边坡稳定分析的极限分析下限解有限元法

研制开发了极限分析下限解有限元程序.在程序的开发过程中,着重解决了下限解有限元法转化为标准线性规划问题和线性优化方法的选择问题,同时,通过典型算例的分析对比,对程序的合理性和可行性进行了验证.     

边坡渐进破坏机理及稳定性分析

在滑坡稳定分析基础上, 建立了推移式滑坡渐进破坏分析法。在机理分析基础上提出了临界状态条块或单元和相应决定方法, 以及两种破坏模式, 模式Ⅰ:整个滑体沿弱面发生破坏, 模式Ⅱ:后缘沿弱面发生破坏, 而前缘局部沿滑体发生剪切破坏, 两种破坏模式临界状态点逐步由后缘向前缘移动。研究了推移式滑坡变形规律, 提出了模式Ⅰ和Ⅱ渐进破坏过程中, 滑面上每一点的时间与位移均呈现不同的S形曲线特征, 对于整个滑体而言, 滑面上每一点的位移与高度关系, 在不同时刻呈现不同的抛物线特征, 提出了滑面位移与时间的关系呈两种类型:非稳定时间曲线和稳定时间曲线。研究了现行滑坡稳定性系数计算特点, 提出了稳定性计算综合下滑力-抗滑力、主推力和基于位移变化的方法。研究了滑坡运动特点, 提出了主滑方向的定义。研究了滑坡有限元稳定计算, 分析了引起滑坡有限元计算不收敛原因, 提出了滑坡有限元计算滑面边界法, 滑面既可以施加理想弹塑性边界, 计算稳定系数可和传统的极限状态相比较, 又可施加不同的应力-应变边界, 获得真实的应力和位移场, 并计算相对应的稳定系数, 对于潜在滑面以概率法、能量法和现场勘查法确定。     

岩质边坡动态施工过程稳定性评价的强度折减有限元法

采取该弹塑性有限元程序,在考虑施工爆破、岩体节理影响的条件下,对常－张高速公路的重点边坡的施工过程进行了模拟,分析了开挖过程中,岩体的变形和应力状态及屈服状态,并用降低材料强度储备的有限元强度折减法,根据边坡岩体单元的屈服连通程度和关键部位的位移变化对高边坡的整体安全系数进行了研究。通过对重点边坡K123的分析表明,边坡在其施工过程中是稳定的。     

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。     

露天矿边坡稳定性分析集成智能系统

将神经网络，极限平衡，数值计算等多种方法进行集成，建立集成智能系统，综合分析边坡稳定性，提高问题求解的精度，增强了分析结果的可靠性和确定性。     

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。     

土石坝边坡稳定性分析的温控参数折减有限元法

将土石坝渗流的有限元计算和坝坡稳定分析的强度折减有限元法相结合,对土石坝坝坡的稳定性进行分析。考虑渗流作用时,首先采用有限元法计算坝体渗流场,通过迭代计算出稳定渗流的逸出点和浸润线位置,并根据水力梯度计算坝体所受的渗透力;然后将渗流分析所确定的渗流力与土体自重、浮力、地震力等荷载共同施加在坝体上,采用温控参数折减有限元法计算土石坝坝坡的临界失稳状态及其所对应的安全系数。分析结果表明,采用此方法进行土石坝坝坡稳定分析是合理的,且大大提高了计算效率     

考虑降雨类型的基岩型浅层边坡稳定性分析方法

降雨是诱发滑坡尤其是浅层滑坡的主要因素,目前多数降雨作用下基岩型浅层边坡稳定性分析方法都是基于常降雨强度假设,忽略了降雨特性对该类边坡稳定性的影响。文章建立了常规型降雨强度-时间类型,通过控制参数统一均匀型降雨、递增型降雨、递减型降雨、峰值型降雨等类型。根据入渗理论和无限边坡模型,提出了考虑降雨类型的基岩型浅层边坡稳定性分析方法。通过编制MATLAB程序计算一边坡稳定性,结果表明:不同降雨类型对基岩型浅层边坡稳定性影响较大,具有明显的时效性。在实际边坡防治中,应考虑降雨特性对边坡稳定性的影响。     

块状岩体边坡倾倒破坏稳定性分析

基于Scavia模型，该文给出了由台阶状破坏面上柱状岩块所组成的具有潜在旋转-倾倒破坏模式的完整改进理论解。新的闭解允许经典模型中两组节理交汇所形成的直角可为任意角度，锚固力和地震作用力为任意方向，水压力可以是块体高度内的任意值。为了展示一般的运用方法，也为了说明倾倒破坏模式的普遍规律，该文接着给出了可变几何外形的若干理想边坡倾倒破坏的稳定性分析，其分析结果可以用来指导倾倒破坏边坡的加固处理     

严寒地区路堑边坡破坏机理及稳定计算分析

内蒙古省际通道新林北至扎兰屯段一级公路修建过程中,一些局部路堑边坡出现了较严重的边坡滑塌现象。目前公路行业的路基设计施工规范中尚没有涉及高寒地区路堑边坡的设计施工方法,也缺乏此类地区路堑边坡的稳定性设计评价标准。为此在进行了大量调研工作的基础上,对路堑边坡的破坏机理进行了分析,提出了确保公路路堑边坡稳定的有效措施及相应的计算方法,成果可为其他类似工程借鉴参考。     

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。     

下限分析有限单元法的非线性规划求解

下限分析有限单元法将下限定理这一数学变分问题转化为一个数学规划问题,克服了人为构造可静应力场的困难,在实际工程中具有广阔的应用前景。通过有限元离散得到的非线性下限规划模型中包含大量的优化变量与约束条件,常规优化算法难以求解。为此,在分析非线性下限规划模型自身特点的基础上,引入可行弧技术和Wolfe非精确搜索技术改进其优化求解效率。算例分析表明,基于可行弧技术和Wolfe非精确搜索技术,下限分析有限单元法优化求解程序的收敛速度和步长搜索效率得到明显的提升,并且其数值稳定性良好、计算精度较高,可以较好地适应实际工程问题的计算。     

顺层岩质边坡稳定性极限分析上限法

基于极限分析上限法理论,运用体积力增量法,考虑单层滑动面极限分析模型的缺陷,建立考虑含结构面的多岩层错动的任意块体模型,利用岩块体在外荷载作用下达到极限破坏时,外荷载做的功与岩体消耗的功相等为基础建立等式方程,由此推导得到此类边坡稳定系数的计算公式。在分析典型边坡算例的基础上,对比离散元数值模拟结果,验证了该方法的可行性和适用性。对云南省普宣高速公路某顺层岩质边坡进行计算,其稳定系数接近离散元数值模拟结果,数值稍有偏大,边坡稳定。其研究结果为此类边坡稳定性评价提供了一种新的计算方法。     

基于下限原理有限元的强度折减法

对于岩土工程中常用的强度折减系数,其规划问题是非线性的,不能直接利用线性规划进行求解。基于四边形单元的下限原理有限元法,根据强度折减系数与超载系数近似符合双曲函数的特点,通过调整强度参数使得超载系数逼近于1[1],可将边坡稳定性分析中常用的强度折减系数的非线性规划求解转化为线性规划求解问题。分析表明,采用拟合双曲线插值法求解强度折减系数的计算效率高于常规的二分法及割线法,且具有较好的收敛性;该方法能够充分利用当前高效的线性规划算法,便于工程应用。     

边坡稳定分析刚体有限元上限法的锥规划模型

极限分析方法是土边坡稳定性分析的重要方法之一。刚体有限元上限法是其中的一类,此类方法仍旧存在一些关键问题需要完善。由于单元的刚性假设,系统的塑性变形内能耗散仅发生在单元间的界面上,故此类方法的性能主要取决于界面的布局,即采用非结构化三角形单元计算往往精度较差。为此,提出了基于滑动面摄动的刚体有限元上限法及临界滑动面的搜索方法。首先,在考虑刚体转动的基础上构造刚体有限元上限法的二阶锥规划模型,用于确定在给定试滑动面条件下的运动许可速度场。其次,将试滑动面的控制参数视为决策变量,建立搜索临界滑动面的非线性非凸优化问题模型,并采用非线性单纯形方法和粒子群方法求解此优化问题找出临界滑动面。通过经典边坡稳定问题的分析求解,验证了所提出的新方法,进一步证实了网格类型（即界面的布局）是影响刚体有限元上限法计算精度的主要因素。经过计算结果的对比发现,在刚体有限元上限法中考虑刚体转动是非常必要的,不仅可以提高刚体有限元上限法的计算精度,还可以克服此方法对界面布局的依赖性。     

边坡稳定极限分析的单元集成法

提出的单元集成法为采用塑性力学上限定理分析边坡的稳定性提供了一种通用性较强的手段。它采用类似于有限元网格划分的方式离散边坡计算区域,并设定一个机动许可的滑动机构（包括滑裂面位置和速度场,它与网格划分方式无关）,在此滑动机构下可以很方便地计算每个单元贡献的外力功率和内能耗散率。把所有单元的能量相加就是滑坡体的总能量。然后,根据上限定理求得安全系数,并通过非线性数学规划方法找到最小值。对于直线滑裂面或对数螺旋滑裂面的单滑块机制,几个典型算例说明了该方法的有效性。     

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.     

极限分析有限元法讲座—— Ⅰ岩土工程极限分析有限元法

经典岩土工程极限分析方法一般采用解析方法，有些还要对滑动面作假设，且不适用于非均质材料，尤其是强度不均的岩石工程，从而使极限分析法的应用受到限制。随着计算技术的发展，极限分析有限元法应运而生，它能通过强度降低或者荷载增加直接算得岩土工程的安全系数和滑动面，十分贴近工程设计。为此，探讨了极限分析有限元法及其在边坡、地基、隧道稳定性计算中的应用，算例表明了此法的可行性，拓宽了该方法的应用范围。随着计算机技术与计算力学的发展，岩土工程极限分析有限元法正在成为一门新的学问，而且有着良好的发展前景。