基于Hoek-Brown非线性破坏准则的软岩地基极限承载力数值模拟

基于有限差分分析（FLAC）的软质岩石地基承载力数值计算模型,分析中将软质岩石地基视为均质、各向同性的连续介质,采用理想线性弹塑性本构关系模拟和Hoek-Brown非线性破坏准则及非关联流动法则。为便于数值模拟,采用切线法,把Hoek-Brown非线性破坏准则转换成Mohr-Coulomb线性破坏准则,并依据等量原则推导了瞬时内摩擦角和瞬时黏聚力的计算公式,编制了基于FLAC内置FISH语言的子程序。通过施加竖向速度向量,分别获得了圆形基础下考虑和忽略岩体自重的极限承载力。与理论值和现场载荷板承载力试验结果进行的对比分析表明,Hoek-Brown解结果比Bell解结果更接近实测值,但都偏于保守,而数值计算结果与实测值非常接近,特别是在考虑自重的情况下,误差仅为2%。说明对于软质岩石地基的极限承载力,采用基于Hoek-Brown非线性破坏准则的FLAC数值模型进行分析是合适的。     

非线性破坏准则下的边坡稳定塑性极限分析

利用塑性分析上限定理,考虑岩土介质本身的非线性破坏准则,对各种不同破裂面边坡稳定性分析进行研究。针对破坏边坡破裂面不同,采用外切直线法来分析其上限解,推导出非线性破坏准则下的边坡稳定性系数计算公式,并对较复杂的对数螺旋线破裂面边坡提出初始切线法,较好地求出塑性极限分析上限解。将在非线性破坏准则下按对数螺旋线破裂面推导出的塑性极限分析上限解运用于实际边坡工程,其结果与精确塑性分析结果非常接近,为非线性破坏准则下的边坡稳定塑性极限分析提供了一条新的思路与方法。     

基于非线性破坏准则的临坡地基承载力上限分析

临坡地基承载能力的确定分析已成为地基设计理论中一个重要研究课题。针对现有地基承载力分析方法大多基于线性Mohr-Coulomb破坏准则。考虑岩土材料破坏的非线性特性,采用非线性破坏准则和多切线法,引入极限分析上限理论,根据临坡条形基础地基破坏模式的非对称性特点,构建出临坡条形基础地基单侧刚性多滑块破坏模型及相应运动允许速度场。在此基础上,利用序列二次规划非线性优化算法,建立临坡条形基础地基极限承载力的确定方法。最后,通过工程实例计算,并与已有研究方法计算结果进行对比分析。结果表明,非线性参数对临坡地基承载力有着重要影响,采用多切线法处理非线性材料强度准则问题理论上更严密,上限解更优,验证了该方法的可行性与合理性。     

基于非线性统一强度理论的节理 岩体地基承载力研究

现有的节理岩体地基承载力计算方法大多是以Hoek-Brown强度准则为基础建立的,没有考虑中间主应力的效应,不能充分发挥岩体的强度潜能。综合统一强度理论和Hoek-Brown强度准则的优点,结合临界滑动场理论求解地基承载力,并考虑地震荷载的影响。计算结果表明,基于非线性统一强度理论的地基承载力有不同程度的提高,现有方法中的地基承载力偏于保守;在地震荷载作用下地基承载力有一定程度的降低。     

基于非线性破坏准则的边坡稳定性极限分析

上限定理是求解岩土工程问题的有效工具。以上限定理为理论基础,分析边坡的稳定性问题,并考虑了岩土材料破坏准则的非线性特性。在非线性Mohr-Coulomb破坏准则下,采用条分法与极限分析上限法相结合的方法,对边坡稳定性进行分析。通过切线法引入非线性强度参数 、 ,推导了岩土材料在非线性破坏准则下的相关联流动法则,建立功能方程,推导了边坡直线滑裂面、折线滑裂面和光滑曲线滑裂面安全系数F的计算方程。采用数学规划法计算后与工程实际中常用的边坡稳定性分析方法进行对比,并获得安全系数F =1.0时的稳定性系数Ns。与已有的研究成果进行比较分析,结果表明了该方法的正确性及优越性     

下伏空洞地基极限承载力与破坏模式上限有限元法

地基极限承载力的确定对于下伏空洞地区基础设计和施工具有重要意义。采用上限有限元法对地基破坏时的极限状态进行数值模拟。首先,简要介绍上限有限元法的基本原理与计算过程;进而提出合理的计算假定,建立可考虑多种影响因素的计算模型;其次,利用上限有限元法计算出多种工况下的地基极限承载力上限解,按Tergaghi建议的地基承载力公式,得到承载力系数N_c、N_q、N_g,并对其影响因素进行分析;最后,根据大量的能量耗散图及速度场图提出3类典型的破坏模式,并对其影响因素进行分析。研究表明:随着内摩擦角j的增大,N_c和N_q均增大,而当j较大时,N_g才出现正数,且随着j增大而增大;随着空洞顶板厚度与基础宽度之比H/B的增大,N_c和N_q均增大。而当j较小时,N_g随着H/B的增大而减少;当j较大时,N_g随着H/B的增加而增加。N_c、N_q和N_g均随着D/B的增大而减少。下伏空洞地基存在3种典型的破坏模式:冲切破坏模式、冲切剪压破坏模式和Prandtl破坏模式。     

基于非线性破坏准则的主动土压力上限计算

主要叙述了一种基于非线性破坏准则下的主动土压力计算分析方法。引入Power-Law非线性破坏准则,并根据切线法引入了变量 ,建立了一个统一的容许速度场,通过上限分析得出了主动土压力的计算表达式。由于主动土压力计算表达式中自变量个数繁多,为实现对上限解的最优化,应用了大型的数学规划软件,采用了目前广泛使用的SQP算法,得出了最优的上限解。通过与同样引入Power-Law非线性破坏准则后的朗肯土压力理论解的比较,发现所述的方法切实有效,并且适用范围更加广泛。     

考虑孔隙水压力及非线性Mohr-Coulomb破坏准则下浅埋土质隧道三维塌落机制的上限分析

浅埋土质隧道的稳定性研究一直是隧道工程的关键问题,而孔隙水压力的存在影响着浅埋土质隧道的安全。构建了隧道顶部为圆弧形的浅埋土质隧道的三维塌落机制,基于非线性Mohr-Coulomb破坏准则和极限分析上限法,并考虑孔隙水压力的作用,推导出浅埋土质隧道的塌落范围及支护力的最优上限解计算公式。通过与既有研究进行对比,验证了所提方法的合理性。分析了不同参数对塌落范围、塌落土体的重力及支护力的影响,结果表明:孔隙水压力对浅埋土质隧道的塌落范围、塌落土体的重力及支护力有着显著的影响;孔隙水压力对塌落范围、塌落土体重力的影响比较复杂,而支护力都随着孔隙水压力系数的增大而增大;不同参数对浅埋土质隧道的塌落范围、塌落土体的重力及支护力的影响规律不同。新方法可为浅埋土质隧道的设计优化提供理论支撑。     

局部剪切破坏模式下的无重地基承载力

局部剪切破坏是一种常见的地基破坏模式,该破坏模式下的地基承载力理论计算方法尚不完善,对无重地基局部剪切破坏的极限承载力理论进行了研究。首先从破坏时破裂面延伸位置的角度完善了浅基础3种破坏模式的划分标准。对于局部剪切破坏,土体强度并未完全发挥出来,潜在破坏区处于非极限状态,所以将土体强度逐渐发挥的概念引入地基承载力中,通过适当的假设,建立了局部剪切破坏模式下无重介质地基承载力的理论计算方法,并与已有的经典成果进行比较分析,印证了该方法的合理性。研究成果为解决局部剪切破坏模式下地基承载力的计算提供了理论参考。     

基于Hoek-Brown破坏准则的浅埋条形锚板抗拔力上限分析

现有的锚板极限承载力研究大多是采用线性或非线性Mohr-Coulomb破坏准则在砂质地基中进行的,然而Mohr-Coulomb破坏准则并不适合分析岩质地基中的抗拔结构。采用Hoek-Brown破坏准则构建了一个曲线型的破坏机制,根据极限分析上限定理求出了条形锚板抗拔力的表达式。通过变分计算,得到了极限状态下条形锚板的抗拔力和岩体破裂面的上限解。为了证明所采用方法的有效性,当材料参数B =1时,采用与Mohr-Coulomb破坏准则等效的土体参数,计算了曲线型破坏机制下条形锚板的极限抗拔力,并与已有计算结果进行了比较。结果表明,采用曲线型破坏机制得到的锚板极限抗拔力与直线型多块体破坏机制的结果基本一致,证明了所采用的曲线形破坏机制是正确的。参数研究表明：在其他参数不变的情况下,锚板极限抗拔力和破坏面都随岩体参数B的增大而减小。     

空洞上方浅基础地基破坏模式与极限承载力分析

利用极限分析上限法求解地基极限承载力问题的关键在于构造合适的破坏模式。当地基下方存在空洞时,地基的破坏模式变得相当复杂。通过分析空洞存在时地基的受力特点及破坏形态,将地基破坏范围划分成为不同的刚性区和过渡区,构造了空洞上方条形基础地基的破坏模式。利用上限法,建立与破坏模式对应的速度场,推导了破坏模式不同区域内的耗散功率和外力功率,得到地基极限承载力的目标函数,并采用数学优化方法进行求解,获得了极限承载力的上限解。通过算例分析,讨论了空洞顶板厚度、空洞大小与地基极限承载力的关系,并与无空洞条件下地基极限承载力进行对比分析。结果表明,随着空洞顶板厚度增加,地基极限承载力增加,破坏模式也由地基与空洞之间扩散到地基两侧;空洞顶板厚度存在临界值,当超过此临界值时,空洞对地基极限承载力的影响可忽略。     

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.     

非线性破坏准则下边坡稳定性极限分析斜条分法

考虑坡顶均布荷载和地震效应典型情况下,将边坡滑体进行任意斜条块划分,建立了具有倾斜界面的多块体破坏模型。基于极限分析上限法和非线性摩尔-库仑破坏准则,考虑岩体内正应力的不均匀性,引入多点切线法和强度折减法推导得出边坡临界破坏状态下的安全系数Fs通用计算公式。采用序列二次规划法对安全系数Fs的目标函数进行最优化计算,并与既有研究成果进行对比分析,其结果具有较好的一致性,相对误差不超过3.565%,表明了该方法的正确性。同时对比传统单点切线法计算结果,多点切线法较单点切线法获得的边坡安全系数值偏小,表明了多点切线斜条分法偏于保守,是安全的。参数分析表明坡顶均布荷载、地震效应和非线性参数均对边坡安全系数及潜在临界滑裂面有重要影响。多点切线法引入非线性摩尔-库仑破坏准则对边坡进行稳定性极限分析,为相关研究人员提供了一种新的思路与方法。     

Bearing capacity of two interfering footings

By using an upper bound limit analysis in conjunction with finite elements and linear programming, the ultimate bearing capacity of two interfering rough strip footings, resting on a cohesionless medium, was computed. Along all the interfaces of the chosen triangular elements, velocity discontinuities were employed. The plastic strains were incorporated using an associated flow rule. For different clear spacing (S) between the two footings, the efficiency factor (ξ_γ) was determined, where ξ_γ is defined as the ratio of the failure load for a strip footing of given width in the presence of the other footing to that of a single isolated strip footing having the same width. The value of ξ_γ at S/B = 0 becomes equal to 2.0, and the maximum ξ_γ occurs at S/B = S_cr/B. For S/B?S_cr/B, the ultimate failure load for a footing becomes almost half that of an isolated footing having width (2B + S), and the soil mass below and in between the two footings deforms mainly in the downward direction. In contrast, for S/B>S_cr/B, ground heave was noticed along both the sides of the footing. As compared to the available theories, the analysis provides generally lower values of ξ_γ for S/B>S_cr/B. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.     

水平浅埋条形锚板极限抗拔力上限计算

作为一种提供抗拔力的基础形式,锚板在实际工程中有广泛的应用。在上限定理的基础上,根据线性破坏准则,对锚板上的填土建立机动容许的速度场,运用关联流动法则以及速度边界条件求解条形锚板极限抗拔力的上限解。把锚板上填土的抗剪强度指标c、? 作为变量参数,对锚板上部填土建立两种新的含有变量的容许速度场。根据外力功率与内部耗能相等原理,求出极限抗拔力的目标函数与约束条件,并根据“序列二次规划算法”对该问题进行优化。将研究结果与已有文献资料进行分析比较,可以证明本文方法的有效性。参数分析结果表明：在同样条件下,两种破坏模式的极限抗拔力差别不大;岩土体密实度、抗剪强度指标c、?、锚板埋深率和锚板几何形状对锚板承载能力和锚板抗拔破坏区域均有较大的影响。     

条形基础极限承载力数值分析

根据塑性力学滑移线理论,推导了条形地基在极限平衡状态下的平衡微分方程,然后利用有限差分法推出地基土在极限状态时的有限差分公式,结合边界条件编制出地基承载力计算程序,该程序求解条形地基极限状态下的滑移线区域及相应的地基极限承载力值时可以考虑基础埋深、地基土重度、土的内摩擦角、基础与地基摩擦等参数。利用程序,得到了土的内摩擦角与地基承载力系数N? 的对应表,并全面讨论了基础埋深、地基土重度、内摩擦角及基础与地基摩擦角等参数对地基承载力和滑移线形状的影响,得到了一些有意义的结论。