边坡稳定分析的虚功率法

基于有限元计算所得应力场的改进极限平衡法,对渗流与有效应力耦合作用强烈的边坡或地基的稳定性分析具有优势.本文提出了边坡稳定分析的虚功率法,即基于极限分析的上限定理,利用机动许可的组合刚体滑动机构和有限元应力场,用滑动机构的速度间断面上的抗滑力功率与滑动力功率的比值计算安全系数.通过分步优化方法,获得边坡给定滑动机制的稳定安全系数.对2个典型折线滑动机构的边坡案例进行了分析,比较了采用静力平衡应力场和静力许可应力场对安全系数的影响.指出基于土体线弹性本构模型所得的有效应力场计算的稳定安全系数,也是边坡稳定安全性的一个不错的度量.算例中本文计算所得的边坡稳定安全系数,与文献中推荐的答案很接近,其滑动机制与有限元强度折减法分析所得的滑动机制基本一致,安全系数也接近,表明本文提出的方法是合理的边坡稳定分析新方法,为边坡和地基的稳定性分析提供了新的选择.     

边坡稳定分析的虚功率法

基于有限元计算所得应力场的改进极限平衡法, 对渗流与有效应力耦合作用强烈的边坡或地基的稳定性分析具有优势. 本文提出了边坡稳定分析的虚功率法, 即基于极限分析的上限定理, 利用机动许可的组合刚体滑动机构和有限元应力场, 用滑动机构的速度间断面上的抗滑力功率与滑动力功率的比值计算安全系数. 通过分步优化方法, 获得边坡给定滑动机制的稳定安全系数. 对2个典型折线滑动机构的边坡案例进行了分析, 比较了采用静力平衡应力场和静力许可应力场对安全系数的影响. 指出基于土体线弹性本构模型所得的有效应力场计算的稳定安全系数, 也是边坡稳定安全性的一个不错的度量. 算例中本文计算所得的边坡稳定安全系数, 与文献中推荐的答案很接近, 其滑动机制与有限元强度折减法分析所得的滑动机制基本一致, 安全系数也接近, 表明本文提出的方法是合理的边坡稳定分析新方法, 为边坡和地基的稳定性分析提供了新的选择.      

高陡层状土质边坡风蚀失稳过程及机理研究

吐鲁番交河故城台地高陡层状土质边坡的失稳过程受风蚀控制和影响非常典型; 在土层组合特征和抗风蚀能力差异以及当地终年多大风的气候特征的共同作用下,坡体土层形成风蚀空腔并在空腔的控制下发生变形破坏。以工程地质定性分析、风洞实验、物理模拟为主要手段,结合数值模拟,分析了该边坡在自然风蚀改造过程中表现出具有特殊性、多样性和阶段性特征的失稳过程,验证了边坡风蚀空腔形成与发展的存在性,揭示了边坡在风蚀失稳过程中的客观存在的差异风蚀和外挑块体变形破坏机理,为防治和监测此类边坡的变形破坏提供了有益的参考。     

龙滩水电站航道座滑边坡平面有限元模拟研究

基于弹塑性有限元（FEM）模型和Mohr-Cou lomb屈服准则,采用平面有限元法对龙滩水电站航道1+016¹+080开挖边坡座滑前的稳定状况进行了数值模拟研究。对座滑前边坡的应力场、位移场及塑性屈服区的模拟结果表明,边坡在座滑前存在明显的塑性区,处于临界稳定状态;开挖过程中边坡存在连续变形,特别是开挖下部时变形会突然增大;座滑前边坡塑性区支护体系已达到承载极限,边坡具备了座滑的条件。     

基于持续同调的边坡破坏过程的拓扑特征研究

首先利用软件UDEC对边坡处于地震荷载作用下的失稳破坏过程进行模拟,研究了边坡失稳破坏时的动态响应,得到了边坡的变形特征和位移云图,然后运用持续同调理论对边坡失稳状态进行分析,生成条码图,从条码图中提取边坡的拓扑特征,找到边坡失稳临界状态对应的拓扑特征,建立拓扑特征与失稳演化的关系.最终为边坡失稳破坏预测提供一种拓扑化研究工具.研究表明,最长贝蒂1条码的变化反映了边坡的演变过程及失稳破坏规律,贝蒂1条码的突变意味着边坡发生了失稳破坏.运用离散元法和持续同调理论对边坡处于外荷载作用下的破坏特征进行研究,可以更好地了解边坡的破坏机理,为工程防护提供理论依据,同时也为边坡安全设计与灾害预报研究提供了一种全新的数学方法.     

水下岩质边坡在波浪作用下的稳定性分析

运用ANSYS程序对水下的岩质边坡进行数值模拟分析,采用不同的材料强度来模拟岩石和软弱结构面。应用强度折减方法对边坡的强度参数进行折减,直至边坡出现破坏,分析边坡在达到破坏时内部的应力应变情况和位移变形情况。对于波浪力,本文采用简化的波压力方程模拟低频的水波对边坡的波压力影响,并用多个模型比较计算的方法得出最佳的模型尺寸和水下荷载的计算模式。     

基于突变特征的边坡双强度折减系数量化研究

边坡失稳是一个由渐变演化至突变破坏的过程,过程中土体的强度参数c和φ发挥作用的路径和衰减程度不同。目前,双强度折减策略DRM在边坡稳定性评估中已逐渐形成共识,但双强度参数间的真实折减关系或折减关系的求解方法难以准确定义。以坡体抵抗外部环境能力最大值原理为依据,引入非线性分析突变理论,以坡体的极限承载力为考察量,建立其与双强度折减比的突变模型函数来考察边坡整体稳定性,进而量化折减过程中c和φ的折减比。结合算例,通过与已有方法的计算结果进行对比,验证了方法的合理性,并探究了c和φ以及坡度与折减比间的演化规律及机理。研究的执行思路可为双强度折减技术的探讨提供有益参考。     

土钉支护现场测试及三维数值模拟分析

在进行土钉轴力和边坡位移测试的基础上 ,进行了土钉支护的三维数值模拟研究 ,对边坡位移、土钉轴力、塑性区分布等分别作了较为深入的探讨 ,认识到土钉与土体相互作用形成了一个完整的支护体系 ;基坑失稳破坏并非传统意义上的土体和土钉的破坏 ,而是土钉支护体系的整体性破坏 ;土钉支护体系的形成正是通过土钉的分担作用、应力传递与扩散作用来实现的 ,这是土钉支护作用的实质.     

钢柱抗爆响应分析单自由度模型适用性评估

为评估单自由度(SDOF)模型在结构抗爆设计中的适用性,分别采用SDOF模型和通用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对简支钢柱承受爆炸荷载时的动力响应进行模拟;对比二者计算结果,并以有限元模拟为准,分析SDOF模型的适用范围。研究表明:可按照自由振动阶段SDOF模型位移结果的振幅大小,将其位移响应划分为有限变形阶段、临界阶段、失稳破坏阶段,有限变形阶段SDOF模型与有限元结果基本一致;截面高宽比、翼缘宽厚比对钢柱动力破坏形式有重要影响,高宽比越大、翼缘的宽厚比越小,越容易发生平面外弯扭失稳;在SDOF模型中通过假定塑性铰分布长度计算塑性阶段应变及应变率,采用随时间变化的应变率计算Cowper-Symonds本构关系中的应力放大系数是可行的。     

基于突变特征的边坡双强度折减系数量化研究

边坡失稳是一个由渐变演化至突变破坏的过程，过程中土体的强度参数c和φ发挥作用的路径和衰减程度不同。目前，双强度折减策略DRM在边坡稳定性评估中已逐渐形成共识，但双强度参数间的真实折减关系或折减关系的求解方法难以准确定义。以坡体抵抗外部环境能力最大值原理为依据，引入非线性分析突变理论，以坡体的极限承载力为考察量，建立其与双强度折减比的突变模型函数来考察边坡整体稳定性，进而量化折减过程中c和φ的折减比。结合算例，通过与已有方法的计算结果进行对比，验证了方法的合理性，并探究了c和φ以及坡度与折减比间的演化规律及机理。研究的执行思路可为双强度折减技术的探讨提供有益参考。     

有限元强度折减系数法在北门沟坡滑坡稳定性评价中的应用

利用有限元强度折减系数法求得的滑坡安全稳定性系数进行北门沟滑坡稳定性评价。通过强度折减,当滑坡达到不稳定状态时,有限元计算不再收敛,此时的折减系数就是滑坡的安全稳定性系数。经计算,可以得到滑坡体破坏形式和破坏扩张趋势,有助于对滑体破坏机制的理解。计算表明,有限元强度折减法与传统刚体极限平衡法计算的稳定性系数很接近,这为滑坡稳定性评价提供了另一条途径。     

一种非线性强度准则及转换应力法

岩土材料在二维破坏模式下具有较强烈的曲线形态,在一般剪应力与正应力空间中提出用幂参数曲线来表达上述曲线,该曲线与摩尔圆的外切点即对应为破坏应力点,则利用该点的外切直线斜率的反正切值来得到有效滑移角.对于三维单元体,共存在三个有效滑移角,利用三个有效滑移角确定出空间有效滑移面.基于岩土材料为摩擦型材料这一基本特性,利用空间有效滑移面上的应力比为一定值作为衡量材料破坏与否的判断准则,基于上述思路推导得到了t强度准则,在偏平面上,t准则开口形状为介于Von-Mises圆形曲线到SMP曲边三角形形态.在子午面上,引入开口的幂函数作为反映静水压力效应以及剪切破坏的曲线,而闭口的水滴型屈服面函数作为反映体积压缩屈服曲线,反映了岩土材料的压剪耦合特性.基于所提出的t强度准则, 推导了变换应力公式,可将以$p,q$为应力量的二维模型简单方便的转换为三维应力状态本构模型.通过强度以及多种应力路径的测试对比,验证了所提t准则及基于该准则的变换应力公式的合理性.      

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。     

he analytical solutions of thick-walled cylinder of softening material and its stability

将弹塑性材料的应力应变全过程曲线简化为三线性模型(弹性-线性软化-残余理想塑性), 并 假设材料服从Tresca屈服准则和关联流动法则,推导出受内压厚壁筒的解析解. 在这个解析解 的基础上,讨论了厚壁筒的平衡稳定性问题,内压达到临界载荷时,厚壁筒丧失稳定性,其 临界载荷就是软化塑性材料厚壁筒的承载能力.     

某边坡变形破坏机理的数值分析

某花岗岩矿岩土体主要有填土、粉质粘土、淤泥及淤泥质土、含泥中粗砂、粘土、残积砂质粘土,其下为花岗岩基岩。边坡最大高度75m,其中残积土层以上的土质边坡高度约50m。本文运用有限元强度折减法对该边坡的稳定性进行了研究,得出了潜在的破坏模式及各个滑动部分的安全系数。分析结果表明,本边坡存在3个潜在滑动面,其中两个为浅层滑动面,另一个为深层滑动面。两个浅层滑动面的稳定系数在1.13～1.17,处于临界状态。深层滑动面稳定性系数在1.29,目前尚处在相对稳定状态。根据分析结果,提出了如下加固措施:（1）对滑坡体进行削坡处理;（2）在其滑动面下方设置抗滑台阶;（3）采用预应力锚索框架梁结合肋柱进行加固处理。     

膨胀土路堤的化学改性试验研究

膨胀土是一种具有特殊工程性质的土,它对土木工程有着巨大的影响和危害。本文针对公路膨胀土路堤填料改良提出的PAS化学改性剂包边处理新方法,对其改性原理及其特殊的施工工艺做了详细介绍,并通过多项试验研究了改良前后膨胀土胀缩性、强度特性等方面的变化。研究表明,PAS生态改性处理膨胀土是一种有效的方法,经处理后的膨胀土胀缩性显著降低,强度和水稳定性得到大幅提高。且PAS不会改变原土壤植被育培能力,改性边坡可以结合植物固坡的方法进行生态防护。PAS改性处理与远距离运土路基填料置换相比,具有很大经济优势,特别是在高塑性膨胀土大量分布的地区,PAS改性剂处理膨胀土路基具有很好的推广价值。     

国道108线K15+760~K15+980段路堤边坡稳定性研究及处治效果监测

对国道108线广南段K15+760~K15+980段高路堤边坡稳定性的分析与计算,分析了路堤产生变形的原因,并提出了相应的处治加固措施,同时进行了包括表面位移监测、路面沉降监测等监测,总结了边坡不稳定情况下路堤表面位移及路堤沉降变形的规律,从而掌握了路堤的变形动态,控制了处治施工活动带来的超量位移,进而确保了路堤及边坡的稳定。     

纤维增强韧性基体界面力学行为

分析了纤维增强韧性基体的界面力学行为及其失效机理,按剪滞理论和应变理化规律研究微复合材料的弹塑性变形和应力状态,讨论了幂硬化和线性硬化基体的弹塑性变形和界面应力分布,并给出纤维应力和位移的表达式。按最大剪应力强度理论建立了纤维／基体界面失效准则,推导出弹塑性界面失效的平均剪应力随纤维埋入长度的变化关系。     

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.