基于变形加固理论的隧洞与巷道开挖稳定分析

地下工程的开挖稳定和加固分析是岩土工程中的难题之一。变形加固理论是研究荷载超出结构极限承载力的理论,探求的目标是结构在承受荷载超出其极限承载力时维持稳定所需的最优加固力。给定荷载下结构出现不平衡力的区域即为首先破坏的区域;给定荷载下结构总是趋于加固力最小化、自承力最大化的状态。而整体稳定性可采用余能范数进行定量评价。基于三维非线性有限元方法,详细推导了不平衡力和塑性余能范数的表达式。通过典型深部隧洞与巷道开挖及加固的算例,对比分析了加固前后围岩内不平衡力的分布以及塑性余能范数的大小。结果表明,对围岩加固可在一定程度上提高围岩的强度和承载能力。     

岩土工程加固分析的弹塑性力学基础

研究了弹塑性计算中不平衡力的性质,揭示了它和加固力、结构稳定性的密切关系。弹塑性有限元分析迭代过程实质上就是一个逐步消除不平衡力的过程。可以采用弹塑性分析中的不平衡力来指导加固设计：只要施加和不平衡力大小相 等、方向相反的加固力,结构就是平衡、稳定的。在所有加固方案里,弹塑性分析确定的加固力是最小的,并归结为应力转移的最小余能原理和加固力上限定理,弹塑性计算确定的加固力和真解相比偏于安全。拱坝计算实例表明,不平衡力分析对分析结构稳定性、指导加固设计是有助益的。     

能源储备地下库群稳定性与连锁破坏分析

基于变形加固理论关于结构失稳的严格定义及其集合逻辑表述,提出了基于不平衡力和最小塑性余能原理的地下储库群稳定性判别方法。在非平衡态弹塑性力学框架下,将经典有限元拓展到结构失稳后的分析,塑性余能范数即可作为库群失稳判据,而不平衡力及其发展则表征了库群失稳破坏的形态和演化路径。研究了单储库的稳定性、双储库结构在不同储库间距条件下的整体稳定性及连锁破坏规律,并应用于金坛盐矿油气储库群的稳定性分析和连锁破坏模拟计算分析。研究表明,不平衡力和塑性余能范数用来定量评价地下储库的稳定性是合适的。变形加固理论为评价库群整体稳定性、研究储库间相互作用以及破坏的时空演化提供了定量实用的分析方法,为地下储库群的灾变机制与防护研究打下基础。     

岩质边坡动态施工过程稳定性评价的强度折减有限元法

采取该弹塑性有限元程序,在考虑施工爆破、岩体节理影响的条件下,对常－张高速公路的重点边坡的施工过程进行了模拟,分析了开挖过程中,岩体的变形和应力状态及屈服状态,并用降低材料强度储备的有限元强度折减法,根据边坡岩体单元的屈服连通程度和关键部位的位移变化对高边坡的整体安全系数进行了研究。通过对重点边坡K123的分析表明,边坡在其施工过程中是稳定的。     

水泥土桩加固边坡变形破坏特性及模型试验分析

水泥土桩是软土边坡常用的一种较经济的加固结构,但目前对水泥土桩加固边坡的变形破坏特性和抗滑机制认识不清,相应的稳定性评价理论研究较少。建立了一边坡模型,运用有限元分析了离散水泥土桩加固边坡的变形破坏特性,结果发现边坡失稳时,桩-土之间由于变形不协调而产生塑性滑移,强度和刚度都较大的水泥土桩呈S型挠曲变形而发生弯折破坏,未能有效发挥设计要求的抗滑能力,加固边坡最后形成贯通的剪切滑动带而非滑动面。提出了水泥土剪力墙的概念,通过有限元模拟发现,采用水泥土剪力墙加固边坡,因墙-土界面摩擦力的作用,下滑力在剪力墙和边坡滑体之间得到调整,最终促使加固边坡产生整体剪切破坏,有效发挥了剪力墙的抗滑能力。通过桩土复合结构的水平推剪模型试验,验证了数值模拟结果的合理性。     

框架预应力锚托板结构加固高填方边坡设计与数值分析

在地质条件复杂的西北山区工程建设中,需要加固大量填方高边坡。为了对填方边坡提供足够的锚固力且保证其整体安全,提出了一种安全稳定、经济简便的新型框架预应力锚托板支挡结构。该种结构适用于加固填方量较大的边坡,且加固效果良好。基于极限平衡算法理论,提出了锚托板抗拔力的计算公式及稳定性计算方法;采用PLAXIS 3D有限元软件,对锚托板的计算方法进行了对比分析;分析了边坡的位移、框架立柱的内力,并采用某实际边坡工程的位移监测数据进行对比,说明了数值模拟结果的合理性,证明框架预应力锚托板结构有效地起到了加固边坡、限制位移的作用。通过对锚托板板身的轴力以及摩阻力强度在施工过程中变化趋势的分析,揭示了该结构与土体的作用机理,并探讨了预应力值大小对该结构的影响。分析结果可为框架预应力锚托板加固高填方边坡的设计提供参考。     

框架预应力锚托板结构加固高填方边坡设计与数值分析

在地质条件复杂的西北山区工程建设中,需要加固大量填方高边坡。为了对填方边坡提供足够的锚固力且保证其整体安全,提出了一种安全稳定、经济简便的新型框架预应力锚托板支挡结构。该种结构适用于加固填方量较大的边坡,且加固效果良好。基于极限平衡算法理论,提出了锚托板抗拔力的计算公式及稳定性计算方法;采用PLAXIS 3D有限元软件,对锚托板的计算方法进行了对比分析;分析了边坡的位移、框架立柱的内力,并采用某实际边坡工程的位移监测数据进行对比,说明了数值模拟结果的合理性,证明框架预应力锚托板结构有效地起到了加固边坡、限制位移的作用。通过对锚托板板身的轴力以及摩阻力强度在施工过程中变化趋势的分析,揭示了该结构与土体的作用机制,并探讨了预应力值大小对该结构的影响。分析结果可为框架预应力锚托板加固高填方边坡的设计提供参考。     

抗滑桩加固非饱和土边坡三维稳定性分析

讨论了抗滑桩加固边坡的稳定分析研究状况,在全面地考虑基质吸力和抗滑桩对边坡稳定性的贡献后,利用所发展的可考虑基质吸力的弹塑性强度折减有限元程序,探讨了抗滑桩加固前后的非饱和土边坡整体稳定性,并且与相应不考虑基质吸力条件下的边坡稳定性进行了对比分析。     

基于蓄水期反演的锦屏一级拱坝极限承载力分析

锦屏一级拱坝坝高为305 m,是世界上最高的拱坝。但是,其坝基岩性较差,f5、f8等断层在建基面出露,基础严重不对称等地质复杂性给锦屏一级拱坝的极限承载力分析评价带来很多不确定性。基于变形加固理论,使用三维非线性有限元程序TFINE,采用直接法和正倒垂测点监测值反演蓄水期坝体混凝土弹性模量和基础变形模量,并验证反演参数在锦屏一级蓄水期预测和极限承载力分析中的适用性。使用反演参数,对坝体正常运行的应力、位移进行仿真分析;采用屈服区、不平衡力、塑性余能范数、整体稳定性安全系数等指标,基于工程类比法,全面评价锦屏一级拱坝的极限承载力。对比反演参数和设计参数的计算结果,验证了设计参数的可靠度。结果表明,锦屏一级拱坝起裂安全系数K1为2倍超载,极限承载安全系数K3为8倍超载,锦屏一级拱坝具有较高的极限承载力,整体稳定性是有保证的。     

峰值强度与残余强度对边坡加固的影响研究

现有的边坡加固方案中,基本上都是用岩土的峰值强度来确定边坡的临界滑面和锚固长度。实际上,边坡出现滑动后,滑面保持残余变形和抵抗外部载荷的能力出现了衰减,滑面上的强度只是残余强度,采用一种混合方法进行边坡加固,即用峰值强度来确定边坡的临界滑面,用残余强度来确定锚固长度。研究表明,采用混合方法对边坡进行加固可以提高边坡加固工程的安全性,具有较大的实际意义。     

青岛崂山路拓宽工程边坡加固稳定性研究

针对青岛崂山路拓宽工程中高陡岩质边坡加固问题,选择典型（C区）坡体,建立数值分析模型,基于强度折减法采用三维快速拉格朗日法（FLAC3D）对该边坡加固前后的稳定性进行了数值模拟。通过对计算边坡稳定性的3种失稳判据进行比较分析,选取特征点位移突变为失稳判据,确定了边坡加固前后安全系数的变化。基于现场实际监测数据,对加固后边坡的稳定状态和加固效果进行评价。对该边坡的数值分析及监测结果分析表明,边坡处于安全状态,加固工程取得了明显的效果。      

矿山边坡加固中的稳定性综合分析

边坡加固稳定性分析是加固工程成功和经济合理性的关键性前提工作。本文提出了边坡加固的稳定性综合分析方法,并编制了稳定性综合分析程序。结合一个边坡加固工程,采用稳定性综合分析方法,计算边坡加固设计余推力,并进行适当的稳定性校核,为加固工程提供了切实可靠的边坡稳定性、加固力及加固效果的数据。加固工程已取得了良好的效果,表明稳定性综合分析方法是有效合理的。     

变形加固理论的力学基础与工程意义

变形加固理论是弹塑性结构稳定性理论,建立基于塑性余能的结构稳定性判据并确定阻止结构失稳的有效加固力。变形加固理论的核心是最小塑性余能原理：结构总是趋于塑性余能最小的变形状态,即自承载力最大、加固力最小的变形状态。完善最小塑性余能原理的证明,并提出弹塑性结构稳定状态的最小余能原理。阐明变形加固理论对有限元法的发展：揭示了不平衡力与修正Newton-Raphson算法的物理内涵。将变形加固理论与刚体极限平衡法对比,阐明其工程意义是对设计中采用的作用-抗力体系的发展,加固完整描述了作用与抗力之差。     

地震作用前后极限平衡法和强度折减法的边坡稳定分析对比

分别运用极限平衡法和ANSYS强度折减法对国内某边坡地震作用前后稳定性进行了分析,考虑地震作用时采用了拟静力法施加水平和垂直两个方向的地震力.根据地震作用前后两种方法得到的边坡稳定系数、滑动面、滑动体的对比分析发现,两种方法得出的安全系数、滑动面相差不大,说明了强度折减法运用到边坡稳定分析中是合理的.强度折减法得出安全系数均比极限平衡法略大,这是由于强度折减法考虑了土体的应力-应变关系,使得计算结果更符合实际.通过地震作用前后边坡的水平位移图的对比,总结了一些规律,为地震区边坡的锚固提出相应的建议.     

节理裂隙边坡锚注加固机制及特性研究

本文通过对节理裂隙边坡锚注加固模型的力学推导，得出锚注加固工法可以提高岩石边坡弱面抗剪强度和抗剪刚度的结论；指出锚注结构可以充分发挥锚杆和注浆体各自的材料潜能，从而避免锚杆单独作用所存在的弊端；结合某高速公路边坡加固工程，阐述了锚注加固工法的技术特点及工艺流程，指明压力注浆可以针对边坡岩体的薄弱环节，直接进行有效的处理，使边坡的稳定性得以提高，并就边坡锚注加固施工中存在的技术问题，提出相应的处理措施。     

基于强度折减法的多级边坡稳定性分析

结合工程算例,采用强度折减有限元法,对边坡治理前后的稳定性进行了分析。结果表明,有限元强度折减法能更加直观的得到坡体的实际破坏形式,求得的边坡稳定系数更接近边坡的实际稳定状态,显示出其在边坡稳定性分析中的一定优势。     

基于双强度折减策略的边坡稳定性分析方法探讨

基于能耗分析理论,假定黏聚力和内摩擦角按不同折减系数进行强度折减,采用不同边坡综合安全系数定义方式,根据虚功原理推导了各自综合安全系数的目标函数表达式。采用序列二次规划法和内点法编制了非线性规划迭代程序,对综合安全系数目标函数进行优化求解。依据算例结果探讨了双强度折减技术评价方法对边坡安全系数计算的影响规律。研究结果表明,边坡稳定性影响因素众多,抗剪强度参数c与φ的折减系数之间不存在惟一确定的函数关系,现有预先假定黏聚力和内摩擦角按某一比例进行强度折减的处理方法尚难以完全合理解释;通过强度折减的最短路径来定义边坡综合安全系数的方法物理意义更为明确。研究结论可为工程技术人员加深采用强度折减技术进行边坡稳定性分析的认识提供有益参考。     

基于Hoek-Brown准则的非等比强度折减方法

针对节理岩质边坡稳定性分析问题,开展了基于Hoek-Brown破坏准则的强度折减法研究。边坡的失稳过程是一个渐进累积破坏过程,破坏过程中各强度参数的衰减程度不同,在强度折减法中对应的折减系数也不同,不同折减系数间关系的确定及其综合安全系数的定义值得深入探讨。首先从岩体材料软化（硬化）特性出发,根据岩体强度参数从峰值强度到残余强度的变化规律,推导了Hoek-Brown破坏准则中3个强度参数折减系数间的数学关系式,然后以折减前后滑面上抗滑力之比定义综合安全系数来评价边坡的稳定性,最后结合算例验证了该方法的合理性,可有效应用于节理岩体边坡的稳定性分析。     

基于强度折减和容重增加法的三维边坡稳定性分析

利用以变形变化趋势为边坡破坏判别标准的强度折减法和容重增加法,对某水电站高边坡进行了三维稳定分析,得到了三维最危险潜在滑动块体及相应的安全系数。同时与广义楔形体法二维计算结果进行了比较。计算结果表明,以边坡变形变化趋势为破坏判别标准,基于强度折减法和容重增加法的三维边坡稳定分析是合理可行的。      

预应力锚索加固高陡边坡机制探讨

预应力锚索加固边坡是提高边坡稳定性的重要手段。弄清预应力锚索加固边坡的机制对于指导边坡加固设计具有重要的理论意义。通过建立高陡边坡计算模型,不断提高边坡岩土体强度折减系数,得到了边坡坡脚位移及预应力锚索内力变化规律,并结合预应力锚索加固岩体应力分布规律,得到了有益的结论：（1）边坡岩土体强度折减系数超过边坡安全系数后,预应力锚索内力开始迅速增加,越靠近坡脚的预应力锚索,内力增加越明显,可以监测坡脚处锚索内力变化,评价边坡稳定状态;（2）对于高陡边坡,绝大部分预应力锚索并不能提高潜在滑动面上的压应力,不能提高滑动面的抗剪强度;（3）预应力锚索加固高陡边坡的主要机制在于限制边坡潜在滑动体的位移。