基于极限平衡法和强度折减法的危岩稳定性分析

为了分析评价陡倾结构面相互组合切割形成的危岩体的稳定性,本文以龙寺CIV-1边坡危岩体为例,根据地质调查数据,建立了危岩体的简化地质模型、失稳概化理论模型以及在冻胀、地震、水力等因素影响下的力学分析模型,利用极限平衡理论推导出了危岩体的滑移稳定性系数和倾覆稳定性系数的无量纲表达式,重点分析了不同工况下危岩体的稳定性,并借助UDEC强度折减法对危岩体的形成、破坏机理进行分析研究。结果表明:不同工况下的危岩稳定性为天然工况>地震工况>暴雨工况>组合工况;层面与陡倾结构面的组合关系以及陡倾结构面的贯通程度直接控制着危岩体的稳定性和破坏模式。通过极限平衡法和UDEC强度折减法相结合的危岩体稳定性评价方法,不仅可以通过简单的数学公式高效地获取危岩体的稳定性,还可以通过力与变形的信息,直观的辨别出危岩体易失稳的部位,为陡倾结构面切割形成的危岩提供防治参考。

浅埋隧道破裂面的极限平衡分析法

为了获得浅埋隧道破裂面稳定性定量评判指标,采用极限平衡原理与变分方法分析浅埋隧道破裂面的分布状态,以此为基础,建立以安全系数为评判指标的浅埋隧道稳定性分析方法。结合数值模拟分析得出,围岩破裂面接近直线,起始点位于隧道拱腰至拱顶区域,随着隧道埋深的减小,产生冒顶的区域越向拱顶集中,且数值模拟获得的破裂区域与理论结果较接近;埋深对隧道安全系数影响较小,围岩内聚力和内摩擦角对隧道安全系数影响显著,随着内聚力和内摩擦角增加,隧道安全系数增加;F为静止土压力时,理论分析和数值模拟所获安全系数发展趋势一致,且所获得安全系数小于数值模拟结果,较为保守。

浅埋隧道围岩破裂面的极限平衡分析

为探索浅埋隧道稳定性定量分析,采用极限平衡法和变分原理分别建立自由边界条件下浅埋隧道的垂直型、倾斜型和曲线型破裂面稳定分析方法,结合数值模拟共同分析浅埋隧道破裂面分布形式和稳定性指标。研究结果表明:当F为静止土压力时,曲线型和倾斜型破裂面条件下所获浅埋隧道破裂面分布和安全系数很接近,且所获安全系数最小,选择其作为浅埋隧道稳定性分析比较保守;浅埋隧道围岩破裂面分布受内摩擦角、内聚力和支护压力的影响相对较小,受隧道埋深影响最显著;内摩擦角和埋深对隧道安全系数影响相对较小,内聚力和支护压力对隧道稳定系数影响最显著,增加围岩内聚力和支护压力是提升隧道安全系数最有效的方法。

土质边坡稳定的破裂函数分析法

土质边坡稳定性对黄土高原地区工程建设的安全性具有重要影响,其中,极限平衡法的应用最为广泛。传统的边坡稳定分析方法一般都将滑动破裂面视为圆曲线,但实际上,大多数土质边坡的破裂面更接近抛物线而非圆曲线。基于以上认识,依据极限平衡理论,利用微积分方法,求解了四种基本边坡的滑动破裂面曲线——破裂函数,并确立了相应的滑动比函数,共建立9组基本公式,对求解的破裂函数进行了黄土滑坡的实例验证,结果表明抛物线型破裂函数分析法及其计算公式具有普遍的合理性和准确性。

基于极限平衡法的边坡三维稳定性计算

为研究坡面荷载作用下三维边坡的稳定性,文章基于极限平衡理论,建立边坡三维稳定性计算模型,详细地分析了土体抗剪强度、边坡坡角、坡面荷载及边坡宽高比对边坡稳定性的影响,结果表明:(1)边坡的稳定性系数在有无坡面荷载时均表现出相同的变化趋势,稳定系数随内摩擦角的增大而增大,且内摩擦角越大,边坡稳定性系数增大速率越大;(2)随坡角的增大,边坡稳定性系数逐渐减小,当坡角由50°增大至60°时,对应无量纲坡面荷载分别为0、0.2、0.4和0.6时,边坡的稳定性系数降低了25%、25.6%、26%和26.8%;(3)坡角相同,边坡稳定系数随着坡面荷载的增加呈线性增加,坡面荷载相同,稳定系数随着坡角的增加而降低。实际工程中,当宽高比较小时,二维稳定性计算不可以替代三维稳定性计算。

基于FOA法搜索危险滑动面的三维极限平衡分析

针对三维极限平衡法分析边坡稳定时不能搜索最危险滑动面的问题,以索风营水电站Dr2危岩体加固工程为研究对象,采用果蝇优化算法搜索危岩体的滑动面,采用改进的三维极限平衡法对危岩体进行抗震稳定计算,提出基于果蝇优化算法的危岩体危险滑动面搜索方法,并分析了危岩体各种加固措施对稳定的贡献度。结果表明:加固后的危岩体在地震工况下可以维持稳定,其中泥岩灌浆对稳定的贡献最大,顶部锚索贡献最小。该方法弥补了传统极限平衡法无法所搜滑动面的缺陷,提高了边坡失稳的预测精度,可为类似工程提供一定的参考。

基于滑面应力场修正的改进极限平衡法

结合极限平衡条分法和有限元法的各自优点,提出从有限元法的分析结果中提取出滑动面上的应力分布,然后通过转化求得滑动面上的正应力分布,以此正应力作为边坡滑动面上的初始应力。引入两个未知参数对滑动面上的正应力进行修正,把修正后的滑动面正应力带入极限平衡方程组中,经简单迭代计算,求出未知参数和边坡的安全系数。通过对工程实例的稳定性计算,对比分析该方法和其他常用方法的计算结果,验证了该方法的合理性,其计算结果能够真实反映边坡的稳定状态。

基于三维多重网格法的极限平衡法在锦屏高边坡稳定性分析中的应用

结合锦屏高边坡三维非线性有限元仿真分析,对高边坡整体稳定分析的极限平衡计算方法进行了研讨。提出并采用多重网格的概念和方法,将有限元的应力成果转移到任一滑面(平面或曲面)上,进而分析滑面的稳定状态,包括滑面的应力、屈服区与剪应力的分布及变化过程,并可求出类似刚体极限平衡法的滑面安全系数和滑块体安全系数,进而对块体变形直至失稳的全过程进行了全面深入的探讨。

基于三维非线性有限元的坝肩稳定刚体极限平衡法机理研究

结合溪洛渡高拱坝三维非线性有限元仿真分析,对拱坝设计规范采用的坝肩稳定的刚体极限平衡法的基本机理和假说进行了探讨。提出了多重网格的概念和方法,将有限元的应力成果转移到任一滑面(平面或曲面)上,进而分析滑面的稳定状态,包括滑面的应力、屈服区及剪应力的分布及变化过程,并求出类似刚体极限平衡法的滑面安全系数和滑块体安全系数,从而对块体变形直至失稳的全过程进行了深入的探讨。

盾构隧道开挖面极限支护压力三维极限平衡解

通过优化楔形滑块倾角并考虑滑块侧面土体抗剪强度的影响,对现有三维梯形楔形体模型进行改进,建立了一种盾构隧道开挖面极限支护压力的三维极限平衡计算模型。推导了极限支护压力的计算公式,并通过优化分析得到了其最优解。通过优化得到的滑块倾角随隧道埋深增加略有减小,随土体内摩擦角φ增大而增大,且高于通过π/4+φ/2得到的值。对土体内摩擦角和隧道埋深对极限支护压力计算值的影响进行了分析,结果表明隧道埋深对极限支护压力计算结果的影响远小于土体的内摩擦角,且当土体内摩擦角较大或隧道深埋时,支护压力值几乎不受隧道埋深的影响。通过对离心模型试验结果的理论预测表明所建模型是合理的,并优于现有的三维楔形体模型计算结果。

土坡稳定分析普遍极限平衡法数值解的理论及方法研究

现有的普遍极限平衡法沿用Morgenstern-Price法的条间力假设作为补充原则,然后分别求得整体力矩平衡和力平衡的安全系数分布图形,两者的交点即为边坡的安全系数。为改变这种求解方法,从更普遍和广义的角度着手,将条间力关系与安全系数的定义紧密结合,使条间力关系与安全系数融为一体,以此建立更为严格的普遍极限平衡法(GLE法)的理论及方法。同时,针对该理论及方法,构筑适用于任意滑裂面的数学模型和有效的数值模拟过程,从而给出普遍极限平衡法(GLE法)数值解的更为严格的数值方法。若干实例的分析证实所建立的理论及数值方法的正确性和可行性。

边坡稳定分析的三维极限平衡法及工程应用

对于具有复杂空间几何特征和地质构造的实际工程边坡,在进行稳定分析评价时,需对其进行三维分析。通过发展完善边坡稳定分析的三维极限平衡法程序CORE-lam3D,可模拟真实的坡面、地质界面、地下水位面、滑动面等复杂空间曲面,可采用3种三维极限平衡分析方法对潜在的滑动面及其可能多个滑动方向进行分析计算,可分析水荷载、地震荷载、加锚等因素作用的影响。通过对瀑布沟库首右岸拉裂变形体的稳定性进行研究,说明了CORE-lam3D的实用性和可靠性。

边坡强度参数对于稳定性影响的极限平衡法分析

为了研究岩土体抗剪强度参数对边坡稳定性的影响,通过理论推导和Bishop极限平衡法计算,分别改变岩土体的粘结力c和内摩擦角,探讨边坡安全系数和滑动面的变化.结果表明:粘结力或内摩擦角改变时,边坡的安全系数将发生变化,而滑动面的变化受函数ηc的影响,ηc与粘结力和内摩擦角有关.当ηc为定值时,滑动面不随抗剪强度参数的变化而变化;当ηc增大时,边坡的滑动面从近坡面逐渐向边坡内部移动;反之,ηc减小时,边坡的滑动面从边坡内部向近坡面移动.研究结果为边坡稳定性分析的理论和实践研究提供了参考.

顺层岩质边坡稳定性极限平衡分析方法比较研究

顺层岩质边坡是影响工程岩体稳定性、导致地质灾害发生的典型边坡岩体结构类型。顺层岩质边坡的稳定性是边坡研究的重要内容。不平衡推力法、Sarma法和直线型分析法是应用广泛的边坡稳定性分析方法,在介绍这3种方法的基础上,以宜巴高速舒家槽大桥桥基顺层岩质边坡为研究对象,分析边坡岩体结构特征和破坏情况,运用这3种方法分析边坡的稳定性,并与边坡岩体结构特征和破坏情况进行比较分析。研究结果表明:Sarma法稳定性分析结果与边坡实际破坏情况非常吻合,更适合于节理裂隙发育的顺层岩质边坡的稳定性分析;不平衡推力法计算结果偏大;直线型分析法结果偏小,较保守。

联合运用改进的极限平衡法和动态规划法分析边坡稳定性

为了解决边坡关键滑动面全局优化处理问题,将动态规划理论引入基于有限元的改进极限平衡法。与工程上被广泛认可的一般极限平衡法比较表明,本文提出的方法可以获得更好的近似解甚至是整体最优解,关键滑动面更符合工程实际,有效地克服了传统边坡稳定分析方法的不足;与目前国内外同类方法相比具有明显的优越性,丰富了边坡稳定分析和确定关键滑动面的方法和理论。

土石坝抗震稳定性分析的极限平衡水平条分法

在土石坝的抗震稳定分析中常采用拟静力法。地震动态分布系数沿坝高呈非线性分布,因而采用竖向条分法将造成水平惯性力计算误差,在分析产生误差机理的基础上,尝试将极限平衡水平条分法应用于土石坝抗震稳定分析中。根据极限平衡法的基本原理,推导了满足力和力矩平衡的水平条分法计算公式。运用0.618多变量轮换优选法,实现了坝体边坡分层自动搜索最危险滑动面。算例分析表明,极限平衡水平条分法对于土石坝抗震稳定分析更为合理,其计算结果可以为土石坝的抗震稳定分析提供参考依据。

基于Spencer法的三维极限平衡边坡稳定性研究

以改进的三维极限平衡法模型为基础,通过双二次贝塞尔曲面建立边坡三维滑裂面搜索模型,并采用遗传算法对最危险滑裂面进行搜索,计算边坡的安全系数。以渝昆高速公路某标段路基边坡为实例,分别从二维和三维角度对边坡稳定性进行分析,并进行对比。研究结果表明:三维极限平衡法模型计算得到的安全系数较二维极限平衡法偏大20%左右,可节省边坡防护投资。

广义对数螺旋型滑面模型的构建与验证

临界滑动面的合理确定是边坡稳定性分析的关键问题之一。传统的边坡滑动面假设方法构造生成的潜在滑动面形式单一,且无法考虑复杂边坡中土层强度参数变化对临界滑动面形状的影响,从而降低了边坡稳定性分析结果的可靠性。基于此,提出一种新的广义对数螺旋型滑面模型,该模型可生成包含传统圆弧滑动面和对数螺旋滑动面在内的多种形式的潜在滑动面;并针对非均质边坡中各土层抗剪强度不同的特点,采用多中心分段构造策略,将该滑面模型应用于非均质边坡稳定性分析中。基于极限平衡理论计算滑动面安全系数并搜索临界滑动面,对边坡进行稳定性评估。选取多个均质边坡及多种型式的非均质边坡(水平分层、倾斜分层和斜折线分层)经典算例与现有研究成果以及数值模拟软件获得的结果进行对比分析,验证该滑面模型的合理性与优势性。研究结果表明:文中方法计算所得安全系数与其他方法相比更小,相对误差在5%以内。能够得到传统滑动面假设方法下难以搜索到的临界滑动面,并与数值模拟结果吻合度较好,稳定性分析结果更接近实际情况。由此说明,此方法用于均质边坡及非均质边坡稳定性分析是合理可行的,有望为工程实践提供更优的临界滑动面解决方案。

地基极限荷载的广义极限平衡法

将屈服函数的极值条件作为土体极限分析的基本方程之一,与平衡方程、屈服条件一起构成了一个完备的极限平衡问题(荷载边界条件问题)。由速度场与滑动面族关系的速度方程,可以建立一种新的极限分析方法–广义极限平衡法。应用广义极限平衡法获得了地基极限荷载的近似计算公式。极限荷载的极值定理与计算结果证明:只要选取的滑动面(族)接近于真实的滑动面,所得的极限荷载近似值就接近于真解。

基于极限平衡法的折线形滑坡体稳定性分析

应用极限平衡法推导出当无粘性土坡部分浸水时,其滑动面为两直线组成的折线形滑动面稳定安全系数的计算模型,并提出确定最小安全系数以及相应滑动面的方法。通过实例分析表明,其计算结果符合工程实际。