膨胀土边坡稳定性非连续变形分析新方法

许多膨胀土边坡在长期的地质和干湿循环的自然气候作用下裂隙逐渐发展,以致被裂隙分割成块体系统。将膨胀土边坡看成是一个具有非饱和土本构关系、块体间存在摩擦力和膨胀力和具有牵引式滑动及时空效应特点的块体系统,建立了一种新的边坡稳定性非连续变形分析方法,并应用于某高速公路段膨胀土边坡稳定性的分析中,获到了很好的效果。     

强度折减DDA方法及其在稳定分析中的应用

在自行研制的非连续变形分析（discontinuous deformation analysis,DDA）程序中实现了自动强度折减法以模拟边坡的稳定性和安全系数。通过锦屏高边坡和某重力坝深层滑动的计算分析以及与刚体极限平衡法和有限元方法的比较研究可以看出,强度折减DDA法可以较高精度求出岩石高边坡的安全系数,但求得的重力坝深层抗滑稳定安全系数要低于刚体极限平衡法的结果。基于强度折减技术的DDA与FEM的耦合方法,可以较准确地求出重力坝深层抗滑稳定安全系数。     

基于DDA方法的膨胀土边坡稳定性研究

非连续变形分析方法（DDA）是近年来发展起来的数值计算方法,其以新颖的思想、先进的数值技术,得到了学术界的认可和广泛关注。针对宁明高速公路膨胀土路堑边坡破坏的特点,建立地质模型和计算模型,编制了二维DDA程序,对DDA理论模型进行了推广和发展,将非饱和土的本构模型引入程序。对非连续变形分析方法中的控制参数设置进行了探讨,应用DDA程序模拟了膨胀土边坡破坏特征。程序计算结果与工程实际情况比较吻合,验证了程序的合理性和有效性,分析成果可为设计、施工提供参考依据。     

非连续变形分析（DDA）线性方程组的高效求解算法

非连续变形分析(DDA)方法对大规模工程问题的数值模拟耗时太长,其中线性方程组求解耗时可占总计算时间的70%以上,因此,高效的线性方程组解法是重要研究课题。首先,阐述了适用于DDA方法的基于块的行压缩法和基于试验-误差迭代格式的非0位置记录;然后,针对DDA的子矩阵技术,将块雅可比迭代法 (BJ)、预处理的块共轭梯度法 (PCG,包括Jacobi-PCG、SSOR-PCG) 引入DDA方法,重点研究了线性方程组求解过程中的关键运算;最后,通过两个洞室开挖算例,分析了各线性方程组求解算法在DDA中的计算效率。研究表明：与迭代法相比,直解法无法满足大规模工程计算需要;BJ迭代法与块超松弛迭代法(BSOR)的效率差别不大,但明显不如PCG迭代法。因此,建议采用PCG迭代法求解DDA线性方程组,特别是SSOR-PCG值得推广;如果开展并行计算研究,Jacobi-PCG是较好的选择,当刚度矩阵惯性优势明显时,BJ迭代法同样有效。     

三维非连续变形分析方法中的锚杆模拟

提出了三维非连续变形分析方法中锚杆的简化模型，给出了相应的算法和公式，算例表明，该模型能较好地反映锚杆的加固效果。     

卫生填埋场复合边坡地震稳定性和永久变形分析

采用非连续变形分析方法,对卫生填埋场复合型边坡的地震稳定性和永久变形进行了详细地计算分析,探讨了边坡倾角、土与土工膜之间的摩擦系数、边坡的长度、覆盖土层的厚度以及地震加速度对边坡的稳定性和永久变形的影响。由边坡的破坏形式,讨论了复合型边坡的破坏机理,指出了文献[1]给出的计算公式的适用条件以及局限性,为卫生填埋场复合型衬垫层的稳定设计提供参考。     

基于OpenMP的非连续变形分析并行计算方法

非连续变形分析（DDA）方法严格满足平衡要求和能量守恒,具有完全的运动学及数值可靠性,但对大规模岩土工程问题的数值模拟耗时太长,尤其是线性方程组求解,并行计算可以很好地解决该问题。首先基于DDA方法的基本理论,阐述了适用于DDA方法中的基于块的行压缩法和基于“试验-误差”迭代格式的非零位置记录;其次,引入块雅可比迭代法并行求解DDA方法的线性方程组,并改进了相应的非零存储方法;最后,基于OpenMP实现了DDA线性方程组求解并行计算,并将其应用于地下洞室群的破坏过程分析,以加速比为并行效率的指标评价,结果表明,该并行计算策略可以极大提高DDA的计算效率,而且适合各种规模的问题。     

基于线性互补的非连续变形分析

非连续变形分析(DDA)方法是一种新的用来分析块体系统运动和变形的非连续介质数值计算方法。研究的核心工作是致力于对现有DDA接触问题处理方法的改进。DDA主要采用罚函数法和Lagrange乘子法处理接触问题,合理设定罚参数很困难,此外,因开闭迭代而引起的刚度矩阵的不连续变化也会导致收敛方面的困难。为避免引入罚参数及传统意义上的开闭迭代,用混合线性互补模型(LCDDA)对DDA方法进行了重新描述。在此基础上,综合基于非光滑分析的Newton法的局部平方收敛和最速下降法的全局线性收敛的优势,提出求解LCDDA模型的有效算法。根据上述思想及理论研究成果编制了完整的计算程序,算例计算结果证明了方法的精度及可行性。     

非连续变形分析方法中的阻尼问题研究

定量研究了非连续变形分析(DDA)方法中的黏性阻尼与数值阻尼。首先,基于Newmark直接积分法,推导了块体系统的运动方程。其次,通过动力学中的黏性阻尼理论建立了DDA中动力系数、时间步长与黏性阻尼比的关系式,探讨了DDA中的常加速度积分方案的数值阻尼分区及阻尼比计算方法,进而得到两种阻尼共同作用时的阻尼比表达式,并分析了频域内阻尼比的分布情况。最后,以谐振激励下的块体振动为例,通过对比不同阻尼作用下块体位移的DDA计算值与理论解,验证了本文提出的阻尼比计算公式的正确性。研究表明：黏性阻尼对低频的衰减作用明显,数值阻尼则可以很快地消除高频干扰,而二者共同作用下可降低阻尼的频率相关性。该研究成果为DDA的振动、波动等动力计算的阻尼取值提供了理论依据。     

非连续变形分析中块体大转动问题研究

原有非连续变形分析（DDA）采用一阶近似后的位移增量表达式更新块体构形,推导相关子矩阵,且对不同时步计算出的应变增量直接叠加,当模拟的块体发生大转动时往往会产生较大误差。为考虑块体转动与变形的耦合作用,引入先变形、后转动的块体位移增量表达式。重新推导了惯性力子矩阵,将块体转动时的离心力与科氏力加到荷载矩阵中。计算时对应变分量及其相关变量进行坐标变换与修正,并采用新引入的位移增量表达式计算块体顶点位移,进行后接触修正与更新块体构形。数值算例表明,改进后的程序能够消除转动带来的误差,自动考虑了块体转动时离心力和科氏力引起的变形,应变计算精度更高。改进方法克服了块体体积自由膨胀、应变场畸变等问题,给出了合理的块体应变。     

节理岩质边坡变形的DDA模拟

对原非连续变形分析方法（DDA方法）中边界约束方法进行了推广，将其应用于节理岩质边坡变形规律的数值模拟，并利用模型实验结果验证了推广方法的正确性。     

季冻区土质边坡滑动界面临界深度的试验研究

为研究季节冰冻区土质边坡春融期常发生的浅层滑坡灾害,考虑盐水冰点低于水的冰点这一物理特性,设计了模拟土坡内部冻融界面的试验方法。比较了在不同含水率时,经冻融循环后土质边坡滑动面的临界深度,验证了在冻融界面上土质边坡的破坏形态,根据试验结果拟合了符合本文土样条件的土质边坡滑动面临界深度的损伤模型。分析表明,冻融循环后,随含水率和冻融循环次数的增加,边坡滑动破坏的临界深度值逐渐减小,经对试验数据拟合提出的临界深度随冻融循环损伤模型,可为季节冰冻区的边坡设计提供参考。     

季节性冻融过程黄土斜坡失稳机制及稳定性趋势

季节性冻融型滑坡是黄土地质灾害的主要类型之一。季节性冻融过程中地下水响应极其敏感, 地下水分布和变化对黄土斜坡体内岩土体的应力状态、力学性状及斜坡稳定性均有较大的影响, 冻结期滞水与融解期疏水引发的斜坡范围内地下水位变化是黄土斜坡稳定性变化及失稳破坏的主要诱发因素之一。在季节性冻融过程斜坡地下水变化全过程分析基础上, 采用基于极限平衡理论的条分法和基于弹塑性理论的有限元数值法, 对黄土斜坡稳定性与斜坡应力应变场的响应进行分析计算, 探讨季节性冻融条件下黄土斜失稳破坏机制及稳定性变化趋势, 认为黄土斜坡在冻融过程中的稳定性状态与冻结融解日期呈现明显滞后效应, 其失稳状态将持续至融解中期, 为季节性冻融型滑坡预警防治提供科学依据。     

非连续变形分析方法中人为参数的影响

非连续变形分析方法(DDA) 自创立以来,已在分析不连续体的大变形、大位移的问题中显示了其优越性。但DDA方法需要人为设置一些控制参数,通过一个简单的滑块模型,分别采用不同的时步大小、不同的接触弹簧刚度、并比较相对误差,分析了人为设定的参数对DDA计算结果的影响,指出仅在合理的取值范围内,大时步和大的接触弹簧刚度才能产生较好的计算结果;同时对造成这种影响的原因做了一定的探讨,并建议了参数取值的上下限原则。     

Review of validation of the discontinuous deformation analysis (DDA) method

Over the last decade, researchers in the discontinuous deformation analysis (DDA) community have dedicated a great deal of effort to document the accuracy of the method by performing validation studies. This paper contains a summary of more than 100 published and unpublished validation studies which comprise the body of DDA validation information to which the authors have access. The studies are grouped into three general categories: (a) validation with respect to analytical solutions, (b) validation with respect to results of other numerical techniques, and (c) validation with respect to laboratory and field data. Three general techniques for validation are described: qualitative assessment visually examining runtime behaviour of simulations, semi‐quantitative assessment comparing numerical results of simulations, and quantitative where numerical simulation results are evaluated in detail with respect to similar analytical, laboratory or field results. We find that for many of the problems addressed by the papers in this review, DDA performs more than adequately for engineering analysis. Copyright © 2006 John Wiley & Sons, Ltd.     

干旱地区路堑边坡失稳的机理及稳定性分析方法

水对边坡的失稳有很大的影响,在内蒙古西部干旱地区,往往由于集中降雨导致大量的路堑边坡失稳破坏,本文分析了降雨对边坡的不利影响,提出了考虑降雨作用的边坡稳定分析方法,并通过工程实例对该地区的边坡稳定性进行数值分析计算,其方法对干旱地区的路堑边坡设计及稳定性评价具有重要的借鉴意义。     

Comparative study of Sarma's method and the discontinuous deformation analysis for rock slope stability analysis

This paper presents a comparative study of two methods, Sarma's method and the discontinuous deformation analysis (DDA), for rock slope stability analysis. The comparison concerns the stability analysis of two classic rock slopes. The study shows that the DDA, which accounts for the block kinematics, provides a very different factor of safety as compared with Sarma's method. More realistic reaction forces around each rock block can be obtained by the DDA, including the thrust forces between rock blocks and the forces between the base and the blocks. The DDA's result shows two possible directions for the relative movement between two contiguous blocks at the initiation of slope failure. It also indicates that the limit equilibrium condition may not occur along the interfaces of rock blocks at the initiation of slope failure. The determination of realistic interaction forces around each block will be very important in rock slope stability analysis if nonlinear failure criteria are considered.     

公路隧道局部塌方洞段的围岩稳定性评价

结合某公路隧道工程,以现场地质调查和监测资料为基础,在结构面发育且可能发生大规模塌方的围岩洞段,根据现场实际统计的优势结构面产状,采用关键块体理论、非连续变形方法（DDA）首先确定围岩主要的失稳破坏模式,然后运用连续介质分析程序FLAC,在DDA方法确定的围岩实际变形破坏塌方形态的基础上进行计算分析,评价围岩的整体稳定性及加固措施的有效性。分析表明,围岩破坏的主要模式为受结构面控制的局部块体的失稳,工程开挖后围岩不会发生大变形,这与实际情况基本一致,为安全施工提供了保证。采用非连续变形方法和连续介质计算相结合的分析方法对隧道工程塌方稳定性进行研究,取得了较好的效果,研究方法和经验可为类似工程参考并借鉴。     

永吉高速公路黑潭坪边坡三维稳定性研究

通过对永吉高速公路黑潭坪边坡的野外调查,详细地了解了研究区工程地质条件,探讨了边坡变形破坏机理,结合室内试验和计算反演获取岩土体强度参数,在此基础上建立三维地质模型,运用FLAC3D数值分析软件采用强度折减法对不同工况下的坡体稳定性进行详细分析并提出治理建议。研究表明:(1)边坡变形破坏是内外因素综合作用的结果,岩土体性质不良是边坡变形破坏的内在因素,坡脚便道开挖和地表水下渗是边坡变形破坏的诱导因素;(2)强度折减法应用于边坡三位稳定性分析具有较好的适用性;(3)数值模拟显示采用削坡结合锚固的综合治理措施具有明显的效果。