基于滑移线场理论的地震作用下土质边坡稳定性分析

在土质边坡稳定性分析中,滑裂面的确定至关重要,而当前普遍采用的圆弧滑动面法会产生较大误差。采用滑移线场理论确定滑裂面,并结合动力有限单元法,提出了一种地震作用下土质边坡稳定性的分析方法。首先求出地震作用下土坡的应力场,运用滑移线场法搜索得到不同时刻土坡的临界滑移线,然后再根据临界滑移线上的应力分布求出对应于该滑移线的安全系数,以最小平均安全系数作为评价指标,实现地震作用下土质边坡的稳定性分析,最后结合工程实例,求得不同时刻的土坡临界滑移线及其对应的安全系数,并对该土坡的动力抗震稳定性进行了评价。分析表明:安全系数小于1.2的滑移线共同构成了地震作用下土坡的剪切带,与土坡的塑性区吻合,验证了文中分析方法的合理性。     

复杂介质广义权限平衡理论

经过系统的塑性分析，建立了各向异性非线性广义极限平衡理论。考虑到岩土材料复杂特性，提出了有中主应力影响、拉任强度不等、材料各向异性、破坏曲线非线性、受非均匀温度场影响的综合屈服准则。应用塑性位势理论，导出了关联的流动法则。在平面应变条件下，给出了应力场基本方程。采用特征线方法求解，导出了滑移线斜率公式、应力沿滑移线微分方程。应用电算程序，可计算非正交、不对称的滑移线场解答。作为实际应用，导出了各向异性地基极限承载力公式。本文理论可简化得到许多经典理论解答。     

滑移线场理论在CFG桩复合地基桩土应力比研究中的应用

应用滑移线场理论解释了CFG桩复合地基桩顶刺入变形的发生发展变化过程 ,并推导了产生桩顶刺入变形的力学条件 ,为更准确地计算CFG桩复合地基中桩土应力比提供了一条新的思路     

运用滑移线理论确定挤扩多盘桩盘下土体应力计算模式

通过对挤扩多盘桩桩周土体极限破坏机理的理论分析及试验研究,证明盘下土体的破坏形式为滑移破坏。据此,应用Coulumb-Mohr定律建立了应力函数表达式,并运用滑移线理论,通过简单破坏区域,选择适合盘下土体的破坏形式Prandtl区域应力场,建立极坐标应力方程,从而推导出挤扩多盘桩盘下土体应力的计算模式,以便进一步确定土体极限承载力。     

考虑地震影响的地基极限承载力的理论解析解

本文根据塑性力学中的滑移线法，建立了地震力作用下的地基土的滑移线应力议程，并在考虑地基土的自重和不计其自重的情况，推导出此时地基土的极限承载力的理论解析解。     

岩土材料在非关联流动法则下剪胀角选取探讨

岩土材料属于摩擦型材料,其强度特性时参数指标的选取至关重要。当前对剪胀角存在模糊认识,导致在理论分析和数值模拟分析中常会产生较大误差。在分析传统的滑移线场理论的基础上,采用广义塑性理论,证明了岩土材料在非关联流动法则条件下的剪胀角应取? /2,且此时体变必为0。通过对具有精确理论解的经典Prandtl地基承载力课题的数值模拟分析,分别对关联流动法则、非关联流动法则剪胀角取? /2及非关联流动法则剪胀角取0三种情况下地基的承载力进行了计算。结果表明,上述3种情况下得到的极限荷载的误差为2 %,但滑移线场与理论解有较大差异。其中,在非关联流动法则条件下,采用剪胀角? =? /2所得到的滑移线场与Prandtl理论解一致,而采用? =0所得到的滑移线场与理论解有较大的偏差。这说明目前在非关联流动法则条件下采用? = 0虽然可得到相应的正确的极限荷载,但是相应的滑移线场具有较大的误差,同时也证明了岩土材料在非关联流动法则条件下的剪胀角应该选取? /2,而不是目前通常采用的0。     

各向异性损伤对地基承载力影响分析

应用耦合损伤的滑移线法,求解平面应变条件下的极限荷载问题,推导出考虑各向异性损伤的平面应变问题应力场的滑移线解,针对平顶钝角楔体极限荷载的滑移线场进行了详细推导,绘出滑移线场图,推导出极限荷载的公式,分析了各向异性损伤对浅基础极限荷载的影响,即损伤对地基承载力系数Nq影响很大;损伤越大,地基承载力系数Nq值越小,且随着D1,D2的增加,Nq越接近最小值。     

局部加载条件下二维土质边坡稳定性的数值分析

借助Hill的材料应变局部化原理和土的弹塑性本构模型,应用声学张量示踪边坡失稳滑移线发生和发展,提出了局部加载条件下的确定边坡失稳滑移线的方法。在弹塑性有限元分析过程中,应用边坡材料的塑性一致性条件或滑移线两侧的应力连续条件,即应变局部化条件,检测每一个高斯点的声学张量行列式的值,当其等于或接近0时,标出滑移萌生的位置、方向,模拟边坡滑移线萌生和发展过程。     

轴对称主动土压力问题的滑移线解

地基中竖向孔支护结构的设计需要以其所受主动土压力为依据,为此常需计算竖向孔开挖后孔壁主动土压力。含竖向圆孔地基是轴对称问题,基于平面应变假设的经典朗肯土压力理论或库仑土压力理论显然不适用,而现有求解轴对称条件下主动土压力方法多采用完全塑性假定或其他假定环向应力与大主应力之比（环向压应力系数?）为常数的方法,理论上不够严谨且误差较大。建立轴对称问题滑移线方程,采用使主动土压力为最大的目标的方法,采用迭代法求解环向压应力系数?,分析了?受土体参数和轴对称竖向孔几何参数影响规律,进而求解轴对称竖向孔孔壁主动土压力的精确值,理论上更为严谨,结果更为合理,并对比平面应变条件下的土压力结果,总结了轴对称条件下主动土压力的规律。     

青藏高原东北部旋卷（扭）构造变形及其形成地质条件分析—兼评国家地质学家Tapponnier的“走向滑移线场和构造逃逸理论”

利用遥感技术，在青藏高原东北部发现了祁连山西段旋卷构造、柴北缘赛什腾山旋卷构造、柴达木西南部祁漫塔格山弧形扭动构造及祁连东部大型旋卷构造等四个旋卷（扭）构造。分析了这些旋卷（扭）构造形成的地质条件与地球动力学过程，认为这一重要发现不但对青藏高原大陆动力学研究具有重要的科学意义，而且对进行资源预测还具有一定的实用价值。本文还指出Tapponnier的“走向滑移线场和构造逃逸理论”存在两点明显不足，我们的发现及研究是对该理论的补充和完善。     

软土地区注浆成型螺纹桩抗拔承载力的计算

注浆成型螺纹桩采用后注浆技术形成桩侧螺纹,有利于在软土地区施工,目前已开始应用。基于螺纹桩上拔过程中螺牙附近土体的应力条件改变,采用摩尔应力圆分析螺牙附近破坏滑裂面的开展,得到了螺牙间距与螺牙突出尺寸的比值与滑裂面展开角之间的关系,给出了螺牙间土体从圆柱形滑裂面破坏向圆台形滑裂面破坏的判别条件。根据滑裂面的开展,将螺纹桩的抗拔承载力计算分为3种情况,采用极限平衡法得到了相应的螺纹桩抗拔承载力计算公式。最后,通过与有限元数值模拟以及实际工程算例对比,验证了文中方法的合理性。     

Development of limiting soil slope profile under seismic condition using slip line theory

This study embraces the formation of the limiting geometry of finite slopes under the static and seismic conditions within the slip line theory framework coupled with the modified pseudo-dynamic approach. The proposed methodology is expected to achieve a global factor of safety of 1.0 for the obtained slope profile. While analysing the stability of slopes using the limit analysis or the limit equilibrium method, the cognition of the slope geometry and the nature of the slip surface need to be known in advance. Such limitations are ruled out in the present analysis with the aid of the slip line method. Further, by employing the modified pseudo-dynamic approach, the dynamic properties of soil, such as damping ratio and frequency effect, are effectively considered in this stability analysis. The consideration of the slip line theory permits to achieve an adaptive failure mechanism in the analysis. The impact of a set of parameters characterizing the input motion and the dynamic soil properties on the behaviour of a slope explains the relevance of the present modified pseudo-dynamic approach compared to the conventional pseudo-static and the original pseudo-dynamic approaches. The proposed solution serves as a measure of the seismic slope stability in accordance with the geomorphological process generally encountered in nature. Compared with the available literature, the present results propose safe, economical, and efficient design guidelines for finite slopes and intimate the need for preventive measures to enhance the stability of existing slopes.

     

Axi-symmetric active earth pressure obtained by the slip line method with a general tangential stress coefficient

The axi-symmetric active earth pressure problem has been investigated by several researchers. Most have suggested that it is reasonable to adopt the Haar & von Karman hypothesis in the slip line method. In this study, a general tangential stress coefficient is used instead of the Haar & von Karman hypothesis in the slip line method, and its effect on the earth pressure is discussed. We find that the hypothesis is reasonable when the soil behind the wall fails completely. Using earth pressures when the soil behind the wall begins to fail is better in practice. The earth pressure is expressed with earth pressure coefficients and the coefficients are presented in figures for practical use.     

盾构掌子面三维破坏模型构建与极限支护力计算

为明确盾构施工掌子面滑移破坏机制并确定掌子面支护力的合理范围,基于滑移线理论和极限分析上限定理,利用空间离散技术提出了一种盾构施工掌子面三维滑移破裂模型。依据大主应力拱理论计算滑移区顶部竖向土压力值,并以此作为滑移破坏区上部的竖向荷载计算掌子面极限支护力。研究表明,土拱效应显著影响掌子面前方土体竖向应力的大小及分布规律;将本模型与已有研究方法进行比较,验证了本模型获取的掌子面极限支护力极限分析上限解在黏性土地层以及摩擦土地层中的适用性。同时本模型构建的掌子面破坏区域形态更加贴近离心试验结果与数值计算结果。     

斜向逆冲断层相关褶皱的正演模型与实例分析

斜向逆冲作用在自然界普遍存在,研究斜向逆冲断层相关褶皱的构造几何学特征,识别断层相关褶皱是否存在斜向逆冲有重要意义。文章采用Trishear 4.5、Gocad以及Trishear3D软件构建一系列不同滑移量的断层转折褶皱和断层传播褶皱的二维正演剖面,通过连接一系列不同排列方式的二维剖面建立了三种不同逆冲滑移方向的断层转折褶皱和断层传播褶皱的假三维模型,通过不同假三维模型的比较分析来探讨斜向逆冲断层相关褶皱的构造几何学特征。研究发现,斜向逆冲断层相关褶皱区别于正向逆冲断层相关褶皱的特征主要有两点：① 正向逆冲断层相关褶皱层面等高线图上的最高点与后翼等高线中点的连线以及水平切面上的核心点与后翼中点的连线方向均与断层走向垂直,而斜向逆冲断层相关褶皱的最高点以及核心点与后翼中点的连线方向均与断层走向斜交,并且最高点与后翼等高线中点的连线方向或者核心点与后翼中点的连线方向均与逆冲滑移方向一致;② 在褶皱平行断层走向纵剖面上,正向逆冲断层相关褶皱各个层面最高点的连线是直立的,而斜向逆冲断层相关褶皱各个层面最高点的连线发生倾斜。通过这两个特征可以判别褶皱是否存在斜向逆冲以及逆冲的方向。将模型分析结果运用到四川盆地西南部三维地震勘探资料所覆盖的邛西背斜和大兴西背斜的实例中。研究结果表明,两个背斜均存在右旋斜向逆冲,逆冲方向与各自断层走向的夹角均为70°左右,邛西背斜和大兴西背斜的逆冲方向分别是NE79°和NE77°左右,这与龙门山南段晚上新世以来的主应力方向以及反演的汶川地震最大主应力方向一致。     

岩土材料极限分析上界法的讨论

现行的极限分析上界法,尽管求解结果合理,但理论上却存在一些矛盾：如试验证明,关联流动法则不适用于岩土材料,而现行解法却采用了关联流动法则;传统分析中假设体积不变,但计算中却出现大于实际的体积剪胀变形;按关联流动法则,应力特征线与速度滑移线重合,但在分析中却采用速度方向与应力特征线方向成 角;实际土体破坏时,破坏面上同时存在着剪切力 和正应力 ,但在计算中却反映不出摩擦功。近年在中国日益兴起的广义塑性力学理论为岩土材料的极限分析方法提供了科学的理论基础。作者提出了基于广义塑性力学的极限分析上界法,消除了上述矛盾,并获得了正确的计算结果。通过同经典算法的比较,证明了两种方法的计算结果几乎是一致的,但现行方法计算简便,因而,可作为一种实用的计算方法。论文还对上述两种算法作了系统的分析与比较,指出了它们求解的相同点与不同点。     

多期断层擦痕的硬划分:一种目标函数算法

提出一种基于硬划分的目标函数法 ,它能够识别多期断层擦痕数据。这是通过在Fry(1999)的Sigma空间里对数据内在的线性构造的识别来实现的。与其它的应力反演法不同 ,目标函数法在原理上相对完善。为了检验此方法 ,在设定的应力张量下由ManteCarlo法生成“人工”断层擦痕数据。计算结果表明 ,目标函数法能够很好地识别多期断层擦痕数据。应力估测的准确度取决于断层擦痕数据的误差和不同构造期应力张量之间的相似性。随着断层擦痕数据误差范围的加大 ,应力估测的准确度趋向降低。当断层擦痕数据存在误差时 ,越是相似的设定应力张量 ,其估计准确度也就越低。不同期构造应力的彼此相似往往与构造应力场微妙或细部的时空变化有关。在从多期断层擦痕数据里识别出相似的不同期构造应力上 ,目标函数法有所突破 ,进而有助于深入认识地质构造的形成。