改进的收敛性判据在边坡稳定分析中的应用

针对边坡稳定性分析中失稳判据的选择问题,在对几种失稳判据对比分析的基础上,提出了改进的收敛性判据——运行极限时步法。通过选取一均质边坡,比较不同方法下边坡的安全系数,得出改进的收敛性判据的正确性,并应用该判据于工程边坡加固前的稳定性分析中。同时,本文选取加设双排桩的加固方案对工程边坡进行加固,并采用特征点突变判据于工程边坡加固后的稳定性分析中,得出加固后边坡为稳定状态,验证了该方案的可行性。     

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。      

关于强度折减有限元方法中边坡失稳判据的讨论

在边坡稳定性分析中采用强度折减弹塑性有限元方法时,所得到的总体安全系数在一定程度上依赖于所采用的失稳评判标准,通常以数值计算的收敛性作为边坡失稳判据。而有限元计算的数值收敛性受多种因素的影响,因而由此所得到的安全系数的合理性及其唯一性受到了质疑。为了考查目前各种失稳判据的合理性及其适用性,分别依据计算的收敛性、特征部位位移的突变性和塑性区的贯通性等3个失稳判据,针对某一典型边坡算例,采用强度折减弹塑性有限元方法进行稳定性分析,并与Spencer极限平衡法所得到的总体安全系数进行了对比。对比分析表明,以有限元数值计算的收敛性作为失稳判据在某些情况下所得到的安全系数可能误差较大,而采用特征部位位移的突变性或塑性区的贯通性作为失稳判据所得到的边坡安全系数与Spencer极限平衡法的计算结果比较接近,考虑到实用性与简便性,建议在边坡稳定性分析的强度折减有限元方法中联合采用特征部位位移的突变性和塑性区的贯通性作为边坡的失稳判据。     

基于SLFT的边坡强度折减法失稳判据

强度折减法在评价边坡稳定性时不需要假设和搜索临界滑裂面,相对于其它方法具有一定优势,但失稳判据尚无明 确标准。滑移线场理论（SLFT） 可以计算得到的极限状态下的边坡坡面曲线（简称极限坡面曲线）,已有研究表明极限坡 面曲线与边坡坡面的相对位置关系可以判断边坡稳定性。基于该结论提出一种边坡强度折减法失稳判据：不同折减系数计 算得到不同的强度参数,因此滑移线场理论计算得到的极限坡面曲线将发生变化,当极限坡面曲线与边坡坡面在坡底相离 时,判断边坡为稳定状态;当极限坡面曲线与边坡坡面相交于坡脚时,判断边坡为极限平衡状态;当极限坡面曲线与边坡 坡面相交时,判断边坡为失稳状态。对标准边坡考题的计算结果表明：提出的失稳判据收敛性较好,安全系数计算结果与 标准答案和已有失稳判据分析结论相差较小;传统失稳判据收敛指标的确定没有明确标准,当位移突变曲线光滑时很难找 到突变点,很难准确计算对应的安全系数,更重要的是传统失稳判据判断边坡极限状态受到人为主观因素的影响,而提出 的失稳判据可以实现失稳判据的客观标准化;确定的临界滑裂面形状以及在边坡中的位置都与标准答案基本一致,提出的 失稳判据适用于强度折减法。     

有限元强度折减法中边坡失稳位移突变判据的改进

采用有限元强度折减法分析边坡稳定性时,计算所得安全系数依赖于所采用的失稳评判标准。目前边坡失稳判据的多样性及其不确定性,使得计算所得安全系数的合理性及其唯一性受到了质疑,因此如何选择或改进一种既能满足工程需要又易于操作的失稳判定准则显得尤为重要。针对某一典型边坡算例分别按计算收敛性、特征部位位移突变性和塑性区贯通性等3 个失稳判据考查判据的合理性及其适用性,对比研究三维与二维数值所得边坡稳定安全系数的差异,然后对位移突变失稳判据进行了一种改进,通过绘制位移突变倍率(当前分析步位移与上一分析步位移之比)跟折减系数的关系曲线来确定边坡安全系数,并通过简化的实例模型证明了其适用性。     

基于SLFT的边坡强度折减法失稳判据

强度折减法在评价边坡稳定性时不需要假设和搜索临界滑裂面，相对于其它方法具有一定优势，但失稳判据尚无明 确标准。滑移线场理论（SLFT） 可以计算得到的极限状态下的边坡坡面曲线（简称极限坡面曲线），已有研究表明极限坡 面曲线与边坡坡面的相对位置关系可以判断边坡稳定性。基于该结论提出一种边坡强度折减法失稳判据：不同折减系数计 算得到不同的强度参数，因此滑移线场理论计算得到的极限坡面曲线将发生变化，当极限坡面曲线与边坡坡面在坡底相离 时，判断边坡为稳定状态；当极限坡面曲线与边坡坡面相交于坡脚时，判断边坡为极限平衡状态；当极限坡面曲线与边坡 坡面相交时，判断边坡为失稳状态。对标准边坡考题的计算结果表明：提出的失稳判据收敛性较好，安全系数计算结果与 标准答案和已有失稳判据分析结论相差较小；传统失稳判据收敛指标的确定没有明确标准，当位移突变曲线光滑时很难找 到突变点，很难准确计算对应的安全系数，更重要的是传统失稳判据判断边坡极限状态受到人为主观因素的影响，而提出 的失稳判据可以实现失稳判据的客观标准化；确定的临界滑裂面形状以及在边坡中的位置都与标准答案基本一致，提出的 失稳判据适用于强度折减法。     

三类边坡失稳判据的统一性

将热力学理论中材料破坏的能量机制引入边坡工程中,推导了强度折减过程中边坡的能量方程,利用FLAC3D二次开发了能量的计算程序,并应用于某经典边坡算例中。通过与Spencer法的计算结果对比发现：强度折减法中边坡的稳定性与能量变化关系紧密,由此提出了4种新的失稳判据--能量突变失稳判据,且4种能量突变失稳判据理论上是统一的。通过对比发现：动能突变判据与数值计算收敛性判据、重力势能降突变判据与特征点垂直位移突变判据、耗散能增量突变判据与塑性区贯通判据分别存在对应关系,证明了常见的3类失稳判据也是统一的。通过算例试算发现,3类判据判定结果不相等主要是由收敛标准和网格精度等人为因素造成的,本质上是因为数值计算是一种近似解。工程应用中,可通过3类失稳判据判定结果的一致性来自评安全系数的计算精度,一致性越好,精度越高。提高计算精度的根本办法是严格收敛标准和精细网格划分,但应同时兼顾数值计算的时长,从而实现计算效率最大化。     

锦屏一级水电站左岸坝肩边坡施工期稳定分析

锦屏一级水电站左岸坝肩高陡边坡地质条件复杂、主要发育有f5、f8、f42-9断层,煌斑岩脉X,顺坡卸荷裂隙及深部裂缝等结构面,其中断层f42-9、煌斑岩脉X和深部裂缝SL44-1组合形成的左岸坝头拉裂变形体,在边坡施工期的稳定性问题突出,特别是当边坡开挖至1 780 m高程时拉裂变形体前沿剪出口阻滑岩体被完全挖除,f42-9断层在开挖坡面出露,拉裂变形体稳定条件恶化,稳定性急剧下降。采用考虑开挖过程的有限元强度折减法分析开挖边坡在施工期的稳定性,并提出了一种新的边坡失稳判据：通过滑体内关键部位测点水平位移随折减系数的变化率,即水平位移增量与强度折减系数增量之比值 和强度折减系数 关系曲线的突变点来确定边坡的临界失稳状态。通过与其他边坡失稳判据相比较,验证了该判据的合理性和实用性,同时基于该判据计算了边坡开挖加固至不同高程下的稳定安全系数,合理评价左坝肩边坡施工期的整体稳定与安全性。     

岩质边坡声发射特征及失稳预报判据研究

在分析岩质边坡失稳过程中岩体力学性质和声发射产生的微观机理基础上,通过岩石声发射试验和岩质边坡声发射监测实例,研究了岩质边坡声发射特征,提出了岩质边坡失稳破坏的基本力学分类及其声发射的监测预报方法和判据,实现对岩质边坡失稳的预测预报。研究结果表明,边坡破坏前存在一次或多次声发射高峰。应用AE技术可以确定边坡在变形过程中应力集中活跃区;以抗滑力减小为主的岩质边坡,其失稳预报判据为大事件率在15次/ min以上,预报时间为几分钟至数小时。以下滑力增大为主的岩质边坡失稳的预报判据为大事件率在26次/ min以上,破坏时间为第一次声发射峰值期后的30～45 d。     

有限元强度折减法边坡失稳判据的统一性

目前有限元强度折减法边坡稳定性分析中广泛使用的边坡失稳判据主要有3类,即有限元数值迭代不收敛判据、特征部位位移突变判据、广义塑性应变或等效塑性应变贯通判据。对于上述3类判据的选用,一直以来存在较大的分歧。而从本质上看,3类边坡失稳判据具有一致性和统一性。之所以使用不同判据时计算结果表现出差异,是由于人为误判和有限元数值计算误差造成的。在具有足够计算精度的情况下,3类判据所得结果一致。     

边坡稳定性评价结果的表达与边坡稳定判据

本文比较全面系统地总结分析了目前边坡工程中常用的各种稳定性评价结果的表达方式, 即各种边坡稳定判据。它们主要包括:(1)安全系数；(2)可靠度或破坏概率；(3)边坡岩体的位移、应力、位移速度等；(4)定性经验结论；(5)干扰能量；(6)声发射率等六种。在此基础上, 本文分析了各种判据的特点及其适用条件等。     

边坡稳定性评价MSARMA法及最佳加固力研究

摘要：目前，各行业在边坡稳定性评价和设计中采用的方法主要是极限平衡方法。文章对各种极限平衡方法的特点和适用范围进行了综合评价，在此基础上，提出了适用于岩质高边坡稳定性评价和设计的一种极限平衡方法——MSARMA法和基于该方法开发研制的“边坡工程稳定性MSARMA法评价分析系统”。该方法是在著名的SARMA法基础上改进形成的，同其它极限平衡方法比较，具有推导严格、假设条件较少、实用性强等优点。此系统不仅能够进行在非齐次边界条件下的稳定性计算，而且还能够进行坡面存在荷载和加固力情况下的边坡稳定性计算。鉴于目前边坡工程规模愈来愈大的特点，提出了边坡最佳加固力概念，此概念认为，对于边坡加固工程，应综合考虑各种状态下的边坡稳态，寻找导致边坡失稳最不利因素的组合状态，加固力的大小只要保证边坡在该状态下稳定就行，此时的加固力就是最佳加固力。考虑到岩土工程的复杂性、计算所采用的力学模型、物理力学性质参数等具有的非绝对准确性和确定性，在设计时应在最佳加固力基础上，再增加一定的保险系数，但该保险系数不宜过大，实施时应根据具体工程规模确定，一般应在0．05以内。此时对边坡进行加固既满足边坡的稳定性要求又经济合理。以实际工程为例，展示了MSARMA法广阔的应用前景。     

降雨入渗对板岩边坡稳定的影响及加固措施研究

板岩边坡在国内边坡工程中较为常见,常伴有倾倒变形,在其特有的结构性质影响下边坡失稳频发。通过对苗尾水电站右坝基板岩边坡失稳现象分析,研究了板岩边坡在降入入渗情况下的变形特征,在该基础之上运用稳定理论探讨降雨入渗影响边坡失稳机制,结合实例分析提出了板岩边坡失稳加固关键措施,并通过现场实际检验效果。研究结果表明,板岩边坡的节理特性、开挖坡比、降雨入渗是造成板岩边坡失稳的关键因素,进行加固必须从防雨下渗和束腰加固着手。苗尾水电站右坝基板岩边坡加固后经受住了汛期和炮震的影响,说明边坡失稳认识及加固措施较为准确,对于类似工程具有一定的参考价值。     

基于非均质边坡强度折减法的三维桥基边坡稳定性分析

基于场变量的强度折减法,以三维一般边坡和陡边坡作为算例模型,对非均质边坡的折减范围进行研究。研究中借鉴某学者研究成果,在ABAQUS中对岩体材料的抗剪强度参数( )和抗拉强度参数T同时进行强度折减,并结合目前边坡失稳判据存在的不足,提出采用坡体内关键部位特征点位移增量 与强度折减系数增量 之比值 和强度折减系数 关系曲线的突变点来确定边坡的临界失稳状态。结果表明,对于一般边坡,只有当黏聚力相差不大的情况下,对黏聚力较小土层实施局部折减才能得到合理的安全系数,对于坡体内存在岩质相差较大的边坡建议采用整体强度折减,相反对于高陡三维边坡而言对相对较软的岩体进行局部折减可以得出较为可信的结果。通过与传统特征点位移法判据相比较,验证了 法的实用性和合理性,同时基于该判据计算出桥基边坡运营期间的安全系数,可为岸坡治理提供理论依据。。     

基于遍布节理模型的边坡稳定性强度折减法分析

采用非线性数值分析方法分析边坡稳定性问题时,强度折减法因其具有较多的优点而得到广泛应用。岩土体一般采用理想弹塑性模型,屈服准则为广义米赛斯准则。对于密集节理岩质边坡稳定性问题,采用遍布节理模型可同时考虑岩块和节理属性,更符合岩体状态及工程实际,认为岩体经强度折减后潜在破坏可能首先出现在岩体中或沿节理面或二者同时破坏。结合工程实例,基于遍布节理模型的强度折减法计算结果表明,潜在滑移面为折线型滑面,下部潜在滑移面倾角与节理面等效内摩擦角基本一致,上部潜在滑移面与岩体拉破坏相关;节理倾角与边坡安全系数、潜在滑动范围密切相关,陡倾角节理对边坡稳定性影响较小。通过对边坡失稳判据和边坡滑移面确定的探讨,认为以力或位移不收敛作为边坡失稳判据是适当的,而边坡的剪应变速率物理意义十分明确,适于作为边坡潜在滑移面的确定依据。     

顺层岩质边坡稳定性分析及加固设计研究

以南京市栖霞古镇顺层岩质边坡为例，采用极限平衡法和强度折减法对开挖后边坡的稳定性、失稳原因和变形特征进行分析。针对边坡潜在的滑坡问题进行加固设计，模拟不同长度和倾角组合下锚杆加固效果，根据边坡稳定性系数及锚固后边坡位移和应力分布情况，确定锚杆长度7 m、倾角20°为最佳方案，并结合其他加固措施提高边坡的稳定性，分析结果表明，加固后边坡稳定性系数满足规范要求，边坡位移控制在安全范围内，加固设计方案合理可行。     

边坡加固中预应力锚索失效机制与失效效应研究

预应力锚索已广泛应用于边坡加固工程中,由于其承受高拉应力作用,并长期埋置于潮湿的岩土环境中,在综合因素的作用下存在失效的可能性。结合实体工程中的大量监测数据,对预应力锚固系统长期稳定性的影响因素进行了深入分析,提出了预应力锚固系统的失效机制;为了分析锚索失效效应,确定合理的处理时机,分别进行了现场卸载试验及数值模拟,研究了单锚及群锚失效效应,提出了边坡局部失稳的判据,其结果可为类似工程提供借鉴。     

基于强度折减弹塑性有限元法的抗滑桩加固边坡稳定性分析

以大型通用有限元分析软件ABAQUS作为平台,以迭代不收敛联合坡面特征点位移陡增作为抗滑桩加固边坡失稳判据,通过二次开发建立了能够自动搜索安全系数的抗滑桩加固边坡稳定性强度折减弹塑性有限元分析模型,结合典型算例的对比分析验证了这一判据的有效性。在此基础上,针对一实例边坡进行了稳定性数值分析。研究表明,对于抗滑桩加固边坡,以强度折减有限元法所确定的潜在滑动面,一般地比极限平衡法、极限分析上限方法要浅。     

降雨型滑坡垂直位移方向率及其位移监测预警判据研究

针对降雨型滑坡位移量预测参数失稳判据的局限和不足,并根据滑坡全息论的基本原理,提出和确定了滑坡垂直位移方向率预测参数,且指出该参数是边坡稳定性演化分析与评价的一个有效位移动力参数,具有位移量或位移速率不可替代的评价和预测作用。同时,系统分析了降雨型滑坡位移与地下水位变化规律及其相互作用关系,对该类边坡稳定性的不同演化阶段的表层垂直位移方向率形成机制与变化规律进行了弹塑性力学分析与评价,分别确定了边坡压缩稳定变形阶段和塑性失稳变形阶段的表层垂直位移方向率与其稳定性演化的定量关系,并依此运用数理统计均方差基本原理,建立了该类滑坡垂直位移方向率的整体失稳监测预警判据。最后运用新滩滑坡A_3、B_3监测点垂直位移方向率对该滑坡稳定性演化过程与失稳规律进行了后验分析与评价,其分析预测结果与边坡实际变形失稳规律基本相吻合,表明该参数在该类滑坡预测预报与监测预警中具有一定的有效性与实用性。     

基于强度折减法的三维边坡失稳判据

为了寻求基于强度折减法的三维边坡稳定分析的合理判据,依托珍珠坝边坡采用FALC3D对位移突变判据及塑性区贯通判据进行分析,并与ANSYS计算结果和二维极限平衡结果进行比较。结果表明:在采用强度折减法对三维边坡稳定分析时,位移突变判据根据总位移增量和折减系数关系曲线较易识别突变点且特征点选在边坡坡顶滑体上较为合理;针对塑性区贯通判据的不足,提出了以贯通率增量和折减系数曲线上的突变点来判别边坡稳定性。因此,三维边坡失稳判据的合理选用应遵循以下原则:建议在滑带明确的情况下采用塑性区贯通率增量突变判据,在滑带未知的情况下采用位移增量突变判据。