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.      

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。     

含缺陷结构的塑性极限分析

结合极限分析中的数学规划理论和有限元技术,提出了三维含缺陷结构极限分析的数学规划方法,并采用罚函数法引入塑性不可压条件.对于考虑多组独立变化载荷联合作用的情况,提出了加载路径射线辐射求解方案,并基于这种射线辐射状的加载路径,推导了多组载荷联合作用下结构塑性极限上限分析的数崐学规划格式,编制了相应的有限元程序.文中的数值结果表明了该方法的正确性与有效性.     

四环空间稳定平台的稳定性分析

为指导四环空间稳定平台控制系统的设计,首先应用Euler动力学方程推导了以各框架电动机驱动轴绝对角加速度为变量的动力学方程。在此基础上,研究了内框、中框、外框轴综合转动惯量随p、r角变化的规律。由各框架轴实测频率特性分析了对象的谐振、阻尼等特性,并结合转动惯量的变化,总结了保证控制系统稳定性可采取的方法;从机械结构设计角度研究了消除综合转动惯量变化的措施。结果表明:采用当前的框架配置方案,外框轴综合转动惯量的相对变化量较大,应采取相应措施保证系统的动态性能及稳定性;音叉式外框架的低刚度导致外框轴在低频段存在谐振峰,应通过设置滤波器及状态反馈等方式抑制其影响;合理分配各框架对应轴向的转动惯量可使各电动机驱动轴成为固定惯量系统,且减小甚至消除了耦合力矩。     

含缺口复合材料层合板的三维有限元失效分析

本文研究了复合材料层合板最终强度计算的有限元理论,讨论了修正的Newton-Raphson迭代方法在层合板失效过程中应力场计算的迭代过程.同时本文建立了带缺口的复合材料层合板三维有限元模型,充分考虑层合板的纤维断裂、基体开裂和分层三种失效模式,采用修正的三维Hashin准则作为失效判断的依据,计算了三种不同铺层的层合板最终失效载荷值,与试验值吻合得很好.鉴于层压板材料常数ν23的数值难于测定的特点,讨论其对最终失效载荷的影响.在三维有限元模型的基础上,实现了失效扩展仿真分析.     

保持顶点多样性的复合形法及其在边坡稳定分析中的应用

针对基本复合形法全局搜索能力不强的缺陷,改进了基本复合形法的寻优方法。在关于各个顶点的寻优直线上分别找出比各个顶点优异的点并替换掉各顶点构成多个新复形,并以各个复合形中心点到各个顶点的海明距离之和为中心距指标,找出最大中心距的复形为下一次迭代之新复形。依次迭代,直到没有新的复形产生。通过对两个复杂边坡最小安全系数的搜索,发现本文新复合形法的全局搜索能力有较大提高。     

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。     

含形状记忆合金纤维的复合材料层合板的弯曲及自由振动的有限元分析

将一维形状记忆合金的本构关系用于以经典的复合材料层合板理论为基础的有限元法中,分析含形状记忆合金纤维板的弯曲和自振频率.计算结果表明,通过激活形状记忆合金纤维,对层合板弯曲和自振频率均有很强的控制和调节能力,同时,若将形状记忆合金纤维铺设在外层,则能更有效地利用它的调节能力.     

含压电片层合壳的有限元分析与控制仿真

本文首先针对含压电材料的一般结构，推导了按位移和电位移求解时的混合变分原理，在此基础上，通过对面电荷取变分，直接得到了含按电压驱动压电片层合壳的有限元方程，最后给出了利用压电片进行静变形和振动控制的仿真算例，并进行了分析。结果表明，本文建立的有限元方程准确、可靠。     

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θ。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。     

小山水电站厂房高边坡岩体稳定性研究

本文采用块体极限平衡Sarma法和非线有限单元分析法对小山水电站厂房边坡岩体稳定性进行了分析研究。综合两种方法的计算成果分析, 厂房边坡岩体在自然状态下是基本稳定的, 整体安全系数均大于1.30, 但在边坡岩体内存在部分张应力区和塑性区。若考虑Ⅵ度地震, 厂房边坡岩体Sarma法和有限元计算的安全系数分别为1.18和1.16, 处于极限平衡状态。考虑到长期稳定边坡安全系数大于1.30的规范要求, 需进行一定的加固处理, 保障厂房安全运行。     

高边坡结构可靠度的二次处理有限元分析

本文依据强度折减理论,利用MIDAS/GTS有限元软件,分析计算了高边坡结构的安全系数K,找到边坡滑裂带的位置。在此基础上,对有限元输入数据和输出结果进行二次处理,建立基本随机变量c,f与滑裂带中单元的最大(和最小)主应力σ1(和σ3)的拟合关系f1(和f3),将其代入高边坡结构的功能函数Z中,使Z由隐式形式变为显式。基于该显式表示的Z,利用Monte Carlo法计算滑裂带中所有失效单元的可靠指标β1,并将其单元面积A1作为权重系数,经过加权平均得到边坡结构的整体可靠指标β。上述方法使得结合有限元软件计算边坡结构的整体可靠度得以简化。经实例分析可知,本文提出的方法是合理可行的,可使边坡结构整体可靠性分析得以简化,也可为高边坡结构整体可靠性分析提供理论参考。     

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。     

稳定渗流条件下土坡稳定性分析的一种新方法

在提出随机角生成曲线滑动面方法的基础上,通过改变选定参数来搜索临界滑动面,对渗流作用下的不同土质边坡进行稳定性分析。 考虑渗流效应时,将土体视为三种土条划分情况,并进行受力分析,推导出简化Janbu法中土条的浮力和渗透力计算公式。同时,对实际渗流场做出合理简化,以便应用于计算机编程。算例对比分析表明: ①此方法计算出的最小安全系数与已有研究成果非常接近,得到的最危险滑动面也颇为相似,可证明本文方法的正确性; ②以非圆弧滑动面与圆弧滑动面计算出的最小安全系数相比,前者明显要小,建议在有渗流作用时应采用非圆弧滑动面; ③对两个不同水位下的均质土坡,以水位与坡高之比为参数对边坡状态进行分析时,结果表明随着地下水位的升高,边坡安全系数急剧下降,因而,渗流效应是边坡发生失稳的一个重要因素,工程实际中应特别注意边坡排水设施的设置。     

地震边坡失稳机理及稳定性分析

通过对汶川地震边坡调研,发现大量边坡破坏形式为坡顶拉裂、下部坡体剪切破坏。本文利用有限差分程序,从边坡土体的应力状态出发,通过监测边坡土体的状态、位移和剪应变增量变化等,分析了岩土体在静力、横向地震和耦合地震作用下的破坏过程,发现坡顶附近发生张破坏,以下部位发生剪切破坏,而非传统的地质工程观点——地震边坡破坏主要是地震惯性力造成的剪切破坏。并提出一种新方法——关键点相对位移法,来判断边坡的动力稳定性,数值模拟结果与已有研究成果及震后灾害调查结果具有良好的一致性。     

小净距公路隧道稳定性数值模拟分析

常(德)-吉(首)高速公路上的阿娜隧道是因隧道净距小,双洞间影响较大,故应用二维弹塑性有限元分析方法对其稳定性进行分析研究,计算了衬砌和围岩的内力与位移,进行了变形性状的分析,为高速公路类似的小净距隧道工程设计、施工提供一定的科学依据和参考价值。     

山区机场高填方边坡稳定性分析

针对山区机场建设中的高填方边坡稳定性问题,本文解决了考虑含石量的统一硬化（unified hardening,UH）模型有限元强度折减法的关键问题：强度折减参数确定、安全稳定系数判断和初始地应力平衡方法确定。应用Mohr-Coulomb模型和考虑含石量的UH模型对山区机场高填方边坡稳定性进行了有限元分析,比较分析了应用两种模型计算的边坡安全稳定系数、位移和应变,得出了机场高填方边坡的稳定性规律,说明了应用考虑含石量的UH模型进行机场高填方边坡稳定性分析的有效性。

     

节理岩体边坡的动力稳定性分析

阐述了动力离散元的原理及计算方法, 并将其用于一个受高烈度地震威胁的滑节理岩体边坡的动力响应分析与动力稳定性评价, 阐明了滑坡动力稳定性分析的必要性。