三维刚体极限平衡法中荷载的计算方法及工程应用

在三维刚体极限平衡矢量分析法的基础上,探讨了一些常用荷载的计算方法,给出了渗流荷载在不同假定下的算法,包括地下水位的结点设定法和滑块高度折减法。该法已应用于小湾电站进水口边坡的稳定分析,得到了有实用价值的结果。     

基于块体单元法的岩石边坡安全系数研究

岩石边坡因其结构面数量众多、块体系统及其滑动方式复杂,给危险块体组合的搜索及其安全系数计算带来很大困难。基于块体单元法,对岩石边坡中的危险块体组合搜索及其安全系数的计算方法进行了研究。首先,在块体元强度折减计算的成果下,根据屈服面贯通理论提出搜索危险块体组合的新方法;然后,对安全系数计算方法进行研究,建议在位移突变判据下采用双线性交叉法计算安全系数;最后,进行了单面、双面和多面滑动以及复杂块体系统的算例分析,并与刚体极限平衡法计算结果进行了对比。结果表明,由于块体单元法考虑了力与力矩的平衡及结构面上应力的非均匀分布,其计算结果更准确。该方法有望广泛应用于复杂岩石边坡稳定分析。     

基于离散元法对边坡二维极限平衡法的探讨

边坡稳定性分析的极限平衡法是要做一定假设的。本文考虑了离散元与极限平衡法基于刚体理论的相似性,用离散元法计算出极限平衡法中的各个计算分量值,然后代入到常用极限平衡法中分析计算,根据离散元法的计算结果讨论了各极限平衡法中各种假设的合理性,为极限平衡法的计算提供了一个新思路。结果表明Bishop法与离散元法的计算结果比较接近,是本文经过离散元法计算后所推荐使用的方法。     

三维刚体极限平衡法程序的编制及其应用

西安市黑河水库右坝肩变形体是在旋转变形条件下形成的, 这样, 对它的稳定性评价必须按空间问题来考虑, 要用三维分析方法来计算它的稳定性。鉴于目前的三维计算方法比较复杂, 得出的结果实用性不大, 本文首次编制了三维刚体极限平衡法程序, 该程序既能计算稳定系数, 又能计算出相应稳定系数下的滑坡推力。应用该程序计算黑河水库右坝肩变形体的稳定性, 得出的结果与实际相吻合, 同时又为工程治理提供了依据。     

反倾岩质边坡悬臂梁极限平衡模型的改进

反倾岩质边坡稳定性分析一直以来都是边坡稳定性分析中的难点,有很多悬而未决的问题。极限平衡分析方法仍然是目前最为常用的一种方法,也是相对比较成熟的一种方法。在Adhikary和Dyshin悬臂梁弯曲极限平衡分析模型的基础上,经过分析推导,对其折裂面形式、层间凝聚力的影响和各层岩体重度等方面问题进行了修正,得到了改进的悬臂梁极限平衡模型,提出了以各层位剩余不平衡力作为分析反倾边坡稳定性标准的新方法,并对边坡稳定性各影响因素进行了分析研究,得出的结论和规律更符合工程实际,对该类边坡的设计施工具有指导意义。     

岩质边坡稳定性分析中极限平衡法与有限元法的对比

根据工程实例 ,对一公路岩质边坡稳定性采用极限平衡法与有限元法分别进行计算 ,对比二者之间的差异 ,分析产生差异的原因。在安全系数的选用上提出了建议。     

土体极限分析的基本方程与广义极限平衡法

对屈服条件与屈服函数的极值条件进行了讨论,在不需要流动法则的情况下建立了速度方程。平衡方程、屈服条件与屈服函数的极值条件、速度方程就是土体极限分析的基本方程。这样,对荷载、速度边界条件（包括荷载与速度边界同时存在）,均构成了完备的极限平衡问题。对边坡稳定问题的上、下限定理给出了严密的证明,并建立了求解极限平衡问题的广义极限平衡法,均质土的计算结果表明,圆弧滑动面的广义极限平衡法与对数螺旋面的上限解法基本一致。     

边坡稳定分析三维极限平衡条柱间力的讨论

根据在自重作用下潜在滑体在斜面上运动的规律,提出条柱底滑面上抗滑力方向垂直于底滑面与水平面交线的假定,并引用条间抗剪强度发挥系数的概念,运用各条柱的3个方向力的平衡和边坡整体3个方向的力矩平衡,提出了一种计算边坡稳定性的三维极限平衡方法,通过对算例的计算结果分析发现：当忽略条柱间全部剪力作用时,得到的安全系数与二维Spencer法计算结果相近;考虑部分条柱间剪力作用时,得到的安全系数与文献[5]计算结果相近;当考虑条柱间横向剪力对边坡稳定性的贡献时,即考虑条柱间全部作用力,得到的安全系数最高,这种假定更能反映边坡实际受力情况,因此,所得的结果更接近于实际     

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。     

基于不平衡推力法的边坡可靠度分析

Rosenblueth方法是一种简单实用的可靠度指标计算方法,不需要了解各状态变量分布函数,只要利用它们的均值和方差,就可求得边坡的可靠指标。推导了下滑力超载储备安全系数的显式表达式,以此式作为边坡可靠度分析的状态函数,结合Rosenblueth方法的优点,给出了一种边坡稳定可靠度分析的实用方法。     

基于改进极限学习机模型的岩质边坡稳定性评价与参数反演

岩质边坡的稳定性评价与参数确定是岩土工程领域的经典难题。基于大数据智能计算的优点,提出了一种结合变量遗忘因子的正则化在线序列极限学习机模型(FOS-ELM)的岩质边坡稳定性评价和参数确定方法。根据收集的1 235例岩质边坡的几何力学与Hoek-Brown模型参数,应用贝叶斯信息准则(BIC)优选基于岩体强度指标(GSI)、扰动因子(D)、岩石材料常数(m_i)、单轴抗压强度(σ_ci)、岩体重度(γ)、坡高(H)、坡角(β)的最优输入组合预测边坡稳定安全系数(F),并建立7个模型对最优输入组合进行评价,论证模型的预测精度,结果表明全参数输入组合精度最高,但输入参数并不是越多越好。同经典的极限学习机模型(ELM)相比,该模型具有预测精度高、预测速度快、后期增加边坡数据无须重新训练等优点。并采用不同赋值的全参数输入模型(FOS-ELM-M₇)建立边坡参数反演模型,结果表明该模型对边坡单参数和双参数的反演计算速度快、精度高,为获取岩体边坡参数提供了一种快捷的新方法。     

基于滑动面应力假设下的三维边坡稳定性极限平衡法研究

基于滑动面法向应力的简单计算模式及Mohr-Coulomb强度准则,多个计算参数被使用对滑动面应力进行合理假设,并依据三维滑动体所满足的静力平衡条件,推导三维边坡稳定性极限平衡解答。同时,在三维边坡稳定性分析中,以往研究成果被采用对滑动面剪应力方向进行假定,且基于所采用极限平衡方程数目的不同,由此实现三维边坡极限平衡非严格法、准严格法和严格法。经与经典算例对比,验证了方法的可行性,并分析了三维非对称滑动体时非严格法、准严格法和严格法之间所得结果的差异。研究表明:非严格法所得计算结果偏小,其分析得到的边坡稳定性较为保守;准严格法与严格法计算所得结果接近,故采用不完全满足滑动体所有静力平衡条件的准严格法同样能得到较为可靠的安全系数。此外,所提方法构建了合理的滑动面应力假设,且求解过程简单,无需迭代计算,便于编程,从而利于工程应用。     

岩石边坡稳定的块体单元极限分析上限法

将块体单元法与极限分析上限法相结合,提出了岩石边坡稳定的块体单元极限分析上限法。借助于块体单元法离散计算区域,通过块体系统速度场在结构面上满足Mohr-Coulomb屈服条件、关联流动法则、速度边界条件以及块体系统虚功原理,构成求解边坡强度储备安全系数上限解的非线性规划模型,模型的求解采用复合形法。最后研究了一个岩质楔形体边坡算例和小湾水电站进水口边坡实例,通过将块体单元法上限分析计算结果与刚体极限平衡法相比较,验证了该方法的正确性。     

基于非线性统一强度理论下的边坡稳定性极限平衡分析

在边坡稳定性分析中,常采用的强度准则一般较少考虑中主应力对边坡破坏效应的影响,然而岩体的实际应力状况表明中主应力存在,且中主应力对边坡岩体的强度潜能发挥起着重要作用。基于考虑中主应力的统一强度理论下的Hoek-Brown(简称H-B)准则,通过对滑动面上的应力进行假设,并采用泰勒级数简化统一强度理论下的H-B准则表达式,然后根据滑动体满足所有静力平衡条件求解滑动面上的应力,进而得到边坡的安全系数。当中主应力影响系数b=0时(即为基本H-B强度准则),与等效的线性Mohr-Coulomb(简称M-C)强度准则下的瑞典法1、简化Bishop法、Spencer法和Morgenstern-Price(简称M-P)法以及基于统一强度理论下的瑞典法2进行算例对比分析,验证了方法的可行性。同时,以边坡的坡高H、坡角β和b为变量进行参数分析,研究表明:b增大(即中主应力对边坡的破坏效应影响越大)时,计算所得的安全系数增大,由此表明基本H-B强度准则下分析所得的边坡稳定性偏于安全。另外,由于提出的方法能够满足滑动体的所有静力平衡条件,且对未考虑条间作用力影响所得滑动面上的初始正应力进行了修正,故此方法较瑞典法2所得结果要大且更为严格。     

基于材料状态相关剪胀性的土坡稳定分析极限平衡法

土体剪胀性对土坡稳定性分析的结果有较大的影响,而在传统的极限平衡法中无法考虑土体的剪胀性。以Toyoura砂为例,通过基于材料状态相关临界状态理论的本构模型,确定了摩擦角与剪胀角之间的关系,然后将采用等效摩擦角的方式用于土坡稳定的极限平衡法分析中,提出了一种基于材料状态相关剪胀性的极限平衡法,并通过算例说明在极限平衡法中考虑剪胀角对正确评价土坡稳定性是很重要的。     

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.     

基于有限元计算的拱坝坝肩稳定、边坡稳定极限平衡分析

在拱坝坝肩稳定、边坡稳定计算中,有限元法是目前考虑因素最全面的数值分析方法,但缺乏明确的稳定安全指标。刚体极限平衡稳定分析法,与拱坝规范相配套,有较成熟的评价标准和广泛的应用实例。本文将有限元成果纳入到刚体极限平衡法体系里,利用其稳定安全系数指标体系,评价拱坝坝肩稳定和边坡稳定,并在锦屏一级拱坝设计中得到成功应用。     

滑坡稳定分析剩余推力法的改进研究

首先介绍了刚体极限平衡法的基本原理,然后分析了剩余推力法存在的问题,进而提出了一种改进剩余推力法,其基本思想是：在出现屈服的条分面上,改用Sarma法确定条分面之间的作用力,即假定该条分面上的水平推力不变,但剪切力由摩尔-库仑准则确定。最后对改进剩余推力法进行了算例考核,并介绍了三板溪工程应用情况。