考虑参数空间变异性的不排水边坡可靠度分析

采用验算点法和随机有限元法对不排水边坡进行可靠度分析,研究边坡坡度、安全系数和强度参数相关性对边坡可靠度的影响.数值分析结果表明,由于随机有限元法恰当地考虑了土性参数的空间变异性,因而当土体抗剪强度参数变异系数超过临界值时,边坡失效概率计算结果更为合理.

强度随深度线性增长的不排水土坡稳定性分析

土在自然沉积的历史中,强度的形成主要受自重应力影响,因此许多学者发现黏性土的不排水抗剪强度有随埋深线性增长的特点。本文用弹塑性有限元结合强度折减法计算了全淹没、部分淹没和不浸水3种工况下不排水边坡在抗剪强度随深度线性增长条件下的稳定系数,利用稳定系数反演了稳定数。结果表明,对于全淹没和不浸水的边坡,有限元计算的稳定数和Hunter&Schuster的结果非常吻合。当部分淹没时,与美国陆军工程师团推荐算法所得结果差异较大,稳定系数的偏差在黏聚力增长梯度大时,可达30%。为此,本文基于弹塑性有限元的计算结果,提供了新的稳定数图谱,校正了美国陆军工程师团的方法。

不排水条件下的临坡条形基础承载力有限元极限分析

为计算作用在不排水边坡上条形基础的极限承载力,首先,根据临坡条形基础承载特性,将基础假定为刚体且基底与土体之间没有摩擦力,同时将基础的埋置深度用其两侧的超载代替,并将其视为平面应变问题,建立计算模型。然后,通过有限单元对应力场和速度场进行离散,根据上、下限定理建立节点应力和节点速度的约束方程,将外力荷载或总的内能耗散作为目标函数,建立相应的数学规划模型,并采用优化算法求解该模型,得到严格的上、下限解,在优化计算过程中对Mohr-Coulomb准则进行了双曲线近似处理。最后,在此基础上分析了坡高H、基础与坡顶的距离L、超载q、坡角β以及黏聚力C_u对极限承载力系数p/γB的影响(γ为重度,B为坡顶基础宽度,p为基础承载力)。同时将计算结果与已有成果进行对比分析,验证了该方法的正确性,总结了3种极限破坏模式,并提供了常见不排水边坡的设计计算表格,以供实际工程设计参考。研究结果表明:p/γB随H的增大先急剧减小,然后基本稳定,趋近于一固定值,临界坡高为2倍基础宽度;p/γB随基础与坡顶的距离增大而增大,且趋向于一常数;p/γB随超载的增大而线性增大,且L/B越大,增长速率越快;p/γB与坡角基本成线性关系,其值随着坡角β的增大而减小;p/γB随着黏聚力系数(C_u/γB)的增大而线性增大。

不排水条件下坡上条形基础的承载力

【目的】对不排水条件下坡上条形基础的极限承载力进行研究,分析承载力系数的变化规律,以及土体归一化强度、边坡坡角、基础距坡顶的相对距离等参数对承载力系数的影响。【方法】采用数值模拟和理论分析相结合的方法。【结果】土体归一化强度对坡上基础的破坏模式有直接影响,当归一化强度小于某临界值时,不建议在坡上修建建筑物。研究还发现,坡上基础的承载力受土体和边坡等多种因素的影响,很难从结果中直接整理得到承载力的计算公式。为了得到坡上条形基础承载力的理论解,引入了极限分析的上限解,推导出坡上条形基础承载力系数的计算公式,并对公式进行了合理的简化。将不同参数组合下的数值模拟结果同公式计算结果进行了对比,结果表明,大部分误差在6%以内,尤其是当土体强度较高时,误差较小。【结论】所模拟公式计算结果的准确性较高且使用方便,可用于计算不排水条件下坡上条形基础的承载力。