一种双折减系数的强度折减法研究

传统的强度折减法采用相同的折减系数对黏聚力和内摩擦角进行折减,边坡达到临界状态时的折减系数就是边坡的安全系数,此单一折减系数的折减方法被定义为等比例折减。对于一个边坡几何构型和岩体重度确定的边坡而言,使边坡处于临界状态的黏聚力和摩擦系数组合并不惟一,等比例强度折减法所得到边坡临界状态的黏聚力和摩擦系数只是其中可能的一种潜在组合,因此,其只是众多寻找临界状态方法中的一种折减形式,并不一定就是最优的折减方式。基于以上认识,首先建立不同边坡形状、不同岩体重度条件下临界状态边坡的 - 曲线,假设岩体的黏聚力和内摩擦角在衰减破坏的过程中应沿着距离 - 临界曲线最短的路径折减,进而建立黏聚力和内摩擦角的配套折减原则,提出了一种双参数强度折减法。最后,通过3个算例比较了等比例强度折减法与双参数强度折减法的差异,结果表明,等比例强度折减法和双参数强度折减法得到的边坡临界状态并不相同,后者得到的临界滑动面范围要比前者得到的滑动面范围大。     

一种基于位移场分析的临界滑动面确定方法研究

安全系数的计算和临界滑动面的确定是边坡稳定性分析的两个组成部分,强度折减法可以得到合理的安全系数,但却不能准确刻画临界滑动面的位置。基于对滑动现象的认识,提出了一种基于位移场分析的临界滑动面确定方法,认为当边坡处于临界状态时,其潜在滑动面附近的位移等值线最为密集,潜在滑动面上的点往往是在深度方向上沿垂直滑面的位移变化率达到最大值的位置。将本文方法与Spencer法、岩质边坡模型试验进行了对比,验证了该方法在曲线和折线滑动面搜索方面的适用性和可靠性。同时,探讨了单元形状、疏密程度、离散点间距等因素对滑动面的影响。     

饱水岩体边坡抗滑稳定系数计算

对典型岩体边坡在地下水作用下的抗滑稳定系数进行了推导,绘制了张裂隙充满水的岩体边坡抗滑稳定系数与斜坡要素之间的关系图表以及滑动临界曲线,由此可根据边坡几何要素直接查出抗滑稳定系数和判断是否会发生滑动破坏。     

不同权重条件下降雨对边坡稳定性影响的二级模糊综合评判

边坡稳定性影响因素众多,其中一部分具有明显的不确定性,用经典数学理论及力学模型很难描述。采用二级模糊综合评判法,对影响边坡稳定的离散型和连续型因素采用不同方法确定隶属度,并利用二元对比分析法给出各因素权重值;同时考虑降雨对边坡稳定的重要影响,对降雨后各影响因素的权重进行修正,建立边坡稳定的二级模糊综合评判计算模型,评价降雨前后边坡稳定性的变化。研究结果表明：模型所采用的隶属函数,充分考虑了各个因素的不同特点和分布规律;考虑降雨前后权重的变化,能使评判结果更趋合理。以实际工程为例,模糊综合评判结果显示：降雨前边坡处于基本稳定状态,降雨后处于欠稳定状态,与经典极限平衡法计算结果一致。     

突变级数法在边坡稳定综合评判中的应用

边坡的稳定性受地质、工程等众多因素影响,且其变形破坏机理复杂,危害巨大,因而边坡稳定问题分析研究一直是理论和实践研究的热点。引入突变理论对边坡的稳定性问题进行研究,利用突变数学和模糊数学结合引出的突变级数法,提出边坡稳定性评判指标--突变级数, 从而建立了新的稳定性评判模型。基于突变级数法的边坡稳定性评判法,综合考虑了边坡各种要素对其稳定性的不同影响程度,真实地描绘了边坡系统的稳定状态。实例分析结果表明,该方法评判结果准确,精度较高,具有良好的实际应用价值。     

模糊理论在公路边坡稳定性分析中的应用

边坡工程是一个复杂的系统工程。边坡的稳定与否直接关系到其防护工作的程度。因此,如何有效、合理地判断边坡的稳定性对整个工程的经济与社会效益极为重要。影响边坡稳定的因素众多,判断其稳定与否应考虑各因素的综合效果。论文运用模糊理论中的多因素综合评判模型对某高速公路边坡的稳定性进行研究。通过全面考虑影响因素,建立相应的评判因素集及单因素评判矩阵,运用专家评判法和判断矩阵法确定出各因素的权重。最后通过多层次模糊评判得到该边坡的稳定性评判结果。研究证明,该法在边坡稳定性分析评判中是切实可行的。     

顺层边坡岩体结构的分岔灾变条件

针对顺层边坡岩体结构的初始缺陷特征和非完善特性,应用初始后屈曲理论和突变理论探讨了边坡岩体结构的不稳定性态。根据边坡岩体在临界状态下的临界载荷和分岔状态下的分岔载荷,分别建立了边坡岩体的离层方程和溃屈方程,给出了边坡岩体溃屈破坏和剪切滑动的判据,并以雅砻江下游的霸王山边坡为例给出了工程实例。研究结果表明,边坡岩体的初始缺陷在分岔状态下表现为系统跨越分岔时的载荷增量;边坡岩体的非完善特性表现为其初始缺陷致分岔状态偏离了临界状态;只有当顺层边坡岩体各区域的发育同时满足离层方程或溃屈方程时,边坡才会出现屈曲或溃屈。     

降雨作用下山区边坡稳定性分析

降雨是诱发边坡失稳破坏的主要原因,本文以坡地水文模型为基础,结合无限边坡稳定计算模型,研究降雨条件下边坡启动的临界降雨条件。通过工程算例表明:降雨量与边坡体稳定系数成反比;滑坡启动的临界降雨量随边坡坡度的增大而减少;随边坡土体内摩擦角的增加而逐渐增加,此分析对降雨型滑坡的研究有借鉴性的意义。     

顺层边坡岩体结构的非完善屈曲性态研究

视顺层边坡岩体自重的法向分量为结构的初始缺陷,应用初始后屈曲理论和尖点突变模型探讨了缺陷结构在临界状态下的屈曲性态,建立了边坡岩体结构的平衡稳定模态幅值方程,给出了边坡岩体结构分叉点附近的邻域及其稳定性判据。研究结果表明,表征结构初始缺陷的修正项与尖点突变模型中的剖分因子之间具有确定的关系;与理想化完善结构不同的是,顺层边坡岩体结构屈曲的临界值远大于其分叉点处的载荷值,是由其突变模型的分叉集确定的;只有考虑了边坡的实际缺陷,才可得出边坡岩体结构在真正临界意义上的临界值。     

顺层岩质边坡溃屈变形机制及失稳判定方法

溃屈型破坏是一种常见的顺层岩质边坡破坏模式,溃屈变形发展机制及失稳破坏的定量研究对滑坡工程勘查和防治指导十分重要。本文根据边坡的地质环境和力学作用机制,建立了三维受压板简化模型,其能够考虑岩层自身重力、地震力、静水压力的共同作用和岩体材料塑性变形的影响。基于弹塑性受压板稳定理论,利用能量法推导得到了边坡溃屈变形破坏的临界方程。对于溃屈型边坡的结构失稳和滑动失稳分别提出了相应的稳定性判定方法,并针对不同状态的边坡提出了相应的防治措施建议。以四川省甘孜藏族自治州巴塘县下归哇边坡为例,对所提判定方法的正确性进行了验证。计算结果表明,边坡的临界溃屈长度（a1）为483.8 m,说明下归哇边坡能够发生溃屈变形;现场勘查得知边坡实际溃屈长度（a′）为530.0 m,a′＞a1,可知边坡是稳定的。这与实际情况相吻合,由此证明本文所提出的判定方法可行。     

危岩块体稳定性的综合评价方法分析

应用灰色系统理论提出了危岩块体稳定性的灰色聚类评价方法,同时结合可靠性理论和时序分析方法对危岩块体稳定性进行综合评价,用该方法对清江电站V号危岩块体进行了稳定性分析。结果表明：危岩块体稳定性的灰色聚类评价、可靠性分析和时序分析结果相吻合。所提出的方法简单、实用,可以适应各种不同的工程评价的需要。     

禁忌搜索在边坡稳定分析中的应用

在禁忌搜索和极限平衡分析的基础上,提出了全局确定边坡最小安全系数的禁忌搜索方法,并建立了响应的模型;该方法是一种启发式的全局搜索方法,可以搜索出全局最小安全系数,同时还能确定出与之对应的最危险滑动面。将该方法应用于不同几何形状和土层信息的边坡稳定分析中,结果表明,提出的方法能够避免局部最小解,并能搜索到全局最小安全系数。     

边坡地震稳定性分析的荷载增强分析方法

岩土边坡地震稳定性分析是岩土工程和地震工程研究的重要课题之一,本文明确区别了两种不同意义的边坡地震稳定性概念:一是按一定的抗震设防地震作用考虑,边坡现状强度与边坡强度退化到发生地震破坏时的临界强度相比较而言的储备强度稳定性;二是对于一定的边坡强度状态,使边坡发生动力破坏的地震作用与设防地震作用相比较而言的地震动力超载稳定性。考虑边坡强度退化的边坡稳定性概念已经得到普遍采用,分析方法较为熟知;而按动力超载考虑的边坡地震稳定性概念以往几乎没有提及,边坡稳定性判别标准和分析方法尚有待探讨。本文主要针对第二种边坡地震稳定性地震动力超载稳定性的衡量标准和分析方法进行了研究,提出了边坡地震动力超载稳定性评判的临界地震峰值加速度准则,并提出了边坡地震动力超载稳定性分析的荷载增强法:针对边坡的现状强度状态,由小到大逐渐增加地震作用的强度,搜索导致边坡失稳的临界地震峰值加速度,最后根据边坡临界地震峰值加速度与边坡所在区域的设防地震峰值加速度比较情况确定边坡的地震稳定性。论文采用荷载增强法对中国陕西宝鸡蟠龙塬黄土边坡地震动力超载稳定性进行了分析。结果表明,针对宝鸡地区未来50a超越概率为10%的地震动作用,该边坡具有较高的地震动力超载稳定性。     

基于M-P法的抗滑桩支护边坡稳定性分析

为评价采用抗滑桩支护后的边坡稳定性,从设计和验算两个角度着手,基于Morgenstern-Price（M-P）法建立了抗滑桩支护边坡的分析模型,进而得到了抗滑桩下滑力和边坡安全系数的表达式;通过引入自适应遗传优化算法,建立边坡稳定性分析优化模型,搜索采用抗滑桩支护边坡的非圆弧最危险滑动面;从确定安全系数求抗滑桩所受下滑力和确定抗滑桩抗力求边坡最小安全系数两种情况出发,探讨了抗滑桩位置对边坡稳定性的影响。结果表明：该方法可搜索出更加符合实际情况的边坡非圆弧最危险滑动面,并且能够得到抗滑桩的下滑力或边坡的最小安全系数,相同条件下抗滑桩应设置在边坡中部较为适合,才能最大发挥抗滑桩的加固作用。     

地震荷载作用下土钉支护边坡稳定性拟静力分析

在极限平衡分析框架内,使用滑动面搜索新方法和圆弧滑动面方法对地震作用下的土钉支护边坡进行稳定性分析。考虑地震作用时,采用拟静力分析方法,并根据不同的条分模式,推导出水平地震动态分布系数的计算公式。针对地震效应下圆弧滑动面竖直条分法的不足,采用水平和竖直条分法相结合的改进方式。通过算例对比分析,并研究土钉支护间距与不同地震烈度条件下土钉长度的变化对边坡静力和动力稳定性的影响,结果表明,滑动面搜索新方法计算得的最小安全系数与圆弧滑动面方法的计算结果颇为接近,且比以往研究成果要小,可说明滑动面搜索新方法的可行性;在土钉支护边坡的静力和动力稳定性分析中,滑动面搜索新方法计算得的临界滑动面与临界圆弧滑动面接近,但表现出非圆弧特性;在一定程度上可减小土钉支护间距和增大土钉长度,可有效地改善土钉支护边坡在地震作用下的稳定性。     

利用潘家铮极值原理与和声搜索算法进行土坡稳定分析

基于潘家铮极大极小值原理,结合和声搜索算法提出了一种土坡稳定分析的新方法。对给定的滑动面,利用和声搜索算法寻找出能使该滑动面具有最大抗滑稳定安全系数的内力分布,其间可以考虑土条发生局部破坏后的内力调整过程。同样利用和声搜索算法搜索出土坡最危险的滑动面。将该法应用于简单土坡、复杂土坡的稳定分析中,与传统方法计算结果的比较证明了新方法的合理和适用性。     

考虑能量-时间分布的边坡动力可靠性分析新方法

提出一种考虑能量-时间分布的边坡动力可靠性分析方法。该方法将动态最危险滑动面及其稳定系数以时间序列加以刻画,并根据边坡动力反应的能量分布特征,提取持续时间统计窗,用于对上述时间序列的统计分析,以获取边坡动力模糊失效概率、边坡动力可靠度指标和基于保证率的边坡动力稳定系数。以澳大利亚计算机应用协会边坡稳定考核题为例,应用上述新方法考察其在芦山7.0级主震波形条件下的稳定性,研究了在不同统计窗下的边坡动力可靠性。案例分析表明： （1）新方法能够抓住影响边坡动力稳定的主要时间段,使分析结果更为凝练、可信。（2）通过引入边坡失效状态的模糊判别,使得可靠性评价中能够考虑模糊性,解决了以往常规方法区分度不够的问题。（3）基于保证率的边坡动力稳定系数具有很好的应用前景,它在内涵上体现了可靠性分析,在形式上与静力稳定系数的定义兼容,在数值上反映了边坡瞬时动力稳定系数的保守估计值,在实践上与现行规范的拟静力法具有良好的可比性,因而具有多方面的优势。（4）就本案例而言,动力条件下最危险滑动面的发育位置趋向于静力条件下的最危险滑动面,体现了依据静力和拟静力理论框架所进行的防护工程设计,在动力条件下仍然具有积极的意义。（5）新方法对定量研究现行边坡规范的抗震设计冗余提供了一条途径。提出的新方法为边坡抗震研究提供了新的思路、方法和可供参考的实例。     

An improved search strategy for the critical slip surface using finite element stress fields

The finite element method can be used to advantage in slope stability problems. This paper proposes a technique to search for the critical slip surface as well as to define and calculate the factor of safety for the slope, when the finite element method is used to model its formation. First, stresses are estimated at each Gaussian point from the finite element analysis. Then, the global stress smoothing method is applied to get a continuous stress field. Based on this stress field, the factor of safety is calculated for a specified slip surface by a stress integration scheme. An improved search strategy is proposed for a noncircular critical surface which starts with a search method for a circular critical surface. During the search process, points defining a trial slip surface can freely move in the finite element mesh subject to some kinematical constraints. This method can be applied to both the limit equilibrium method and the finite element method. Effects of the slope stress history and soil parameters on the resulting critical surface are investigated.     

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。     

A simplex analysis of slope stability

The downhill simplex algorithm is applied to systematically locate the critical failure mechanism in slopes and to compute the minimum factor of safety. The proposed method is illustrated with three examples of circular and noncircular slope stability and its results are compared to previously published solutions. Although it is not the most efficient optimization procedure, the simplex method is versatile, robust, and simple. It is recommended to enhance slope stability programs by providing for an automatic search of the critical failure mechanisms.