非线性破坏准则对主动土压力的影响

本文采用非线性破坏准则分析和确定了刚性挡土墙主动土压力大小和滑动面位置。首先应用“切线法”引入了变量 和 ,然后运用迭代法计算得出对应于不同潜在滑动面上的 和 值,再运用广义库仑土压力理论求解主动土压力大小。其中对应于最大主动土压力的滑动面即为最危险滑动面,此时的所求即为主动土压力。通过与采用线性Mohr－Coulomb破坏准则下的研究结果比较得出,采用非线性破坏准则确定刚性挡土墙主动土压力更加符合实际工程,结果更加准确,而采用线性Mohr－Coulomb破坏准则计算的主动土压力结果偏小,在实际工程设计中偏于不安全。     

人工制备土样的非线性破坏试验及对朗肯被动土压力的影响

通过直剪试验研究了土的非线性破坏准则,给出了刚性挡土墙的朗肯非线性被动土压力公式并采用自适应步长Simpson积分法进行了求解,与线性Mohr-Coulomb破坏准则下朗肯被动土压力进行了对比,结果表明,采用线性Mohr-Coulomb破坏准则计算的被动土压力结果偏大35%～40%,在实际工程设计中偏于不安全。最后讨论了不同深度及非线性参数的影响。     

考虑摩擦条件下临近既有建筑物的有限土体土压力上限解

针对现有刚性挡土墙与支护结构工程有限土体土压力研究大都基于墙背光滑的假定,本文考虑挡土墙与填土之间及建（构）筑物与填土间的摩擦作用,挡土墙背倾角及填土顶面竖向荷载的影响,引入极限分析上限理论进行研究。根据临近建（构）筑物有限宽度土体的工程特性,基于平动模式采用直线滑动破裂面,在土压力上限求解中引入粗糙挡土墙及粗糙建（构）筑物与土界面间的摩擦能耗计算,分别建立有限宽度土体在主动极限状态和被动极限状态下的土压力计算模型,并利用数值计算方法求解。通过对有限土体主动土压力进行参数分析,表明极限破裂角是一个不确定角,其随着计算深度增大而非线性增大,随有限土体宽度和挡土墙背倾角增大而减小;主动土压力合力随墙土间外摩擦角、挡土墙背倾角及超载增大而增大,墙土间外摩擦角对极限破裂角影响较小,而对土压力合力影响较大。通过工程算例分析并与其它方法计算结果进行对比,表明有限土体主动土压力和被动土压力均小于无限土体土压力。     

非线性破坏准则下的边坡稳定塑性极限分析

利用塑性分析上限定理,考虑岩土介质本身的非线性破坏准则,对各种不同破裂面边坡稳定性分析进行研究。针对破坏边坡破裂面不同,采用外切直线法来分析其上限解,推导出非线性破坏准则下的边坡稳定性系数计算公式,并对较复杂的对数螺旋线破裂面边坡提出初始切线法,较好地求出塑性极限分析上限解。将在非线性破坏准则下按对数螺旋线破裂面推导出的塑性极限分析上限解运用于实际边坡工程,其结果与精确塑性分析结果非常接近,为非线性破坏准则下的边坡稳定塑性极限分析提供了一条新的思路与方法。     

变形协调条件下非线性破坏准则的加筋土坡临界高度上限解

针对现有加筋土坡稳定性分析研究大多基于线性Mohr-Coulomb破坏准则的现状,本文考虑了岩土材料破坏的非线性特性,采用非线性破坏准则和外切直线法,引入极限分析上限理论进行研究。根据加筋土坡的工程特性和变形机理,考虑破坏滑动层上筋材与土体变形协调特点及速度变化的连续性,分开计算素土的内力功和筋材能量耗散功率,在此基础上,建立直线破裂面和对数螺线破裂面机构的加筋土坡临界高度确定方法。对极限状态下加筋土坡临界高度的目标函数,采用序列二次规划非线性优化算法,得到上限解。最后,通过工程算例分析,并与已有离心模型试验结果和理论研究方法计算结果进行对比,结果表明本文计算方法考虑间断面滑动层筋材与土体变形协调及速度变化连续性是合理的,得到的上限解更优;非线性参数对加筋土坡稳定性有着重要影响,临界高度随非线性参数m的增大而减小。     

基于非线性破坏准则的临坡地基承载力上限分析

临坡地基承载能力的确定分析已成为地基设计理论中一个重要研究课题。针对现有地基承载力分析方法大多基于线性Mohr-Coulomb破坏准则。考虑岩土材料破坏的非线性特性,采用非线性破坏准则和多切线法,引入极限分析上限理论,根据临坡条形基础地基破坏模式的非对称性特点,构建出临坡条形基础地基单侧刚性多滑块破坏模型及相应运动允许速度场。在此基础上,利用序列二次规划非线性优化算法,建立临坡条形基础地基极限承载力的确定方法。最后,通过工程实例计算,并与已有研究方法计算结果进行对比分析。结果表明,非线性参数对临坡地基承载力有着重要影响,采用多切线法处理非线性材料强度准则问题理论上更严密,上限解更优,验证了该方法的可行性与合理性。     

非线性破坏准则与岩土材料地基承载力研究

根据线性Mohr-Coulomb破坏准则,前人运用极限平衡法、滑移线理论或极限分析等方法求解地基承载力问题,但实际上岩土在剪切破坏过程中破坏准则具有非线性。因此,为了研究非线性破坏准则对地基承载力的影响,基于上限定理,通过“切线法”引进变量,根据能量耗散情况,将承载力问题转变为非线性规划问题,运用“序列二次规划算法”求出地基承载力的最优解。数值计算结果表明,当非线性破坏准则转变为线性破坏准则时,非线性参数对地基承载力有重要影响。     

基于非线性破坏准则的边坡稳定性极限分析

上限定理是求解岩土工程问题的有效工具。以上限定理为理论基础,分析边坡的稳定性问题,并考虑了岩土材料破坏准则的非线性特性。在非线性Mohr-Coulomb破坏准则下,采用条分法与极限分析上限法相结合的方法,对边坡稳定性进行分析。通过切线法引入非线性强度参数 、 ,推导了岩土材料在非线性破坏准则下的相关联流动法则,建立功能方程,推导了边坡直线滑裂面、折线滑裂面和光滑曲线滑裂面安全系数F的计算方程。采用数学规划法计算后与工程实际中常用的边坡稳定性分析方法进行对比,并获得安全系数F =1.0时的稳定性系数Ns。与已有的研究成果进行比较分析,结果表明了该方法的正确性及优越性     

多级支挡结构地震主动土压力的极限分析

多级组合支挡结构形式在高边坡防护工程中得到了广泛采用,但现有研究却较少涉及这种支挡结构形式的地震土压力计算问题。应用拟静力法和塑性极限分析上限定理,并且基于强度折减技术,推导了重力式挡墙与两级锚杆挡墙组合支挡结构形式的地震主动土压力及其系数的上限解。该上限解考虑了水平和竖向地震系数、墙背倾角、坡面形式及多级支护方式、土体黏聚力、土体与墙背的黏附力等诸多因素。二级锚杆挡墙实例分析表明：静力条件下主动土压力计算值与现有相关方法的计算结果一致,土的抗剪强度折减系数、上挡墙锚杆轴力等参数,对下挡墙地震主动土压力影响显著。二级组合支挡结构地震主动土压力影响参数敏感性分析表明：水平地震系数以及重力式挡墙墙高和倾角的敏感性较大,上挡墙锚杆的轴力和倾角等参数的敏感性相对较小     

粗颗粒土的静止土压力系数非线性分析与计算方法

确定静止土压力系数在土压力计算中非常重要,但是粗颗粒土的静止土压力系数非线性特征长期被忽视,专门研究其非线性特征具有重要现实意义。为弥补粗粒土K0非线性研究的不足,分析了粗颗粒土的静止土压力系数非线性特征。基于邓肯?张模型的应力?应变增量关系,引入邓肯?张模型参数,建立了静止土压力系数数学公式。同时,提出了粗颗粒土静止土压力系数非线性计算方法,并对公式参数敏感性进行了分析。基于K0试验数据和数值试验结果,对粗颗粒土静止土压力系数非线性计算方法进行了应用分析。应用结果表明：K0预测值与K0实测值吻合,所提出的非线性K0计算方法可用于粗颗粒土K0计算。通过与Jaky公式的结果的对比分析,讨论了初始应力条件对粗颗粒土静止土压力系数非线性计算结果的影响。该研究成果有助于加深对土体静止土压力系数非线性的理解,并为粗颗粒土静止土压力系数计算提供参考。     

Kinematical analysis of 3D passive earth pressure with nonlinear yield criterion

Conventional methods for calculation of passive earth pressure were mainly based on the assumptions of the linear Mohr‐Coulomb yield condition and plane strain failure mechanism. However, both theoretical and experimental studies have shown that such assumptions are not satisfied in some geotechnical projects. Herein, a novel method incorporating a kinematically admissible 3‐dimensional (3D) rotational failure mechanism and the nonlinear power‐law yield criterion is proposed to compute the passive earth pressure acting on the inclined retaining walls. Instead of using the nonlinear yield criterion directly, a straight line tangential to the nonlinear yield curve is employed to represent the strength of soils, and therefore, the nonlinear problem is transformed into the traditional linear problem. The 3D failure mechanism is generated through rotating a circle defined by 2 log‐spirals, and a plane strain block is inserted into the mechanism to consider the retaining walls with different widths. Earthquake effects are taken into account by using quasi‐static representation, and the horizontal seismic coefficient concept is adopted for the estimation of passive earth pressure under seismic conditions. An analytical expression about the 3D passive earth pressure is educed by means of the upper bound theorem of limit analysis. Numerical results for different practical parameters are obtained from an optimization scheme where the minimum of passive earth pressure is sought. Compared with available 2‐dimensional and 3D solutions, the proposed method is validated. A parametric study is conducted to investigate the effects of different parameters on the 3D static and seismic passive earth pressure.     

考虑孔隙水压力及非线性Mohr-Coulomb破坏准则下浅埋土质隧道三维塌落机制的上限分析

浅埋土质隧道的稳定性研究一直是隧道工程的关键问题,而孔隙水压力的存在影响着浅埋土质隧道的安全。构建了隧道顶部为圆弧形的浅埋土质隧道的三维塌落机制,基于非线性Mohr-Coulomb破坏准则和极限分析上限法,并考虑孔隙水压力的作用,推导出浅埋土质隧道的塌落范围及支护力的最优上限解计算公式。通过与既有研究进行对比,验证了所提方法的合理性。分析了不同参数对塌落范围、塌落土体的重力及支护力的影响,结果表明：孔隙水压力对浅埋土质隧道的塌落范围、塌落土体的重力及支护力有着显著的影响;孔隙水压力对塌落范围、塌落土体重力的影响比较复杂,而支护力都随着孔隙水压力系数的增大而增大;不同参数对浅埋土质隧道的塌落范围、塌落土体的重力及支护力的影响规律不同。新方法可为浅埋土质隧道的设计优化提供理论支撑。     

基于混合粒子群算法和能量法主动土压力计算

假定挡土墙后填土滑动面为通过墙踵的对数螺线滑动面,基于能量法,推导出了墙背倾斜、粗糙、墙后填土向上倾斜,适用于砂性土与黏性土的主动土压力上限解。以对数螺线通过斜坡的旋入角? 0和旋出角? h为变量,使用基于自然选择的混合粒子群优化算法对最危险滑动面进行全局搜索,从而获得主动土压力最优解。对于砂性土,将土压力系数与经典的极限分析上限解相比,发现在墙面倾角较小时两者基本一致,但当墙面倾角大于30°时,经典解明显偏小,而文中解与基于最优性原理的极限平衡解较接近。至于黏性土,对一工程实例进行计算,计算结果与实测值的相对误差为5.4%。     

Upper bound finite element analysis of slope stability using a nonlinear failure criterion

In this study, upper bound finite element (FE) limit analysis is applied to stability problems of slopes using a nonlinear criterion. After formulating the upper bound analysis as the dual form of a second-order cone programming (SOCP) problem, the stress field and corresponding shear strength parameters can be determined iteratively. Thus, the nonlinear failure criterion is represented by the shear strength parameters associated with stress so that the analysis of slope stability using a nonlinear failure criterion can be transformed into the traditional upper bound method with a linear Mohr–Coulomb failure criterion. Comparison with published solutions illustrates the accuracy and feasibility of the proposed method for a simple homogeneous slope stability problem. The proposed approach is also applied to a seismic stability problem for a rockfill dam to study the influence of different failure criterions on the upper bound solutions. The results show that the seismic stability coefficients obtained using two different nonlinear failure criteria are similar but that the convergence differs significantly.     

基于Hoek-Brown破坏准则的浅埋条形锚板抗拔力上限分析

现有的锚板极限承载力研究大多是采用线性或非线性Mohr-Coulomb破坏准则在砂质地基中进行的,然而Mohr-Coulomb破坏准则并不适合分析岩质地基中的抗拔结构。采用Hoek-Brown破坏准则构建了一个曲线型的破坏机制,根据极限分析上限定理求出了条形锚板抗拔力的表达式。通过变分计算,得到了极限状态下条形锚板的抗拔力和岩体破裂面的上限解。为了证明所采用方法的有效性,当材料参数B =1时,采用与Mohr-Coulomb破坏准则等效的土体参数,计算了曲线型破坏机制下条形锚板的极限抗拔力,并与已有计算结果进行了比较。结果表明,采用曲线型破坏机制得到的锚板极限抗拔力与直线型多块体破坏机制的结果基本一致,证明了所采用的曲线形破坏机制是正确的。参数研究表明：在其他参数不变的情况下,锚板极限抗拔力和破坏面都随岩体参数B的增大而减小。     

寒区路堤边坡稳定性的力学分析

区路堤边坡,特别是由冻结的砾石填筑的路堤或含冻结的砂砾层的路堤边坡的破坏准则具有极高的非线性.假定冻土为理想弹塑性体,且符合相关联的流动法则,基于极限分析的上限理论,对非线性破坏准则的寒区路堤边坡稳定性问题,提出了一个既考虑了相关的非线性效应,又易于工程计算,且不失必要分析精度的实用方法.在实际工程应用时,可以利用已有的线性问题的分析结果或依据我们提出的方法使问题简化.     

地震效应下非线性抗剪强度参数对裂缝边坡稳定性影响的上限解析

基于非线性Mohr-Coulomb破坏准则,结合极限分析上限法和拟静力分析法,建立功能方程,推导了地震效应下裂缝边坡的安全系数计算方程。采用数学规划方法,计算了不同参数组合条件下的边坡安全系数值,详细分析了非线性条件下一系列参数对边坡稳定性的影响。研究表明,边坡安全系数随非线性参数和地震效应的增大而减小。对比分析可知,在非线性破坏准则下,裂缝深度较大时,裂缝对边坡稳定性影响显著,且边坡越陡影响越大;当裂缝深度超过某个值后,临界破坏面起始端可能不穿过裂缝最底端,而是从裂缝中间某部位穿过。在地震效应作用下,非线性抗剪强度参数对安全系数影响显著。研究成果进一步完善了裂缝边坡稳定性分析内容,所列图表为边坡的设计与施工提供有益参考。