滑坡体稳定性评价的三维极限平衡方法及应用

针对大多滑坡体滑裂面的三维特征，将滑坡体离散为多条柱体，从分析作用干滑裂面上的力的静力平衡入手，通过引入一定的假定，分析作用在条柱上的作用和力矩平衡条件，应用Newton-Lapson方法可以方便地求出滑坡的稳定系数真值下限解。便于与三维极限分析的上限解一起，确定滑坡安全系数的范围。应用三维极限平衡分析方法对小湾水电站坝前堆积体在坡角开挖条件下的稳定性进行了分析，得出该堆积体的稳定程度。     

基于力平衡的三维边坡安全系数显式解及工程应用

将基于滑面正应力分布的二维极限平衡显式解法推广到三维边坡稳定性分析,提出适合一般形状空间滑面的三维边坡稳定性简便计算方法。首先,假设三维滑面正应力的初始分布,然后对其修正,使滑体满足所有力的平衡条件,导出关于安全系数的2次代数方程,最终得到三维边坡安全系数显式解。该方法克服了目前条柱法存在的一些难以解决的困难,不需要考虑条柱间作用力具体分布,满足主要平衡条件,计算过程简单。算例表明,该显式解与楔体三维极限平衡解析解完全一致,与对称三维边坡严格极限平衡解答接近。该方法已用于某重力坝坝肩三维滑体初步稳定性分析,计算结果有助于坝肩边坡的加固设计。     

三维极限平衡法边坡稳定性分析研究

该文提出了土坡稳定性分析的三维极限平衡分析方法，根据三维普通条分法的基本原理，推导了三维极限平衡法稳定安全系数的计算模型和计算公式。同时进行了工程实例验算，稳定安全系数两种方法计算结果对比发现，三维极限平衡法计算的稳定安全系数均高于二维平面法，三维法计算结果更接近真实性(二维法偏于保守)。     

基于方位离散线性化的上限原理有限元法

上限原理有限元法不仅可以得到边坡的安全系数,还可以给出临界滑动面,且具有比极限平衡法更严谨的理论基础,因此,拥有更广阔的应用前景。针对传统的上限有限元法不能考虑强度各向异性的问题,提出了一种新的摩尔-库仑屈服面线性化方法。该方法在对方位角离散化的基础上,建立了线性化的方位离散塑性流动约束方程,丰富了基于线性规划的上限法理论。两个算例结果表明：该方法可以稳定地从极限解的上方收敛;且对边坡进行稳定性分析,若忽略了边坡的强度各向异性,则会高估边坡的稳定性,得到较大的安全系数。     

基于极限分析上限方法的海底斜坡地震稳定性

极限分析上限方法在海底斜坡稳定性评价中受到了广泛关注,但已有成果未考虑地震荷载以及多土层海底斜坡可能出现的局部破坏机制。基于上限定理,推导了拟静力水平地震条件下多土层海底斜坡外力功率与内能耗散率平衡方程;结合强度折减技术和最优化方法,求解了海底斜坡整体和局部地震稳定性安全系数,并实现了多土层海底斜坡的局部滑动面搜索;通过典型算例分析,验证了本文方法的有效性。在此基础上,探讨了不同水平地震条件下两种组合土层海底斜坡的整体和局部稳定性,通过与数值解对比,其结果可以较准确地评价海底斜坡稳定性并有效预测滑移面位置。最后,将极限分析上限方法应用于一海底斜坡工程实例。     

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。     

加筋土边坡稳定性分析的水平条分法

加筋土是一种新型的经济可靠的边坡加固方式。针对新型加筋土边坡带来的问题和基于垂直条块划分的极限平衡方法的不足,提出了一种严格满足力与力矩的平衡的极限平衡分析方法。基于水平条块的严格条分法将滑体水平的划分成若干条块,边坡中的加筋材料产生的抗力作为附加外力作用于条块上,再应用极限平衡的思想和假设对典型条块的受力状态进行分析。根据极限平衡条件推导了边坡安全系数的隐式表达式,再通过力矩的平衡,求解条间力待定系数,进而叠代求解安全系数。说明了利用本文公式计算坡顶极限承载力的方法。该方法计算结果较经典极限平衡法结果稍大。     

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。     

阻滑桩加固土坡稳定性分析的上限解法

从极限分析机动学方法出发,利用土的抗剪强度折减系数概念,建立了土坡的极限平衡状态方程,由此确定土坡的临界稳定安全系数及其相应的潜在破坏模式.对于典型问题,通过与现有极限平衡解和有限元数值解的对比分析,验证了这种上限解法的合理性.进而对于在给定的荷载条件下不能满足抗滑稳定性要求的土坡,考虑采用阻滑桩加固方式,根据桩侧有效土压力的合理分布模式确定桩体与滑动面相交的截面上等效抗滑力和抗滑力矩,利用极限分析上限定理建立了阻滑桩加固土坡的极限平衡状态方程,将桩侧土压力作为目标函数,运用数学规划方法确定了极限平衡状态时的临界桩侧土压力,以此为土坡加固中阻滑桩设计提供依据.通过数值计算与分析探讨了阻滑桩加固位置的优化布置等问题.     

基于严格平衡的安全系数统一求解格式

在边坡稳定性分析中宜采用严格极限平衡条分法,特别是对于任意形状滑动面。由于条间力假设的不同,产生了不同的边坡稳定安全系数求解格式,既造成计算及应用的不方便,又掩盖了各自方法的优劣。首次将现有严格极限平衡条分法对条间力的假定表示成统一形式,根据力和力矩的平衡,导出简单明了的条间力递推方程和条间力矩递推方程。根据这2个方程,通过Newton-Raphson法建立了传统意义下基于严格平衡的安全系数统一求解格式。所需有关导数均可用递推公式计算,其性质为解析解,因而计算格式具有良好的稳定性与收敛性。所有公式均为代数式,便于在工程中推广应用。     

三维块体元塑性极限分析下限法

基于块体元离散思想,将三维边坡离散为块体-结构面组成的块体系统,假定块体为刚体,以结构面上的应力为未知量;从下限定理出发,构造满足平衡条件、边界条件和屈服条件的静力许可场,平衡方程严格满足3方向力平衡及绕3个主轴方向的力矩平衡条件,为避免非线性规划,对屈服条件进行线性化处理;最后,建立了下限法数学规划模型,通过线性及非线性规划获得边坡稳定严格的下限解。用几个典型算例验证了文中方法的正确性及可行性。     

Limit analysis solutions for three dimensional undrained slopes

This paper uses numerical finite element upper and lower bound limit analysis to produce stability charts for three dimensional (3D) homogeneous and inhomogeneous undrained slopes. Although the conventional limit equilibrium method (LEM) is used more often in practice for evaluating slope stability, the accuracy of the method is often questioned due to the underlying assumptions that it makes. Using the limit theorems can not only provide a simple and useful way of analysing the stability of slopes, but also avoid the shortcomings and arbitrary assumptions under pinning the LEM. The rigorous limit analysis results in this paper were found to bracket the slope stability number to within ±9% or better and therefore can be used to benchmark for solutions from other methods. In addition, it was found that using a two dimensional (2D) analysis to analyse a 3D problem will lead to a significant difference in the factors of safety depending on the slope geometries. This is of particular relevance to any back analyses of slope failure as it will lead to an unsafe estimation of material strengths.     

平面滑动型岩质边坡稳定性极限分析上限法

在极限分析理论框架体系的基础上,提出了平面滑动型岩质边坡极限分析上限法.该方法按照外力所做的功率等于内力所消耗的功率,即滑体处于极限状态时两功率相等的条件--虚功率方程,综合考虑作用在岩质边坡上的后缘裂缝静水压力、沿滑面扬压力、重力、水平地震作用力、锚固力等外力,按照强度折减法,推导得出了岩质边坡稳定性评价的极限分析上...     

长大深基坑施工空间效应研究

针对目前长大深基坑施工空间效应的研究主要集中在数值模拟方面,理论研究尚不多见的现状,提出了黏性土条件下长大深基坑施工空间效应的简化计算方法。引入等代内摩擦角的概念,将基坑坑周土层等代为无黏性均质体,应用土的塑性上限理论及相关联流动法则,采用极限平衡分析法,对长大深基坑拉裂-剪切和纯剪切两种三维破坏模式下的空间效应进行了具体研究,给出了相应的空间效应系数计算公式,并进行了算例分析。研究结果表明,该方法避免了数值模拟的低效率、高费用、长周期的缺陷,可手算完成;计算成果能直接得出基坑坑壁空间效应系数的分布特征及量值大小,可用于指导基坑支护结构、施工方案的设计以及信息化监测测点布置和断面选择。     

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。     

复杂边坡稳定性的二维与三维分析

目前,在边坡稳定性分析中广泛地采用二维极限平衡分析方法进行研究。但是对于地形、地层、地下水、岩体结构等条件复杂的边坡,仅用二维极限平衡分析方法进行研究是不够的,二维分析忽略了边坡的三维效应,而复杂边坡往往受三维效应影响大。但至今三维极限平衡方法还不是很完善。因此,本文结合一工程实例,采用二维与三维极限平衡分析相结合的方法对其边坡的稳定性进行了分析。研究结果表明,对于复杂边坡,应用二维和三维稳定性分析相结合的方法进行研究是一种较为恰当的选择。     

深埋盾构隧道开挖面三维对数螺旋破坏模式的上限分析

相对于盾构隧道施工的大量需求与快速发展的状况,国内在盾构工法特别是大型深埋盾构隧道施工技术和理论研究方面还存在不足,特别是水压条件下深埋盾构隧道开挖面稳定问题。基于极限分析上限法和水土压力统一参数,对考虑水压影响的均质土深埋隧道开挖面稳定性计算方法进行研究,建立了考虑水压影响的深埋盾构隧道开挖面三维对数螺旋破坏模式模型,并推导了其极限支护压力计算公式。然后利用土层厚度加权平均法,可将上述方法应用于多层土深埋盾构隧道开挖面稳定性的评价中。最后,以上海长江盾构隧道实际工程为例,采用本文推导的极限分析上限三维对数螺旋破坏模式方法计算并分析其极限支护压力,并将计算结果与前人研究和规范方法计算的结果进行对比分析。通过该研究可改进与完善水压条件下深埋盾构隧道极限支护压力确定方法,从而为考虑水压条件下盾构隧道施工支护压力的合理确定提供理论依据。