三维极限平衡法边坡稳定性分析研究

该文提出了土坡稳定性分析的三维极限平衡分析方法，根据三维普通条分法的基本原理，推导了三维极限平衡法稳定安全系数的计算模型和计算公式。同时进行了工程实例验算，稳定安全系数两种方法计算结果对比发现，三维极限平衡法计算的稳定安全系数均高于二维平面法，三维法计算结果更接近真实性(二维法偏于保守)。     

基于滑动面应力假设下的三维边坡稳定性极限平衡法研究

基于滑动面法向应力的简单计算模式及Mohr-Coulomb强度准则,多个计算参数被使用对滑动面应力进行合理假设,并依据三维滑动体所满足的静力平衡条件,推导三维边坡稳定性极限平衡解答。同时,在三维边坡稳定性分析中,以往研究成果被采用对滑动面剪应力方向进行假定,且基于所采用极限平衡方程数目的不同,由此实现三维边坡极限平衡非严格法、准严格法和严格法。经与经典算例对比,验证了方法的可行性,并分析了三维非对称滑动体时非严格法、准严格法和严格法之间所得结果的差异。研究表明:非严格法所得计算结果偏小,其分析得到的边坡稳定性较为保守;准严格法与严格法计算所得结果接近,故采用不完全满足滑动体所有静力平衡条件的准严格法同样能得到较为可靠的安全系数。此外,所提方法构建了合理的滑动面应力假设,且求解过程简单,无需迭代计算,便于编程,从而利于工程应用。     

边坡稳定性分析Spencer法的改进

基于经典土压力理论确定土条推力线位置,由力矩平衡方程可得土条间侧向作用力合力间的关系,考虑当土条宽度足够小时端点土条侧向作用力合力平行于该土条顶面的条件,结合边界条件求解得到中间段土条作用力合力P_i及其与水平方向夹角θ,代入安全系数定义式中进而求解得到安全系数值。该法从设定合理土条推力线位置出发求解θ,消除了Spencer法对θ假定的盲目性和复杂性,通过对端部土条θ值的固定,使得计算结果更接近于真实解。经算例验证,该法具有计算简单、可靠性强等优点。     

基于Spencer法的边坡稳定性可靠度指标分析

在边坡可靠度分析中,考虑Spencer方法计算模型的不确定性,推导出Spencer方法安全系数模型修正系数的概率密度函数,引入了随机场局部平均理论用于分析边坡中土性参数的空间相关性,并在此基础上提出了一种改进的边坡可靠性指标计算方法。     

边坡三维极限平衡法的通用形式

基于以下假定条件:(1) 稳定系数定义为材料的强度折减系数;(2) 土体为刚体,底滑面服从Mohr-Columb强度破坏准则;(3) 微条柱底部法向力dNz的作用点处于条柱底部中点;(4)滑面剪力与底滑面和xoz平面交线的夹角为。本文建立了边坡三维极限平衡法的通用形式,通过给定不同的限制条件,可分别得到三维普通条分法 、三维简化毕肖普法 、三维简化简布法 、三维Spencer法 等三维极限平衡的具体算法。     

基于改进极限平衡法的多级均质黄土边坡稳定性分析

针对多级均质黄土边坡稳定性分析这一工程问题,给出了一种系统的分析方法。建立了多级黄土边坡整体破坏模式下与局部破坏模式下坡脚圆、中点圆等可能的破坏机构;基于改进极限平衡法,推导出各破坏机构对应的边坡安全系数解析式,进一步采用最优化方法来确定整体破坏模式下与局部破坏模式下各破坏机构所对应的边坡稳定安全系数极小值;给出了系统地进行多级黄土边坡稳定性分析的流程来确定边坡的最小安全系数及临界滑移面。通过算例验证表明:该方法边坡稳定性分析结果与传统条分法极为接近,两者最小安全系数相对偏差不超过-5%,确定的临界滑移面基本一致。该方法可广泛适用各类多级均质黄土边坡乃至单级边坡,可对边坡稳定性分析达到全面精准的效果提供一定的参考。     

裂隙黄土边坡三维稳定性极限分析

黄土边坡中竖直裂隙的发育往往会对边坡稳定产生影响。相对于平面应变机制,建立三维破坏机制下边坡稳定性分析方法更能接近实际边坡失稳情况。基于塑性极限分析上限法,考虑预先存在竖直裂隙的三维黄土边坡不同破坏机制（坡面破坏、坡脚破坏和坡底破坏）,建立能量平衡方程及其无量纲临界高度值γH/c表达式,采用随机搜索法得到了临界高度的上限解。分析了约束宽度、边坡坡度、内摩擦角以及裂隙深度对三维竖直裂隙黄土边坡临界高度值的影响。结果表明：对于坡脚破坏机制,临界高度值随着裂隙深度的增加而减小,减小至临界裂隙深度 (δ /H)_min后,裂隙深度的增加不再影响临界高度值;临界裂隙深度随着坡度β 的增大而增大,随着内摩擦角φ 的增大而减小。当约束宽度B/H<0.8时,大多数破坏机制为坡面破坏。当约束宽度B/H=0.8、内摩擦角φ =10° 及约束宽度B/H=0.6、内摩擦角φ =15° 时,边坡的破坏从坡面破坏机制逐渐过渡到坡脚破坏机制。存在竖直裂隙的黄土边坡比完整边坡具有更小的临界高度,约束宽度及内摩擦角会对三维黄土边坡破坏机制产生影响。     

用有限元极限平衡法分析边坡的稳定性

用有限元分析为基础的极限平衡法计算了边坡安全系数,并将结果与摩尔-库仑屈服准则、外接圆D-P屈服准则强度折减法得到的结果、以及Spencer（极限平衡）法的结果进行了比较,结果表明,有限元极限平衡法计算的边坡安全系数与摩尔-库仑屈服准则强度折减法和Spencer法的结果很一致,而D-P准则强度折减法得到的结果偏差较大。叙述了存在已知滑动面和不存在滑动面时有限元极限平衡法的计算方法。用大型通用有限元软件,如ANSYS等,可方便地进行这种方法的边坡安全系数的计算,并有足够的精度。     

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。     

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。     

岩质边坡稳定性分析中极限平衡法与有限元法的对比

根据工程实例 ,对一公路岩质边坡稳定性采用极限平衡法与有限元法分别进行计算 ,对比二者之间的差异 ,分析产生差异的原因。在安全系数的选用上提出了建议。     

基于GRASS GIS与TIN滑动面的边坡三维极限平衡方法研究

基于开源地理信息系统(GRASS GIS),建立三维极限平衡Hovland模型,研究了边坡稳定性计算方法。采用空间平面投影方法对椭球滑动面中各组成单元面积计算方法进行改进,提高了计算效率。考虑边坡主滑方向与各单元倾向之间的关系,给出了能反映正负变化的滑动面各单元安全系数表达式。通过引入约束Delaunay三角形剖分方法与网格优化算法来生成滑面不规则三角形格网(简称TIN)模型,弥补了Grid模型在滑动面边界准确表达方面的不足。相比Grid模型,在相同网格分辨率条件下,TIN滑动面获得的边坡整体安全系数更加接近正确解,能够有效提升计算精度。通过考题与工程实例,对所提方法与程序模块的正确性进行了验证。结果表明,通过分析滑动面上各单元的安全系数,可以进一步划分不稳定区域与阻滑区,能够为滑坡治理措施的制定提供重要参考。     

含软弱夹层边坡的三维稳定性极限分析

边坡的三维稳定性分析比其二维平面应变模型在理论上更能反映边坡的实际情况。为研究软弱夹层对边坡稳定性的影响,引入三维圆锥体平动破坏机构和牛角状螺旋圆锥体转动破坏机构,建立三维转动-平动组合破坏机构,并通过平面插入的方法实现破坏机构沿边坡的纵向拓展以便用于任意长度的边坡稳定性分析。结合算例分析,通过与弹塑性有限元数值模拟结果进行对比,验证了本文方法的有效性。分析表明,组合破坏机构能够很好的用于含软弱夹层边坡的稳定性分析并为实际工程提供一个简单有效的设计方法。     

基于非线性统一强度理论下的边坡稳定性极限平衡分析

在边坡稳定性分析中,常采用的强度准则一般较少考虑中主应力对边坡破坏效应的影响,然而岩体的实际应力状况表明中主应力存在,且中主应力对边坡岩体的强度潜能发挥起着重要作用。基于考虑中主应力的统一强度理论下的Hoek-Brown(简称H-B)准则,通过对滑动面上的应力进行假设,并采用泰勒级数简化统一强度理论下的H-B准则表达式,然后根据滑动体满足所有静力平衡条件求解滑动面上的应力,进而得到边坡的安全系数。当中主应力影响系数b=0时(即为基本H-B强度准则),与等效的线性Mohr-Coulomb(简称M-C)强度准则下的瑞典法1、简化Bishop法、Spencer法和Morgenstern-Price(简称M-P)法以及基于统一强度理论下的瑞典法2进行算例对比分析,验证了方法的可行性。同时,以边坡的坡高H、坡角β和b为变量进行参数分析,研究表明:b增大(即中主应力对边坡的破坏效应影响越大)时,计算所得的安全系数增大,由此表明基本H-B强度准则下分析所得的边坡稳定性偏于安全。另外,由于提出的方法能够满足滑动体的所有静力平衡条件,且对未考虑条间作用力影响所得滑动面上的初始正应力进行了修正,故此方法较瑞典法2所得结果要大且更为严格。     

基于GIS边坡稳定三维极限平衡方法的开发及应用

由于GIS强大的功能从一般的数据存储到复杂的空间分析及图形显示,在岩土工程分析中亦必将成为一个常用工具。本文研究基于GIS栅格数据和4个边坡稳定三维极限平衡模型,开发了一个GIS扩展模块用于边坡三维安全系数计算。考题和实例计算表明了该模块的正确性和便利性。     

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。     

降雨入渗非饱和黏土边坡稳定性的极限平衡条分法研究

考虑非饱和黏土边坡的基质吸力和渗流力,根据水位线位于滑面上、下的临界平衡状态,分别建立了滑体条块极限平衡状态下力和力矩平衡式,获得了降雨条件下非饱和黏土边坡稳定性的极限平衡条分法计算式。通过试验、参量变换以及作用力的位置关系可以确定相关参量,并采用数值计算求解临界平衡状态下滑体条块的相互作用力系数和非饱和边坡安全系数。案例结果表明：考虑渗流力时的非饱和黏土边坡安全系数比不考虑渗流力的安全系数降低约13.8%,且考虑渗流力作用的条间力作用系数变化率明显大于不考虑渗流力的结果;当降雨强度超过一定值时,坡面径流很快形成,边坡出现不稳定的时间基本相同。     

GIS数据用于复杂边坡三维极限平衡稳定分析

利用基于GIS（Geographic Information System,地理信息系统）栅格数据的三维极限平衡分析模型,可以充分考虑边坡的三维复杂空间特性。经过数据的获得、数据的处理、模型的建立和稳定性分析,不但给出了边坡的三维安全系数,而且给出了危险滑动面上的滑动力分布矢量图。结果表明,滑动面上力的分布极不均匀,呈现明显的复杂空间特性。     

基于非均质边坡强度折减法的三维桥基边坡稳定性分析

基于场变量的强度折减法,以三维一般边坡和陡边坡作为算例模型,对非均质边坡的折减范围进行研究。研究中借鉴某学者研究成果,在ABAQUS中对岩体材料的抗剪强度参数( )和抗拉强度参数T同时进行强度折减,并结合目前边坡失稳判据存在的不足,提出采用坡体内关键部位特征点位移增量 与强度折减系数增量 之比值 和强度折减系数 关系曲线的突变点来确定边坡的临界失稳状态。结果表明,对于一般边坡,只有当黏聚力相差不大的情况下,对黏聚力较小土层实施局部折减才能得到合理的安全系数,对于坡体内存在岩质相差较大的边坡建议采用整体强度折减,相反对于高陡三维边坡而言对相对较软的岩体进行局部折减可以得出较为可信的结果。通过与传统特征点位移法判据相比较,验证了 法的实用性和合理性,同时基于该判据计算出桥基边坡运营期间的安全系数,可为岸坡治理提供理论依据。。     

基于离散元法对边坡二维极限平衡法的探讨

边坡稳定性分析的极限平衡法是要做一定假设的。本文考虑了离散元与极限平衡法基于刚体理论的相似性,用离散元法计算出极限平衡法中的各个计算分量值,然后代入到常用极限平衡法中分析计算,根据离散元法的计算结果讨论了各极限平衡法中各种假设的合理性,为极限平衡法的计算提供了一个新思路。结果表明Bishop法与离散元法的计算结果比较接近,是本文经过离散元法计算后所推荐使用的方法。