基于最大最小原理的三维边坡稳定性探讨

最大最小原理在边坡稳定性分析中的应用,不仅可以检验所建模型的准确性,还可以进一步获得改进计算模型的相关条件。本文利用三维简化Sarma法,分析了滑面剪切力方向采用不同的分布形式引起的稳定系数的变化,计算结果表明,不管采用何种分布形式,当它发生变化时,对应的稳定系数总是存在一个极大值,这就证明了边坡稳定性最大原理在三维边坡稳定分析中的适用性; 同时,本文还在一种严格的二维临界滑面搜索算法的基础上,建立了三维临界滑面搜索的算法,利用ZhangXing算例详细分析了目标函数中各变量对稳定系数的影响,结果表明,二维上寻找临界滑面是切实可行的,这也证明最小原理在二维边坡稳定分析中是满足的,三维上则由于三维极限平衡法未考虑三维边坡的边界条件,导致基于三维极限平衡法的三维临界滑面理论上不存在,三维边坡稳定分析结果与最小原理的要求有一定的差异。     

二维边坡稳定性分析的最小势能法新解

针对最小势能法研究的不足,通过条块虚位移方向的静力平衡方程确定滑面上剪应力的解析解,构建了一种新的剪切势能计算模型.同时,提出了一种多地层边坡稳定性分析方法.算例结果表明:剪切势能对边坡稳定性系数会产生影响,使得计算结果更为合理;运用文中方法计算得到边坡稳定性系数与极限平衡法的结果较为一致,表明文中的计算方法是可行且合理的;文中多地层边坡的计算模型,考虑了土层滑面长度以及法向力对边坡抗剪强度的贡献,且计算简便,易于工程人员使用.     

锦屏一级水电站引渠内侧自然边坡的稳定性

层状岩体顺层滑动但却存在反倾的后缘结构面的边坡稳定性研究尚未见到具体讨论。本文采用了数值模拟方法对锦屏一级水电站引渠内侧边坡的稳定性进行了分析,通过结构面参数折减法,求得该边坡稳定性系数为1.191,后端岩体对前端不稳定体不存在推力。通过数值分析方法和极限平衡法对结构面相关参数的敏感性进行了分析对比,对比表明采用参数折减法的数值分析方法结果可靠。本文为类似复杂岩体边坡稳定性判定提供参考。     

平面滑动型岩质边坡稳定性极限分析上限法

在极限分析理论框架体系的基础上,提出了平面滑动型岩质边坡极限分析上限法。该方法按照外力所做的功率等于内力所消耗的功率,即滑体处于极限状态时两功率相等的条件——虚功率方程,综合考虑作用在岩质边坡上的后缘裂缝静水压力、沿滑面扬压力、重力、水平地震作用力、锚固力等外力,按照强度折减法,推导得出了岩质边坡稳定性评价的极限分析上限解。锦屏一级水电站右岸泄洪洞引渠内侧工程边坡属于典型的多级台阶状岩质高边坡,该边坡岩体结构为层状结构,变形破坏模式为平面滑动。对引渠内侧岩质边坡稳定性分析结果表明,极限分析上限法对平面滑动型岩质边坡有较好的适用性。     

复杂条件下露天采场边坡变形分析

露天采场边坡的变形特征对边坡稳定性评价、露天开采以及对边坡变形监测具有重要意义 ,复杂条件下 ,露天采场边坡的变形特征难以预测。本文采用快速拉格朗日分析 (FL AC)方法对金牛公司露天采场稳定边坡、不稳定边坡时空上的变形特征以及空区和分步开挖对边坡变形特征的影响进行了综合分析。结果表明 :FL AC方法在分析复杂条件下的边坡变形特征方面显示了较强的优势 ,稳定边坡和不稳定边坡有着各自不同的变形特征 ,空区和开采速度对边坡变形产生一定的影响。     

边坡大距离整体滑移的模拟研究

边坡整体滑移模拟是迄今未被解决的一个课题。文章通过构制一个专门的滑面单元, 采用数值模拟的原理实现了对粘滑类边坡失稳的大距离滑移模拟; 采用分析模拟法实现了对脆性滑移类边坡失稳滑移的模拟, 并开发了相应的软件。     

碎裂结构边坡变形机理及治理对策研究

碎裂结构边坡稳定性受多组相交结构面控制,且受降雨、地震等多因素影响强烈,具有一定的特殊性。本文以某花岗岩碎裂结构边坡为例,在边坡的地质条件和岩体结构研究的基础上,结合施工及监测反馈信息,深入分析了边坡变形破坏模式,并根据稳定性计算结果,提出锚索、钢筋桩与排水相结合的支护方案。研究结果表明：坡体内部陡倾卸荷裂缝发育形成后缘切割面,中下部滑面追踪陡缓两组结构面发展;支护措施实施后,边坡经历“5•12”地震及雨季,多点位移计监测结果表明,地震和降雨对边坡稳定性影响较大,支护措施较好地控制了边坡变形。     

缓倾外层状结构边坡变形破坏模式及支护对策研究

高速公路开挖形成越来越多的工程边坡。缓倾外层状结构边坡作为一种典型的岩质边坡,一般情况下整体稳定性较好,但在特定的结构面组合状况下,开挖后也可能产生整体变形破坏。本文以软弱结构面和长大裂隙发育的公路工程边坡为例,通过岩体结构及边坡一定范围内已有边坡破坏现象的调查研究,采用工程地质类比和三维离散元法综合分析边坡变形破坏模式,并针对变形破坏模式的特点,提出支护对策。研究结果表明,结构面贯通坡体形成切割块体的后缘和侧缘边界时,缓倾外层状结构边坡可沿层面产生滑移-拉裂变形,若滑面与临空面具有一定夹角,边坡的变形可表现为旋转式滑移-拉裂;结构面组合控制的缓倾外层状结构岩质边坡稳定性受坡体中下部的关键块体控制,一旦关键块体失稳,将引起上部块体的连锁失稳,此类边坡变形控制的重点是对关键块体分布区域进行强支护;支护工程实施后的变形监测结果表明,基于变形破坏模式分析的边坡支护方案保证了边坡施工和运营过程中的安全。     

引入退火机制的智能单粒子算法在复杂边坡最危险滑动面搜索中的应用

复杂边坡的安全系数可能存在多个局部极小值点,如何确定边坡的最小安全系数是复杂边坡稳定性分析中的一个关键问题。本文结合简化Bishop法,采用一种新的启发式全局优化算法——智能单粒子算法(ISPO)来搜索复杂边坡的最危险滑动面。为帮助该算法快速跳出局部极值点,本文将模拟退火(SA)机制引入到智能单粒子算法中,结合了两种算法各自的优点,提出了引入退火机制的智能单粒子算法SA-ISPO。将本文提出的SA-ISPO算法用于搜索两个复杂边坡的最危险滑动面,并与其它方法相比较,验证了SA-ISPO算法的优越性,该算法搜索效率高,计算结果不受搜索范围的影响,是一种较好的全局优化算法。     

基于ICMP和图论算法的边坡稳定性分析

ICMP(Independent Cover Meshless Particle)方法利用与分析区域任意几何形状无关的离散结点及其独立矩形影响域覆盖分析物体,采用一般多项式作为结点的无网格插值函数,较好地克服了传统无网格方法面临的一些困难.本文借助ICMP方法,计算得到边坡的应力场分布,并将边坡稳定性分析转化为图论问题,利用Bellman-Ford搜索算法快速稳定地寻找出边坡的安全系数和最危险滑裂面,发展了一种新的ICMP-图论边坡稳定性分析方法.该方法计算过程和数值实施简单,无需做过多假设及迭代计算,适合于复杂地层条件、几何形状的边坡稳定性分析,具有稳定和高效的算法特点.相关典型算例验证了本文方法的适用性和正确性.     

爆破影响下岩质高边坡浅表层块体稳定性研究

摘要：岩质高边坡整体稳定性主要受软弱结构面及其组合控制,在组合有利的情况下,边坡主要发生浅表层块体失稳,开挖时的爆破振动作用是影响浅表层块体稳定的重要因素。本文以大渡河中游某岩质块状结构高边坡为例研究浅表层块体的稳定性,在总结浅表层块体失稳特征的基础上,实测爆破振动曲线,进行块体稳定性评价。研究结果表明,开挖后已失稳浅表层块体大多小于10m3,80%受软弱结构面控制,70%集中在马道下缘;实测的浅表层块体爆破振动加速度曲线显示,与邻近围岩相比,浅表层块体振动持续时间长,频率低,峰值小;等效静力法评价结果较爆破参数推算法更适用于临界失稳浅表层块体的稳定性评价。     

Simplified method of stability evaluation for strain-softening slopes

A new, simplified method is described to evaluate the stability level of a strain-softening slope. This method was established via expanding the traditional slice method and proposing a simplified strain compatibility equation. The stability analysis of a homogeneous slope showed that the stability of a strain-softening slope is dependent not only on the strength parameters but also significantly on the stress–strain relationship of the soil. The safety factor and corresponding critical slip surface obtained using the present method locate between the ones obtained using the traditional slice method with the peak and residue strength parameters, respectively.     

堤塘实际滑坡机理及稳定性分析

采用临界滑动场理论,并根据软基上堤塘的特点加以改进,结合实际堤塘滑坡实录,分别计算了不同c、φ以及不同填土容重下的临界滑动场,得到了相应的临界滑动面,结果与实际破坏面基本一致,在数值计算的基础上分析了滑坡的物理成因,并计算了加固方案的稳定性。计算表明,临界滑动场理论是一种非常有效的稳定性分析方法。     

基于持续同调的边坡土颗粒应力链失稳分析

采用颗粒离散元方法和持续同调理论,研究了内排土场堆叠至不同高度时的边坡稳定性。为便于研究,现采用一水平金属板向下施加压力,代替不同厚度土层的重力荷载,对边坡在竖向荷载作用下的失稳破坏过程进行了颗粒离散元模拟。研究了二维边坡土颗粒速度总矢量、边坡失稳破坏时滑移开裂面的角度以及边坡坡顶y方向的平均速度等宏观响应过程,并构建了自然堆积下边坡堆积体颗粒的法向力链无向网络模型。最后,用持续同调方法对边坡坡顶颗粒接触力链网络的拓扑特征进行分析,获得条码图,建立了岩体结构持续同调特征与失稳演化的关系。本文为研究边坡失稳拓扑识别提供了一种新方法,从而可以有效预测边坡的失稳破坏。     

强度折减有限元在堤防稳定分析中的应用研究

采用强度折减有限元法,研究非均值堤防塑性区的开展特征和失稳破坏过程,并根据堤防应力场分布和临界滑动面的形成来分析堤岸整体失稳破坏的机理。结果表明:把强度折减有限元应用到非均质土层的堤防边坡稳定分析,在理论上、数值模拟实现上都是可行的; 有限元静力平衡和位移计算不收敛作为堤防边坡整体失稳的标志,同时考察滑移面上某些特征点的位移与荷载增量的关系、参考土体内坡脚向坡顶上方贯通的塑性滑动带的形成,可以准确判别堤防边坡失稳破坏状态; 此外,堤防失稳时的应力场分布特征表明,有必要应用张拉-剪切复合屈服准则,以真实反映堤防边坡的临界滑动面形成机理。     

Sufficient conditions for existence of physically significant solutions in limiting equilibrium slope stability analysis

Engineering assessment of slope stability is usually performed using limiting equilibrium analysis. This framework includes a process of minimization which identifies the critical slip surface and its associated minimal safety factor. The approach makes sense only if a minimum safety factor exists, i.e. if there is a slip surface for which the safety factor is smaller than safety factors associated with all other slip surfaces. The present work establishes conditions which guarantee that slope stability problems have a physically significant minimum. The question of existence of a minimum is relevant to all slope stability formulations which satisfy equilibrium conditions without a priori assumptions with respect to the shape of potential slip surfaces. The main purpose of the present work is to “legitimatize” the approximate, but practically useful, limiting equilibrium technique by placing it on secure foundations.The present work shows that the restrictions required in order to ensure the existence of a minimum include three, well motivated, physical elements: (a) Two integral inequality constraints restricting legitimate forms of slip surfaces, and normal stress functions acting on them. These constraints represent the obvious observation that under usual conditions slopes fail by moving down and away from the main body of the slope. (b) The strength model (Mohr envelope), should imply a finite tensile strength. (c) A “cracking criterion” which specifies the consequences (crack formation) occurring when the soil’s tensile strength is fully mobilized.     

有限元边坡稳定分析方法及其应用

本文介绍了一种基于有限元应力分析的边坡稳定评价方法,讨论了边坡稳定安全系数定义的物理意义,介绍了搜索最危险滑动面的广义数学规划命题和模式搜索方法,同时给出了该方法的计算结果与其它方法计算结果的对比算例以及该方法的应用实例。     

山区公路开挖边坡的稳定性研究及其工程治理──以大甘坪路堑边坡为例

针对山区修筑公路常遇开挖自然斜坡坡脚而诱发边坡失稳的情况,以大甘坪路堑边坡为例,对大甘坪粘土进行卸荷路径下的三轴试验,以获得边坡稳定分析的计算参数。对边坡开挖作非线性有限元分析,探讨边坡塑性区形态和确定滑移面位置。现场监测边坡在渗流期的地下水位变化,采用极限平衡法计算边坡的安全系数,并对其稳定性进行评价。根据有限元分析结果,提出了利用抗滑挡土墙支挡和树枝笼排水沟构成排水系统的边坡治理方法。     

边坡岩体块体稳定性分析系统的开发与研究

提出了复杂形态块体几何建模的“切割法”, 在此基础上, 对石根华等人提出的块体理论作了改进和完善。并基于Windows操作平台, 开发了一套实用方便、实用的“边坡岩体块体稳定性分析系统”。经大量的实例 (例如三峡工程船闸高边坡 )检验结果表明, 该系统可以作为对边坡中复杂形状块体稳定性进行现场快速评价的实用工具。