基于最大最小蚁群优化算法的缓层土质三维边坡临界滑动面搜索

解决滑坡问题的关键在于边坡的稳定性分析,而边坡稳定性分析的要点在于边坡临界滑动面的搜索以及边坡安全系数的计算。为更准确地搜索边坡的临界滑动面,将最大最小蚁群优化算法应用于缓层土质三维边坡临界滑动面搜索。首先采用光滑有限元法结合莫尔-库伦强度准则对边坡模型进行弹塑性分析,计算得到边坡的应力场;然后在边坡内部构建一组独立于有限元法单元网格的条带结点网络,在此基础上引入最大最小蚁群优化算法,结合滑动面应力法建立搜索边坡临界滑动面并求取对应安全系数的计算模型;最后利用该计算模型分别对均质边坡算例、双层材料边坡算例和公路路堑边坡工程实例进行计算与分析。结果表明:通过将该计算模型的计算结果与二维极限平衡法和三维强度折减法的计算结果进行对比,并结合某公路路堑边坡实例的滑坡实际发展趋势,验证了该计算模型的有效性和准确性,可为缓层土质边坡的开挖和支护设计提供依据。

基于强度折减法的三维边坡失稳判据

为了寻求基于强度折减法的三维边坡稳定分析的合理判据,依托珍珠坝边坡采用FALC3D对位移突变判据及塑性区贯通判据进行分析,并与ANSYS计算结果和二维极限平衡结果进行比较。结果表明:在采用强度折减法对三维边坡稳定分析时,位移突变判据根据总位移增量和折减系数关系曲线较易识别突变点且特征点选在边坡坡顶滑体上较为合理;针对塑性区贯通判据的不足,提出了以贯通率增量和折减系数曲线上的突变点来判别边坡稳定性。因此,三维边坡失稳判据的合理选用应遵循以下原则:建议在滑带明确的情况下采用塑性区贯通率增量突变判据,在滑带未知的情况下采用位移增量突变判据。

不同条件下三维边坡失稳规律的数值模拟(英文)

采用强度折减法研究二维和三维边坡的失稳机理。通过大量的算例,分析边界条件、强度参数和坡顶超载的三维效应,并与二维计算方法的结果进行对比,确定二维和三维计算方法的适用范围。数值模拟的计算结果表明,三维效应对滑体宽度很敏感;而对于特定的边坡几何尺寸,三维效应则受无量纲参数c/(γHtanφ)的影响。对于坡顶承受荷载的无限长边坡,边坡失稳模式主要受到荷载的影响。而对于同时受到物理边界和坡顶超载作用的边坡,失稳模式会受到两者的影响;随着荷载长度的增加,边界条件的影响更加显著。进而提出二维和三维的边坡稳定分析图,可以快速、可靠地确定二维和三维安全系数,且不需要任何迭代。最后,基于边坡三维效应和边坡稳定分析图的研究,总结一套简单实用的边坡计算流程,判断何时该采用二维或三维计算方法。

三维边坡严格与准严格极限平衡解答及工程应用

分别推导出满足所有6个平衡条件三维边坡严格极限平衡解答和满足5个平衡条件的三维边坡准严格极限平衡解答。假定空间滑面上正应力初始分布,对于严格解,用含5个参数的修正函数对其修正;对于准严格解,则采用含4个参数的修正函数。严格平衡方程组最终化为关于三维安全系数的六次代数方程,通过调节滑动方向和转动系数使修正后滑面正应力为正,从而得到有意义的严格极限平衡解答;而准严格平衡方程组最终化为关于三维安全系数的四次代数方程,其最大解析实根为准严格极限平衡解答,且只需调节滑动方向,计算过程更为方便实用。算例计算结果表明,三维边坡准严格解答与严格解答十分接近,对工程问题可直接采用准严格解答。该方法计算原理简单,易于编程实施,计算结果精度高,且适合任意形状空间滑面。应用该方法对重庆乌江银盘水电站左岸坝肩边坡及坝基岩体进行三维稳定性分析,克服了二维稳定性分析的局限性,计算结果更为合理可靠,为坝基与坝肩加固设计提供理论依据。

一种基于Morgenstern-Price法假定的三维边坡稳定性分析法

通过侧向剪力系数和侧向剪力分布函数对条间力进行假定,提出所有条柱满足3个力的平衡、滑坡体满足3个力矩平衡的三维边坡极限平衡分析法,可看作是二维Morgenstern-Price法的三维扩展。利用滑体力的平衡条件和边界条件分别得到条柱各行和各列的安全系数,再利用滑体整体力矩平衡条件确定侧向剪力系数1,2,3,4。该法考虑了所有条间剪力对安全系数的影响,采用直接迭代法求解,提高计算效率。算例分析表明,对于对称边坡,侧向剪力系数1,3,4对安全系数影响不大;对于非对称边坡,4对安全系数影响也不大,且获得的安全系数均与已有文献结果接近。非对称复合滑动面算例还表明,简化方法给出的安全系数不一定偏于安全。

基于滑动面应力假设下的三维边坡稳定性极限平衡法研究

基于滑动面法向应力的简单计算模式及Mohr-Coulomb强度准则,多个计算参数被使用对滑动面应力进行合理假设,并依据三维滑动体所满足的静力平衡条件,推导三维边坡稳定性极限平衡解答。同时,在三维边坡稳定性分析中,以往研究成果被采用对滑动面剪应力方向进行假定,且基于所采用极限平衡方程数目的不同,由此实现三维边坡极限平衡非严格法、准严格法和严格法。经与经典算例对比,验证了方法的可行性,并分析了三维非对称滑动体时非严格法、准严格法和严格法之间所得结果的差异。研究表明:非严格法所得计算结果偏小,其分析得到的边坡稳定性较为保守;准严格法与严格法计算所得结果接近,故采用不完全满足滑动体所有静力平衡条件的准严格法同样能得到较为可靠的安全系数。此外,所提方法构建了合理的滑动面应力假设,且求解过程简单,无需迭代计算,便于编程,从而利于工程应用。

基于软化特性的三维边坡强度折减有限元分析

基于现有边坡强度折减有限元的基本原理,建立了一套新的强度折减算法。该算法把强度参数降低的过程看成脆塑性应力跌落的过程,并设置一折减增量?k,当?k充分小时认为系统达到收敛条件而退出循环,最终的折减系数就是边坡的安全系数。该算法很容易扩展到三维边坡的稳定性分析,得到边坡滑动面滑动和破坏的发展趋势。通过2个算例,分析了进行三维模型计算的重要性,建议当地质条件复杂时宜从三维角度分析计算边坡,不能简单地将问题当作平面应变处理。

三维边坡稳定弹塑性有限元分析与评价

在边坡稳定分析有限元强度折减法的基础上,将二维分析推广到三维分析,研究了其安全系数的定义方式、屈服准则与失稳破坏标准等。算例分析表明,三维有限元分析比传统三维极限平衡方法和二维有限元分析更加符合实际,可以较好地模拟解决实际工程的计算问题。探讨了影响二维与三维分析结果的一些因素,通过分析得出结论:相同模型中选取Mohr内切圆屈服准则比选取外接圆屈服准则的计算结果偏于保守;三维边坡的侧向边界约束条件和长高比对计算结果影响较大,侧向边界全部约束时安全系数将大大增加,而安全系数随着长高比的增加逐渐减小。

对空间曲面取矩的三维边坡稳定性分析方法研究

三维边坡稳定分析解析解的推导是岩土工程领域的难点.基于空间一点应力分析,进行了空间曲面上一点的应力分析,得出了曲面上一点的法向应力、剪应力与应力分量、曲面一阶偏导数的关系;建立了曲面至边坡表面土柱上力的微分平衡方程、力的平衡方程、力矩平衡方程.和库仑屈服条件一起,构成了边坡稳定问题普遍适用的基本方程组;采用与二维问题的简化Bishop法类似假定,得出了一种三维边坡稳定性分析的计算方法.算例表明本文方法计算结果是合理的,对下一步的推导和应用具有指导意义.

地震作用下三维边坡最小势能稳定性分析

为分析地震作用下三维边坡的稳定性,基于最小势能原理,考虑滑裂面处的剪切势能和三向地震力对滑体的作用,建立地震作用下的三维边坡最小势能稳定性分析方法。将该方法与传统拟静力法相对比。分析三向地震力作用对边坡安全系数的影响。结果表明:该方法是合理可行的;水平向地震力对安全系数影响最大,横向与竖向地震力的影响相对较小,但不可忽略横向与竖向地震力对边坡稳定性的影响;滑体横向半长轴变化对安全系数的影响大于水平向和竖向的影响。

三维边坡稳定问题的基本方程与分析方法

基于空间一点应力分析,进行了空间曲面上一点的应力分析,得出了曲面上一点的法向应力、剪应力与应力分量、曲面一阶偏导数的关系。建立了曲面至边坡表面土柱上力的微分平衡方程、力的平衡方程、力矩平衡方程。和库仑屈服条件一起,构成了边坡稳定问题普遍适用的基本方程。采用与二维问题的简化Bishop法类似假定,得出了一种三维边坡稳定性分析的计算方法。算例表明,本文方法计算结果是合理的,具有广泛的应用意义。

三维边坡稳定性分析中的边界约束效应

边界约束条件是影响边坡强度折减有限元分析稳定性计算结果的一个重要因素。结合典型边坡算例计算给出了不同边界约束条件下的三维边坡稳定性安全系数及潜在滑动面,并进行了差异性的对比研究,最后结合存在软弱夹层与地下水的三维边坡开展了应用性研究。结果表明:边界约束条件对边坡稳定安全系数具有显著的影响。在全约束条件下安全系数最大,其次为半约束边界条件,自由边界条件下的稳定安全系数最小,全约束边界比自由边界条件下的安全系数提高大约30%。边界约束条件对边坡潜在滑动面有重要的影响。在土性参数完全相同的条件下,与全约束条件相比,半约束边界条件下的滑体体积更大,滑动面更深,滑出点位置从离坡脚不远处向坡脚变化的过程更加明显。自由边界条件下与二维计算结果较接近。

基于有限元强度折减法的地震区三维边坡稳定性分析

结合工程实例,采用有限元强度折减法对地震区三维边坡进行静力和拟静力分析,探讨了该方法的基本原理、屈服准则和失稳判据等。在采用有限元软件ANSYS求得三维边坡安全系数的基础上,对边坡的稳定性进行了评价;同时与传统极限平衡方法、二维有限元法所得的安全系数进行对比。结果表明:有限元强度折减法应用于地震区三维边坡稳定性分析是可行的。

有限元极限平衡法在三维边坡中的应用研究

研究目的:在二维有限元极限平衡法基础上建立基于强度储备概念和主滑方向的三维有限元极限平衡法,明确其空间任意形状滑动体安全系数定义及其物理意义、安全系数与主滑方向的关系和可行性等关键问题。利用积分中值定理给出其空间任意形状滑动面的安全系数定义,表征空间滑面内局部安全系数和整体抗滑稳定安全系数的内在联系。研究结论:(1)有限元极限平衡法得到的稳定分析结果与刚体极限平衡法和有限元强度折减法保持一致,将该法应用于空间边坡稳定安全评价是可行的;(2)当计算坡体轴向长度较短时,滑坡体三维效应明显,三维稳定安全系数明显高于二维稳定安全系数;当坡体轴向长度较长时,三维稳定分析结果与二维稳定分析结果趋于一致。

基于极限平衡法的三维边坡稳定性分析方法

提出一种新的求解三维边坡稳定性的极限平衡条分法。该方法根据滑裂面的几何特征,假定行方向的土柱条间力与水平面夹角和列方向的土柱条间力与水平面夹角为常数,根据每个条块力的平衡和稳定系数的定义,求出每个条柱的条间力、柱底法向力和剪力的隐式表达式。将柱底法向力和剪力代入3个方向的整体力矩平衡方程,利用迭代算法求出相应的稳定系数Fs。相较于其他三维边坡极限平衡方法,该方法考虑了尽可能多的条间力作用,并且满足每个条柱3个方向力的平衡,以及滑体绕3个轴的力矩平衡,更符合实际情况。算例计算结果表明,利用极限平衡条分法可以得到相对保守的稳定系数。

三维边坡稳定性分析的一种适用方法

基于空间曲面上一点的应力关系、曲面至边坡表面土柱上力的微分平衡方程、力矩平衡方程,只需要一个假定条件,得出了一种广泛适用的三维边坡稳定性分析法,并讨论了方法应用中的有关问题。算例表明,该方法计算结果是合理的,具有广泛的应用意义。

有限元强度折减法的三维边坡稳定性分析

基于有限元折减法的原理进行了三维边坡模型的稳定性分析。结果表明:当三维边坡模型可简化为二维边坡模型时,三维和二维计算的差别不大,适合采用M-C等面积准则进行分析,不同判断失稳的标准会影响结果,以收敛为判断标准满足一定精度要求。当用三维空间模型计算时,假设滑动面和不假设滑动面的计算结果有偏差。

三维边坡最危险滑动方向的遗传算法搜索

提出一种应用遗传算法确定三维边坡滑动方向的计算方法。首先把边坡用铅直面离散为柱条,假定边坡沿某一方向滑动,用三维剩余推力法原理,推导出边坡沿这个滑动方向的安全系数。然后将滑动方向作为变量,安全系数的倒数作为适应度函数,应用遗传算法搜索出边坡的最危险滑动方向。通过算例考核了方法和程序的正确性,并应用于三板溪水电站进水口滑坡,取得较好成果。

基于OpenGL的三维边坡稳定分析可视化软件研究

基于OpenGL开发了针对三维边坡稳定分析的可视化软件。软件框架由3个部分组成:前处理模块、计算模块和后处理模块。由于三维边坡建模的复杂性,前处理采用面向对象的编程语言,在Visual C++平台下使用Open-GL图形库进行图形应用开发来完成前处理建模。OpenGL是用于开发简捷的交互式二维和三维图形应用程序的最佳环境,有使用简便,效率高的优点。软件利用OpenGL提供的多种成熟的库函数进行点、线、多边形等基本图元的绘制,然后对基本图元进行相应的组合以得到复杂的边坡三维模型,能比较直观地显示滑坡体的三维特征。软件具有开放性,便于以后的扩展、升级及维护。计算模块采用刚体极限平衡法。结合工程实例验证了软件的适用性。

三维边坡稳定性分析中的计算模型尺度问题

在三维边坡有限元数值计算中,通过变化边坡长高比探讨边界条件对边坡稳定性安全系数的影响;结果表明,边界条件对边坡稳定性有显著影响,建议在三维边坡工程的变形与稳定性评价中,根据工程的实际情况合理选择计算模型尺度和边界条件。