寻找边坡三维最危险滑动面的简单蒙特卡洛方法

基于平面应变的假定，前人提出了各种最优化方法或随机方法来搜寻二维边坡稳定分析中的最不利滑动面，但这些方法不能适应于边坡的三维稳定分析。本文提出了一个简单的蒙特卡洛模拟方法来确定三维最不利滑动面。该方法假定初始的滑动面为一椭球体的下半部，三维最不利滑动面通过最小三维安全系数决定。对于几个已知二维最不利滑动面及其安全系数的实际例子，     

寻找边坡三维最危险滑动面的简单蒙特卡洛方法

基于平面应变的假定 ,前人提出了各种最优化方法或随机方法来搜寻二维边坡稳定分析中的最不利滑动面 ,但这些方法不能适应于边坡的三维稳定分析。本文提出了一个简单的蒙特卡洛模拟方法来确定三维最不利滑动面。该方法假定初始的滑动面为一椭球体的下半部 ,三维最不利滑动面通过最小三维安全系数决定。对于几个已知二维最不利滑动面及其安全系数的实际例子 ,本文研究中将它们扩张为三维问题来搜寻其最不利滑动面。三维分析结果与二维结果的比较表明 :如果仅从断面图上看 ,三维分析得到的最不利滑动面与二维结果没有明显的差异 ,但其三维稳定…     

对边坡稳定性分析圆弧条分法的改进

边坡稳定性分析中的圆弧条分法在工程实际中被广为应用.但该方法在具体计算时存在两点困难一是计算过程繁琐,在搜索最危险滑动面时,每给定一个滑动面,都要重新确定分条的边界和高度、宽度和分条数目等参数;二是潜在滑动面的不确定性,针对这一问题已有许多学者提出多种搜索最危险滑动面的方法,这些方法各有优缺点.本文针对这两方面的问题作了一些改进.首先是将边坡的地面线用分段直线方程表示,将滑动面用一圆弧方程表示,这样可以将原公式中的求和部分化为积分式,从而推导出了求解稳定系数的解析式.另一方面是提出了一种搜索最危险滑弧滑动面的简洁方法,该方法先固定圆弧滑动面的后缘点和剪出点,则稳定系数随过这两点圆弧的曲率而变化,通过几何关系将稳定系数的转化为一个距离参数t的一元函数,令该该函数一阶导数为零,求得参数t,并获得稳定系数极小值及其对应的滑动面.若变动后缘点和剪出点,重复以上计算,可最终求得最危险滑动面的位置及相应的稳定系数.     

土坡稳定性分析的一种新的条分方法——径向条分法

本文提出了一种土坡稳定分析的新方法——径向条方法。这一方法在假定滑动面为圆弧的情况下,将滑坡体用从滑弧圆心引出的径向射线分割为若干个扇面形土条进行稳定性分析。从而给出了在土坡稳定性系数最小时滑弧圆心和半径必须满足的条件。     

样条函数模拟土坡滑动面的效率分析

土坡稳定分析中,二维滑动面通常由一系列点顺序连接产生,并且将点的坐标当作优化变量来搜索临界滑动面,当点的个数较多时会导致优化变量较多;只需给定少量的控制节点,即可利用三次样条函数得到光滑的曲线作为任意滑动面,该法对于含软弱夹层土坡,无需事先指定直线段。利用不平衡推力法计算给定滑动面的安全系数,采取和声搜索算法确定最小安全系数相应的临界滑动面。对3个土坡算例进行了比较分析,比较了常规策略与样条函数方法在模拟土坡滑动面时的效率。     

禁忌搜索在确定土坡危险滑动面中的应用

在土坡稳定的计算过程中常采用经典的极限平衡法。对每一条可能的圆弧滑动面通过条分法计算其安全系数,最小的安全系数就代表了土坡的实际安全系数。在此过程中,滑动面的圆心坐标和半径可以视为安全系数的函数,滑动面的圆心坐标和半径是自变量,安全系数就是函数值。这样,土坡安全系数的计算过程实际上是对安全系数这个函数求极值的过程。通过将土坡的安全系数视为圆心坐标和滑弧半径的函数,应用连续变量的禁忌搜索技术计算土坡稳定安全系数,提高土坡稳定计算的可靠性。     

基于椭球滑动体假定和三维简化JANBU法的边坡稳定分析

采用一般椭球体模拟三维土坡的滑动体,利用三维简化JANBU法计算其安全系数,该法假定各个条柱底面的滑动方向在水平面上的投影相等,借此可用一个变量来表达各个底滑面的滑动方向,简便易行。此外,综合借鉴粒子群优化算法和和声算法的优点,提出了改进的粒子群算法,并利用对2个三维土坡的最危险滑动体进行了搜索,与已有结果进行了对比分析,表明方法是可行有效的。     

基于Morgenstern Price法和强度折减法的边坡稳定性对比分析

应用Morgenstern-Price法和强度折减法,对云南省宣威市万家口子水电站附近的九子崩塌堆积体的主滑体进行稳定性分析,考虑了正常蓄水位、库水位下降和地震作用时的正常蓄水位、库水位下降4种工程情况。结果表明：Morgenstern Price法所得稳定系数随着蓄水位的下降而减小,在考虑地震作用的情况下,稳定系数也相应降低;强度折减法所得数据则不一样,蓄水位不同时,稳定系数则变化不大。相同蓄水位情况下,考虑地震时稳定系数有所减小,强度折减理论对于简单的均质土坡可能会得到与极限平衡法接近的稳定系数和滑动面,但对于非均质（如成层）土坡,则会有较大的差异性。Morgenstern-Price法使用条分法对滑动岩土体进行受力分析,针对的是人为假定的土体极限平衡条件,不能提供边坡的位移信息,需在计算中事先假定出若干个滑动面;强度折减法通过降低材料的强度参数来达到极限平衡状态,能够考虑土体的应力-应变关系,同时能给出边坡的位移信息,但是缺乏统一的边坡达到极限破坏的判断标准。2种方法都可为边坡稳定性提供有效的分析与评价。     

遗传算法在土坡整体稳定性分析中的应用

边坡稳定性分析的关键是如何确定最危险滑动面的位置并计算与之相对应的安全系数。由于传统的极限平衡分析方法很容易陷入局部极小值而不能找到真正的最危险滑裂面,因此采用瑞典条分确立土坡分析模型,用遗传算法搜索土坡最危险滑动面,进而求得土坡最小安全系数。该方法模拟了生物遗传进化的过程,克服了传统方法的局限性。通过和面积细分法所搜索的最危险滑动面和计算得到的土质边坡安全系数作对比,可得遗传算法在土质边坡稳定分析中具有较高的精度与可靠性。遗传算法可以很好地解决如何寻找土质边坡整体极值的问题。工程应用实例表明,遗传算法分析土质边坡的稳定性效果良好,具有很好的应用前景。     

三维边坡稳定性分析的解析算法

基于以下假定条件:(1)滑动面为旋转椭球体;(2)对垂直于主滑面的界面,忽略水平向剪力,条间剪力竖直向下;(3)平行于主滑面的界面,条间剪力平行于底滑面;(4)底滑面上的剪力与滑动面倾向一致,方向相反;(5)底滑面和条柱侧面都达到了极限平衡,其摩尔-库仑抗剪强度指标φ和c相同,并有相同的稳定系数。将滑动面和地面都用相关的数学函数表达,从而推导出三维边坡稳定性分析的稳定系数的计算公式,该公式为积分形式,利用数值积分可方便地编程计算,由此避免了传统的条柱法需要人为划分条柱,处理特殊边界单元和精度低等问题。采用典型算例对推导出的解析公式进行了检验。     

圆弧滑动边坡改进条分法的数值分析

结合传统极限平衡方法和现代极限平衡方法,对圆弧滑动边坡进行垂直条分,将条块间的作用力一般化,提出了基于圆弧滑动的改进条分法。建立了圆弧滑动边坡的力学计算式,确定了一般化的条间力影响系数和边坡安全系数的关系式。运用数值计算和迭代程序,得出滑体分别在力平衡和力矩平衡下的安全系数随条间力影响系数变化情况,从而定量地描述了边坡稳定状态。结果表明,圆弧滑动垂直条分改进方法反映了滑动面和垂直面相互影响情况,数值计算简便,而且精度较高。     

Stability of an Embankment on Soft Consolidating Soil with Vertical Drains

Stability of an embankment constructed on soft consolidating soil improved with pre-fabricated vertical drains is investigated. The factor of safety of the embankment is obtained at various time intervals from the end of construction till the end of consolidation in order to check the embankment stability. Finite element method is used to obtain the effective stresses at required points in soil at various time intervals. Critical slip surface is obtained using two methods. In the first method, the critical slip surface is assumed as an arc of a circle selected among various probable slip circles with minimum factor of safety whereas, in the second method, a random walking type Monte Carlo technique is used to predict the critical slip surface. The effects of providing vertical drains on stability of an embankment is investigated by comparing the factor of safety of slope with vertical drains to the factor of safety of slope without vertical drains. It is concluded from the study that the installation of vertical drains enhances the factor of safety of the embankment from the end of construction till the end of consolidation.     

圆弧滑动有限元土坡稳定分析

提出一种基于有限元应力变形计算的边坡稳定分析方法,仍假定滑动面形状为圆弧形,有限元网格由一组同心圆作为纬线,一组竖向线为经线构成。对两相邻圆弧线所夹的弧形带分析滑动力和抗滑力,建立平衡方程,确定安全系数,其中小值安全系数对应的弧形带为可能的滑动带。变化圆心位置用优选方法寻找最小安全系数对应的圆心,从而得出真正的滑动面。算例分析表明,该方法计算所得安全系数与Bishop法接近,是合理的,其突出优点是由有限元计算直接得出滑面上的应力,而不须作近似的插值处理,因而应力更准确。该方法可以考虑土的非线性变形特性,也更符合土的实际情况。此外,用有限元计算得出位移,亦可将稳定分析和变形联系起来,为现场通过位移监测来估计边坡的稳定性提供了可能性,同时也为膨胀土边坡的稳定分析中考虑膨胀性的影响提供了可能性。     

均质坡设计最小安全系数的非圆弧曲线搜寻法

挖方边坡设计的目标是确定设计安全系数下的坡角和坡高,设计边坡是安全系数大于1的稳定边坡,不存在滑面,搜索的目的是寻找与设计安全系数相等的最小剪应比（面）。提出一种非常简单的指数型曲线搜索法,可搜索存在地下水的均质坡设计最小安全系数与其相应的坡角或坡高。从坡肩向外,进行等步长点搜索通过坡趾的曲线族。在每一点、指数由1逐渐增大变动指数曲线,对曲线与坡面线间的坡体进行条分,把每个条块底面抗剪强度与剪应力分解为水平与垂直分力,根据平行力系可移动原理,求各条块抗剪强度与剪应力的水平分力与垂直分力的合力,然后计算该曲线剪应比面的抗剪强度与剪应力,得到该剪应比面的剪应比,逐点对剪应比大小进行比较,搜索出曲线族的最小剪应比,直到通过某点的指数曲线的最小剪应比等于设计安全系数为止。通过3个算例与其他方法计算结果进行对比,表明这一方法的有效性具有实用价值,提出边坡设计应以最小安全系数为主要参照标准。     

多剖面合力法分析滑坡稳定性

滑坡稳定性分析最重要的是精度。滑面和坡面是空间三维变化曲面,造成滑体厚度各处变化很大。滑坡稳定性分析通常选择中轴线或其附近的一个所谓“代表性纵断面”进行安全系数计算。由于采用单位宽度纵剖面计算,在多数情况下只能代表该纵剖面两侧不大范围宽度滑体的局部稳定性,而不能代表滑坡整体稳定性,因此提出多纵剖面合力法进行滑坡稳定性分析。为减少多剖面勘探成本的人财物力投入,把滑动面分成了简单滑面和复杂滑面两类。对简单滑面滑坡最少只打两个纵断面共2~4个钻孔,应用几种滑面曲线函数,绘制辅助横剖面,将所需要的多个计算纵剖面剖出。多剖面合力法是基于空间平行力系可移动原理,对各剖面划分条块,把每个剖面条块的剪应力与抗滑力分解成水平与垂直分力,然后计算每个剖面剪应力与抗滑力的垂直与水平分力各自的合力,再对各剖面的剪应力与抗滑力的水平与垂直分力求合力,计算出滑坡的抗滑力与下滑力,得到剪应比——滑坡的稳定系数。用简单滑面和复杂滑面两个滑坡实例进行了分析,验证方法的有效性。     

三维边坡最不利滑裂面的遗传算法搜索

将遗传算法引入到三维边坡稳定分析中。由于三维边坡滑裂面的复杂性,需对滑裂面作适当简化。认为滑裂面为椭球面,用7个控制参数来模拟生成滑裂面,再运用遗传算法来搜索滑坡的最不利的滑裂面。对于存在确定滑裂面的滑坡,7以将此滑裂面作为整体滑裂面,计算其整体稳定安全系数,然后在整体稳定的基础上,运用遗传算法搜索滑坡内部的最不利滑裂面,得出滑坡最小的稳定安全系数。     

基于滑面正应力分布的爆炸震动荷载作用下边坡稳定性分析

假定滑面正应力分布为2个待定参数的拉格朗日函数,推导出爆炸震动作用下滑体的水平力、垂直力和力矩平衡方程。通过算例分析证实计算方法的可行性,说明爆炸振动拟静力系数与边坡安全系数的关系。研究结果表明,垂直向下、水平指向坡外的爆破振动荷载以及两者的联合爆破荷载对边坡稳定性安全系数有很大的影响;爆破荷载拟静力系数从0增加到0.3 ,每步增加 0.05,爆破振动水平指向坡外时,边坡安全系数减少6.65%～23.54%,爆破振动垂直向下时,边坡安全系数减少1.18%～2.52%, 联合爆破荷载的方向对边坡稳定性也有影响。     

基于最小势能法的三维临界滑裂面搜索方法

为了得到三维边坡的临界滑裂面,提出了6个参数控制的三维滑裂面构造方法,基于边坡三维最小势能稳定性分析方法建立目标函数,采用遗传算法实现了临界滑裂面的搜索,并开发了相应的搜索程序。为检验文中搜索方法的合理性,将其与其他方法得到的临界滑裂面以及最小安全系数进行比较,并且将室内模型试验得到的临界滑面与理论搜索的结果进行对比。研究表明：搜索方法可实现稳步收敛;针对算例进行多变量同时变化的搜索验算,得到了与极限平衡法较为接近的结果,表明提出的搜索方法是合理的;理论计算结果与室内模型试验坡面加载得到的边坡临界滑面较为接近,再次验证三维边坡临界滑面搜索方法是可行的。     

水平向与竖向地震动的时间遇合模式对边坡动力安全系数的影响

通过沿滑面的应力积分法和动力时程分析法,研究了水平向、竖向地震动单独作用对边坡动安全系数的影响,发现竖向地震动与水平向地震动一样也对边坡抗震稳定性有显著的影响。在此基础之上,重点探讨了实际地震的双向地震动同时作用时,其时间遇合模式对动力安全系数的影响,结果表明,常用的加速度峰值遇合模式和随机遇合模式都不能充分体现出竖向地震动与水平向地震动的叠加效应,进而造成对安全系数的高估;文中提出的最大地震作用效应遇合模式才是最危险的遇合模式,其所得稳定性安全系数时程的极值更小。在考虑多向地震的边坡抗震分析中,由于多维地震动的强烈随机性,应考虑出现这种最大地震作用效应遇合的可能性,以得到工程设计中偏于安全的动力稳定性安全系数值。