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。     

土质边坡三维可靠度分析

基于空间随机场理论,利用局部平均法研究空间各向异性的土坡的可靠度问题,推导出相应计算公式,并通过计算边坡的最大破坏概率来进行滑坡的空间预测。     

随机场理论在边坡工程可靠度分析中的应用

以国内广泛使用的传递系数法的平衡方程为基础,运用"国际结构安全度联合委员会(JCSS)"推荐的验算点法建立边坡工程可靠度分析模型,分别分析了某边坡基于随机变量模型和随机场模型时的边坡稳定性可靠度和破坏概率。计算结果表明,用随机变量模型计算出的破坏概率明显偏大,采用随机场模型比较符合实际情况。本例采用随机场模型计算时,方差折减系数可取0.5。     

基于Spencer法的三维极限平衡边坡稳定性研究

以改进的三维极限平衡法模型为基础,通过双二次贝塞尔曲面建立边坡三维滑裂面搜索模型,并采用遗传算法对最危险滑裂面进行搜索,计算边坡的安全系数。以渝昆高速公路某标段路基边坡为实例,分别从二维和三维角度对边坡稳定性进行分析,并进行对比。研究结果表明:三维极限平衡法模型计算得到的安全系数较二维极限平衡法偏大20%左右,可节省边坡防护投资。     

基于可靠度理论的边坡稳定性研究进展

随着国内基础设施的蓬勃发展,出现了越来越多的高陡人工边坡,因此对边坡稳定性分析和失稳预警的准确性、实时性有了更高的要求。近年来,基于可靠度理论的边坡稳定性分析方法有了很大的发展。本文简要回顾了边坡可靠度分析理论的发展历程,对该项理论在国际上的重要科研进展和最新成果进行了归纳和总结,并详细阐述和对比了当前常见的几种分析方法。在此基础上对我国边坡可靠度理论研究存在的不足和未来的发展趋势给出了具体的意见和建议。     

岩土参数统计方法及简化计算式的探讨和应用

关于岩土参数的统计计算方法,GB50021-2001《岩土工程勘察规范》引入了随机场理论,得到母体空间均值在置信水平1-α下的单侧置信界限,并采用标准值表述之。但是由于随机场理论方法尚未完全实用化,故而采用了近似简化公式,最终使得标准值的计算公式与原规范一致。同时为了方便使用,避免误用学生氏分布表,规范对修正系数计算式进行了拟合简化。本文从经典的随机变量理论出发,采用统计学中的参数估计理论,阐述了岩土参数标准值计算公式的来源,并讨论了修正系数的拟合简化计算式的合理性,同时提出了新的更为合理的拟合公式。     

可靠度方法在边坡稳定性分析中的应用

可靠性工程是一门正在迅速发展的新学科,可靠度分析方法被看作近代工程技术的重要发展。通过可靠度分析方法对某边坡进行稳定性分析,并与传统的确定性分析方法对比。可靠度分析方法在边坡稳定性计算中具有实用性。     

约束随机场下的边坡可靠度随机有限元分析方法

目前边坡可靠度中常用的简化分析方法,不考虑边坡土体的空间变异性,每次计算整个边坡都取用相同的强度参数,由离散点试样试验得到的土体参数统计特性只能反映点特性,而边坡的稳定性受滑面上平均抗剪强度特性控制,因此,需要考虑空间范围内的平均特性。描述空间变异性的随机场理论对变异性较高的土体,实际上高估了其空间变异性。把随机场理论和地质统计中的区域化变量理论结合起来,建立约束随机场,并在此基础上进行Monte-Carlo随机有限元分析。计算实例表明,在高变异性条件下约束随机场能有效降低完全随机场的模拟方差,得到更低的破坏概率。对比了随机有限元和简化法的计算结果表明,简化法在土体强度变异性很高时其结果并非偏于保守。另外也指出了可靠度分析中存在的边坡尺度效应和简化法的适用条件。     

基于非局部化方法的边坡稳定性分析

应变局部化问题已经成为岩土力学研究的一个重要课题,边坡的稳定性分析必然要考虑这种应变局部化对边坡的稳定性影响。结合Bazant等的非局部化模型方法,将其推广应用到弹黏塑性本构模型中去,考虑两种正则化机制的耦合作用,并采用有限元方法结合滑面应力法对边坡的稳定性进行分析。将数值分析结果与极限平衡法和基于线弹性本构的滑面应力法结果进行了对比,从分析结果来看文中的计算结果是合理的,对实际工程具有一定的指导意义。     

基于不平衡推力法的边坡可靠度分析

Rosenblueth方法是一种简单实用的可靠度指标计算方法,不需要了解各状态变量分布函数,只要利用它们的均值和方差,就可求得边坡的可靠指标。推导了下滑力超载储备安全系数的显式表达式,以此式作为边坡可靠度分析的状态函数,结合Rosenblueth方法的优点,给出了一种边坡稳定可靠度分析的实用方法。     

边坡稳定可靠度分析的广义可行方向法

在广义随机空间中直接建立验算点的迭代公式,可以方便地解决含相关随机变量的结构可靠度计算问题。在广义随机空间中推导了一种收敛性较好的验算点迭代公式,并应用于边坡稳定的可靠度分析。针对卡基娃混凝土面板堆石坝地震工况坝坡稳定的可靠度分析表明:(1)由于安全系数法采用的输入参数为确定值,故不能考虑参数随机波动的影响。可靠度分析能够反映参数随机性的影响,这对于深入评估工程安全与抗风险能力是有益的。(2)通过引入条件概率方法考虑地震和坝坡失稳同时发生的概率得到的结构可靠指标将提高,而提高的幅度与地震发生概率的大小有关。(3)堆石非线性强度指标具有正相关性,考虑强度指标的相关性将提高边坡稳定的可靠度。     

二维随机场下边坡稳定性的径向基函数神经网络分析法

岩土参数的随机性会直接影响边坡稳定性评价结果的精度。首先,依据边坡参数的常用分布特征,利用拉丁超立方抽样法生成若干组边坡土性参数和几何参数的随机样本,用有限元强度折减法求解各组样本对应的边坡安全系数。再考虑土性参数的空间变异性,在二维随机场模型下将蒙特卡罗模拟和有限元强度折减法相结合求解各组样本对应的边坡失效概率。然后,利用样本数据及其安全系数和失效概率对径向基函数（RBF）神经网络进行训练和测试,从而建立边坡安全系数和失效概率的预测模型。算例表明,二维随机场模型能相对精确地考虑参数的空间变异性;在此基础上建立的神经网络模型对边坡的安全系数和失效概率具有较高的预测精度,且能极大地节省边坡稳定性分析的时间。     

基于稳定性耦合分析法的余王扁边坡稳定性分析

边坡稳定性分析的极限平衡法与有限元法(FEM)的耦合分析法,首先利用有限元法分析获得边坡岩土体的整体应力场,在此基础上利用极限平衡法进行边坡的稳定系数求解。该方法既反映了边坡的稳定和变形之间的关系,又克服了极限平衡法与有限元法的不足,使二者的优点相互补充,获得的稳定系数基于极限平衡理论体系,可以同传统的稳定系数评价体系接轨。以西安市雁塔区余王扁削坡后边坡为例,用稳定性耦合分析法对其进行了稳定性分析,并把分析结果与各种极限平衡法的计算结果进行了比较,证明了耦合分析方法的可靠性和可行性。     

边坡稳定可靠性的随机有限元分析

随机有限元法可以处理土性参数的变异性和空间相关性。对二阶摄动随机有限元法的摄动理论和程序进行了研究，提出了偏导矩阵的组集方法，采用正态分布随机变量的正交变换法来提高计算效率。考虑土性参数随机场作用和土性指标之间的互相关性，建立边坡局部抗剪和总体稳定性可靠度的随机有限元分析模型，对某实际土坡进行了可靠度计算，计算结果较为符合实际。     

考虑空间变异性条件下的边坡稳定可靠度高效敏感性分析

在有限数据条件下,可靠度敏感性分析是研究各种不确定性因素对边坡失稳概率影响规律的重要途径。基于直接蒙特卡洛模拟和概率密度加权分析方法提出了一种高效边坡稳定可靠度敏感性分析方法。所提出的方法通过随机场表征岩土体参数的空间变异性,并采用局部平均理论建立岩土体参数的缩维概率密度函数,用于概率密度加权分析中高效、准确地计算不同敏感性分析方案对应的边坡失稳概率。最后,通过一个工程案例--詹姆斯湾堤坝说明了所提出方法的有效性和准确性。结果表明：在敏感性分析过程中,所提出的方法只需要执行一次直接蒙特卡洛模拟,避免了针对不同敏感性分析方案重新产生随机样本和执行边坡稳定分析,节约了大量的计算时间和计算资源,显著提高了基于蒙特卡洛模拟的敏感性分析计算效率;在概率密度加权分析中采用岩土体参数的缩维概率密度函数能够准确地计算边坡失稳概率,避免了有偏估计,使概率密度加权分析方法适用于考虑空间变异性条件下的边坡稳定可靠度敏感性分析问题。     

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。     

基于边界元法的边坡矢量和稳定分析

矢量和法物理力学意义明确,计算简单,且能根据边坡当前的应力分布状态合理地评价其整体稳定性状态。其中边坡的应力状态通常是采用有限元法来求解。由于边界元法具有研究问题降阶、离散化带来的误差值仅产生在边界以及计算量小等优点,在工程中得到了广泛应用;对于平面问题,以源点作为原点,以所积分单元的切向和法向为坐标轴建立局部坐标系,对于线性单元可以得到所有积分的解析解。因此,可以得到计算区域内部任意点的场变量的解析解,这就保证了位于边界附近区域场变量的精度。利用边界元法得到二维边坡体内连续的应力分布状态,使用矢量和法对该边坡进行稳定性分析,并且与基于有限元的矢量和法、极限平衡法进行对比分析。边坡圆弧滑面和折线滑面的计算结果表明,基于边界元法得到的矢量和安全系数和基于有限元的矢量和法、极限平衡法基本一致;边界元法对应的矢量和安全系数对边界单元尺寸不敏感。     

边坡稳定分析的自适应性局部网格加密解法

常规的有限元强度折减法在确定边坡塑性区时,不能直观地反映出塑性区的形状和滑裂面位置,计算结果精度低。在塑性区范围内进行网格局部加密,不仅使安全系数的计算精度大幅度提高,而且可求出滑裂面的形状和位置。针对求解塑性区搜索滑裂面这一具体问题,提出塑性应变界限值网格加密准则,采用自适应性网格局部加密技术求解边坡的滑裂面和稳定安全系数。数值计算结果表明,所提出的加密准则能正确地确定滑裂面的形状和位置,计算所得稳定安全系数和理论稳定安全系数仅相差0.2 %。     

基于有限元强度折减法的边坡动力稳定性可靠性分析

传统有限元强度折减法在边坡稳定性数值分析中取得了一定的成功,但由于未考虑岩土体材料参数的变异性等不确定性因素,尚不能直接应用于边坡稳定性特别是动力稳定性可靠性分析问题。为此提出了基于有限元强度折减法的地震边坡动力稳定性可靠性分析方法。将有限元极限分析法、动力分析法和可靠性分析法三者耦合,分析求解边坡在地震作用下的动力稳定性可靠性问题,并将这一过程在数值计算程序中得以实现。在计算分析过程中,克服了原方法需不断人工试算才能得到边坡安全系数而无法量化处理问题,并对边坡动力失效准则进行了适用于程序化的改进,使其计算过程完全实现自主运行。结合典型算例分析结果表明,该方法显著的特点是能较全面地反映岩土体的动力特性和边坡岩土体材料强度参数的变异性及相关性,所得结果相对更加合理且更符合工程实际。该方法既是对有限元强度折减法的应用范围的有益推广,也为边坡动力稳定性可靠性问题研究提供了一条新的有效途径。     

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。