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。     

基于随机响应面法的边坡系统可靠度分析

提出了一套基于随机响应面法的边坡系统可靠度分析方法。该方法首先从大量潜在滑动面中筛选出代表性滑动面。针对每条代表性滑动面,采用Hermite多项式展开建立其安全系数与土体参数间的非线性显式函数关系（即随机响应面）。然后,采用直接蒙特卡洛模拟计算边坡系统失效概率。在蒙特卡罗模拟中,采用所有代表性滑动面的随机响应面计算每一组样本所对应的边坡最小安全系数。最后,以两个典型多层边坡系统可靠度问题为例验证了该方法的有效性。结果表明：文中提出的边坡系统可靠度分析方法能够有效地识别边坡代表性滑动面,具有较高的计算精度和效率,并且确定代表性滑动面时无需计算滑动面间的相关系数。同时该方法可以有效地计算低失效概率水平的边坡系统可靠度,为含相关非正态参数的边坡系统可靠度问题提供了一条有效的分析途径。此外,多层边坡可能同时存在多条潜在滑动面,基于单一滑动面（如临界确定性滑动面）或者部分代表性滑动面进行边坡系统可靠度分析均会低估边坡失效概率。     

一种边坡多滑动面搜索的新方法

近年来关于边坡最危险滑动面的搜索的研究方法主要集中在算法的优化方面,事实上对边坡内次级潜在滑动面的搜索也有必要,而目前相关研究并不多。本文提出一种在FLAC-3D中通过控制强度折减法中的折减系数来实现多条滑动面搜索的新方法,并通过算例来说明。同时采用Bishop法与该方法作对比分析,结果表明两者的计算结果十分接近,局部边坡安全系数误差不到1%,整体边坡安全系数误差不到4%,由此论证了该方法的合理性和可行性。     

基于局部强度折减法的边坡多滑面分析方法及应用研究

边坡最危险滑动面的搜索方法一直是研究的热点,但边坡内部次级滑动面也可能不满足安全设计要求,因此,考虑边坡多条滑动面的分析方法亦应得到关注。在传统强度折减法中,对边坡整个区域的抗剪强度参数进行折减,此方法仅可得到一个临界滑动面和最小安全系数。提出了一种基于局部强度折减法的多滑面分析方法,即首先定义单元安全系数的概念,并且计算边坡每个单元的安全系数,然后自动搜索出单元安全系数处于不同范围内的单元集合,对各个单元集合的强度参数进行折减计算,即可得到不同安全系数对应的滑动面。通过单台阶和双台阶边坡算例验证了该方法的可行性,结果表明,随着安全系数的增大,潜在滑面的深度和潜在滑动区域亦增大。最后把该方法应用到某隧道进口仰坡的稳定性评价中, 通过该方法得到的多级滑动面与现场监测数据吻合较好。     

蒙特卡洛法与有限元结合搜索边坡临界滑动面

把蒙特卡洛随机搜索法与有限元法相结合,搜索边坡的临界滑动面及其对应的最小安全系数.通过随机跳跃法生成一定数量的初始试算滑动面,根据有限元分析的应力和孔隙水压力结果计算给定滑动面的安全系数,利用随机走步法不断更新试算滑动面,使试算滑动面安全系数不断减小,最终确定边坡临界滑动面及其对应的最小安全系数.本方法通过随机搜索,克服了大多数常规优化方法易陷入安全系数局部极小的问题.数值算例分析说明了本文提出的确定边坡临界滑动面的方法的有效性和优越性.     

基于能量定义的边坡临界滑动场方法

边坡临界滑动场法是最近发展起来的边坡稳定性计算方法,通过定义外力功与内能耗散之差为剩余功。基于能量定义的边坡临界滑动场模拟的主要思路为：给定一个安全系数,寻找最大剩余功对应的滑动面,变换安全系数直到所得最大剩余功为零,其对应的滑动面即为临界滑动面,相应的安全系数即为最小安全系数。通过两个典型土坡算例分析证明了该方法的有效性,与传统的临界滑动场相比,该新方法不再需要条间力假定,计算简单。     

一种基于位移场分析的临界滑动面确定方法研究

安全系数的计算和临界滑动面的确定是边坡稳定性分析的两个组成部分,强度折减法可以得到合理的安全系数,但却不能准确刻画临界滑动面的位置。基于对滑动现象的认识,提出了一种基于位移场分析的临界滑动面确定方法,认为当边坡处于临界状态时,其潜在滑动面附近的位移等值线最为密集,潜在滑动面上的点往往是在深度方向上沿垂直滑面的位移变化率达到最大值的位置。将本文方法与Spencer法、岩质边坡模型试验进行了对比,验证了该方法在曲线和折线滑动面搜索方面的适用性和可靠性。同时,探讨了单元形状、疏密程度、离散点间距等因素对滑动面的影响。     

三维边坡最不利滑裂面的遗传算法搜索

将遗传算法引入到三维边坡稳定分析中。由于三维边坡滑裂面的复杂性,需对滑裂面作适当简化。认为滑裂面为椭球面,用7个控制参数来模拟生成滑裂面,再运用遗传算法来搜索滑坡的最不利的滑裂面。对于存在确定滑裂面的滑坡,7以将此滑裂面作为整体滑裂面,计算其整体稳定安全系数,然后在整体稳定的基础上,运用遗传算法搜索滑坡内部的最不利滑裂面,得出滑坡最小的稳定安全系数。     

水平条分法下边坡稳定性分析与计算方法研究

极限平衡水平条分法较适用于成层岩土边坡,但较竖直条分法尚有不足之处。通过研究水平条分与竖直条分中条间力的关系,建立起水平与竖直条分法相对应的条间力假设条件;并针对水平条分法遇到滑动面存在弓形体时,采取水平条分和斜条分相结合的模式进行处理。在此基础上,推导出了瑞典法、简化Bishop法、简化Janbu法和Morgenster-Price（M-P）法在水平条分时的安全系数计算公式,其中,根据满足条件不同,得到了瑞典法的两种不同安全系数计算公式,并根据以往研究成果将一般简化Janbu法进行改进。当使用任意曲线和圆弧滑动面两种型式时,通过算例对比分析,验证了对水平条分法所做研究的可行性。同时,也表明了两种瑞典法得到的结果是一致的,改进的简化Janbu法在边坡稳定性分析上较一般简化Janbu法更优。     

基于结构面网络模拟的节理岩质边坡可靠性分析

在节理岩质边坡的稳定性分析中,往往很少考虑结构面的随机分布特征。结构面网络模拟能较好地模拟结构面的随机分布,因此,本文将结构面网络模拟应用于节理岩质边坡的稳定性分析中。首先,运用岩体结构面网络模拟技术,建立岩质边坡的结构面网络模型。然后,将模拟的结果与有限元强度折减法相结合求取边坡的安全系数。最后,对边坡进行一定次数的结构面网络模拟并得到对应的安全系数,进而进行节理岩质边坡的可靠性分析。工程实例结果表明:(1)节理岩质边坡的稳定性主要受坡面附近结构面的数量及切割组合关系影响,结构面的数量越多,连通情况越好,则边坡稳定性安全系数越小; (2)该边坡的平均稳定性安全系数为3.06,失效概率为5%,表明该边坡有较高的可靠性,这与实际情况比较一致。本文的分析方法主要考虑了结构面的随机分布特征,能为节理岩质边坡的稳定性分析提供一条新的思路和方法。     

考虑岩桥破坏的块体稳定性分析方法

经典块体理论在进行块体可移动性分析和稳定性计算时是分步独立进行的,默认不可移动块体是稳定的,对不可移动块体不再进行稳定性分析。实际工程中,某些阻碍岩石块体运动的“岩桥”可能发生破坏,使得不可移动块体发生滑动。当块体的规模比较大时,在重力作用下破坏局部岩桥的可能性会增高。文中提出一种考虑岩桥破坏的块体稳定性分析方法,不再默认不可移动块体绝对稳定,计算块体稳定系数时,将阻碍块体移动的岩桥的抗剪切力纳入到块体的抗滑力中。该方法首先找出块体所有可能的滑动面和裂隙交线,识别块体沿每一个方向运动时需要破坏的岩桥,基于摩尔-库仑强度准则计算出块体沿每个方向运动时的稳定系数,然后,选取最小的稳定系数作为块体的实际稳定系数,最小稳定系数对应的方向即为块体最有可能的运动方向。     

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。     

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。     

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。     

基于矢量分析方法的边坡下滑推力计算

边坡抗滑稳定分析一直都是岩土力学与工程中的重要研究方向之一,研究成果众多。针对规范不平衡推力法在实际工程应用中的不合理现象,根据边坡抗滑稳定矢量和分析方法原理,提出了基于矢量分析的边坡矢量下滑推力计算方法,推导了二维及三维边坡强度储备型和超载储备型矢量下滑推力表达式。采用矢量分析方法计算了两个二维算例及一个三维算例的下滑推力,二维算例结果表明：矢量下滑推力方向受滑面倾角变化影响较剩余下滑推力小,矢量下滑推力在滑面不同位置处的变化比剩余下滑推力光滑,避免了剩余下滑推力精度受折线形滑面倾角变化影响过大的问题,当滑面为单折线时矢量下滑推力与剩余下滑推力相同。三维算例结果与对边坡稳定的已有认识保持一致。最后,采用这两种方法对西部某工程滑坡的下滑推力进行了分析,计算中主要考虑3种工况,分别为自重、暴雨和地震工况。结果表明,矢量下滑推力较剩余下滑推力有很好的改善。探讨了矢量下滑推力较剩余下滑推力的进步之处。     

边坡锚固力计算方法及工程应用

假定滑面正应力分布为含2个待定参数的拉格朗日插值函数,推导出含锚固力作用的滑体水平力、垂直力和力矩平衡方程,直接得到满足给定安全系数要求的锚固力系数解析解。这种锚固边坡计算方法克服了传统方法导致滑面正应力突变的缺点,且计算过程极为简便,并成功应用于实际边坡加固工程。     

均质边坡稳定性极限曲线法

基于滑移线场理论,按边坡坡面变形量评价其稳定性,提出均质边坡极限曲线法。该法是求有重边坡极限荷载的逆过程,也是强度折减法的对偶过程。以特征线法差分方程组（SCM）和试验方程近似公式（CCM）求得的极限坡面曲线与坡面线相交为变形破坏准则,定义了安全度（DOS）和破坏度（DOF）2个评价指标。该方法不必假设和搜索临界滑动面。经典考题和典型算例的验算表明,随着节点的增加SCM法计算精度增加,边界步长不变时,3次样条插值求得的变形破坏准则判断值不变,说明SCM算法稳定。典型算例的计算数据和图例表明,边坡角变大时边坡稳定性降低,极限坡面曲线与坡面由无交点变为有交点,证明了变形破坏准则的正确性。由2个例题计算结果对比可知,安全系数较大时,SCM法、CCM法计算结果与其具有可比性,相对于原边界条件增加了外荷载;安全系数变小时,SCM法、CCM法偏于保守。34个样本计算正确率为安全系数法67.7%,应力状态法73.5%,CCM法79.4%,SCM法70.6%,表明SCM法和CCM法正确率较高,计算结果可靠,SCM法、CCM法因素敏感性分析结论与安全系数法完全一致。在露天矿边坡稳定性和最终边坡角的分析与计算中,SCM法、CCM法结论与原报告相同,当参数变小时CCM法更有利于实践,具有一定的工程应用价值。     

路堑边坡传递系数法与改进

传统的边坡稳定性系数计算方法假定滑坡块条间相互作用力方向与上一块条底滑面的方向相同,但当滑面较陡与较缓或有地下水作用时,条间力方向不能保证一直与底移滑面方向相同,从而使计算有所偏差.为此提出了改进的传递系数法,推导出静水和动水作用情况下传递系数法的计算公式.最后通过新传递系数法对假定边坡稳定性系数进行计算,并与其他稳定性系数计算法计算出的系数进行对比,结果显示改进的传递系数法具有一定的精度及可靠性.     

土钉墙内部稳定性分析方法改进

现有土钉墙滑动面的确定方法大多假定圆弧滑动面通过坡脚,但事实并非如此。文中总结了实际中可能出现的圆弧滑动面的4种类型,利用圆弧滑动面圆心坐标与圆弧上3个位置参数的关系建立了不通过坡脚的土钉墙最危险滑动面的搜索方法。根据土钉墙滑动面的类型,讨论和完善了建筑基坑支护技术规程中土钉墙整体稳定安全系数计算公式。在3个算例中将不同方法得到的滑动面和整体稳定安全系数进行对比分析,结果表明文中方法得到的滑动面与其他方法结果接近,说明文中方法的可行性;部分情况下文中得到的滑动面不通过坡脚,而传统方法假定滑动面通过坡脚,二者计算偏差较大;对于除传统方法得到的滑动面之外的3种滑动面类型,在相同滑动面条件下完善后的公式由于考虑了部分土体重力沿滑动面切向的抗滑力作用,计算出的整体稳定安全系数稍大。     

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。