Parametric studies of disturbed rock slope stability based on finite element limit analysis methods

This study employs the finite element upper bound and lower bound limit analysis methods to investigate the stability of inhomogeneous rock slopes. The differences in the stability numbers of the upper and lower bound solutions are bracketed within ±10.5% or better, and the stability numbers obtained are presented in rock slope stability charts. These stability charts can provide a convenient tool for preliminary stability designs of inhomogeneous rock slopes. Various recommended blasting damage zones are considered, and disturbance factors are used to represent damage levels. Results showed that rock mass disturbance could significantly influence the evaluation of rock slope stability.     

Seismic stability analysis of a layered rock slope

In general, the determination of the factor of safety and the location of the critical slip surface are two major challenges in seismic slope stability analysis. In this paper, a new approach for determining the factor of safety and the corresponding critical slip surface of a layered rock slope subjected to seismic excitations is presented, through a case study based on the combination of the shear strength reduction technique and distinct element method. According to this proposed method, the seismic factor of safety and the critical slip surface of the slope are estimated and compared with those obtained by the pseudo-static approach, combined with the limit equilibrium method. It is found that the factor of safety obtained from the proposed method is slightly greater than that computed by the pseudo-static analysis, with a difference of 4.2%, and that the critical slip surface obtained from the two methods is identical, which confirms the reasonability and feasibility of the proposed method.     

基于A^＊算法的边坡稳定分析方法

岩质边坡的失稳大都是沿各软弱结构面而发生的,其滑动面往往是软弱结构面的组合,呈阶梯状.岩石边坡中存在大量的随机结构面,从中找出抗剪力最小的滑裂面是边坡工程中的一个研究方向.在岩体结构面调查统计的基础上,用随机网络模拟再现结构面的空间分布,在此基础上应用A*算法,搜索出岩石边坡的临界滑裂面,并对临界滑裂面上的边坡体任意斜条分,与Sarma分析方法相结合,形成一种改进的分析岩石边坡稳定性的方法—— Sarma-A*分析法,通过工程实例验证该方法的合理性.     

基于模拟退火算法的边坡稳定分析方法

岩石边坡开挖中存在大量的随机结构面,结构面与岩桥的组合破坏是边坡破坏的一种重要形式。如何确定抗剪强度最小的滑裂面是边坡工程中的重要研究方向。在岩体结构面调查统计基础上,运用随机网络模拟的方法得到边坡的裂隙网络图像,在此基础上应用模拟退火算法,搜索出边坡由结构面与岩桥组合形成的潜在最危险滑裂面的位置,将结构面组合滑动面与Sarma分析方法结合,形成一种改进的分析岩石边坡稳定性的方法--Sarma-SA分析法,通过一工程实例验证了该方法的合理性。     

Seismic stability analysis of soil nail reinforced slope using kinematic approach of limit analysis

Prediction of the critical seismic yield acceleration coefficient and the seismic permanent displacement of soil nail reinforced slope under seismic loading has been playing an important role in helping design in the earthquake-prone areas. In this paper, the seismic stability of soil nail reinforced slope is analyzed using the kinematic theorem of limit analysis. The log-spiral failure mechanism is considered and the corresponding analytical expressions are derived to calculate the critical seismic yield acceleration coefficient and the permanent displacement of slope subjected to earthquake loading. A series of calculations are carried out to illustrate the influence of inertial force on the stability of a nail-reinforced slope. Parametric studies indicate that the strength and geometry of slope as well as characteristic parameters of soil nail have a significant effect on the critical seismic yield acceleration coefficient and the permanent displacement of soil nail reinforced slope.     

层状岩质边坡遍布节理模型的三维稳定性分析

采用遍布节理模型（ubiquitous-joint模型）描述层状岩体的各向异性特征,并探讨ubiquitous-joint准则中安全系数的计算方法,利用FLAC3D分析层理倾角、倾向与边坡稳定性之间的关系,结果表明：（1）对于顺层边坡,当岩层倾向与坡面倾向的夹角 较小时,边坡的安全系数随层理倾角 的增大呈现先减小后增大再减小的趋势; 20°～30°时,安全系数得到最小值, 60°时安全系数得到最大值;不同破坏型式导致安全系数变化规律之间的差异;当 较大时,曲线从先减小后增大的趋势转变为不断增大的趋势;根据 的大小将顺层边坡分为两类：当 45°时,为严格顺层边坡;当45° 90°时,为斜向层状边坡。（2）对于逆层边坡,当 45°时,曲线呈现先增大再减小然后又增大的趋势,各曲线随 的变化程度基本相同;但减小过程中,随着 的增大,曲线的斜率逐渐减小,边坡稳定性的各向异性程度减小;当 45°时,曲线随 的增大呈现非线性单调递增的趋势。（3）安全系数与 之间的关系表明,对于顺层坡,随着 的增大,边坡安全系数逐渐增大;对于逆层坡,当 较小时( 150°),边坡安全系数随 的增大而逐渐减小;随着 的增大( 120°),边坡安全系数与 呈现递增关系。     

锚固岩石边坡地震稳定性拟动力分析

地震易发地区的锚固岩石边坡,需要研究其地震稳定性。对于锚固典型岩石边坡,在考虑水平与竖向地震力、张裂缝积水深度、坡顶超载、锚索倾角、锚索位置、锚索拉力及静水与动水压力等的条件下,运用拟静力和拟动力方法分别推导了不同工况条件下其抗滑和抗倾覆地震安全系数。分析表明,竖向向上地震力有利于锚固岩石边坡的抗滑稳定,而竖向下的地震力有利于锚固岩石边坡的抗倾覆稳定;在相同工况条件下,当岩体放大系数等于1.0时,拟动力与拟静力方法所得锚固岩石边坡地震安全系数相差无几,但是,当岩体放大系数逐渐增大时,拟动力方法所得地震安全系数越来越明显地小于拟静力方法所得地震安全系数。因此,在抗震设计当中适当的考虑岩体放大系数,将会有利于锚固岩石边坡的安全设计。     

Computer aided analysis of rock slope stability

Summary A computer program is written in basic language on a micro-computer to carrying out kinematic analysis of rock slope stability. The program is capable of handling plane sliding, wedge sliding and toppling of rock slopes. Applications of the program are demonstrated by examples on opencast mine excavations and highway cuts. The computer output are presented in the form of tables and illustrations for ease of interpretation. As micro-computers are readily available in design offices nowadays, the present work provides an efficient means for engineers to analyse and design rock slope excavations.     

基于平动加转动运动场的边坡稳定上限分析

基于塑性力学上限理论的边坡稳定安全系数上限解法是边坡稳定性分析的常用方法之一,其关键在于构造合适的几何容许运动场。基于摩尔-库仑屈服准则和相关流动法则,将滑动体进行条分,提出了一种同时考虑条块平动和转动的容许运动场及相应的稳定安全系数求解方法。该方法不仅具有适用性好、方法简单的特点,数值分析还表明,该方法能给出比基于纯平动运动场更小、非常接近Morgenstern-Price法的稳定安全系数计算结果。     

基于全局极限响应面的预应力锚索加固边坡抗震可靠度分析

通过反向采用极向条分的极限分析上限法获取临界强度参数对,拟合得到预应力锚索边坡对应的抗震全局极限响应面方程,将其作为内核函数使用Monte Carlo模拟得到特定地震烈度下的预应力锚索加固边坡的失稳概率和可靠度指标,避免直接使用极限分析上限法而造成的抽样和寻优算法的冗余嵌套。将该方法应用于预应力锚索加固边坡算例中,并将抗震全局极限响应面与基于"均值最不利滑动面"的极限响应面进行了对比,结果表明全局极限滑动面所得失稳概率较大,特定滑面的极限响应面法偏于不安全。进一步分析了锚索参数对边坡抗震失稳概率的影响以及失稳概率与可靠度的关系曲线,表明该方法很好地兼顾了变异参数空间的全局性以及计算的高效性,可以为基于可靠度的预应力锚索边坡抗震设计提供理论参考。     

基于PSO和LSSVM的边坡稳定性评价方法

提出了基于粒子群算法（PSO）和最小二乘支持向量机（LSSVM）的边坡稳定性评价方法。该模型既利用了最小二乘支持向量机求解速度快、易于描述非线性关系的优良特性,同时也利用了粒子群算法快速全局优化的特点。粒子群算法用于搜索最小二乘支持向量机模型的最优参数,然后将模型用于预测边坡的安全系数。计算结果表明,该方法是合理的、有效的。     

边坡稳定的有限元塑性极限分析

系统地介绍了结构塑性极限分析的原理和方法。借助有限单元法和线性规划,运用塑性极限分析的下限法,可求解岩土边坡的极限承载力和安全系数。算例表明了该方法的正确性并具有较高的精度,同时,分析了该方法的困难所在。     

基于ABAQUS-ANFIS-MCS的岩质边坡可靠性分析

针对岩质边坡工程稳定性分析中参数的不确定性,基于ABAQUA建立了平面破坏型边坡有限元分析模型。并用该模型进行了边坡稳定状态的数值模拟,以获得进行ANFIS分析的数据。同时基于自适应神经模糊推理系统建立了岩体力学参数与边坡抗滑力和下滑力的映射模型,分析得到抗滑力和下滑力的统计特征。根据蒙特卡罗模拟方法用MATLAB语言编写了求解边坡的破坏概率和可靠度的计算程序,对湖南雪峰水泥原料矿山的露天矿边坡进行可靠度分析。研究结果表明,该方法具有避免编写冗长的有限元计算程序、节省机时、计算精度高的优点。     

基于可靠度的黄土斜坡稳定性分析

以延安市宝塔区虎头峁黄土斜坡为研究对象,在野外详细调查和勘查的基础上,分析确定斜坡可靠度的随机变量为滑带土土体容重r、内聚力c和内摩擦角φ。分别用统计矩法、一次二阶矩法、几何法和蒙特卡洛模拟法计算斜坡的可靠度和破坏概率,得出安全系数为1.00~1.15,可靠度指标为0.35~0.45,破坏概率为32%~37%,说明斜坡具有较大的失稳可能性。计算过程表明,用几何法计算所得的可靠度指标精度最高,一次二阶矩法次之,统计矩法计算精度最低,蒙特卡洛模拟法可作为一种校验方法,对其他方法进行校验和对比。在不需要获取传统的定值安全系数的情况下,可用几何法计算斜坡的可靠度指标,方法较为简便。当需要同时获取安全系数时,应使用统计矩法或一次二阶矩法计算。     

基于Hoek-Brown非线性强度准则的节理岩坡稳定性分析全局优化算法

基于Hoek—Brown非线性经验强度准则和简化Bishop法，导出了节理破碎岩体边坡新的稳定性系数计算公式。通过在简单遗传算法（SGA）中引人适应度变换技术改进其收敛性能，提出了节理破碎岩体边坡稳定性分析和最危险滑动面搜索的自适应遗传算法（AGA）。算例计算结果表明：（1）AGA能准确地搜索到边坡全局最小稳定系数及其对应的临界滑动面；（2）AGA计算效率和数值稳定性均比SGA和随机投点法有较大提高；（3）采用不同的适应度变换函数均可提高计算效率。为简便起见，推荐采用线性变换函数。     

Rigid block based lower bound limit analysis method for stability analysis of fractured rock mass considering rock bridge effects

A rigid block based lower bound limit analysis method for analyzing stability of fractured rock mass in 2D and 3D conditions is proposed. The rock bridge effects are considered in the general formation. No assumptions are imposed on the inter-element forces, and the solution obtained is statically admissible. The proposed method is theoretically rigorous and simple. The validation and efficiency of the proposed method have been demonstrated through three typical types of slopes, indicating that apart from the fractures, rock bridge plays a key role in stabilizing rock blocks, which should be greatly concerned in stability analysis of rock mass.     

岩土边坡稳定性预报的人工神经网络方法

阐述了经典边坡稳定分析方法的局限性,综合考虑了影响边坡稳定性的因素,建立基于人工神经网络的边坡稳定性预报方法。采用遗传算法优化神经网络的结构,以提高其非线性映射能力和泛化能力,从而,提高预报准确度。基于已有的工程实例训练所建立的神经网络,并对新的边坡稳定性问题进行了预报,预报结果表明,所建立的边坡稳定性预报方法具有较高的预报准确度。     

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。     

非均质边坡稳定性上限分析评价研究

边坡稳定性评价研究是土力学经典问题。为研究非均质边坡稳定性问题,以上限分析法为理论基础,建立非均质边坡分段对数螺旋线破坏机构。应用拟合多项式近似描述对数螺旋线,计算破坏机构外力功率和内能耗散率,应用设计的计算流程进行强度折减循环计算,使边坡逐步过渡至极限平衡状态,确定边坡安全系数。以某露天矿南帮边坡为工程背景,经过反复强度折减,最终确定安全系数,通过变换初值的方式验证计算流程的稳定性,应用严格Morgenstern-Price法验证计算结果的准确性。研究结果表明：该流程性能稳定,不受初始值影响。相比于严格Morgenstern-Price法,二者安全系数计算结果偏差小于5%,可充分满足工程实践要求。同时,上限分析法求得的最危险滑面满足速度分离关系,具有更强的工程参考价值。     

边坡稳定性的聚类未确知综合识别方法及应用

影响岩石边坡稳定性的因素众多且关系复杂,且存在大量未确知信息,很难用简单的方法进行分析判断,借鉴工程类比的思想,采用聚类与未确知测度相结合的方法进行研究。针对边坡工程问题环境的复杂性,以大量的历史数据为训练样本,通过动态聚类分析,求得其分类中心。针对大量的未确知信息,利用未确知测度方法对其进行评价,提出一种分析边坡稳定问题的新方法。研究表明,该算法可以对边坡的稳定状态进行预测,正确率在90%以上,为比较合理快速地分析边坡稳定分析方法提供了一条新的途径。