Numerical method of slope failure probability based on Bishop model

Based on Bishop's model and by applying the first and second order mean deviations method, an approximative solution method for the first and second order partial derivatives of functional function was deduced according to numerical analysis theory. After complicated multi-independent variables implicit functional function was simplified to be a single independent variable implicit function and rule of calculating derivative for composite function was combined with principle of the mean deviations method, an approximative solution format of implicit functional function was established through Taylor expansion series and iterative solution approach of reliability degree index was given synchronously. An engineering example was analyzed by the method. The result shows its absolute error is only 0.78% as compared with accurate solution.

考虑含水量循环滞回变化的非饱和土强度研究

【目的】探讨基质吸力和含水量对非饱和土抗剪强度的影响,总结其变化规律。【方法】基于Bishop非饱和土强度模型和毛细滞回内变量模型的方法,发展了一个考虑含水量循环滞回变化影响的非饱和土强度模型。通过对选取的试验数据进行验证分析,发现模型与实际情况吻合。【结果】随着基质吸力的增加,非饱和土的抗剪强度会增加。当基质吸力达到极大值,即含水量极低时,土体的强度反而减小;随着含水量的减小,土体的抗剪强度会增大。当非饱和土的含水量达到一定阈值后,土体的抗剪强度反而在一定程度上减小。【结论】以上仅为数值计算结果,其真实性还需要通过物理试验进行验证,以便更好地确定模型的适用性。

利用初等函数求解BISHOP法

BISHOP法求解边坡问题是被广泛使用的一种方法,但是传统的BISHOP法是连加数学模型,在施工工程中计算量较大、计算精度降低,不利于工程实际中的使用。初等函数是分析学中最为常见的函数,工程人员使用较为简单的设备便可以计算。针对传统BISHOP法的连加数学模型,利用微分工具将其转化为初等函数的形式,并根据初等函数的相关性质,探究BISHOP法边坡问题的数理关系,从而有效地避免传统BISHOP法浩繁的计算量和函数发散的风险。

非饱和黏性土的三剪次加载面模型研究

基于非饱和土三剪强度准则和次加载面模型,构建了适用正常固结非饱和黏性土的Bishop和Fredlund应力变量法三剪次加载面模型,将2个模型计算结果与非饱和黏土的单调静三轴试验及循环动三轴试验结果做了对比,结果表明,Fredlund应力变量法本构模型要更接近试验结果。在静三轴试验的土体变形后期,Fredlund和Bishop应力变量法的模型计算结果与试验数据的应力偏差分别为2%和10%;在动三轴试验的土体振动后期,Fredlund和Bishop应力变量法与试验结果的应变偏差分别为4.2%和7.5%。另外,对所提模型的真三轴分析结果可知,静真三轴试验的中间主应力影响系数和基质吸力的增大均会使得土体的抗剪强度增加,随着基质吸力增大,不同模拟结果依次的应力偏差均为11%左右;随着中间主应力影响系数增大,不同模拟结果之间的应力偏差大致为4%。动真三轴试验的最小主应力或中间主应力越大,非饱和黏性土的棘轮效应和抗剪强度也越大,不同中间主应力模拟结果之间的应变偏差为3.3%,不同最小主应力模拟结果之间的应变偏差为8.5%。

基于有限元法的工程险工段边坡稳定性分析

文章采用Autobank有限元软件建立本构模型,并应用毕肖普法分析贺江险工段工程治理中断面XH0+46和XH0+424在不同工况下的边坡抗滑稳定性。结果表明:不同工况下边坡最危险滑裂面的位置各不相同,受填筑材料凝聚力和内摩擦角的影响显著。工程加固后最危险滑裂面倾斜角小于施工前。受水力冲击和荷载等的共同作用,正常运行工况下边坡的安全系数高于非常运行工况。此外,经工程加固后,边坡坡比由1∶1.4~1∶1.8改善为1∶1.85~1∶2.5之间,两计算断面的安全系数F s均大于规范值,可确保河道险工段边坡的安全运行。

EXCEL在边坡稳定性分析中的应用

利用Excel强大的数据处理、便捷的公式函数和所支持的面向对象化的程序设计语言VBA,应用于土坡的稳定性分析。基本方法为:先采用传统的瑞典条分法对边坡进行计算分析,在求得最危险滑动面的基础上,通过简化Bishop法对边坡安全系数F_S进行改进。在此过程中,Excel加载VBA子程序可以方便地得到极限平衡条分法中的各未知量,并计算出最危险滑动面上的安全系数F_S,同时使用其可视化功能绘出最危险滑动面的位置。此方法简化了计算程序,不仅容易在Excel表格中实现,且计算对比表明本文方法计算结果与简化Bishop法计算结果非常接近,可满足工程需要。

基于DEM的三维微条柱法计算滑移型塌岸安全系数的研究

为了对边坡进行三维稳定性分析,在传统的二维条分法的基础上进行拓展,基于高分辨率DEM构建边坡三维模型,将二维条分法中的土条拓展为三维条柱法中的条柱,通过分析每个条柱上的受力状况,根据极限平衡理论,以GIS二次开发的方式,将三维毕肖普法引入GIS软件平台,实现了三维圆弧滑动面的构造和三维安全系数的计算,该方法实现了三维模型构建与三维安全系数计算过程的自动化和一体化。应用本方法,以金沙江溪洛渡库区老木沟滑移型塌岸体为例,进行三维稳定系数的计算,与二维计算结果相比,结果偏于安全,主要的原因在于将滑动面视为球形滑动面,因此需要在程序中加入控制性结构面或控制性节点,使其与实际情况更加接近。

基于DIgSILENT的光伏电池双二极管反向模型研究

为了研究光伏电池的反向特性,建立了双二极管等效电路应用于光伏电池反向电路模型中,采用牛顿-拉夫逊法求解模型,并应用DIgSILENT软件及其特有的DSL语言成功实现了建模和算法的仿真。先分析了光照强度、光伏电池反向模型等效电路中的串联电阻Rs及并联电阻Rsh、光伏电池反向曲线拟合常数a和n、光伏电池反向击穿电压对光伏电池反向电流的影响。研究结果表明,高温和高电压会使电池更易被击穿。在众多参数中,光伏电池反向特性对串联电阻Rs和曲线拟合常数a的变化最为敏感。最后,提出了一种对反向故障危险度判定的判据。研究结果可用于光伏热斑效应改善的研究和部分阴影下的光伏电池建模。

基于介观结构的饱和与非饱和多孔介质有效应力

基于描述含液颗粒材料介观结构的Voronoi胞元模型和离散颗粒集合体与多孔连续体间的介-宏观均匀化过程,定义饱和与非饱和多孔介质有效应力.导出了计及孔隙液压引起之颗粒体积变形的饱和多孔介质广义有效应力.用以定义广义有效应力的Biot系数不仅依赖于颗粒材料的多孔连续体固体骨架及单个固体颗粒的体积模量(材料参数),同时与固体骨架当前平均广义有效应力及单个固体颗粒的体积应变(状态量)有关.提出了描述非饱和多孔介质中非混和固体颗粒、孔隙液体和气体等三相相互作用的具介观结构的Voronoi胞元模型.具体考虑在低饱和度下双联(binary bond)模式的摆动(pendular)液桥系统介观结构.导出了基于介观水力-力学模型的非饱和多孔介质的各向异性有效应力张量与有效压力张量.考虑非饱和多孔介质Voronoi胞元模型介观结构的各向同性情况,得到了与非饱和多孔连续体理论中唯象地假定的标量有效压力相同的有效压力形式.但本文定义的与确定非饱和多孔介质有效应力和有效压力相关联的Bishop参数由基于三相介观水力-力学模型,作为饱和度、孔隙度和介观结构参数的函数导出,而非唯象假定.

某石墨露天矿边坡稳定性分析研究

为验证某石墨露天矿边坡参数选取的合理性,考虑到边坡稳定性具有随机性和模糊性的特点,选取了4个典型边坡剖面,基于简化Bishop法极限平衡理论,计算天然、爆破及地震3种工况条件下边坡最小安全系数,并与边坡稳定性综合评价模型评估结果进行对比。结果显示,4个边坡剖面在各工况条件下最小安全系数均大于允许值,边坡处于基本稳定状态;再通过博弈论—云模型综合评价模型分析,验证了边坡参数设计是合理的,能满足安全生产要求。

膨胀土径向条分法边坡稳定性研究

以Bishop条分假设为出发点,基于Mohr-Coulomb塑性本构关系,建立直角坐标下膨胀土边坡稳定性计算模型。基于滑面为圆弧的假设,计算所有潜在滑面相应的安全系数,以此获得了最小安全系数,进而确定了最危险滑面半径及圆心位置。然后,依据Bishop法所得的最危险滑面半径和圆心坐标,推导极坐标下最危险滑面方程。结合能量守恒思想,引入径向条分法对圆弧面进行划分,基于虚位移原理分析了坡体重力势能以及滑面摩擦力、黏聚力、膨胀力产生的耗散功,据此确定径向条分能量法下膨胀土边坡安全系数。最后,通过算例与传统Bishop条分法进行对比,发现两者所预测的边坡稳定性系数随膨胀力的变化趋势一致,并通过有限元方法进行了对比验证;径向条分能量法有望为膨胀土边坡稳定性分析提供数据积累和方法依据。

黑山露天矿底帮边坡留煤柱设计分析

针对黑山露天矿底帮到界边坡形态设计问题,结合露天开采经济要求,通过岩层分布、岩石物理力学性质及弱层赋存情况等工程地质特征进行分析,采用简化Bishop法和剩余推力法计算边坡稳定性系数,运用不同设计方案间剥离物和煤量的比值分析。结果表明:潜在滑坡模式是圆弧为侧界面、弱层为底界面的切层-顺层滑动,边坡留煤柱设计方案合理可行。