基于有限元方法的双强度折减技术在边坡稳定性评估中的应用研究

评估边坡稳定性,以尽量减少失稳引起的地质风险,对减少人员伤亡和财产损失具有重要意义。本文提出了非均质边坡稳定性评价的强度折减法,并构建了相应数值方法。最后,结合传统方法验证了本方法的可行性,并结合实例对该方法进行了应用。

多因素对橡胶混凝土劈拉强度折减行为的影响

为评价掺入橡胶集料(RA)对橡胶混凝土(RuC)劈拉强度折减行为的影响,研究提出了一个半经验的劈拉强度折减系数(SRF)预测模型。该模型以RA体积分数为自变量,可以定量描述不同因素对RuC劈拉强度的影响。此外,建立了包含128组试验结果的数据库,以验证模型的预测能力。随后,分析了RA体积分数、替代方式、粒径、表面性能、温度、掺入硅灰、养护龄期、水胶比对SRF的影响,并确定了主要影响因素。最后,对数据库进行科学分类和回归分析,确定模型参数c的取值。

饱和岩土边坡的孔压增量强度折减极限分析方法

目前饱和边坡的强度折减法流固耦合分析是在总应力的静水压力差法基础上,通过调整浸润面位置、考虑材料浮力作用加以实现,未能解决强度折减过程孔隙水压力变化的情况。本文从岩土体固相介质强度参数(c、φ)与液相介质强度参数(孔隙水压力)相互关系出发,解释了固体骨架、自由水不同步的荷载传递过程,提出了有效应力的强度折减法、孔压增量近似确定方法,并在总应力静水压力差方法基础上给出了孔压增量强度折减方法的实现过程。研究表明:孔压增量强度折减方法计算的饱和边坡零孔隙水压力面升高0.34~0.44 m(4%~5%),与目前在涉水边坡流固耦合分析中按经验选取0.5 m的浸润面抬升值较为一致。

基于PFC模拟的饱和粉砂强度折减范围研究

为验证基于颗粒流程序(particle flow code,PFC)模拟的饱和粉砂土体变形和破坏状态下土力学参数与孔隙度的关系,以呼和浩特市地铁2号线公主府站至呼和浩特站盾构区间前期钻探土样为研究基础,对饱和粉砂进行一系列密度梯度的三轴不固结不排水室内试验,根据换算公式将密度指标转化为孔隙度指标,对孔隙度与内摩擦角之间的关系式以及孔隙度、围压与变形模量之间的定量关系式进行拟合。通过离散元法进行三轴数值模拟试验,监测试件在压剪过程中孔隙度随试件变形的变化规律,从而确定饱和粉砂在弹塑性变形阶段和破坏阶段土体孔隙度与变形模量及内摩擦角之间的关系。结果表明,土体强度随密度的增加而增加,基本呈现线性增加的规律。将孔隙度随土体应变变化的曲线对应到内摩擦角随孔隙度变化的拟合曲线中,可以得到饱和粉砂不同阶段土力学参数的取值范围,明确土体强度折减范围。通过PFC模拟曲线确定不同阶段对应的区段,为完善饱和粉砂强度折减规律分析提供了新的方法。

基于强度折减的小净距隧道洞口施工对边仰坡稳定性影响研究

以巫镇高速某公路隧道为背景,通过强度折减法对隧道围岩参数进行折减,采用FLAC 3D有限差分软件对洞口段隧道开挖进行了数值模拟,并基于现场监测对模拟参数进行了标定,分析了隧道洞口施工边仰坡稳定性和极限剪应变分布特征,探明了不同折减系数下隧道洞口段位移变化规律,提出了隧道洞口边仰坡稳定性安全系数合理取值和位移安全基准值。研究结果表明:1)初始状态时,当折减系数介于1.36~1.38时,岩体位移变形速率加快,累计变形量发生突变,边仰坡上方极限应变区域贯通;2)隧道洞口施工后,当折减系数介于1.20~1.22时,岩体位移变形速率加快,累计变形量发生突变,隧道间极限应变区域贯通,故提出隧道施工的洞口边仰坡稳定性安全系数控制基准值为1.2,此时竖向位移安全基准值为80 mm,水平位移安全基准值为35 mm。

不同含水率断层宏微观破裂与强度折减损伤

为探究深部地区断层花岗岩不同含水率的宏观与微观跨尺度性质,开展了轴压力学试验、扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)试验和X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)试验,分析其多尺度破裂与强度折减损伤关系。结果表明:无水状态下宏观以剪切破坏为主且破裂面平滑,而随着含水率提高,其破裂模式以张拉破坏为主,裂纹路径与主应力方向平行且整体松散;低含水率工况微观破裂为沿晶破裂,高含水率工况为沿晶破裂和穿晶破裂的复合型破坏;吸水中期峰值强度与弹性模量两指标衰减率为前期6倍,达到衰减幅度最大限并呈非线性指数下降,吸水后期两指标衰减率回弹至前期状态;劣化系数随含水率增长而降低,吸水前期水分子起润滑岩石内部矿物作用,中后期阶段水分子发生侵蚀软化导致强度大幅度折减。

土体强度折减对海上升压站结构抗震设计的影响

通过有限元非线性时程分析,对比API规范法与考虑土体强度折减作用后某海上升压站桩基及上部平台结构的水平向应力与变形等主要设计指标,结果表明,考虑土体强度折减后,土体对于桩基的水平向约束力减弱,单桩的变形与受力均出现大幅增加,且上部结构的整体水平运动特征更为显著,使用API规范计算上部平台结构的应力结果偏保守,建议在海上升压站的桩基础设计时根据场地土的特性选取土体强度折减模型并着重校核桩基础的关键设计指标。

基于土体强度折减法生态组合桩结构稳定分析及应用

针对道路、居民建筑等占用的城镇河道,采用了一种由连接板和抽槽式受力桩构成的生态组合桩,打造亲水护岸,基于土体强度参数折减和嵌固深度验算公式修正方法,对桩体稳定性、板宽B与桩长H比值进行了探讨,应用于实际工程。研究结果表明:组合桩稳定性验算应考虑桩宽b、桩长H、连接板宽B及高度h等因素,且土体强度折减区间及增量取值不宜过大;折减系数小于1.0时,桩体稳定性、板宽B与桩长H的比值随着土质强度增长呈抛物线增大,在强度好的粘性土质岸坡中经济实用;折减系数大于1.0时,组合桩稳定性随土质强度减小呈线性降低;粘性土质岸坡应用中,组合桩需考虑机械引孔、型钢导架轴向定位等施工技术。研究成果对类似粘性土质岸坡生态河道提升打造具有重要指导意义。

基于强度折减采样与高斯过程回归的空间变异土坡自适应可靠度分析

土体参数空间变异性对土坡稳定性的影响已受到岩土工程界的广泛关注,繁冗的计算量是空间变异土坡可靠度分析面临的瓶颈问题。基于强度折减采样(SRS)和高斯过程回归(GPR)模型,提出一种适用于高维空间的空间变异土坡自适应可靠度分析方法(SRS-GPR)。首先采用Karhunen-Loève展开法将空间变异土体强度参数离散为高维随机变量,随后根据SRS生成土坡临界样本点,接着通过GPR构建土体参数随机场与边坡安全系数之间的高维非线性函数关系,并基于主动学习策略自动搜寻最优训练样本点,迭代更新GPR模型。在此基础上,结合GPR模型和蒙特卡洛模拟进行边坡可靠度分析。最后,通过两个典型算例验证所提方法的准确性、高效性、鲁棒性和适用性。结果表明:所提方法可有效识别靠近极限状态面附近的最优样本点,使得迭代更新的GPR模型在该区域的预测精度逐渐提高。此外,所提方法不受随机变量维度的影响,可直接在高维参数空间应用,且对边坡稳定性模型的调用次数较少,在计算效率方面具有显著优势。

对“基于突变理论的采空区重叠顶板稳定性强度折减法及应用”的讨论

1引言 贵刊2010年第7期刊登了题为＂基于突变理论的采空区重叠顶板稳定性强度折减法及应用＂的文章（以下称为原文）,原文通过累次折减重叠顶板强度折减系数F,由顶板的跨度、厚度及顶板岩石力学参数算得顶板中点竖向位移δ，得到重叠顶板中点位移序列曲线I（见图1），这里将其记为δ1（F）。

基于FLAC3D的边坡稳定性分析自编强度折减程序的修正

安全系数是边坡稳定性分析中的一个有指导意义的概念,强度折减法可根据计算结果自动获得安全系数.其不足之处在于:已有的自编强度折减程序偏差较大;岩土材料有2个强度指标黏聚力c与内摩擦角的正切值tanφ,若采用同一个折减系数,意味着在折减过程中这2个指标将按同一比例下降,但实际情况并非如此.本文以FLAC3D求解安全系数的过程为基础,探讨了自编强度折减程序的精度以及结果偏差问题;针对强度折减数值计算过程中的不足之处进行试验,得到c与tanφ之间的折减相关系数,由此提出一个较为合理的修正系数β以修正精度和偏差.经检验:自编强度折减程序求解的安全系数呈阶梯状规律分布,且与定义的安全系数上、下限之差的临界值呈一定关系;文中提出的修正系数能较好地修正自编强度折减程序的偏差,安全系数的误差率控制在±0.5%以内,提高了计算结果的精度.

强度折减法对锚杆加固边坡的稳定分析

利用大型有限元分析软件,考虑岩土变形的影响,采用完全弹塑性模型,Drucker-Prager屈服准则以及边坡最大水平位移增量与材料强度折减之比达到极值作为边坡破坏的标准,对锚杆加固边坡的稳定性进行了分析,得到了边坡稳定系数,并利用临界破坏状态时边坡的等效塑性应变图来确定潜在滑动面,为工程设计提供了参考依据。

基于极限应变判据-动态局部强度折减的边坡破坏演化数值模拟

岩土材料具有极限应变特征,其值可以通过室内试验或数值模拟方法求得。边坡岩土体主要为剪切破坏,可采用极限剪应变作为材料破坏的判据。事实上,边坡岩土体强度参数劣化并非整体性的,而是一个渐进性局部损伤至整体失稳的过程。本文基于极限应变判据,建立了边坡破坏的动态局部强度折减方法,此方法对边坡中超过极限剪应变值的单元进行强度折减。通过不断折减计算过程中产生的超过极限剪应变值单元,直到坡内超过极限剪应变值的单元贯通,认为边坡整体发生破坏。将该方法应用到实际边坡工程中,计算结果和边坡破坏模式及变形监测数据基本吻合。此方法在分析边坡渐进性破坏及稳定性评价方面具有较好应用前景。

有限元强度折减系数法计算土坡稳定安全系数的精度研究

有限元强度折减系数法在边坡稳定分析中的应用正逐渐受到人们的重视。本文较为全面地分析了土体屈服准则的种类、有限元法自身计算精度以及H (坡高 )、 β (坡角 )、C (粘聚力 )、Φ (摩擦角 )对折减系数法计算精度的影响 ,并给出了提高计算精度的具体措施。通过对 10 6个算例的比较分析 ,表明折减系数法所得稳定安全系数比简化Bishop法平均高出约 5 7% ,且离散度极小 ,这不仅验证了文中所提措施的有效性 。

钢筋混凝土结构材料强度折减综合效应研究

针对影响材料性能的各种因素做了分析研究,根据各种因素对材料参数的影响程度给出了相应量化计算模型或获取方式。广泛总结了现有结构材料耐久性研究的相关理论和试验研究成果,提出了材料强度综合折减效应,并给出了其计算模型。

边坡渐进破坏的动态强度折减法研究

边破的变形破坏是量变积累到质变的渐进发生过程,由坡体内部潜在滑动面的逐渐破损并扩展至整体滑面。基于强度折减法思想,提出模拟边坡渐进破坏的动态强度折减法。该方法利用屈服接近度指标YAI确定边坡的破损区域,将YAI<0.2的区域定为破损区,通过不断动态折减局部破损坡体的强度参数,使边坡潜在滑动面渐进演化至贯通,边坡达到极限平衡状态。算例计算表明,该方法可有效解决强度折减法中折减范围的问题,克服整体强度折减法破损区过大的缺陷,获得的位移变化趋势与破损区演化过程也具有良好的一致性。动态强度折减法真实再现了边坡渐进失稳过程,为强度折减法更有效地应用于边坡稳定性定量评价提供有效途径。

用局部强度折减法进行边坡稳定性分析

边坡的变形与其稳定性具有内在的必然联系,因而可以通过变形场来对边坡的稳定性进行判断。传统的强度折减法基于理想弹塑性模型对所有单元进行强度折减,所求解出来的变形场并不能很好地反映出边坡失稳时的真实变形。实际上,边坡的失稳是由于局部土体的强度降低所致的,因此提出只对局部土体单元进行强度折减、其他土体单元保持原有强度不变的局部强度折减法,本构模型采用变模量弹塑性模型。工程实例计算分析表明,基于变模量弹塑性模型的局部强度折减法对边坡进行稳定性分析是可行的。

强度折减动力分析法在滑坡抗滑桩抗震设计中的应用研究

利用动力有限差分软件FLAC,结合强度折减动力分析法,提出抗滑桩抗震设计新方法,将滑坡安全稳定系数作为岩土体参数折减系数对岩土体参数进行折减,采用FLAC动力分析,考虑了桩与岩土体地震荷载下动力相互作用,将地震作用过程中桩内力峰值除以混凝土强度增大系数与地震作用完毕之后桩的内力值进行比较,二者中大值作为桩的抗震设计内力值,同时还要求桩顶边坡动力安全系数大于设计容许值,确保滑坡不会发生越顶破坏。通过一个滑坡算例,对抗滑桩支护抗震设计进行分析,结果表明:动力强度折减分析法进行抗滑桩抗震设计,能考虑桩土动力相互作用,并得到实际桩前推力分布形式,为抗滑桩支护边坡的抗震设计提供了一个新的思路。

考虑分层特性的尾砂胶结充填体强度折减试验研究

充填体分层现象在分段或阶段嗣后填充采空区过程中较为常见。设置65％、70％、72％和75％4个浓度，填充次数为1、2、3和4制作不同分层胶结充填体试件，进行单轴压缩试验探究其力学强度及其破坏模式。试验结果表明：（1）相同浓度条件下，随着填充次数增多，胶结充填体的单轴抗压强度弱化效应越明显，而当浓度在65％～75％之间变化时，对应强度折减系数介于0．592～0．967；（2）充填体单轴抗压强度与填充次数之问满足二次多项式函数关系，而与料浆浓度呈对数函数分布；（3）不同分层胶结充填体的破坏模式主要表现为共轭剪切破坏和贯穿分层面的张拉破坏。低强度夹层可能是导致分层胶结充填体强度降低的原因，能够为后期填充采空区的充填体强度设计提供可靠的理论依据。

基于双强度折减策略的边坡稳定性分析方法探讨

基于能耗分析理论,假定黏聚力和内摩擦角按不同折减系数进行强度折减,采用不同边坡综合安全系数定义方式,根据虚功原理推导了各自综合安全系数的目标函数表达式。采用序列二次规划法和内点法编制了非线性规划迭代程序,对综合安全系数目标函数进行优化求解。依据算例结果探讨了双强度折减技术评价方法对边坡安全系数计算的影响规律。研究结果表明,边坡稳定性影响因素众多,抗剪强度参数c与φ的折减系数之间不存在惟一确定的函数关系,现有预先假定黏聚力和内摩擦角按某一比例进行强度折减的处理方法尚难以完全合理解释;通过强度折减的最短路径来定义边坡综合安全系数的方法物理意义更为明确。研究结论可为工程技术人员加深采用强度折减技术进行边坡稳定性分析的认识提供有益参考。