滑坡稳定性及推力计算中的几个概念解析

目前工程上多采用极限平衡法计算滑坡稳定性和计算滑坡推力,该方法是建立在一系列物理概念的基础上,诸如平衡、极限平衡、稳定、稳定系数、安全系数、下滑力、抗滑力、剩余下滑力等。本文讨论了这些参数的物理意义,通过对推力传递法公式推导,阐明了稳定系数与安全系数;下滑推力与抗滑推力、剩余下滑力之间的关系。利用Excel实现了一个例子的计算,以便工程人员掌握。     

边坡危险滑动面及稳定安全系数的力学解析方法

为了分析边坡的稳定性,提出了一种基于极限平衡理论的分析方法。假定坡体为只受重力作用的弹性体,通过弹性力学解析解求得应力分布,将滑动面用分段二次多项式函数表示,当分段间隔足够小时,这种表示方式可以描述任意曲面形状,根据坡体滑面所满足的Mohr-Coulomb准则,定义边坡稳定安全系数,其为多项式系数的函数。通过混和罚函数优化方法可以求出最危险滑动面对应的多项式系数,获得边坡的稳定安全系数,从而判定边坡的稳定性。所提出的方法与以往方法不同,不用将滑体划分成垂直条块,不用假定滑面上的法向应力分布形式,而直接利用已有的坡体弹性应力解。算例表明:本文方法所得到的结果与简化Bishop法和有限元强度折减法获得的结果非常接近,且基本介于有限元法和简化Bishop法之间。     

确定边坡潜在滑面的块体理论方法及稳定性分析

基于复杂边坡一般由多种岩性组成,且其稳定性往往受岩体结构控制,加之边坡滑面的逐步形成特点,本文提出了采用块体理论确定复杂边坡滑面位置方法,并采用Sarma极限平衡法及其它滑面形状分析了某大型边坡工程的稳定性,验证了所提方法的正确性。     

A comparative study of various commercially available programs in slope stability analysis

The objective of this paper is to study the effect of different slip surface search techniques on the factors of safety obtained using the limit equilibrium (LE) slope stability methods. This objective is accomplished by comparing results from the finite element method, the linear grid method, the rectangular grid method, and the Monte-Carlo searching techniques using different commercially available programs. The results showed that the LE methods are very efficient methods when coupled with a robust searching technique namely the Monte-Carlo method. In addition, the selected slip surface search technique highly influenced the location of the critical slip surfaces as well as the value of the calculated factors of safety.     

基于三维多重网格法的抗滑稳定计算精度分析

在以有限元法来分析评价坝基、边坡的稳定安全度时,多重网格法将有限元分析网格和滑移块体的滑面网格作为独立的两套网格,滑面网格可随意切割有限元单元。这样一套有限元网格和一套应力成果就可以进行任意的滑块稳定分析。着重分析了多重网格法的精度。针对三维柱体和锦屏高边坡,研究两套网格如何匹配以提高计算精度进行处理,初步得出了一些有关多重网格法计算精度的知识。最后,应用基于多重网格法的第2类方法分析了锦屏左坝肩高边坡的稳定性问题。     

Improved Bell's method for the stability analysis of slopes

A new procedure based on the approximation to the total normal pressure along the slip surface is developed to compute the factor of safety of slopes for slip surfaces of all shapes. By taking the whole sliding body, instead of an individual slice, as the loaded object, all the equilibrium equations are formulated according to the three‐moment equilibrium conditions rather than the two force equilibrium conditions and one‐moment equilibrium condition. The system of nonlinear equations deduced in this way is well‐scaled and enjoys excellent numerical properties such as the existence of solution with a positive factor of safety, a nearly unlimited scope of convergence and a rapid convergence rate associated with the Newton method. In the case of ?_u =0—the situation where no drainage and no consolidation are involved, furthermore, the system has a unique solution and the factor of safety has an explicit expression. Some typical examples are analyzed to demonstrate the numerical properties of the proposed procedure. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

边坡稳定性极限平衡条分法的探讨

系统分析了常用的边坡稳定性极限平衡条分法，在任意滑而条件下，推导了瑞典条分法；讨论了它们的适用性与极限平衡条分法的发展方向，具有一定的理论和实践意义。     

层状岩质岸坡上桥桩位选择与优化

河谷岸坡上如何选择一个合理的桥桩位,对节省工程建设费用具有重要意义。文中结合一特大公路桥梁的桥桩位置的选择问题,充分分析桥址的工程地质条件,采取极限平衡法、有限元法等岸坡稳定性分析方法,按3种工况,对不同桥桩位设计方案的岸坡的稳定性进行了计算分析。根据不同桥桩位的岸坡稳定性分析结果,确定了大桥桩位的优化设计方案。     

稳定渗流条件下土坡稳定性分析的一种新方法

在提出随机角生成曲线滑动面方法的基础上,通过改变选定参数来搜索临界滑动面,对渗流作用下的不同土质边坡进行稳定性分析。 考虑渗流效应时,将土体视为三种土条划分情况,并进行受力分析,推导出简化Janbu法中土条的浮力和渗透力计算公式。同时,对实际渗流场做出合理简化,以便应用于计算机编程。算例对比分析表明: ①此方法计算出的最小安全系数与已有研究成果非常接近,得到的最危险滑动面也颇为相似,可证明本文方法的正确性; ②以非圆弧滑动面与圆弧滑动面计算出的最小安全系数相比,前者明显要小,建议在有渗流作用时应采用非圆弧滑动面; ③对两个不同水位下的均质土坡,以水位与坡高之比为参数对边坡状态进行分析时,结果表明随着地下水位的升高,边坡安全系数急剧下降,因而,渗流效应是边坡发生失稳的一个重要因素,工程实际中应特别注意边坡排水设施的设置。     

机会约束规划在岩土工程中的应用

采用极限平衡理论分析土坡稳定性, 搜索确定其潜在的滑动面与确立可靠度分析模型是理论研究与应用的两个重要方面。应用确定的方法, 构筑由随机变量决定的约束条件, 根据机会约束规模理论, 分析土坡的稳定性与可靠性。并用土坡实例进行计算。     

预应力锚索加固土质边坡极限平衡稳定性分析

基于滑动面搜索新方法,对预应力锚索加固边坡进行稳定性分析。通过将锚索的加固效应简化为作用在土条(柱)底面上的一个外力,实现了条分(柱)法下二维和三维锚索加固边坡的安全系数计算。经过算例对比分析,验证了本文方法的可行性,然后,在一定程度上研究了锚索倾角、三维滑动体长度L、锚索锚固力F以及水平加固间距S变化时对边坡稳定性的影响。研究结果表明:(1)锚索加固可有效提高边坡的稳定性,同时,也增大了原有边坡发生滑动的范围; (2)随着三维滑动体长度L的增大,三维边坡(包括未加固和锚索加固)的稳定性趋于二维边坡稳定性; (3)单位水平加固间距上的锚固力越大,锚索对边坡的加固效应越明显。     

Slope reliability analysis accounting for spatial variation

A practical and transparent procedure is described for implementing a generalized limit equilibrium method via cell-object-oriented constrained optimization in the spreadsheet platform. The formulation allows switching among the Spencer, Bishop simplified and wedge methods on the same template by specifying different side-force inclination and different constraints of optimization. Search for the critical circular or non-circular slip surface is possible. The deterministic procedure is extended probabilistically by implementing the first-order reliability method via constrained optimization of the equivalent dispersion ellipsoid in the original space of the random variables. This procedure is illustrated for an embankment on soft ground, and for a clay slope in southern Norway, both involving spatially correlated soil properties. The effects of autocorrelation distance on the results of reliability analysis are studied. Shear strength anisotropy is modelled via user-created simple function codes in the programming environment of the spreadsheet. The meaning of probability of failure is discussed.     

滑坡稳定性分析与安全系数取值研究

在地质灾害中,滑坡灾害分布最广、发生频率最高、危害最大,是我国地质灾害防治的主要对象。滑坡研究的主要任务之一是稳定性分析。论文针对三板溪水电站进水口滑坡和水布垭水电站大岩淌滑坡,分别采用刚体极限平衡法、块体单元法、有限单元法对稳定安全系数和条间推力分布曲线进行分析和比较,研究各种方法的差异和计算精度,以及各种方法稳定安全系数的取值标准,希望为水利水电工程边坡设计规范有关有限单元法、块体单元法条目的编写和相应的允许安全系数取值标准的制定提供一定的参考。研究结果表明:①块体单元法计算的安全系数与刚体极限平衡法计算的安全系数可以采用相同的取值标准,而有限单元法计算的安全系数取值标准可适当降低;②块体单元法计算的条间水平推力、条间剪切力与刚体极限平衡法(尤其是Sarma法)计算的条间水平推力、条间剪切力非常相近,有限单元法计算的条间水平推力、条间剪切力较小;③分析方法、力学模型与参数取值应与安全系数取值标准相匹配。     

地震作用下岩质边坡倾倒破坏分析

倾倒破坏是陡倾层状岩体边坡一类主要的变形破坏形式,地震作用下岩质边坡块体倾倒破坏分析具有重要的工程指导意义。基于块体极限平衡,针对岩块长细比较大的情况,推导出了地震作用下岩质边坡倾倒破坏的一般解析解。对于简单的反倾边坡,给出了地震作用下倾倒破坏的显式解析解,并推导了岩块间法向力、破坏模式转变点和坡脚剩余下滑力计算公式。通过4个典型算例研究了地震作用对反倾边坡破坏模式、倾倒破坏时所允许的最大陡倾节理视倾角、破坏模式转变点和坡脚剩余下滑力的影响,为反倾边坡的抗震支护设计提供了理论基础。最后,根据地震影响系数与破坏模式转变点和坡脚剩余下滑力的定量关系对比分析了解析法与传递系数法,结果显示,当岩块长细比大于20时,解析法具有足够的计算精度。     

基于系统评价的块体可靠度指标分析及应用

利用条件概率评价及系统工程理论,将关键块体作为块体系统一个重要组成部分,分析了关键块体可靠度指标评价办法,探讨了关键块体与次生关键块可靠度内在关系,由此类推,提出块体系统评价方法,推导出块体系统可靠度计算公式,实现对块体系统的失稳概率的评价计算。并选择一工程实例,对评价方法予以验证。结果表明：传统关键块体可靠度评价办法忽略块体间内在影响,结果偏向风险;而文中方法综合考虑块体之间影响,并建立了系统评价模型,对块体系统评价更接近实际情况,对块体系统理论的研究有一定借鉴意义。     

似鱼形断层角砾形成机制及意义

在湖南衡东县铅锌矿观察到一种似鱼形的断层角砾。利用单个角砾即可指示断层两盘位移方向和断层面产状。作者认为它将为变质岩区矿田构造研究、为钻孔岩心研究和矿山坑道地质研究中确定断层位移方向带来方便。     

采矿引起的边坡倾倒滑移变形机理与变形安全性分析研究—以抚顺西露天矿边坡为例

在矿山开发、水电建设过程中倾倒变形问题日渐突出。倾倒变形边坡一般具有反倾边坡结构,变形的过程和机理比较复杂、涉及的变形岩体范围较大、危害严重。论文以抚顺西露天矿边坡为例,通过岩体位移监测资料的跟踪分析、底面摩擦模拟试验,以岩体力学、松散介质力学原理为理论基础,探讨了采矿影响下边坡倾倒滑移体的变形机理,分析认为采矿引起的倾倒滑移变形问题是在特定的地质构造和采矿工程条件下产生的,并提出了岩体变形安全性分析方法。通过工程实例,验证了方法的实用性,并针对实际问题提出了变形整治对策。     

经典朗肯土压力墙后土体滑裂面机制研究

朗肯土压力理论至今仍是计算土压力的重要方法。由于朗肯主动土压力分布是根据墙后土体应力达到极限状态而得到的,根据极限应力状态认为墙后极限土体的滑动面为一簇平面,由此计算墙后极限土体与土压力的力学平衡不能满足。从极限平衡理论出发,针对朗肯主动土压力下墙后土体极限滑动面问题,明确提出墙后极限土体边界为滑动平面和开裂面的组合,提出的滑裂面（包含滑动面和开裂段）从力学平衡、土压力分布、土压力合力大小等方面完全符合朗肯主动土压力的理论解,可认为是朗肯主动土压力所对应的墙后土体真实滑裂面。同时对朗肯理论的墙后拉应力问题也作出了相应解释,并论证了被动土压力的墙后土体滑动面为一簇平面。研究结论对朗肯土压力理论是一个补充和完善     

圆形基础地基极限承载力计算

利用临界滑动场法计算了浅埋圆形基础的地基承载力,并提供了系数N、Nq和Nc的计算表格和曲线,同时分析了侧面土压力对N、Nq的影响。通过建立土体条块极限平衡方程,推导了计算地基承载力的递推关系式。首先,设定土体计算范围,并划分条块和设置状态点; 其次,根据递推公式和推力极值原理计算各个状态点的参数,并搜索临界滑面; 最后,根据搜索出的临界滑面计算地基承载力。通过与已有系数计算值或模型试验的比较,验证了该方法的合理性。研究结果表明:N、Nq和Nc与其他学者的计算值相近; 相同情况下侧面土压力越大系数N、Nq越小。该方法是临界滑动场法在地基承载力研究中的推广应用,原理简单、易于编程,可为深入研究圆形基础地基承载力的计算提供参考。