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.      

基于矢量和法的华丽金安金沙江大桥左岸桥址边坡稳定性研究

针对边坡的稳定性问题,采用矢量和法进行了系统的分析。考虑到左岸桥址边坡的具体工程地质条件对桥址边坡稳定性的不利影响因素,抗剪强度参数按照下限值、平均值、上限值三种情形,计算了自然工况、地震工况、桥基荷载工况、桥基荷载和地震荷载共同作用工况四种条件下桥位所在典型边坡剖面的稳定性安全系数。分析结果表明:桥基荷载作用后,边坡潜在最危险滑动面的剪入位置由前缘卸荷带移至中后缘桥基位置附近;自然工况和地震工况的安全系数值明显降低,最小安全系数值为1.619,仍大于该工程边坡稳定性要求的不小于1.30的规定。综上,该工程边坡安全稳定,实施过程中需关注施工造成的浅表安全问题。     

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。     

昆明绕城高速公路杨林隧道出口的边坡稳定性研究

针对严格Janbu法不易收敛的缺点,采用Matlab曲线拟合工具箱里的三次样条函数csapi拟合条间力矩,简化了计算程序;采用改进的严格Janbu法等极限平衡方法和考虑地震动荷载时程分析的拟静力法对昆明绕城高速公路杨林隧道出口段某滑坡体的抗滑稳定性进行了系统地分析和研究,计算了该边坡在自然工况和地震工况条件下的抗滑稳定安全系数值。结果表明:在自然工况下边坡抗滑稳定安全系数在1.447～1.452之间,边坡是稳定的;在地震工况下,通过综合计算分析所得到的边坡抗滑稳定安全系数在0.55～1.017之间,边坡存在失稳风险。     

确定边坡潜在滑面的块体理论方法及稳定性分析

基于复杂边坡一般由多种岩性组成,且其稳定性往往受岩体结构控制,加之边坡滑面的逐步形成特点,本文提出了采用块体理论确定复杂边坡滑面位置方法,并采用Sarma极限平衡法及其它滑面形状分析了某大型边坡工程的稳定性,验证了所提方法的正确性。     

基于等效加速度的岩质边坡爆破动力稳定性

基于刚体极限平衡法及等效加速度计算方法,根据爆破振动峰值速度衰减规律和振动速度时程曲 线,以一定时间步长进行整个爆破过程不同时刻边坡稳定系数的分析,得到了相应爆破振动作用下的边坡动 力稳定性安全系数时程曲线。结果表明,基于等效加速度的边坡爆破动力稳定性分析,对稳定性较好的边坡, 爆破振动荷载作用下,稳定性安全系数一般降低2%~4%,振动主频率越高,则边坡稳定性系数越大,而常规 的折减系数法可能放大爆破振动对边坡稳定性的危害。     

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。     

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。     

基于无网格—图论方法的岩体边坡稳定性分析研究

将无网格伽辽金法应用于岩体边坡稳定性分析,发展了基于无网格模型和有向加权图Bellman-Ford最短路径搜索算法相结合的无网格-图论边坡滑移面搜索方法,以搜寻节理岩体边坡失稳时的临界滑移面并得出其相应的安全系数.区别于传统的滑移面搜索算法,本文方法无需假定滑移面形状,更适用于具有复杂滑移线形状的节理岩体边坡的稳定性分析与计算,具有稳定和高效的算法特点.文中详细论述了无网格-图论最短路径算法的理论、方法和程序实现,并通过算例说明该方法在岩体边坡稳定性分析中的适用性.     

秦山三期核电工程反应堆地段节理裂隙模拟

以秦山三期核电工程反应堆地段作为研究对象 ,针对节理裂隙在岩体中的分布具有随机性的特点 ,运用随机方法对其分布规律进行了研究。根据实测的节理裂隙产状、间距及迹线长度 ,推断节理裂隙概率分布特征。同时充分考虑到节理裂隙分布的不均匀性和方向性等特点 ,采用非平稳态随机过程模拟节理裂隙间距 ,通过 Monte- Carlo方法得到等效的节理裂隙网络。根据统计和拟合的结果 ,对反应堆地段岩体的节理裂隙进行了评价。     

基于多元线性回归分析的土坡有限元失稳判据定量研究

塑性区连通程度是有限单元法判别土坡是否达到极限状态的重要依据,鉴于此判据目前尚未取得统一,本文着重对均质土坡失稳判据进行了定量研究。在主要考虑对土坡稳定性影响较大的三大参数(黏聚力c、内摩擦角φ、坡比λ)的前提下,通过经典条分法选取了多组处于极限平衡状态的土坡参数组合,对这些参数组合进行有限元程序计算,求得极限平衡状态下土坡剪切带等效塑性应变中值连通率,再采用多元线性统计回归方法,得出塑性区中值连通率与土坡参数的关系公式y=0.020702c+0.024417φ-0.67898λ+0.46799,从而为土坡有限元稳定性分析提供了定量失稳判据,并且使得有限单元法与经典条分法计算成果具有一定的可比性。算例分析表明,利用本文判据公式得到的安全系数与Bishop法计算成果相吻合,从而验证了失稳判据公式的正确性。     

基于有限差分强度折减法的略阳电厂边坡稳定性分析

将强度折减理论应用于边坡稳定性分析中,借助FLAC/SLOPE有限差分分析程序,选择弹塑性Mohr-Coulomb模型及其破坏准则,以大唐略阳电厂边坡作为工程实例,分析了该边坡的稳定性,并与传统的Bishop法、Janbu法等方法计算所得边坡稳定系数进行了对比分析。结果表明,有限差分强度折减法能更加真实地反映边坡的实际情况,求得的边坡稳定系数更接近边坡的实际稳定状态,显示出其在边坡稳定性分析中的一定优势。     

Unified gas kinetic scheme combined with Cartesian grid method for intermediate Mach numbers

We develop a method to seamlessly simulate flows over a wide range of Knudsen numbers past arbitrarily shaped immersed boundaries. To achieve seamless computation, ie, not use any zone division to distinguish between continuum and non‐continuum regions, we use the unified gas kinetic scheme (UGKS), which is based on the Bhatnagar‐Groos‐Krook (BGK) approximation of the Boltzmann equation. We combine UGKS with an appropriately designed Cartesian grid method (CGM) to allow us to compute flows past arbitrary boundaries. The CGM we use here satisfies boundary conditions at the wall by using a constrained least square interpolation procedure. However, it differs from the usual, continuum CGMs in 2 ways. Firstly, to allow us capture non‐continuum effects at the boundaries, the CGM used herein interpolates the microscopic velocity distribution function in addition to the macroscopic variables. Secondly, even for the macroscopic variables, we use a gas kinetic method–based density interpolation procedure at the boundaries that allows the CGM to interface well with the UGKS method. We demonstrate the robustness and efficacy of the method by testing it on stationary immersed boundaries at various Knudsen numbers ranging from continuum to transition regimes.     

基于有限元强度折减法的复式抗滑桩内力计算及桩土作用机理分析

在边坡、滑坡防治工程中已得到广泛应用的“П”形、“h”形等复合式抗滑桩,由于其多属于复杂的超静定结构,受力形式或荷载分配方式仍存在较大争议,桩土相互作用关系复杂,传统方法在求解其内力时往往面临较大困难。有限单元法和强度折减法的结合为解决这类问题提供了一条可行的途径,该方法求解这一类问题时不需要假定抗滑桩系统的结构类型以及岩土体作用在抗滑桩上的荷载分布形式,因此获得的计算结果往往更符合实际情况。本文以某隧道进口岸坡的“П”形抗滑桩为例,在详细分析岸坡稳定性状况以及可能失稳模式的基础上,采用有限元强度折减法对桩身内力、桩土作用关系以及治理效果进行计算和分析,结果表明利用有限元强度折减法求解这类具有复杂超静定结构抗滑桩系统的内力是一条有效的途径,计算结果对该治理工程的设计具有一定的应用参考意义。     

金沙江中游滑坡堵江事件及古滑坡体稳定性分析

金沙江中游某拟定水电站坝址区下游发育一段非基质结构岸坡,岸坡覆盖层厚度巨大,物质组分均由白云质灰岩构成,其结构密实,表部胶结良好,形成呈似角砾状堆积体结构特征。对这套堆积体物质结构特征进行了研究,确定为平推式滑坡的成因模式。该滑坡造成了金沙江中游一次大规模的堵江事件,采样进行¹⁴C测年分析,结果显示滑坡发生时代约为19,000a前。对该岸坡段调查分析表明,该古滑坡堆积体结构长期处于稳定状态,现今并无变形复活迹象,其整体不存在失稳条件。     

五强溪水电站左岸船闸边坡开挖监控设计的理论与实践

五强溪水电站船闸左岸边坡，是由前震旦系的Ｐｔ１（主要为千枚状板岩）和Ｐｔ２（主要为砂岩、板岩）组成。因断层穿插，岩体破碎，边坡稳定性很差。为确保边坡在开挖施工期的安全，作者根据工程地质力学和系统科学相结合的方法，对之进行监控设计，取得了成功。     

An implicit two‐dimensional non‐hydrostatic model for free‐surface flows

An implicit finite volume model in sigma coordinate system is developed to simulate two‐dimensional (2D) vertical free surface flows, deploying a non‐hydrostatic pressure distribution. The algorithm is based on a projection method which solves the complete 2D Navier–Stokes equations in two steps. First the pressure term in the momentum equations is excluded and the resultant advection–diffusion equations are solved. In the second step the continuity and the momentum equation with only the pressure terms are solved to give a block tri‐diagonal system of equation with pressure as the unknown. This system can be solved by a direct matrix solver without iteration. A new implicit treatment of non‐hydrostatic pressure, similar to the lower layers is applied to the top layer which makes the model free of any hydrostatic pressure assumption all through the water column. This treatment enables the model to evaluate both free surface elevation and wave celerity more accurately. A series of numerical tests including free‐surface flows with significant vertical accelerations and nonlinear behaviour in shoaling zone are performed. Comparison between numerical results, analytical solutions and experimental data demonstrates a satisfactory performance. Copyright © 2006 John Wiley & Sons, Ltd.