最小势能方法在二维边坡稳定分析中的应用

提出了一种新的边坡稳定性评价方法。依据平衡体系势能变化最小的原理，从整个边坡的势能变化求得一个满足势能的最小位移，并直接求出滑面上的法向力分布。均质边坡直接用此分布即可求出合理的安全系数；具有多种土层边坡在保持法向力代数和不变的前提下，按自重应力因子重新分布，也可以求得合理的安全系数。     

锚杆(索)加固边坡的最小势能稳定分析方法研究

最小势能边坡稳定性分析方法是一种正处于发展完善中的新型边坡稳定分析方法。建立了采用锚杆(索)加固边坡后的最小势能稳定分析新方法,并进一步提出了一个考虑滑床剪切势能影响的近似计算模型,算例表明：（1）最小势能边坡稳定分析方法的结果,不论有无锚固均与现在工程常用的极限平衡方法的结果较为一致,表明了这一新方法的适用性;（2）滑床剪切势能计算模型引进与否对单一地层边坡的安全系数影响微小,可忽略不计,而对多地层边坡有较明显影响。总之,最小势能方法求取安全系数的过程简洁、概念明确合理、结果可显式表示,与极限平衡方法或有限元方法等方法相比,更具有实用价值。     

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。     

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。     

适用于任意滑动面的边坡稳定性分析辐射条分法

辐射条分法较其他条分法在条分划分上存在一定优势,但目前仅适用于圆弧滑动面型式,且在安全系数计算方法上也不如其他条分法全面。本文提出一种适用于任意形状滑动面的辐射条分划分模式,以辐射土条为单元对其进行受力分析,并根据以往研究成果将条间剪切力考虑为2种方向类型,然后建立严格的力和力矩平衡方程式,进而推导出一般条间力假设条件下的安全系数计算公式。当使用Sarma法和M-P法条间力假设条件时研究其在辐射条分法中的适用性;为拓宽M-P法在辐射条分法下的使用范围,通过分析辐射条分与竖直条分条间力的关系,基于M-P法条间力关系,提出2种新的条间力假设条件。在特定滑动面(包括圆弧和任意曲线)和不同条分数时对各方法的可行性进行研究,并经过算例对比分析,可知:(1)当条间剪切力方向为方向一时,Sarma法和3种M-P法条间力假设条件都能较好地应用于边坡稳定性辐射条分法; (2)2种基于M-P法下的新的条间力假设条件较传统M-P法条间力假设条件对计算结果的收敛性进行了改进; (3)任意曲线滑动面较圆弧滑动面在辐射条分法中更具有适用性。     

遗传算法在边坡抗震稳定性分析中的应用

根据遗传算法的思想和拟静力瑞典法基于圆弧滑动面的假定，提出一种用遗传算法搜索最危险滑动面及其对应的最小安全系数的方法。该方法模拟了生物遗传进化过程，克服了传统方法容易陷和局部极小值的缺点，是一种全局优化算法。并通过一个工程实例对其进行了验证。     

边坡地震稳定性时程分析方法

考虑到在地震过程中,边坡的稳定安全系数最小值出现在某一瞬间,用这个值评价边坡在地震荷载作用下的抗滑稳定性不太合适,提出了用最小平均安全系数作为评价指标,并给出了相应的计算方法,即利用安全系数最大振幅的0.65倍作为平均振幅来反映安全系数随地震波动变化的过程。利用最小平均安全系数对某一堆石坝的动力抗滑稳定性进行了评价,并与拟静力法的结果进行了比较。     

遗传算法在边坡地震稳定性分析中的应用

基于遗传算法和拟静力简化毕肖普法提出搜索地震作用下最危险滑动面及相应的最小安全系数的方法。阐述了应用遗传算法搜索最危险滑动面的计算过程和原理。开发了基于遗传算法的拟静力简化毕肖普数值法的计算和数据处理程序。在固定一个出逸点的情况下,分别绘制了有地震作用及没有地震作用下的安全系数分布图。数值算例表明,所建立的基于遗传算法的岩土边坡地震稳定性分析方法,是一种全局优化搜索算法,能够有效克服经典搜索方法易陷入局部极小值的缺点。从安全系数分布图可以看出,地震对安全系数分布情况影响很小,但扩大了安全系数低值区。     

基于改进的遗传算法边坡稳定性分析方法及其应用

在遗传算法和瑞典条分法的基础上,提出了对边坡临界滑裂面的搜索方法及其最小安全系数的求解方法.文中利用安全系数的倒数作为目标函数,可行域根据实际边坡的尺寸和经验给出,而且在计算过程中根据目标函数值进行调节,逐步缩小搜索空间,使搜索效率提高.算法中利用了十进制遗传算法的改进操作优体克隆操作和子体优生操作,提高了搜索的速度和精度.     

基于Janbu法的边坡整体稳定性滑动面搜索新方法

对于边坡整体稳定分析,找到了一种用随机角来搜索随机滑动面的新方法。在此过程中,采用简化Janbu法计算安全系数。这种新方法产生随机滑动面的过程是：先假定滑动面与边坡上、下缘的交点,在某一初始方向的情况下,以下缘交点为基点开始每随机一个角度方向,使其与对应的滑动体土条划分竖线相交,直到随机角度方向与上、下缘交点的连线重合,将这些交点依次连接,即可得到一条随机曲线（或随机滑动面）。通过随机模拟曲线,发现随机角物理意义明确,具有以下两个独特优点：①只有一个随机条件,随机因素易于控制,便于计算机编程;②为保证其随机曲线为一光滑曲线,可对随机角进行适当优化,并且在条分数足够大时,能够模拟任何曲线。针对以往随机搜索精度不高的问题,采用近似曲线来代替随机曲线的方法加以改进,并且将近似曲线的生成进行了简化。经各种实例对比分析后,得出此方法计算得出的安全系数与以往研究成果颇为接近,得到的最危险滑动面亦与实际情况相符,因而可说明此方法能够适用于边坡整体稳定性分析。     

两种滑动面型式下边坡稳定性计算方法的研究

基于圆弧和任意曲线两种滑动面型式,对边坡稳定性计算方法中的瑞典法、简化Bishop法、简化Janbu法、严格Janbu法、Morgenster-Price法、Sarma法和不平衡推力法进行研究。对上述各种方法的研究成果进行了总结,并对Morgenster-Price法中的条间力函数 选择了4种形式（即 为常数0.1、0.5、1.0及半正弦函数）,对不平衡推力法中的公式进行了改进。通过算例对比,及当条分数不同、边坡坡角和坡高变化时,分析了这些方法的特点,由分析结果可知：（1）瑞典法和简化Janbu法计算得的安全系数最小,简化Bishop法和不平衡推力法与严格法得到的结果颇为接近;（2）任意曲线滑动面方法较圆弧滑动面方法计算得的安全系数稍小,且得到的临界滑动面与临界圆弧滑动面相接近,因而表明,圆弧滑动面作为一种近似的临界滑动面能够满足实际工程需要;（3）均质边坡采用较少条分数即可获得较高的安全系数计算精度,非均质边坡需一定数量的条分保证结果的可靠性;（4）Sarma法对土条侧面法向力和剪切的假设,使得其在均质边坡计算得的安全系数比其他方法要大,有偏于不安全的考虑,但Sarma法能够考虑边坡非均质对条分法的影响;（5）当边坡外形（如坡角、坡高）变化时,严格Janbu法在两种滑动面型式下计算得的安全系数相差很小,而其他方法稍大一些;（6）Morgenster- Price法中,条间力函数 对计算得到的结果影响很小。     

基于离散元的边坡矢量和稳定分析方法研究

基于离散元方法对获取的块体单元、节理的应力场处理后得到坡体整体应力场,结合矢量和法安全系数的定义提出了一种边坡稳定性分析方法即VSM-UDEC法。首先通过滑块试验验证了多种情况下UDEC接触应力计算和单元应力的精确性,结果表明,UDEC接触应力和块体单元应力的精确程度很高（接触应力相对误差基本低于0.2%）,能够满足矢量和安全系数计算要求。采用VSM-UDEC法分别对直线型滑面和圆弧型滑面算例进行了分析,并与相应的理论解和严格极限平衡法（Morgenstern-Price法）进行了对比。结果表明,对于直线型滑面VSM-UDEC法安全系数与理论解几乎相同,而对于圆弧型滑面该方法与极限平衡法结果基本一致。最后将VSM-UDEC法运用到锦屏I级水电站左岸边坡工程实例中,结果表明,假设块体为刚体时VSM-UDEC法安全系数与极限平衡法（Sarma法、Morgenstern-Price法）结果吻合较好,此外,VSM-UDEC法能够考虑坡体内结构面对稳定性的影响,较极限平衡法更能反映边坡的变形分布情况。鉴于UDEC在模拟边坡破坏方面优点较多且矢量和法安全系数物理意义明确,VSM-UDEC法有望在边坡稳定性分析中有较好的应用前景。     

边坡稳定分析的非线性有限元混合解法

在对有限元强度折减法和有限元迭代解法的优缺点分析的基础上,提出了边坡稳定分析的非线性有限元混合解法,该法将有限元强度折减法和有限元迭代解法联合运用于边坡稳定分析,充分利用了两种方法的优点。即由有限元强度折减法搜索边坡可能滑动面,将可能滑动面在网格中画出,由迭代解法逐步迭代求得其滑动面的安全系数。并以算例和工程实例说明了此种方法的正确性和合理性。     

计算边坡安全系数的坡向离心法

边坡稳定分析方法发展最引人注目,它是经典土力学最早试图解决而至今仍未圆满解决的课题。在常用边坡分析方法的基础上,从边坡失稳机制出发,提出一种更方便的安全系数计算方法--坡向离心法。该法通过不断增大水平加速度,直至边坡失稳为止,依据水平加速度与重力加速度失稳影响机制求得安全系数。通过算例与传统极限平衡法和有限元强度折减法相比较,并对各物理参数进行敏感性分析。结果表明,坡向离心法在边坡工程稳定分析中的应用是切实可行的,其弹性模量和泊松比对该法所求安全系数影响不大。     

某反倾页岩边坡破坏面确定及其稳定性分析

破坏面确定是边坡稳定性分析的基础,存在各级滑动面。不同结构类型边坡,其确定方法也随之不同。对于反倾软岩边坡,不能通过不连续面空间展布分析确定其破坏面。联合FLAC3D和极限平衡方法分析具有节理块体切割破坏模式的某反倾页岩边坡稳定性。在野外调查基础上分析边坡的变形破坏机制,应用FLAC3D研究其应力、应变等值线及相应增量等值线图确定边坡潜在最危险滑动面和次级滑动面,计算其稳定性系数。在防护设计中考虑次级滑动面,针对边坡危险区域分析其防护效果。应用强度折减计算两危险区域稳定性系数,表明防护后边坡整体稳定性较好。该方法对反倾软岩边坡的稳定性分析有一定的借鉴价值,在防护设计中考虑次级滑动面的影响具有一定的实际指导意义。     

三维边坡稳定分析的有限元弹塑性迭代解法

针对已知滑动面的三维边坡稳定分析问题,在塑性力学上限定理的基础上,提出了求解安全系数的三维有限元弹塑性迭代解法。对于滑动面的非线性特性,采用常规的矩形（平面）或立方体（空间）单元来描述,应力则符合相关联流动法则的Mohr-Coulomb强度准则。通过对弹塑性增量理论中流动法则的分析,证明了当结构达到极限状态时,滑动面内切向应力的方向与滑体的主滑方向一致,说明最终以滑动面内的切向应力作为滑体滑动力的有效性。通过迭代的方式,逐步降低滑动面材料的抗剪参数,使边坡达到极限状态,不仅快速求得了滑动面的安全系数,且能够得到边坡在接近临界失稳状态时滑动面内切向应力的分布情况和边坡的变形规律,为边坡采取加固措施提供了参考依据。最后,以椭球面滑动和楔形滑动2个经典算例和工程实例,验证了该方法的有效性和正确性。     

一种基于强度折减法的次级滑动面分析方法研究

传统强度折减法通常对整个边坡区域进行折减,因而只能得到最小安全系数及对应的最危险临界滑动面。但在工程实践中,边坡的治理范围不能局限于最危险滑动面所包围的区域,不满足规范要求的次级滑动面范围内的坡体亦应得到治理。为了克服传统强度折减法在搜索次级滑动面方面的缺陷,提出了一种新的强度折减法。一般而言,边坡的屈服区域主要集中在滑动面两侧附近,形成一个沿滑动面分布的剪切破坏带,因此,在用强度折减法进行边坡稳定性分析时,只需对剪切破坏带范围内的局部坡体进行折减,则可得到该滑动面的安全系数和滑动面。基于以上认识,假设剪切破坏带沿对数螺旋曲线分布,不断调整对数螺旋曲线的形状以得到不同范围的剪切破坏带,对各种不同的剪切破坏带范围内的坡体进行局部折减计算,即可得到不同的安全系数及对应的滑动面。通过两个边坡算例（单台阶、双台阶）验证了该方法的可行性,并最后讨论了剪切破坏带的宽度对结果的影响。两个算例的计算结果表明,该方法不仅可以得到最危险临界滑动面,亦可得到任意安全系数对应的滑动面。