对边坡稳定性分析圆弧条分法的改进

边坡稳定性分析中的圆弧条分法在工程实际中被广为应用.但该方法在具体计算时存在两点困难一是计算过程繁琐,在搜索最危险滑动面时,每给定一个滑动面,都要重新确定分条的边界和高度、宽度和分条数目等参数;二是潜在滑动面的不确定性,针对这一问题已有许多学者提出多种搜索最危险滑动面的方法,这些方法各有优缺点.本文针对这两方面的问题作了一些改进.首先是将边坡的地面线用分段直线方程表示,将滑动面用一圆弧方程表示,这样可以将原公式中的求和部分化为积分式,从而推导出了求解稳定系数的解析式.另一方面是提出了一种搜索最危险滑弧滑动面的简洁方法,该方法先固定圆弧滑动面的后缘点和剪出点,则稳定系数随过这两点圆弧的曲率而变化,通过几何关系将稳定系数的转化为一个距离参数t的一元函数,令该该函数一阶导数为零,求得参数t,并获得稳定系数极小值及其对应的滑动面.若变动后缘点和剪出点,重复以上计算,可最终求得最危险滑动面的位置及相应的稳定系数.     

遗传算法在土坡整体稳定性分析中的应用

边坡稳定性分析的关键是如何确定最危险滑动面的位置并计算与之相对应的安全系数。由于传统的极限平衡分析方法很容易陷入局部极小值而不能找到真正的最危险滑裂面,因此采用瑞典条分确立土坡分析模型,用遗传算法搜索土坡最危险滑动面,进而求得土坡最小安全系数。该方法模拟了生物遗传进化的过程,克服了传统方法的局限性。通过和面积细分法所搜索的最危险滑动面和计算得到的土质边坡安全系数作对比,可得遗传算法在土质边坡稳定分析中具有较高的精度与可靠性。遗传算法可以很好地解决如何寻找土质边坡整体极值的问题。工程应用实例表明,遗传算法分析土质边坡的稳定性效果良好,具有很好的应用前景。     

框架预应力锚杆边坡支护结构稳定性分析

以极限平衡理论及框架预应力锚杆边坡支护结构的滑动面破坏模式为基础,采用毕肖普法,并考虑竖向条间剪力对滑移面抗剪强度的影响,建立了边坡最危险滑移面的搜索模型,并推导了稳定系数的求解公式。运用遗传算法对支护结构最危险滑移面进行动态搜索和确定,计算其稳定性系数。该方法避免了在优化设计中陷入局部最小值的缺点,更具有有效性和准确性。     

运用遗传算法求解土钉支护结构的整体稳定性系数

以土钉支护结构整体稳定性计算的圆弧滑动简单条分法为基础,运用遗传算法对北京某大厦基坑的土钉支护结构最危险滑移面的位置进行了动态搜索与确定,并计算了其稳定系数。结果表明基坑边坡在实施土钉支护后,其最危险滑移面将后移,同时表明遗传算法能够较准确地确定土钉支护结构最危险滑动面及其相应的整体稳定性系数,且可在优化设计中避免陷入局部最小值,证明了该方法的有效性和准确性。     

考虑张拉-剪切渐进破坏的边坡矢量和法研究

针对边坡渐进破坏过程中岩土体强度参数不断劣化现象,采用应变软化模型代替传统的理想塑性模型,提出一种考虑张拉?剪切渐进破坏的边坡矢量和分析方法。从安全系数表达式与最危险滑动面搜索两方面进行研究,首先基于滑动和力的矢量特性,改进矢量和法滑动趋势与安全系数表达式,进而基于改进自适应遗传算法搜索边坡最危险滑动面。算例表明,采用应变软化模型时的矢量和法安全系数与最危险滑动面形态具有动态变化与调整的特性。该基于张拉-剪切应变软化模型的计算方法进一步扩展了边坡矢量和分析法。     

基于GA与SVM的最危险滑动面识别

结合支持向量机与遗传算法,提出了一种边坡最危险滑动面识别的新方法。这种方法基于正交设计和极限平衡分析获得学习样本,通过支持向量机学习,从而获得最危险滑动面与安全系数之间的非线性映射关系,再用遗传算法从全局空间上搜索,进行最危险滑动面的识别,并同时获得对应的最小安全系数,该方法计算速度快、效率高。给出了两个算例,结果是令人满意的。     

利用潘家铮极值原理与和声搜索算法进行土坡稳定分析

基于潘家铮极大极小值原理,结合和声搜索算法提出了一种土坡稳定分析的新方法。对给定的滑动面,利用和声搜索算法寻找出能使该滑动面具有最大抗滑稳定安全系数的内力分布,其间可以考虑土条发生局部破坏后的内力调整过程。同样利用和声搜索算法搜索出土坡最危险的滑动面。将该法应用于简单土坡、复杂土坡的稳定分析中,与传统方法计算结果的比较证明了新方法的合理和适用性。     

基于改进遗传算法的地下空区边坡稳定性分析

以边坡稳定性计算的非圆弧滑动面条分法为基础,提出一种改进的遗传算法。在无需对边坡最危险滑动面的几何形状进行假设的前提下,自由搜索最危险滑动面及其对应的最小安全系数。通过工程实例,将改进方法与其他方法进行对比分析,结果表明：该方法不仅准确可靠,而且总能搜索到全局最优解。该实例也表明：在其他条件不变的情况下,地下空区是导致边坡失稳的主要因素。     

地震荷载作用下土钉支护边坡稳定性拟静力分析

在极限平衡分析框架内,使用滑动面搜索新方法和圆弧滑动面方法对地震作用下的土钉支护边坡进行稳定性分析。考虑地震作用时,采用拟静力分析方法,并根据不同的条分模式,推导出水平地震动态分布系数的计算公式。针对地震效应下圆弧滑动面竖直条分法的不足,采用水平和竖直条分法相结合的改进方式。通过算例对比分析,并研究土钉支护间距与不同地震烈度条件下土钉长度的变化对边坡静力和动力稳定性的影响,结果表明,滑动面搜索新方法计算得的最小安全系数与圆弧滑动面方法的计算结果颇为接近,且比以往研究成果要小,可说明滑动面搜索新方法的可行性;在土钉支护边坡的静力和动力稳定性分析中,滑动面搜索新方法计算得的临界滑动面与临界圆弧滑动面接近,但表现出非圆弧特性;在一定程度上可减小土钉支护间距和增大土钉长度,可有效地改善土钉支护边坡在地震作用下的稳定性。     

基于土体强度冗余法的桩锚支护结构动态稳定性分析

滑裂面的搜索方法及安全系数的计算理论是深基坑桩锚支护结构稳定性分析理论的基础。传统圆弧滑动法在分析抗滑力矩的过程中,滑裂面法向应力的计算存在过多假设;且在通过网格搜索法确定最危险滑裂面圆心的过程中,粗糙网格的搜索结果误差较大,精细网格的搜索效率较低。基于以上问题,提出了分析基坑动态稳定性的土体强度冗余法,并采用了可提高精细网格搜索效率的自适应网格搜索法。通过算例将土体强度冗余法、滑动面应力法及圆弧滑动法的计算结果进行对比。计算结果表明,滑动面应力法高估了对滑裂面附近土体的抗剪强度,圆弧滑动法不能考虑土方开挖对桩后土体抗剪强度的削弱作用,土体强度冗余法能合理反映基坑的整体稳定性。     

Critical Slope and Plasticity

ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＤｅｓｐｉｔｅｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｅｌａｓｔｉｃ－ｐｌａｓｔｉｃ－ｖｉｓｃｏｕｓｎｕｍｅｒｉ－ｃａｌｍｅｔｈｏｄｆｏｒｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｓｌｏｐｅｓ,ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｂａｓｅｄｏｎ...     

圆弧滑动边坡改进条分法的数值分析

结合传统极限平衡方法和现代极限平衡方法,对圆弧滑动边坡进行垂直条分,将条块间的作用力一般化,提出了基于圆弧滑动的改进条分法。建立了圆弧滑动边坡的力学计算式,确定了一般化的条间力影响系数和边坡安全系数的关系式。运用数值计算和迭代程序,得出滑体分别在力平衡和力矩平衡下的安全系数随条间力影响系数变化情况,从而定量地描述了边坡稳定状态。结果表明,圆弧滑动垂直条分改进方法反映了滑动面和垂直面相互影响情况,数值计算简便,而且精度较高。     

The effects of method of generating circular slip surfaces on determining the critical slip surface by particle swarm optimization

The main objectives of slope stability analysis are evaluating factor of safety for a given slip surface and determining the critical slip surface for a given slope. Factor of safety is usually calculated by limit equilibrium method. The main steps to determine the critical slip surface are generating trial slip surfaces as probable solutions and searching among them to determine the one with the lowest factor of safety. Although the process of searching the critical slip surface received much attention between researchers, the significance of method of generating slip surfaces is seldom addressed in the literature. The authors believe that this ignorance can affect the accuracy of the results of slope stability analysis even in the simplest problems with circular slip surfaces. Consequently, this paper focused on the method of generating circular trial slip surfaces as the simplest mechanism of sliding and considered its effect on determining the critical slip surface. A new method of generating circular slip surface was presented, which is more efficient and less restricted than the conventional method. A computer program was also developed to determine the critical slip surface of slopes by using particle swarm optimization. The performances of the proposed method and developed computer program were verified during comparative studies and sensitivity analysis. Based on the results, the effect of method of generating circular slip surfaces on determining the critical slip surface was confirmed successfully. In all considered problems, the proposed method of generating circular slip surfaces led to the lower values of factor of safety compare with the conventional method.     

基于滑面段旋转的Monte Carlo搜索技术及改进(Ⅰ):转角大小随机

对Abdallah I．Husein等人提出的Monte Carlo搜索技术进行了改进；（1）增加了若干条几何合理性条件；（2）增加了防止节点重合的机制；（3）通过确定滑面段旋转角的上、下限，使其能够适用于上凸型滑面；（4）增加了节点数调整机制，以使搜索到的临界滑面更光滑。算例分析表明，改进后的算法不但保持了原方法的优点，而且更实用，临界滑面的自动搜索变得更为可靠与稳定，并将此算法纳入到自主研发的ZSlope边坡稳定分析软件中。     

圆弧滑动有限元土坡稳定分析

提出一种基于有限元应力变形计算的边坡稳定分析方法,仍假定滑动面形状为圆弧形,有限元网格由一组同心圆作为纬线,一组竖向线为经线构成。对两相邻圆弧线所夹的弧形带分析滑动力和抗滑力,建立平衡方程,确定安全系数,其中小值安全系数对应的弧形带为可能的滑动带。变化圆心位置用优选方法寻找最小安全系数对应的圆心,从而得出真正的滑动面。算例分析表明,该方法计算所得安全系数与Bishop法接近,是合理的,其突出优点是由有限元计算直接得出滑面上的应力,而不须作近似的插值处理,因而应力更准确。该方法可以考虑土的非线性变形特性,也更符合土的实际情况。此外,用有限元计算得出位移,亦可将稳定分析和变形联系起来,为现场通过位移监测来估计边坡的稳定性提供了可能性,同时也为膨胀土边坡的稳定分析中考虑膨胀性的影响提供了可能性。     

土钉墙内部稳定性分析自适应禁忌变异遗传算法

针对土钉墙内部稳定性分析问题,提出一种能同时确定土钉墙任意形状最危险滑动面及相应安全系数的全局优化算法。首先,基于边坡极限平衡法中的Morgenstern-Price法,考虑土钉的加固作用,推导土钉墙安全系数计算公式。然后,分析简单遗传算法（SGA）和禁忌搜索算法（TSA）的不足,引进自适应遗传算法（AGA）,用禁忌变异算子替换自适应遗传算法中的标准变异算子,提出一种新型的混合优化算法--自适应禁忌变异遗传搜索算法（ATMGA）,并将其应用到土钉墙内部稳定性分析领域,建立土钉墙任意形状临界滑裂面稳定性分析优化算法。算例分析表明,（1）与单纯的SGA、TSA以及AGA相比,文中ATMGA法搜索效率高、收敛速度快且能准确地搜索到土钉墙最危险滑动面及其相应的最小安全系数;（2）土钉支护前、后临界滑面位置相差较大,建议在实际工程中对支护后基坑的临界滑面以及相应的安全系数进行重新搜索。     

土质边坡空间临界滑动面搜索的优化算法

将二维均质土坡作为平面应变问题,假定滑动面是一个圆弧,将滑弧圆心与半径转变为后缘剪入点、坡脚剪出点和过后缘点滑弧切线与x轴的交点等3个点的横坐标,然后以这3个参数为变量,给定合理的取值区间,应用黄金分割法搜索二维边坡的最小稳定系数及相应的临界滑动面。进一步假定均质土坡的三维空间滑动面为一旋转椭球体,旋转椭球体的竖向中轴面和二维的圆弧面一致,给定椭球体不同的水平轴半径值,采用以上二维滑动面搜索方法可求出不同水平半径所对应的三维最小稳定系数及相应的椭球面。结果表明：边坡的三维稳定系数没有极小值,但有极限值;对于横向延伸长的无限边坡,三维稳定系数逼近二维稳定系数,当旋转椭球长轴与短轴之比大于3时,二者很接近,边坡稳定性可简化为二维来分析;对于受地形、地下水等条件约束的短边坡,三维效应明显,在考虑实际边界条件的情况下按三维来分析。     

挡土墙主动土压力塑性临界深度的解析解

墙后塑性区的临界深度问题一直没有得到很好解决,传统计算公式仅适用于一些特殊情况。基于极限平衡理论,视墙后填土为服从Mohr-Coulomb屈服准则的理想弹塑性材料,假定塑性区的一族滑移线为直线即平面滑裂面,提出弹性覆盖层取代传统的张拉裂缝,建立了较为完善的滑楔分析模型,采用极限平衡法推导了在一般情况下的塑性临界压力、临界深度以及塑性区可能最大深度的解析解。计算结果表明,塑性临界深度的解析解与目前文献采用迭代计算的结果完全一致,传统计算公式是该解析解的一个特例。     

双圆盾构隧道施工引起的地面沉降预测

将随机介质理论应用于双圆盾构隧道施工引起的地面沉降计算,假定开挖后土体移动模式为不均匀收敛,推导了土体损失引起的地面沉降计算公式。算例分析结果表明：预测结果与实测值比较吻合;双圆叠加模型计算结果明显偏大,原因是没有考虑双圆盾构重叠部分减少的土体开挖面积,仍按两个单圆的土体开挖面积来计算,导致土体损失量比实际大;将双圆叠加模型计算结果按实际土体开挖面积相应折减,发现其计算结果仍比实测值大,表明双圆盾构隧道不能简单地采用两个单圆叠加得到。对双圆叠加模型进行修正,提出修正系数取值,修正后的双圆叠加模型计算值与实测值较吻合。     

基于小生境遗传算法软土地基上加筋路堤稳定性分析

在软土地基加筋路堤稳定性分析方法中,传统分析方法(如瑞典法和荷兰法)因对加筋材料的加筋作用估计不足,导致计算结果过于保守,与实际不符。本文在充分考虑加筋体的加筋作用下,提出了新的加筋路堤稳定性分析计算方法,并采用小生境遗传算法搜索临界滑动面和最小安全系数。算例计算结果表明,本文提出的加筋路堤稳定性分析方法与工程实际情况吻合较好,并且小生境遗传算法能有效地搜索到边坡所有的临界滑动面。