律。研究结果表明在坝坡稳定分析中引入超越概率计算所得结果与工程实际相符,与以往的将地震发生当做确定性事件计算方法相比,该方法显著提高了坝坡的可靠指标值;比较可靠指标与单一安全系数的取值标准显示出在坝坡稳定分析中合理地引入地震概率分析方法能够保证坝坡在地震和正常工况下有相近的可靠指标值     

泥石流汇流槽可靠度分析

汇流槽是泥石流治理工程中常用的工程措施之一。文章基于汇流槽的倾倒破坏、滑移破坏及地基破坏模式，通过对汇流槽设计影响强烈的岩土参数、几何特征、荷载因素等敏感因子的求解方法及分布特征分析，从汇流槽的抗倾稳定、抗滑稳定和基底应力要求三方面建立极限状态方程。对于每个极限状态方程，在泰勒级数对非线性极限状态方程线性化后，运用一次二阶矩的理论，先假定失效点P^＊，求解出相应的均值和方差。然后根据可靠的定义，得到相应的可靠度指标，通过迭代法求解真正失效点的可靠度指标βi。最后根据3个状态方程相互独立的假定，得出整个结构的可靠度指标β。该方法在平川泥石流防治工程中得到了成功的运用。这对于可靠度设计方法在泥石流防治工程中的运用进行了有益的探讨。     

焦作市龙寺废弃矿山边坡危岩体稳定性及其稳定可靠度研究

使用块极限平衡法,计算危岩体安全系数与滑动方向,分析其稳定性。结合使用蒙特卡罗法和分块极限平衡法,提出稳定可靠度的功能函数,得到可靠度指标和失稳概率。计算结果和基本稳定的评价符合实际情况。该研究为同类危岩体研究和防治具有一定意义。     

基于界面元法的向家坝重力坝深层抗滑稳定分析

重力坝的深层抗滑稳定分析多采用刚体极限平衡分析方法和非线性有限元法,但通常的刚体极限平衡法不能反映坝基岩体渐近失稳过程和破坏的力学机制,非线性有限元法则难以解决坝基中软弱结构面位移不连续问题。结合向家坝工程,建立了泄④坝段的计算模型,采用界面元法进行了大坝深层抗滑稳定分析,给出了坝基中破坏区的范围和分布,以及坝基的渐进破坏过程和可能滑体的抗滑稳定安全系数等成果,为坝基处理措施提供了重要的技术参考依据。研究结果表明,所建立的分析方法可以自然描述坝基岩体各种介质的错动、张开和滑移等不连续变形的特征,可用于重力坝坝基的深层抗滑稳定 分析。     

岩体工程可靠性分析的响应面方法及应用

在岩体工程等复杂系统的可靠性分析中, 得到极限状态方程的解析表达式往往是非常困难的。本文提出了采用响应面方法结合数值试验对其进行拟合, 求系统的可靠度, 并应用于某地下岩体空间围岩稳定的可靠性分析。     

浅埋圆形隧道开挖面稳定的可靠度分析

开挖面支护压力是影响隧道开挖面稳定的重要施工因素,也是进行隧道开挖稳定性可靠度分析的关键。采用FLAC3D软件计算开挖面的最小极限支护压力,结合响应面法计算浅埋圆形隧道开挖面稳定的可靠度指标卢,将土体粘聚力和内摩擦角作为随机变量,考虑土体粘聚力和内摩擦角之间的相关性。分析结果表明,不考虑参数相关性计算得到的可靠性指标偏于保守。通过计算验算点处的极限支护压力与原支护压力比较,证明响应面法在结合FLAC3D计算开挖面稳定的可靠度方面是足够准确的。     

裂隙岩体抗滑稳定分析的概率方法

本文应用概率论和数理统计理论,探讨了裂隙岩体抗滑稳定分析方法。根据裂隙产状服从半球法线分布的假设,求得裂隙组集中产状的均值、方差和均值的可信区间。根据剪断试验资料,尝试用两点法确定抗剪参数的分布。采用极限平衡理论,应用蒙特卡洛法,计算坝肩岩体中可能滑动的块体的安全特征β和块体的稳定安全可靠度Pr,以此来评价该块体的稳定性。为了研究单个参数对稳定性的影响,在稳定性可靠度分析的程序中考虑了参数的灵敏度分析。最后给出了块体失稳的破坏概率Pf和安全系统Kc之间的关系,以便与常规的确定性分析加以比较。     

极限平衡条件的拓展与土工结构稳定分析

与土体稳定有关的工程问题诸如挡土结构物上的土压力、地基承载力以及土坡稳定性都与土的极限平衡状态相关 联。将土体一点（单元）的极限平衡条件推广,给出土体沿滑动面的极限平衡条件,证明了该条件的充分必要性。依据该条件,提出了有限元应力分析与极限平衡结合的有限元极限平衡法及土体稳定的安全系数,并明确了安全系数的物理意义,以评价土工结构的稳定性。随后,列举了该方法在土工结构稳定分析中的一些具有代表性的应用,证明了该法是有效的,可以用于分析岩土工程中的稳定问题。     

基坑抗隆起稳定安全系数的算法对比分析

基坑隆起变形破坏是一种常见的基坑失稳形式。基坑隆起变形量监测存在一定困难,基坑坑底抗隆起稳定性分析主要是计算安全系数。目前基坑抗隆起稳定安全系数计算方法主要有极限平衡、极限分析和强度折减等方法。结合工程算例,采用上述3种算法进行基坑抗隆起稳定安全系数计算,对比分析了各种计算方法的适用性。结果表明,极限平衡传统算法忽略的工程因素较多,计算结果过于保守,通过修正可以提高适用性。极限分析与强度折减的计算结果较为准确,但极限分析的破坏模式和强度折减中基坑稳定临界状态容许隆起量仍需进一步研究。     

基于超载法的拱坝坝肩地震动力稳定性方法研究

拱坝坝肩地震动力稳定性一直是工程界关注的一大热点,然而对坝肩动力稳定性的评判方法和标准的研究还不成熟。为完善坝肩动力稳定分析方法,将有限元法与刚体极限平衡法的优势相结合,提出了地震动力超载方法以及极限累积位移评判标准。首先,基于有限元法开展实时动力分析,对坝肩可能的滑移块体采用多重网格应力插值求任意时刻的阻滑力和下滑力,确定其主滑方向,而后采用刚体极限平衡法计算每个滑块的动安全系数;同时,对瞬时动安全系数小于1.0的时段,进行加速度积分,求出滑块累积失稳位移。结合滑块尺寸及滑动面强度参数提出极限累积位移计算公式作为失稳判据,通过比较累积位移与极限累积位移判定滑块的稳定性。基于以上思路开发了一套坝肩动力稳定分析系统SAFEDAM。以沙牌拱坝经受反映5.12地震的人工波为例,开展了沙牌拱坝坝肩动力超载稳定分析,验证了极限累积位移判据的合理性。研究表明,沙牌左岸坝肩超载稳定安全倍数Kp0 =3.2,右岸坝肩超载稳定安全倍数Kp0 =4.2。工程实例计算表明,该方法计算坝肩动力稳定性使用较为方便可靠,具有较大的工程实用价值,为坝肩动力稳定性分析和评价提供了一条新路径。     

Stability analysis of slopes reinforced with piles

In this paper, the kinematic approach of limit analysis is used to analyse the stability of earth slopes reinforced with piles. First, the case of slope without piles is considered and a procedure is developed to calculate the safety factor for the slope. Results are compared with those obtained using both the limit equilibrium method and more complex upper and lower bound limit analysis solutions. Then, the stability of slopes reinforced with piles is analysed. Expressions are derived allowing the force needed to increase the safety factor to a desired value and the most suitable location of piles within the slope to be evaluated. A study is carried out to illustrate the effect of piles on slope stability.     

非均质土坡的有限元塑性极限分析

在评价现有边坡稳定分析方法的基础上,提出了边坡稳定的有限元塑性极限分析方法。借助有限单元思想和线性规划,建立了边坡稳定的数学规划模型,由此可以求出安全系数的上下限解,从而,界定了边坡的安全范围,同时,可以给出下限状态下的应力场和上限状态下的速度场。以一个经典非均质土坡的边坡稳定作为算例,比较了多种方法的分析结果,论证了本方法的正确性。     

基于稳定性耦合分析法的余王扁边坡稳定性分析

边坡稳定性分析的极限平衡法与有限元法(FEM)的耦合分析法,首先利用有限元法分析获得边坡岩土体的整体应力场,在此基础上利用极限平衡法进行边坡的稳定系数求解。该方法既反映了边坡的稳定和变形之间的关系,又克服了极限平衡法与有限元法的不足,使二者的优点相互补充,获得的稳定系数基于极限平衡理论体系,可以同传统的稳定系数评价体系接轨。以西安市雁塔区余王扁削坡后边坡为例,用稳定性耦合分析法对其进行了稳定性分析,并把分析结果与各种极限平衡法的计算结果进行了比较,证明了耦合分析方法的可靠性和可行性。      

Undrained stability of wide rectangular tunnels

Upper bound rigid block methods and finite element limit analysis are applied to investigate the undrained stability of rectangular tunnels. Solutions for a range of soil properties and tunnel geometries are obtained for situations in which the tunnel is wider than it is high. The upper and lower solutions for tunnel stability, which accurately bracket the true collapse load, are summarised in a series of stability charts for use in tunnel design.     

基于有限元极限平衡法的尾矿坝坝体稳定分析

在平面应变条件下,采用基于弹塑性应力应变分析的有限元极限平衡法对尾矿坝坝体的稳定性进行研究。该方法可较好地结合极限平衡分析方法和有限元应力分析方法的特点。通过弹塑性有限元分析,合理准确地考虑结构整体应力场的影响,进而结合Hooke-Jeeves法优化搜索最危险滑动面的位置及其对应的最小安全系数。以某尾矿坝实际工程为例,比较分析了考虑正常、洪水以及特殊工况运行下有限元极限平衡法与极限平衡条分法和有限元强度折减法在安全系数大小及滑动面形状和位置的差异,重点运用有限元极限平衡法对尾矿坝坝体的稳定性进行验算并作出安全评价,为尾矿坝的安全设计施工提供可靠依据和技术支撑。     

Probabilistic stability analyses of slopes using the ANN-based response surface

Slope stability analysis is a geotechnical engineering problem characterized by many sources of uncertainty. Some of these sources are connected to the uncertainties of soil properties involved in the analysis. In this paper, a numerical procedure for integrating a commercial finite difference method into a probabilistic analysis of slope stability is presented. Given that the limit state function cannot be expressed in an explicit form, an artificial neural network (ANN)-based response surface is adopted to approximate the limit state function, thereby reducing the number of stability analysis calculations. A trained ANN model is used to calculate the probability of failure through the first- and second-order reliability methods and a Monte Carlo simulation technique. Probabilistic stability assessments for a hypothetical two-layer slope as well as for the Cannon Dam in Missouri, USA are performed to verify the application potential of the proposed method.     

深埋盾构隧道开挖面三维对数螺旋破坏模式的上限分析

相对于盾构隧道施工的大量需求与快速发展的状况,国内在盾构工法特别是大型深埋盾构隧道施工技术和理论研究方面还存在不足,特别是水压条件下深埋盾构隧道开挖面稳定问题。基于极限分析上限法和水土压力统一参数,对考虑水压影响的均质土深埋隧道开挖面稳定性计算方法进行研究,建立了考虑水压影响的深埋盾构隧道开挖面三维对数螺旋破坏模式模型,并推导了其极限支护压力计算公式。然后利用土层厚度加权平均法,可将上述方法应用于多层土深埋盾构隧道开挖面稳定性的评价中。最后,以上海长江盾构隧道实际工程为例,采用本文推导的极限分析上限三维对数螺旋破坏模式方法计算并分析其极限支护压力,并将计算结果与前人研究和规范方法计算的结果进行对比分析。通过该研究可改进与完善水压条件下深埋盾构隧道极限支护压力确定方法,从而为考虑水压条件下盾构隧道施工支护压力的合理确定提供理论依据。