地震作用下双层土质边坡稳定性上限分析

为探究地震作用对双层土质边坡稳定性的影响,基于极限分析上限理论,建立了地震作用下双层土质边坡旋转破坏机构。采用拟静力法简化地震荷载作用,推导了双层土质边坡安全系数表达式。分析土体黏聚力比、边坡坡角以及地震作用对双层土质边坡稳定性及其滑动面参数的影响。研究结果表明:在水平地震作用下,随着黏聚力比的增大,边坡安全系数呈非线性增大且潜在滑动面变浅;当水平地震作用增强时,边坡失稳破坏范围显著加大;随着竖向地震系数及黏聚力比的增大,边坡安全系数略微降低;水平地震作用增强时,竖向地震作用对边坡稳定性的影响逐渐增大,此时需要考虑竖向地震的影响。

基于修正拟动力法的岩质边坡三维稳定性分析方法及应用

岩质边坡的抗震设计是岩土工程的重要课题,其稳定性直接关系到工程安全和社会经济效益。由于岩石的非线性强度特性,岩质边坡的破坏形式和机理与土质边坡有很大的不同,需要采用不同的分析方法和设计原则。此外,地震作用是导致岩质边坡破坏的主要因素之一,其对岩质边坡的稳定性有着显著的影响。为更好地确定基于Hoek-Brown强度准则下的岩质边坡抗震设计方法,在极限分析法上限定理的框架下,基于离散化技术构建了一种更加符合实际岩石边坡失稳破坏机制的三维对数螺旋破坏预测模型。通过广义切线技术将Hoek-Brown准则的参数转化为容易计算的Mohr-Coulomb准则参数再将其嵌入到预测模型中,提出一种更加准确的岩质边坡地震稳定性分析模型。该模型可以考虑岩石的非线性强度特性,并通过修正拟动力法引入地震加速度和阻尼比参数,提高了地震作用力的预测精度。然后,将重力增加法和多元宇宙优化算法相结合,获得一种边坡临界安全系数的确定方法,实现了岩质边坡在地震作用下的三维稳定性评估。与现有研究成果对比和工程案例应用表明,此方法可以较为准确地评估岩质边坡的地震稳定性,同时也能够反映岩质边坡的失稳破坏形态和范围,在岩质边坡地震稳定性分析中具有较好的有效性和可靠性。研究成果为进一步优化岩石边坡的抗震设计方法提供了新的思路和参考。

地震荷载作用下非饱和土边坡三维极限承载力研究

研究旨在对地震荷载作用下非饱和土边坡稳定性进行分析。为了考虑地震荷载时间效应、边坡放大效应及土体阻尼特性的影响,采用修正拟动力法对边坡动力响应进行描述。采用考虑基质吸力影响下非饱和土广义黏聚力和饱和土摩擦角定义非饱和土剪切强度参数。基于三维离散破坏模型,采用极限分析上限法构建了地震荷载作用下非饱和土边坡三维极限承载力分析模型,通过已发表文献结果验证了所提出模型的有效性。最后,提供了非饱和土边坡三维极限承载力设计图表。研究结果表明:①与二维破坏模型相比较,所提出三维破坏模型能实现对边坡稳定性更为准确的评估;②忽略非饱和土剪切强度参数影响往往导致边坡稳定性评估结果偏于保守。

考虑间断速度场的光滑有限元极限分析上限法

基于应变光滑技术的有限元极限分析方法,为岩土工程稳定性分析提供了一种有效和高精度的数值分析途径。通过改进基于节点光滑域的方法,使其可以考虑间断的运动许可速度场,提出一种新型节点光滑有限元极限分析上限法。在土与结构接触面处引入间断速度场,以间断面处节点速度差表征间断速度场的大小,进而基于间断节点重新构造节点光滑域。在Mohr-Coulomb屈服准则和关联流动法则的基础上,分别计算间断面和光滑域内的内能耗散,并将屈服准则和流动法则的约束条件转化为一系列的二阶锥约束方程,最终将考虑间断速度场的节点光滑有限元上限法转化为标准的二阶锥规划模型。此模型可以采用高效的原对偶内点算法进行求解。通过岩土工程中经典问题的数值分析,验证了新方法的可靠性,并通过数值分析发现,结构与土体接触的强度性质对结构的失稳模式和极限承载力具有明显的影响。

高水压条件下盾构隧道开挖面极限上限法研究

基于极限分析上限法,首次推导了高水压下维持均质土隧道开挖面稳定的最小支护压力解析解公式.并利用土层厚度加权平均法,对多层土体参数和水压力进行了简化分析,从而可将上述解析解公式应用于多层土越江隧道开挖面稳定性评价中,可为越江盾构隧道推进工程中估计前方支护压力的参考.最后,结合上海长江隧道和南京长江隧道实例,利用推导的解析解公式对越江隧道开挖面极限支护压力进行了计算,并将计算结果与前人研究和工程实际进行了对比分析.

考虑填料与土地基差异性的填方边坡稳定性上限分析

考虑到填方边坡中填方部分填料与地基土体力学特性存在差异性,表现出明显的"两层土结构"特征,基于上限法推导适用于填方边坡稳定性计算式,并通过与已有的研究成果进行对比分析。同时,分析土体黏聚力比、内摩擦角以及边坡坡度对填方边坡稳定性及其滑动面参数的影响。研究结果表明:本文计算式所得稳定性系数Ncr更小,验证了所推导的即计算式的可靠性;随着黏聚力比增大,滑动面出口角度β′、临界高度Hcr与比黏聚力比为1时的临界高度Hcr0之比(即Hcr/Hcr0)均呈非线性增大,β′最后稳定在边坡坡度;内摩擦角、边坡坡角对Hcr/Hcr0的影响与黏聚力比有关,即地基土与填方填料的差异性明显影响填方边坡稳定性及其滑动面形状;地基土强度提高可使地基所需加固深度降低。研究成果可为填方边坡填料选取、地基加固设计提供参考。

抗滑桩加固边坡稳定性3维极限上限拓展分析

抗滑桩作为常用的边坡加固手段,被广泛应用于工程实践中,其影响下的边坡稳定性分析,具有较高的理论和实践价值。采用极限分析上限法,通过引进参数拓展了边坡3维计算模型,建立了内外功率平衡的边坡安全系数计算框架,并通过优化计算得到一定参数条件下边坡的安全系数上限解和最危险破坏机构形状。在此基础上,分析了抗滑桩加固后边坡破坏模式和稳定性受抗滑桩位置、桩距、坡角、机构限宽等参数的影响规律,并讨论了不同参数条件下破坏面形状的变化规律和边坡稳定性变化的内在机理。结果表明:最安全抗滑桩位置不受机构限宽影响,位于坡面中点与坡顶间的某一位置;当机构限宽较小且抗滑桩位置靠近坡趾时,边坡破坏面通过坡面。抗滑桩位置距离坡趾越远,破坏面越靠近坡面且曲率越大。当桩距较小时,边坡倾向于在抗滑桩位置上方发生次级滑动;边坡整体安全系数随桩距的增大而降低。随着机构限宽的增大,边坡安全系数逐渐降低,并逐渐接近2维破坏机构的安全系数。边坡破坏机构随桩距和机构限宽的增大而增厚。当坡角较小时,边坡破坏面通过坡趾下方。本文方法不仅对边坡破坏机构类型的拓展具有理论意义,而且实现了计算结果的进一步优化。

考虑侧阻增强效应的基桩极限承载力解析算法

常规基桩竖向极限承载力计算方法难以考虑由于端阻力提高而引起的侧阻增强效应。分析基桩侧阻增强效应的形成机理,在此基础上,采用Meyerhof对数螺旋线破坏模式模拟桩端土体破坏状态,并引进极限上限理论分析桩端与桩侧土体在极限承载情况下的能量传递规律,利用虚功原理导出桩侧土体对桩身增加的法向压力值,由此根据摩尔库伦理论提出了考虑侧阻增强效应的基桩竖向极限承载力公式。与现场基桩承载力试验数据的对比表明,桩基规范常规算法明显低估了基桩的极限承载力,而本文推算的理论公式则更接近于实测静载荷试验值,表明考虑侧阻增强效应后可更合理评估基桩承载能力。对影响基桩侧阻增强效应的各主要因素进行了探讨,分析结果表明,随桩端土体强度或桩径的增加,侧阻增强效应作用愈明显,该结论对基桩工程设计具有一定的借鉴意义。

基于单元速度泰勒展开的上限原理有限元法

极限分析上限法较极限平衡法有着严谨的理论基础和物理意义。借助于级数展开的思想,通过对速度在单元形心点处一阶泰勒展开,得到了以形心点速度和速度一阶导数为基本未知变量的上限有限元法,该方法丰富了上限有限元基本理论,且可更好地表达与刚体上限法之间的联系。在形成新的上限法的同时,放松单元内任一点均需严格满足上限性质的要求,采用等面积多边形的形式代替外切多边形来逼近摩尔-库仑屈服圆。算例表明:该方法可稳定收敛到真实解,具有和传统Sloan法相同的收敛度;采用等面积多边形逼近形式时,较少的多边形边数即可取得较好的收敛效果,收敛速度大大提高。

考虑土体非均质性的三维土坡稳定性上限分析

基于极限分析上限法,构建了三维土质边坡牛角状对数螺旋锥体破坏机制.通过与经典文献解答的对比分析,验证了方法的可靠性.探讨了忽略土体体积压缩耗能对三维土坡稳定性系数的影响,并分析了不同坡角、不同内摩擦角和不同宽高比三维土坡稳定性随土体非均质性变化的规律.计算分析结果表明,在内摩擦角较大而坡角和宽高比均较小的情况下,土体体积压缩耗能需要考虑;而在内摩擦角和坡角均较大或仅内摩擦角较小的情况下,土体体积压缩耗能可以被忽略.三维土坡稳定性随非均质性的增强而下降,当坡角越小或内摩擦角越大时,边坡稳定性受土体非均质性的影响越大;边坡宽高比反映边坡的三维效应,三维效应强的边坡的稳定性受土体非均质性的影响越大,其稳定性系数在土体非均质性很强时小于三维效应较弱的边坡.

厚壁管有芯镦锻成形极限的研究

本文根据厚壁圆管在两端夹持、有芯轴支撑、轴向加载的条件下，视塑性试验流线分布的结果，建立了变形区域的速度场和应变速率场。采用上限法，确定了管坯镦锻成法兰制件的合理工艺参数；根据能量准则，导出了管料在变形过程中内壁产生凹陷的判别式，首次建立了管坯有芯镦锻的成形极限曲线。

复合地层盾构开挖面极限支护力上限分析

随着地下空间进一步的开发与利用,盾构施工面临的地质条件更加复杂多样。盾构在复合地层中掘进时,因地层间力学性质差异,易因开挖面支护力确定不当而造成失稳破坏,给工程带来负面影响。针对盾构隧道穿越复合地层较穿越均质土体时,由于上下地层间力学性质差异而导致的开挖面支护压力难以确定的问题,基于组合对数螺旋线破坏模式的复合地层中盾构开挖面失稳模型,利用极限分析上限定理推导了复合地层盾构隧道开挖面极限支护力上限表达式,结合非线性优化技术,求得极限支护力最优解,并通过与现有文献进行对比,验证了采用组合对数螺旋破坏模式的合理性;同时,讨论了不同参数对极限支护力及临界破坏模式的影响,给出了破坏时临界滑动面示意图。结果表明:当上部地层内摩擦角和黏聚力一定,极限支护力随下部地层内摩擦角和黏聚力的增大而降低;随着隧道直径的增大,极限支护力显著增大。定义上层地层深度与隧道直径之比为深度系数,对于复合地层,深度系数越小,极限支护力对于地层抗剪强度参数的变化越敏感;但对于单一地层,深度系数的变化对极限支护力没有影响。所得结论对实际工程具有一定的指导意义。

上坡条件下盾构开挖面极限支护压力研究

近年来盾构施工技术已广泛应用于隧道工程,在盾构掘进过程中维持开挖面的稳定是整个盾构施工的关键。在越江隧道中,由于江底土的埋深较地面要低许多,盾构在穿越时必然比一般的平地隧道具有更大的纵坡坡度,研究坡度条件下的开挖面极限支护压力大小具有实际工程价值。采用极限分析上限法,建立土体破坏模型,推导上坡条件下的开挖面极限支护压力理论公式,并与平坡条件下和上坡条件下的有限元分析结果进行对比,分析结果表明:理论计算能很好地用于粘聚力较大或内摩擦角较大的土体,可以很好地用于实际工程;随着坡度角的增大,维持开挖面稳定所需的极限支护压力显著增大,且与坡度角呈线性关系。

边坡稳定三维极限分析方法及工程应用

边坡稳定三维极限分析方法有上限解和极限平衡两种方法。上限解具有理论基础严格,计算安全系数步骤简捷的优点;极限平衡方法较以往的相关成果更为严格,它是二维的Spencer法在三维条件下的扩展。同时使用这两种方法求解安全系数,可以使两种方法各自的局限性得到弥补,并且可以将安全系数限制在一个很小的区间内,获得满足精度要求的解答。通过小湾堆积体工程实例说明了其可行性和实用性。

黏土基坑抗隆起稳定分析的多块体上限解

为了将多块体上限法拓展应用到饱和黏土基坑抗隆起稳定性分析中,提出支护墙体刚性条件下,用于饱和黏土基坑抗隆起稳定分析的多块体相容破坏模式,并给出相应的上限计算能量方程。为检验多块体上限方法的应用情况,结合实际工程案例以及针对基坑宽度、坑底基岩埋置深度、支护墙体与土体间侧摩阻、支护墙体入土深度和土体强度非均质等对抗隆起稳定存在影响的因素进行计算和分析,并将多块体上限法计算结果与基于Terzaghi模式及Prandtl模式的上限解、Faheem强度折减有限元计算结果、Ukritchon的极限分析有限元计算结果做了广泛的对比。通过对比可以发现,所给出的多块体上限解是所讨论上限解中最优的,计算结果与Ukritchon的极限分析上限有限元计算结果较为接近,而多块体上限方法与Ukritchon的极限分析上限有限元相比,更容易实现,计算量也要小得多。通过大量计算以及与其他方法的对比可以发现,多块体上限方法在黏土基坑抗隆起中的应用是比较成功的。

顺层岩质边坡稳定性极限分析上限法

基于极限分析上限法理论,运用体积力增量法,考虑单层滑动面极限分析模型的缺陷,建立考虑含结构面的多岩层错动的任意块体模型,利用岩块体在外荷载作用下达到极限破坏时,外荷载做的功与岩体消耗的功相等为基础建立等式方程,由此推导得到此类边坡稳定系数的计算公式。在分析典型边坡算例的基础上,对比离散元数值模拟结果,验证了该方法的可行性和适用性。对云南省普宣高速公路某顺层岩质边坡进行计算,其稳定系数接近离散元数值模拟结果,数值稍有偏大,边坡稳定。其研究结果为此类边坡稳定性评价提供了一种新的计算方法。

岩土材料极限分析上界法的讨论

现行的极限分析上界法,尽管求解结果合理,但理论上却存在一些矛盾:如试验证明,关联流动法则不适用于岩土材料,而现行解法却采用了关联流动法则;传统分析中假设体积不变,但计算中却出现大于实际的体积剪胀变形;按关联流动法则,应力特征线与速度滑移线重合,但在分析中却采用速度方向与应力特征线方向成j角;实际土体破坏时,破坏面上同时存在着剪切力nt和正应力ns,但在计算中却反映不出摩擦功。近年在中国日益兴起的广义塑性力学理论为岩土材料的极限分析方法提供了科学的理论基础。作者提出了基于广义塑性力学的极限分析上界法,消除了上述矛盾,并获得了正确的计算结果。通过同经典算法的比较,证明了两种方法的计算结果几乎是一致的,但现行方法计算简便,因而,可作为一种实用的计算方法。论文还对上述两种算法作了系统的分析与比较,指出了它们求解的相同点与不同点。

浅埋隧道工作面破坏模式与支护反力研究

将浅埋隧道工作面稳定性问题简化为二维问题,构造了隧道工作面破坏模式。该破坏模式由一系列刚性滑块组成,其对应的速度场在隧道工作面正前方可由竖向逐渐变为近水平向,较为符合实际。在此基础上,由破坏模式和速度场的几何关系递推计算所需的几何参数,得到浅埋隧道工作面支护反力的目标函数,并建立了优化变量的约束条件。利用Matlab编制程序求解该数学优化问题。最后通过算例得到了不同条件下维持浅埋隧道工作面稳定所需的支护反力及优化得到的破坏模式和速度场,并分析了影响工作面稳定的各个因素。

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。

浅埋隧道围岩压力确定的极限分析方法

应用极限分析上限法计算浅埋隧道围岩压力,构造了浅埋隧道围岩两种刚体平动破坏模式,并推导了理论公式。将浅埋隧道围岩压力计算转化为一个数学优化模型,编制相应计算程序。通过算例分析了两种破坏模式下浅埋隧道围岩压力计算结果,对照太沙基理论,对结果进行探讨,指出对于浅埋隧道而言,利用极限分析上限法计算隧道围岩压力是一个可行的方法。