考虑参数空间变异性的边坡稳定可靠性有限元极限分析

当土性参数空间变异性较大时,极限平衡法得到的滑移面不尽合理。阐述了基于广义变分原理的有限元极限分析方法,采用混合有限元方法,构筑了线性应力三角形单元与线性速度三角形单元,结合强度折减法与线性规划算法,建立了边坡稳定安全系数上下限分析方法,分析了土的抗剪强度参数空间变异性对边坡稳定性的影响,并与3种典型极限平衡法进行了对比。结果表明,FELA方法可有效搜索边坡临界滑移面,并给出安全系数的严格上下限。对于简单均质边坡,有限元极限分析与极限平衡法结果接近,极限平衡法结果大多位于极限分析的上下限内;对于空间变异性较大的边坡,有限元极限分析法可以有效搜索可能的多种临界滑移面,而极限平衡法则存在显著偏差,且往往高估滑坡风险。强度参数的空间变异性还导致边坡安全系数分布形式变化显著,仅采用安全系数无法反应这一变化。根据安全系数的分布形式,给出了土性参数设计值建议。

基于有限元极限平衡法的尾矿坝坝体稳定分析

在平面应变条件下,采用基于弹塑性应力应变分析的有限元极限平衡法对尾矿坝坝体的稳定性进行研究。该方法可较好地结合极限平衡分析方法和有限元应力分析方法的特点。通过弹塑性有限元分析,合理准确地考虑结构整体应力场的影响,进而结合Hooke-Jeeves法优化搜索最危险滑动面的位置及其对应的最小安全系数。以某尾矿坝实际工程为例,比较分析了考虑正常、洪水以及特殊工况运行下有限元极限平衡法与极限平衡条分法和有限元强度折减法在安全系数大小及滑动面形状和位置的差异,重点运用有限元极限平衡法对尾矿坝坝体的稳定性进行验算并作出安全评价,为尾矿坝的安全设计施工提供可靠依据和技术支撑。

局部破碎带渗水条件下海底隧道稳定性的有限元极限分析

以存在局部破碎带的青黄海底公路岩质隧道为例,考虑到海水的渗透性,采用有限元极限分析法分析海底隧道岩体注浆加固前、后的稳定性。计算结果表明,隧道整体是安全的,此种情况下,隧道衬砌原则上可按无水压设计,衬砌厚度与采用全水头设计相比可以大大降低。但当存在局部破碎带时,隧道安全系数降低,破碎带越宽,注浆堵水圈厚度越小,安全系数越小。与完整围岩破裂面位于两侧相比,含倾角45°破碎带围岩的稳定性最差。因此,必须做好破碎带的超前注浆堵水加固,以减少其渗水量,并对破碎带进行局部加固,此种情况下,隧道衬砌原则上可按有水压设计。

有限元极限分析法探讨裂隙拱形成机理

以平面应变条件下Drucker-Prager为屈服准则,并给出强度增加系数的适用范围;采用有限元极限分析法,不断增加煤层、上覆岩层强度以至上覆岩层处于极限平衡状态,上覆岩层出现连续、贯通的塑性区,说明上覆岩层存在"塑性体"拱状结构;裂隙拱结构水平应力高于垂直应力、拱脚应力高于拱顶,符合拱结构受力特征。开采跨度增加,煤壁支撑压力不断增加,采空区底板支撑应力非常有限;裂隙拱跨度增加,拱高不断增加,拱跨比逐渐降低,说明采动对裂隙拱拱高的影响是有一定范围的。

基于有限元极限平衡法的生基坪滑坡稳定性分析

依据有限元法计算得出的边坡应力状态,应用极限平衡法的原理对边坡进行稳定性分析,既可考虑岩土体变形对边坡稳定性的影响,又能给出工程上易于接受的安全系数.应用有限元极限平衡法对重庆生基坪滑坡进行了稳定性分析,并将计算结果与刚体极限平衡法、强度折减法的结果进行对比.结果表明:有限元极限平衡法计算所得的安全系数比刚体极限平衡法的计算结果稍低,与Janbu法计算值的相对差值最小,为0.85%,与Spencer法计算值的相对差值最大,为6.11%;比强度折减法的计算结果稍高;有限元极限平衡法的计算结果介于刚体极限平衡法和强度折减法之间.

岩溶区路基承载力有限元极限分析

为计算岩溶区路基极限承载力,根据上、下限定理,结合有限元方法,基于MATLAB平台编制了相关计算程序。采用修正的Hoek-Brown准则来描述岩体的非线性特点,并将其嵌入到计算程序中。在此基础上,用无量纲参数Nσ、η衡量单个溶洞对路基承载力的影响,并详细分析了各参数的影响。结果表明:Nσ随着D/L(厚跨比)、GSI(地质强度指标)的增大而非线性增大,随H/L(高跨比)的增大而减小,与mi大致成线性关系;当D/L较小时,η随α(旋转角度)的增大先增大后减小;当D/L较大时,α对η的影响不大;岩石的物理力学参数GSI、mi、γ对η的影响可忽略不计。极限破坏模式可分为顶板冲切破坏、顶板冲切和侧壁联合破坏、顶板冒落和侧壁联合破坏。将条形基础作用在岩层的承载力的结果与已有成果进行对比,误差在3%以内,验证了本文所提方法的正确性。同时,为便于实际工程设计,提供了具体的设计表格,基本能满足大部分工程需求。

近海风机吸力式沉箱基础复杂荷载作用下极限承载力的有限元极限分析

吸力沉箱作为近海大型风机新型基础形式具有诸多优点。极限承载力设计，作为该基础形式设计阶段的关键一环，在设计理论和验算方法方面还不够完善。利用有限元极限分析，对福建某待建海上风电场的5MW风机吸力式沉箱基础选型方案进行承载力分析。提出基于极限分析的土体-结构潜在浸水裂缝模型能够在程序优化过程中自动判断土体一结构界面的浸水裂缝开展。分别给出不同深径比以及是否允许裂缝开展时吸力沉箱不排水极限承载力的计算包络图和安全系数。将计算结果与经验公式、极限平衡解、塑性上限解和有限元解进行比较，验证了结果的准确性。分析表明，吸力式沉箱基础在该工程极限荷载作用下能够满足稳定性要求。允许存在潜在浸水裂缝时，沉箱极限承载力较不允许时低约3％～11％，二者失效机制和土体塑性区分布明显不同。极限状态下沉箱内部土体是否进入塑性与沉箱深径比有关；传统极限平衡法和极限分析多采用桶内土体刚性假定，将高估沉箱的极限承载力。

基于Dijkstra算法的边坡极限平衡有限元分析

基于有限元计算结果,将边坡稳定性问题转化为图论中寻找最短路问题。通过引入图论中解决最短路问题的Dijkstra算法到搜索边坡最危险滑动面及其安全系数中去,对Dijkstra算法作了一定的改进,建立了一种新的边坡稳定性分析方法——基于Dijkstra算法的极限平衡有限元方法。通过一算例对该法进行验证,计算得的安全系数和危险滑动面位置与推荐答案基本一致,说明该方法应用于边坡工程的可行性。将该方法应用于糯扎渡水电站右岸泄洪洞出口边坡的稳定性分析,与极限平衡法和强度折减法作了比较。研究表明,该方法计算得到的安全系数介于极限平衡法和强度折减法之间;危险滑动面位置与这两种方法计算得到的危险滑动面位置基本一致,该方法应用于复杂岩体边坡的稳定性分析可行。最后,对于逆坡向发展的滑动面,以洛古水电站右岸边坡的稳定性分析为实例,研究了逆坡向发展的滑动面滑动力计算方法;比较分析3DEC和该方法的计算结果,说明该方法适用于逆坡向发展的滑动面的稳定性分析。

方形隧道稳定性极限分析有限元数值模拟

在支护反力的作用下,隧道的应力边界条件发生较大变化,其稳定性分析亦变得十分复杂。为模拟这种复杂工况,采用极限分析有限单元法对方形隧道稳定性进行数值模拟分析。首先基于某些合理的计算假定,建立一种可以考虑多种因素影响的简化计算模型,在此基础上利用极限分析有限单元法求得不同影响因素下的隧道稳定系数;根据计算结果拟合出稳定系数的无量纲分析图表和经验计算公式,并基于各参数分析获得隧道破坏模式的变化规律,最后通过实际算例验证本文方法的可行性。研究表明:隧道稳定系数随H/B(埋深比)增大而减小,随φ(内摩擦角)和σt(支护反力)增大而增大;当φ较小时,H/B的变化对稳定系数产生显著的影响,而当φ较大时,H/B的变化对稳定系数影响甚微。

有限元极限平衡法与强度折减法在边坡稳定性分析中的对比

基于有限元极限平衡法和强度折减法,对比分析了澳大利亚计算机应用协会所使用的三类边坡稳定性考题,用于定量评价这两种有限元法的计算精度。研究结果表明,对于均质及多层土边坡,有限元极限平衡法与强度折减法的计算结果较为接近,而对于含软弱夹层的边坡,有限元强度折减法计算所得的安全系数明显偏小。研究结果对提高边坡稳定性的计算精度具有重要意义。

基于有限元极限平衡法的岩土结构稳定分析

边坡失稳是一种严重的地质灾害,土压力与地基承载力问题也可采用边坡稳定分析思想进行分析,因此边坡的稳定分析研究至关重要。目前,针对边坡稳定性的分析方法大都存在一些不足,刚体极限平衡法需要引入一定假定条件才能求解;有限元强度折减法在某些情况下可能会存在违背材料自身性质;有限元极限平衡法可以避免上述问题,该方法理论上可用于任何工况下土体结构的稳定性分析。基于此,本文对传统极限平衡理论进行了扩展,并对土体内某一点的极限平衡状态与土体沿整个滑动面的极限平衡状态之间的关系进行了探讨,进而定义了土体沿滑动面的安全系数,以此作为土体整体与局部稳定性评价标准。将有限元极限平衡法用于土力学三大经典问题的分析,结果表明有限元极限平衡法具有可行性。

极限平衡有限元在边坡稳定性分析中的应用

以数值计算所得的应力场为基础进行边坡极限平衡有限元稳定性分析,弥补了滑体条间应力假设的不足,克服了刚体极限平衡分析不满足应力变形协调原理的缺陷。算例分析表明,极限平衡有限元法计算耗时短,且与刚体极限平衡法计算结果一致。该方法可有效地确定出边坡最危险滑面位置及安全系数,可用于复杂应力状态下的边坡稳定性分析与评价。

极限分析有限元法讲座——Ⅰ岩土工程极限分析有限元法

经典岩土工程极限分析方法一般采用解析方法,有些还要对滑动面作假设,且不适用于非均质材料,尤其是强度不均的岩石工程,从而使极限分析法的应用受到限制。随着计算技术的发展,极限分析有限元法应运而生,它能通过强度降低或者荷载增加直接算得岩土工程的安全系数和滑动面,十分贴近工程设计。为此,探讨了极限分析有限元法及其在边坡、地基、隧道稳定性计算中的应用,算例表明了此法的可行性,拓宽了该方法的应用范围。随着计算机技术与计算力学的发展,岩土工程极限分析有限元法正在成为一门新的学问,而且有着良好的发展前景。

考虑网格自适应的边坡可靠性随机有限元极限分析研究

在有限元极限分析(finite element limit analysis, FELA)的基础上,结合随机场理论,提出了网格自适应的边坡可靠性随机有限元极限分析方法,探讨了网格自适应前后的FELA法的确定性和可靠性分析结果,重点针对网格自适应FELA方法,从安全系数均值、分布规律及可靠度指标、潜在滑移面分布等角度分析了岩土参数变异系数和波动范围的影响.结果表明:考虑网格自适应的FELA能有效搜索潜在滑移面,在获得严格上、下限解的同时可显著提高边坡可靠性分析效率;通过随机场刻画参数变异特性能降低传统确定性分析对边坡稳定性的过高估计.随着变异系数的增大,安全系数概率密度曲线整体向左偏移,安全系数均值下降但变异性增大,坡体可靠度指标减小,坡体潜在滑面的分布更为离散;随着波动范围增大,出现了坡体安全系数均值增大但可靠性指标减小的互斥现象.相比黏聚力变异系数和水平波动范围,边坡可靠性分析结果对内摩擦角变异系数和竖向波动范围更为敏感.

某高层建筑基坑塌方分析及极限分析有限元法模拟

某高层建筑基坑在施工过程中由于没有严格按照设计施工、基坑边坡土层没有完全封闭、边坡项部和底部裸露,致使雨水从坡顶排水沟下部渗到边坡面层内,经雨水浸泡后的土体抗剪强度降低,大量土块失稳落下,喷射混凝土面层内形成了大片空洞,锚索的预应力损失,最终导致整个面层坠下,造成塌方事故。采用二分法改进的极限分析有限元法对该基坑边坡进行模拟,得到了基坑边坡的安全系数和滑动面,用二分法对土体强度参数进行折减,提高了极限分析有限元法的求解效率。

岩土工程极限分析有限元法及其应用

经典岩土工程极限分析方法一般采用解析方法 ,有些还要对滑动面作假设 ,不适用于非均质材料 ,尤其是强度不均的岩石工程 ,从而使极限分析法的应用受到限制。随着计算机技术的发展 ,极限分析有限元法应运而生 ,它能通过强度降低或者荷载增加直接算得岩土工程的安全系数和滑动面 ,十分贴近工程设计。本文探讨了极限分析有限元法的一些基本原理 ,包括安全系数的定义、岩土体整体失稳的判据、屈服准则的选用等 ,并将该方法应用于边坡、地基、隧道稳定性计算 ,算例表明了此法的可行性 。

基于极限分析下限法的筒型基础地基承载特性研究

筒型基础凭借其成本低、工期短且对地基扰动相对较小的优势,已成为中国海上风电的重要基础形式之一。由于其基础结构形式复杂,经典的地基计算方法无法准确评估其地基竖向承载力。利用有限元极限分析下限法,建立了考虑筒-土间摩擦的筒型基础地基竖向承载力的下限解求解程序,在此基础上分析了土体强度不均匀性、筒型基础长径比及筒外壁-土间摩擦对筒型基础地基竖向承载力的影响,提出了综合考虑以上因素的筒型基础地基竖向承载力计算公式。

有限元极限平衡法在边坡稳定性分析中的应用

比较分析了极限平衡法和有限元极限平衡法的特点,基于Geo-studio软件分析了两个典型边坡的稳定性,并比较了极限平衡法和有限元极限平衡法的分析计算结果。结果表明,不同计算方法可影响边坡的稳定性分析,为探讨工程中选择合适的计算方法奠定了基础。

剪胀角对地基极限承载力影响的有限元极限分析

采用有限元增量加载法计算地基极限承载力,分析不同剪胀角取值对计算结果的影响,结果表明,剪胀角对地基极限承载力的影响大致可以分为震荡段和稳定段2个阶段.在震荡段内,地基极限承载力随剪胀角增加呈震荡跳跃特征,且对单元类型和网格疏密程度敏感;在平稳段内,地基极限承载力随剪胀角的变化不大,与Prandlt理论解一致.剪胀角对基底附近塑性区的发展分布和破坏模式亦有显著影响,随剪胀角的增大塑性区分布逐渐扩大.当剪胀角小于某特定值时,地基破坏表现为基底土体的冲切刺入,类似于地基的冲剪破坏;当剪胀角大于某特定值时,塑性区分布类似于Prandlt破坏机构,有明显的主动区、过渡区和被动区.

基于有限元极限分析的桩基础荷载下边坡稳定性

为探讨桩基础荷载作用下边坡稳定性变化的一般规律,提出相应的稳定性系数计算方法.首先,概述有限元极限分析方法,并引入某陡坡段桩基础工程实例,验证了该数值分析方法的合理性;其次,通过对桩顶水平荷载、黏聚力、桩坡相对位置等因素进行归一化处理,给出了不同工况时桩基础荷载下边坡稳定性系数计算方法,并将其以表格形式表示;然后,在探究桩基础荷载下边坡破坏模式的同时,引入荷载影响因子表征桩顶水平荷载对边坡稳定性系数的影响,并提出了桩基础荷载下边坡稳定性系数半理论半经验方法;最后,探讨了桩顶水平荷载、边坡坡比、内摩擦角、黏聚力及桩坡相对位置对边坡稳定性系数的影响.结果表明边坡稳定性系数与内摩擦角及黏聚力正相关,与桩顶水平荷载负相关.以上分析可为陡坡段桥梁工程设计提供参考,具有一定的理论及工程应用价值.