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。     

土坡稳定极限分析上限法中的多解性分析

土坡稳定极限分析上限法中采用了完全塑性区假定,即假定土坡内存在一个处处位于屈服面上的滑动体。将滑动体内部条块界面上的强度发挥系数视为优化变量,利用功能平衡方程得到了对于给定滑动面的多个安全系数,基于和声算法和潘家铮极值原理选择其中最大的安全系数作为该滑动面的抗滑稳定安全系数,利用该方法对于两个典型土坡算例进行了分析,将其结果与常规极限分析上限法结果进行了比较,给出了完全塑性区假定对计算结果的影响。     

土坡有限元稳定分析若干问题探讨

详细探讨了用有限元方法分析土坡稳定所遇到的问题及处理方法 ,主要包括: 有限元前后处理 ;有限元计算范围及网格划分对计算结果的影响 ;安全系数的定义 ;最危险滑动圆心位置及临界滑动面的形状等问题。     

框架预应力锚杆边坡支护结构的稳定性分析方法及其 应用

以边坡极限平衡理论及框架预应力锚杆边坡支护结构的圆弧滑动破坏模式为基础,在考虑框架、锚杆对土体边坡稳定性影响的情况下,基于圆弧滑动条分法的思想利用积分法建立了内部稳定性安全系数计算模型和最危险滑移面搜索模型。确定滑移面圆心坐标为几何控制参数,推导了安全系数计算模型中各变量与滑移面圆心坐标之间的函数关系式,从而获得了滑移面几何控制参数与内部稳定性安全系数之间的函数关系。利用网格法对框架预应力锚杆支护结构最危险滑移面的圆心坐标进行动态搜索和求解。最后采用Matlab语言编制了框架预应力锚杆边坡支护结构的稳定性分析程序,并结合工程实例进行了验算,讨论了此种方法的适用条件,结果表明该方法简明适用,较传统的经验分析方法更加合理。     

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。     

EXCEL在边坡稳定性分析中的应用

利用Excel强大的数据处理、便捷的公式函数和所支持的面向对象化的程序设计语言VBA,应用于土坡的稳定性分析。基本方法为：先采用传统的瑞典条分法对边坡进行计算分析,在求得最危险滑动面的基础上,通过简化Bishop法对边坡安全系数Fs进行改进。在此过程中,Excel加载VBA子程序可以方便地得到极限平衡条分法中的各未知量,并计算出最危险滑动面上的安全系数Fs,同时使用其可视化功能绘出最危险滑动面的位置。此方法简化了计算程序,不仅容易在Excel表格中实现,且计算对比表明本文方法计算结果与简化Bishop法计算结果非常接近,可满足工程需要。     

土坡稳定性分析的一种新的条分方法——径向条分法

本文提出了一种土坡稳定分析的新方法——径向条方法。这一方法在假定滑动面为圆弧的情况下,将滑坡体用从滑弧圆心引出的径向射线分割为若干个扇面形土条进行稳定性分析。从而给出了在土坡稳定性系数最小时滑弧圆心和半径必须满足的条件。     

土钉墙内部稳定性分析方法改进

现有土钉墙滑动面的确定方法大多假定圆弧滑动面通过坡脚,但事实并非如此。文中总结了实际中可能出现的圆弧滑动面的4种类型,利用圆弧滑动面圆心坐标与圆弧上3个位置参数的关系建立了不通过坡脚的土钉墙最危险滑动面的搜索方法。根据土钉墙滑动面的类型,讨论和完善了建筑基坑支护技术规程中土钉墙整体稳定安全系数计算公式。在3个算例中将不同方法得到的滑动面和整体稳定安全系数进行对比分析,结果表明文中方法得到的滑动面与其他方法结果接近,说明文中方法的可行性;部分情况下文中得到的滑动面不通过坡脚,而传统方法假定滑动面通过坡脚,二者计算偏差较大;对于除传统方法得到的滑动面之外的3种滑动面类型,在相同滑动面条件下完善后的公式由于考虑了部分土体重力沿滑动面切向的抗滑力作用,计算出的整体稳定安全系数稍大。     

土钉墙内部稳定性分析方法改进EI北大核心CSCD

现有土钉墙滑动面的确定方法大多假定圆弧滑动面通过坡脚,但事实并非如此。文中总结了实际中可能出现的圆弧滑动面的4种类型,利用圆弧滑动面圆心坐标与圆弧上3个位置参数的关系建立了不通过坡脚的土钉墙最危险滑动面的搜索方法。根据土钉墙滑动面的类型,讨论和完善了建筑基坑支护技术规程中土钉墙整体稳定安全系数计算公式。在3个算例中将不同方法得到的滑动面和整体稳定安全系数进行对比分析,结果表明文中方法得到的滑动面与其他方法结果接近,说明文中方法的可行性;部分情况下文中得到的滑动面不通过坡脚,而传统方法假定滑动面通过坡脚,二者计算偏差较大;对于除传统方法得到的滑动面之外的3种滑动面类型,在相同滑动面条件下完善后的公式由于考虑了部分土体重力沿滑动面切向的抗滑力作用,计算出的整体稳定安全系数稍大。     

遗传算法在土坡整体稳定性分析中的应用

边坡稳定性分析的关键是如何确定最危险滑动面的位置并计算与之相对应的安全系数。由于传统的极限平衡分析方法很容易陷入局部极小值而不能找到真正的最危险滑裂面,因此采用瑞典条分确立土坡分析模型,用遗传算法搜索土坡最危险滑动面,进而求得土坡最小安全系数。该方法模拟了生物遗传进化的过程,克服了传统方法的局限性。通过和面积细分法所搜索的最危险滑动面和计算得到的土质边坡安全系数作对比,可得遗传算法在土质边坡稳定分析中具有较高的精度与可靠性。遗传算法可以很好地解决如何寻找土质边坡整体极值的问题。工程应用实例表明,遗传算法分析土质边坡的稳定性效果良好,具有很好的应用前景。     

基于聚类分析的边坡稳定性研究

在边坡稳定性分析中,滑面搜索方法对于得到边坡的稳定性系数至关重要。现今两种常用的边坡稳定性分析方法,极限平衡法以及强度折减法,可以得到极限应力状态下边坡的潜在滑面。而为了评价边坡在当前应力场下的稳定性,提出一种基于聚类分析概念的滑面搜索方法。这种方法综合考虑了边坡各点的位移以及点安全系数,采用K均值聚类法将具有相近性质的点进行分类,把边坡体分为潜在危险区以及稳定区。潜在危险区的边界即为边坡在当前应力状态下的潜在滑面,并运用矢量和方法计算得到其稳定性系数。采用上述方法对3个算例进行验算,并与极限平衡法以及强度折减法进行对比。结果表明：（1）基于聚类分析的边坡稳定性评价方法具有较好的合理性和可靠性;（2）当边坡处于临界状态附近,通过聚类分析得到的潜在滑面与其他两种方法得到的滑面基本一致;当边坡处于较稳定状态时,当前应力状态下的潜在滑面要比强度折减法得到的滑动带范围要更深更广,但求出的稳定性系数也较高;当存在软弱夹层时,矢量和计算出的滑面更为陡峻,稳定性系数比其他两种方法的结果要小。     

降雨过程中边坡临界滑动场

降雨入渗过程中孔隙水压力的升高与基质吸力的降低引起边坡稳定性的下降,是导致边坡滑塌的主要诱导因素。利用饱和-非饱和渗流有限元计算得到的孔隙水压力场,基于Fredlund提出的非饱和土抗剪强度理论,对边坡临界滑动场进行改进,提出可以考虑降雨过程的边坡临界滑动场数值模拟方法,能够方便、快速地计算出边坡局部、整体安全系数和相对应的临界滑动面在降雨过程中的变化历程。将该法用于一个典型均质边坡和一个非均质边坡在降雨过程中的稳定性计算,分析降雨持续时间、降雨强度和非饱和强度参数取值等因素对边坡稳定性的影响,并将计算结果与其他方法进行比较,结果表明临界滑动场方法能搜索任意形状最危险滑面,计算的安全系数合理。     

水位变化过程中边坡临界滑动场

库水位升降过程中,会引起边坡体内孔隙水压力分布的变化,对边坡的稳定性产生影响。对边坡临界滑动场进行改进,提出了可以考虑水位变化过程的边坡临界滑动场数值模拟方法,方便、快速地计算出边坡局部、整体安全系数在水位变化过程中的变化历程。通过对一个典型边坡在水位上升和下降过程中的稳定性分析,并和其他方法进行比较分析,结果表明,临界滑动场方法能搜索任意形状的最危险滑面,计算的安全系数是合理的。     

基于局部强度折减法的边坡多滑面分析方法及应用研究

边坡最危险滑动面的搜索方法一直是研究的热点,但边坡内部次级滑动面也可能不满足安全设计要求,因此,考虑边坡多条滑动面的分析方法亦应得到关注。在传统强度折减法中,对边坡整个区域的抗剪强度参数进行折减,此方法仅可得到一个临界滑动面和最小安全系数。提出了一种基于局部强度折减法的多滑面分析方法,即首先定义单元安全系数的概念,并且计算边坡每个单元的安全系数,然后自动搜索出单元安全系数处于不同范围内的单元集合,对各个单元集合的强度参数进行折减计算,即可得到不同安全系数对应的滑动面。通过单台阶和双台阶边坡算例验证了该方法的可行性,结果表明,随着安全系数的增大,潜在滑面的深度和潜在滑动区域亦增大。最后把该方法应用到某隧道进口仰坡的稳定性评价中, 通过该方法得到的多级滑动面与现场监测数据吻合较好。     

PSO-based stability analysis of unreinforced and reinforced soil slopes using non-circular slip surface

Slope stability analysis is one of the most intricate problems of geotechnical engineering because it is mathematically difficult to search the critical slip surface of earth slopes with complex strata owing to the involved multimodal function optimization problem. At present, a minimum factor of safety for a non-circular slip surface in a uniform and unreinforced earth slope can be calculated using several methods; however, for a reinforced soil slope, it cannot be easily calculated because of the additional effect of the reinforcement. One efficient method to search the critical slip surface is particle swarm optimization (PSO). PSO can solve complex non-differentiable problems, and its increasing ease of use has facilitated its application to multimodal function optimization problems in a variety of fields. However, the recommended PSO parameters to calculate the safety factors of unreinforced and reinforced soil slopes, namely the inertia and local and global best solution weighting coefficients, have not been sufficiently investigated. Moreover, the computational efficiency of PSO for safety factor calculation, including computational accuracy and time, has not been clarified. To calculate the unreinforced and reinforced soil slope safety factors, this study considers force and moment equilibriums, including the tensile force of the reinforcement. Firstly, the computational efficiency of the calculation process by PSO was shown to increase the maximum number of slip surface nodes in the calculation of the safety factor. Then, an analysis was carried out to investigate the safety factor sensitivity to the PSO parameters. Based on this analysis, appropriate PSO parameters for the safety factor calculation of unreinforced and reinforced soil slopes were proposed.

     

土钉墙内部稳定性分析自适应禁忌变异遗传算法

针对土钉墙内部稳定性分析问题,提出一种能同时确定土钉墙任意形状最危险滑动面及相应安全系数的全局优化算法。首先,基于边坡极限平衡法中的Morgenstern-Price法,考虑土钉的加固作用,推导土钉墙安全系数计算公式。然后,分析简单遗传算法（SGA）和禁忌搜索算法（TSA）的不足,引进自适应遗传算法（AGA）,用禁忌变异算子替换自适应遗传算法中的标准变异算子,提出一种新型的混合优化算法--自适应禁忌变异遗传搜索算法（ATMGA）,并将其应用到土钉墙内部稳定性分析领域,建立土钉墙任意形状临界滑裂面稳定性分析优化算法。算例分析表明,（1）与单纯的SGA、TSA以及AGA相比,文中ATMGA法搜索效率高、收敛速度快且能准确地搜索到土钉墙最危险滑动面及其相应的最小安全系数;（2）土钉支护前、后临界滑面位置相差较大,建议在实际工程中对支护后基坑的临界滑面以及相应的安全系数进行重新搜索。     

A Simple Monte Carlo Method for Locating the Three-dimensional Critical Slip Surface of a Slope

Based on the assumption of the plain-strain problem, various optimization or random search methods have been developed for locating the critical slip surfaces in slope-stability analysis, but none of such methods is applicable to the 3D case. In this paper, a simple Monte Carlo random simulation method is proposed to identify the 3D critical slip surface. Assuming the initial slip to be the lower part of a slip ellipsoid, the 3D critical slip surface is located by means of a minimized 3D safety factor. A column-based 3D slope stability analysis model is used to calculate this factor. In this study, some practical cases of known minimum safety factors and critical slip surfaces in 2D analysis are extended to 3D slope problems to locate the critical slip surfaces. Compared with the 2D result, the resulting 3D critical slip surface has no apparent difference in terms of only cross section, but the associated 3D safety factor is definitely higher.     

三维边坡最不利滑裂面的遗传算法搜索

将遗传算法引入到三维边坡稳定分析中。由于三维边坡滑裂面的复杂性,需对滑裂面作适当简化。认为滑裂面为椭球面,用7个控制参数来模拟生成滑裂面,再运用遗传算法来搜索滑坡的最不利的滑裂面。对于存在确定滑裂面的滑坡,7以将此滑裂面作为整体滑裂面,计算其整体稳定安全系数,然后在整体稳定的基础上,运用遗传算法搜索滑坡内部的最不利滑裂面,得出滑坡最小的稳定安全系数。     

A comparative study of various commercially available programs in slope stability analysis

The objective of this paper is to study the effect of different slip surface search techniques on the factors of safety obtained using the limit equilibrium (LE) slope stability methods. This objective is accomplished by comparing results from the finite element method, the linear grid method, the rectangular grid method, and the Monte-Carlo searching techniques using different commercially available programs. The results showed that the LE methods are very efficient methods when coupled with a robust searching technique namely the Monte-Carlo method. In addition, the selected slip surface search technique highly influenced the location of the critical slip surfaces as well as the value of the calculated factors of safety.     

土质边坡空间临界滑动面搜索的优化算法

将二维均质土坡作为平面应变问题,假定滑动面是一个圆弧,将滑弧圆心与半径转变为后缘剪入点、坡脚剪出点和过后缘点滑弧切线与x轴的交点等3个点的横坐标,然后以这3个参数为变量,给定合理的取值区间,应用黄金分割法搜索二维边坡的最小稳定系数及相应的临界滑动面。进一步假定均质土坡的三维空间滑动面为一旋转椭球体,旋转椭球体的竖向中轴面和二维的圆弧面一致,给定椭球体不同的水平轴半径值,采用以上二维滑动面搜索方法可求出不同水平半径所对应的三维最小稳定系数及相应的椭球面。结果表明：边坡的三维稳定系数没有极小值,但有极限值;对于横向延伸长的无限边坡,三维稳定系数逼近二维稳定系数,当旋转椭球长轴与短轴之比大于3时,二者很接近,边坡稳定性可简化为二维来分析;对于受地形、地下水等条件约束的短边坡,三维效应明显,在考虑实际边界条件的情况下按三维来分析。