土质边坡稳定性分析向心条分法

根据极限平衡法基本假定和圆弧滑动机理,使用条分法中的径向条分模式,将滑动土体径向条分,结合径向条分特点对土条进行受力分析,求得一种新的土质边坡稳定安全系数迭代计算公式,最终得到新的边坡稳定性分析与计算方法——向心条分法。算例分析表明:向心条分法边坡稳定安全系数计算公式迭代收敛稳定快速,计算结果以及最危险滑动面与以往研究成果非常接近,可证明向心条分法的正确性;同时,分析了条间法向力作用位置对计算结果的影响,证明了条间法向力作用位置为土条侧边的下三分点处这一假定条件的合理性。     

岩石边坡稳定性的可靠性理论评价研究

本文撇开了传统的整体刚性极限平衡法和条分法等安全每当法评价边坡的稳定性，采用可靠性理论对边坡稳定性进行评价，实践证明它是一种更符合工程实际的新方法。     

土质边坡动力稳定可靠度计算方法研究

考虑爆破地震的时程效应,采用拟静力化的惯性力法,利用改进了的条分法来计算主动土压力,提出了土质边坡在爆破过程中的动力稳定性系数的计算方法,再用改进的JC法求出土坡最小稳定性系数和最小可靠度指标。实践证明,本方法是一种准确、实用的土坡稳定性计算方法。     

基于条分模式的边坡可靠度近似计算方法

通过对边坡稳定分析方法中的条分理论和响应面法的研究,针对边坡可靠性计算往往没有明确的解析表达式,以及稳定性系数计算方法和响应面法(RSM)的特点,将响应面法中的有限元数值模拟以条分模式中的稳定性系数隐式方程的迭代计算方法代替,建立了条分模式下的边坡可靠性计算的极限状态方程,从而形成了一种新的边坡稳定可靠性响应面分析方法。本文提出的改进的响应面法原理简单,计算效率较高并具有一定的精度,适用于对边坡可靠度的近似计算。     

边坡地震响应数值模拟中最优边界范围研究∗

在边坡地震响应数值模拟中,科学合理地选取边坡计算模型的边界范围是决定模拟结果准确性的关键因素之一。基于有限元数值模拟方法,分别建立了边坡前缘和后缘两组边界尺寸不同的概化模型,选取了两条不同特性的实际地震动记录作为输入,计算了各边坡模型的动力响应,探索了边坡前缘和后缘尺寸的影响规律,验证了远置边界在边坡地震稳定性分析中的可用性。结果表明：(1)在边坡地震响应数值模拟中,边坡模型的前缘尺寸应至少设定为坡高的 2 倍、后缘尺寸应至少设定为坡高的 4 倍,才能避免边界的地震波反射叠加效应,以便得到更为准确的模拟结果;(2)设置黏弹性边界和远置边界工况下得到的边坡地震安全系数相差 0.02,说明合理的远置边界可以运用到边坡地震稳定性分析当中。     

基于改进的PSO‑BP神经网络的边坡稳定性研究∗

边坡稳定性研究对于重大地质灾害防治极其重要，但由于影响边坡稳定性的因素具有非线性、多样性以及模糊性等特征，边坡稳定性分析一直是地质灾害防治领域的热难点问题。已有研究表明神经网络预测模型可有效应用边坡稳定性分析，但同时存在预测精度低、鲁棒性差、收敛速度慢等缺点。为改善上述问题，在粒子群算法优化的 BP 神经网络（简称 PSO?BP 神经网络）算法基础上提出一种改进的边坡稳定性预测模型。该模型以容重、内聚力、内摩擦角、边坡角、高度、孔隙压力比作为输入参数，以安全系数作为输出参数。通过借鉴遗传算法中的变异思想来提升模型全局寻优的能力，利用能量函数负梯度下降原理提高模型的收敛速度。将所收集到百余条边坡数据进行数据清洗，最终得到 80 条高质量边坡数据，随机选取其中的 50 条边坡数据作为模型的试验数据。最后采用十折交叉验证的方法对模型的准确性进行验证，并在多维度与其余边坡稳定性神经网络预测模型进行对比分析。结果表明：①该模型相比于其余模型收敛速度、准确率、鲁棒性均有明显提高；②将 K 折交叉验证应用在小样本数据下的边坡稳定性神经网络预测模型，可有效避免结果的偶然性。③该模型的预测误差仅为 4.31%，满足工程精度需求，可在实际工程中为边坡稳定性分析与灾害防治提供参考。     

基于变分法对边坡最不利滑裂面的分析

为了合理地确定边坡的最不利滑裂面、探讨坡顶开裂原因及出现滑坡险情时的应急措施,将变分方法用于边坡稳定性分析。通过建立一个与边坡稳定相关的泛函,根据边界条件选取适当的基函数,获得了边坡最不利滑裂面。基于所得最不利滑裂面,得到垂直边坡和普通边坡最不利滑裂面的分布随土体内摩擦角和内聚力的变化趋势,为垂直边坡和普通边坡采取正确的应急措施、提高边坡的稳定性提供了理论依据;根据泛函T沿最不利滑裂面的变化将边坡划分为主动滑动区和被动滑动区。比较分析得出:变分方法和Bishop条分法所获得的安全系数比较接近,且变分方法获得的安全系数略小。     

基于上限定理的边坡横向条分稳定计算

基于塑性极限分析上限定理的基本原理,结合传统的边坡稳定性计算方法,提出了边坡稳定性分析的横向条分计算模型。根据相关联流动法则和变形协调条件,通过外力功率与塑性变形区内部能量耗损率相等的条件,建立了虚功率方程,利用强度折减得到了边坡稳定性计算表达式。以某一工程为实例,进行了稳定性分析计算,并与不平衡推力法以及极限分析竖向条分方法的计算结果进行了比较,计算结果说明了所提方法的正确性和有效性。     

强度折减有限元法中边坡失稳的塑性区判据及其应用

将抗剪强度折减法基本概念、弹塑性有限元分析原理与计算结果图形实时显示技术相结合,提出了以广义塑性应变及塑性开展区作为边坡失稳的评判依据,并与以非线性迭代收敛条件作为失稳评判指标的强度折减有限元方法进行了对比。对于天然垂直边坡的算例数值分析表明,采用广义塑性应变与塑性开展区作为失稳判据可以比较准确地预测边坡潜在破坏面的形状与位置及相应的稳定安全系数,验证了这种失稳判据的合理性。对开挖边坡和开挖支护边坡的实例计算结果表明本文方法对于复杂的边坡稳定性分析是实用的。     

蝙蝠优化算法在边坡可靠性分析中的应用

基于可靠度的几何意义,提出基于蝙蝠算法(Bat Algorithm,BA)进行边坡可靠性分析。针对基本蝙蝠算法易早熟、收敛精度低的不足,将细菌觅食算法中的迁徙操作(Elimination Dispersal)引入基本蝙蝠算法,形成迁徙蝙蝠算法(EDBA),提高了算法的全局搜索能力和收敛速度。算例1的计算结果表明:EDBA较基本BA的计算精度高,收敛速度快,稳定性更好,对求解复杂、高度非线性功能函数的可靠性问题具有很好的适应性。对于隐式功能函数的边坡可靠度求解,提出了采用蝙蝠算法和基因表达式编程(Gene Expression Programming,GEP)相结合的计算边坡可靠度的新方法。该方法采用GEP方法拟合边坡极限状态函数,构建响应面,通过蝙蝠算法计算边坡可靠度及相应的验算点;算例2的计算结果证明:EDBA-GEP方法对求解隐式功能函数的边坡可靠性问题具有很好的适应性,是科学可行的,具有很好的应用前景。     

牛顿法计算Sarma法边坡安全系数

根据Sarm a法的基本假定即条块侧面与底面抗剪强度按同一比例调用,将斜条块侧面的推力分解为分别与摩擦力和凝聚力有关的2个分量,由条块力的平衡条件,推导出更为简洁的隐含安全系数的条块推力递推方程。为了加速收敛,采用牛顿法迭代法计算安全系数,并推导出计算中所需有关导数的解析表达式。同时,利用所得推力递推方程重新推导出了临界地震加速度系数Kc的显式表达式,该式与原始的Sarm a法等效,但形式上更为简明且便于应用。算例表明,本文的改进的Sarm a法算法收敛迅速,迭代3~5步即可达到工程所需精度,计算结果与经典算例Sarm a法解答及塑性力学理论解均非常接近。     

加筋土边坡临界滑动场

在分析加筋土边坡稳定性时,将加筋材料的作用视为施加于滑面上的等效力,建立了满足力平衡的加筋土边坡安全系数的计算格式;将边坡临界滑动场数值模拟方法进行推广,提出了基于力平衡的加筋土边坡临界滑动场计算方法,可以得到形状任意的临界滑动面及边坡最小安全系数。通过算例,比较加筋前后临界滑动面和安全系数的变化,并探讨了加筋水平间距、强度、长度对加筋土边坡稳定性的影响。     

基于三角条块法的土体主、被动临界滑动场及土压力的计算

提出基于三角条块法的土体主、被动临界滑动场的数值模拟方法,并得到相应的土压力分布。首先,将土体划分为若干三角条块,引入带参数的条间力函数,建立土体极限平衡方程;然后,由最优控制理论得到一系列互不相交的临界滑动面,选定通过墙脚的临界滑动面,根据平衡方程求解格式,不断调整条间力函数中的参数,使土体满足力与力矩的平衡;最后,利用有限差分法,由墙面上各离散点的临界推力计算墙面上的土压力分布。数值计算结果表明,此方法适应性强,可计算任意倾斜角度的填土和墙体,且精度高、与现有解析解一致,可用于工程计算。     

改进的粒子群算法及其在土坡临界滑动面搜索中的应用

首先,提出了一种新型的模拟任意滑动面的方法,该法能自动产生运动许可的滑动面。同时,针对基本粒子群优化算法存在计算量大的缺点,提出了一种改进的,即不连续飞行粒子群优化算法。利用Spencer法计算滑动面的安全系数,对几个复杂土坡的最小安全系数及其对应的滑动面进行了分析,并与国内外已有结果进行了比较,证明了改进粒子群优化算法和模拟滑动面的新方法是合理、有效的,可用于复杂优化问题的研究。     

马三峰土质边坡稳定性分析与评价

基于马三峰边坡南段土质边坡的工程地质特征现场勘查,分别运用极限平衡法和快速拉格朗日法分析了马三峰土坡的稳定性,搜索出了潜在的滑动面并计算出相应的安全系数,结果认为土坡整体是不稳定的。通过2种计算结果的对比研究,对此土坡的破坏模式及其发展趋势做出评价,认为此土质边坡破坏的力学特征为牵引式滑坡,失稳不是一次性地全部滑塌,而是分阶段滑动,破坏模式为一系列动态的平面—圆弧滑面破坏。如不及时治理,该滑坡体将会继续向后缘发展。     

隧道-滑坡平行体系时间效应演化及变形破坏试验研究∗

通过4组隧道-滑坡平行体系模型试验,研究在不同工况下隧道-滑坡相互作用下的时间效应和变形破坏模式。结果表明:(1)隧道-滑坡平行体系单滑面情况滑坡推力在滑体内产生一种应力临界状态,该应力临界状态是处于拉、压应力变化过渡的一种状态,有一个时间传递变化的过程,即时间效应。(2)桥隧搭接桩基础支撑结构较无支撑结构会加速应力临界过渡状态的时间效应。(3)滑坡体内的滑坡推力,最先引起滑带位置附近的土体达到应力临界过渡状态,随着时间的推移,这种临界状态逐步由滑坡体后缘向前缘移动,滑坡破坏面上的每一点的时间与应变关系均会呈现不同的"S"型曲线特征,对于整个滑体而言,滑面上每一点的时间与应变关系曲线,在不同时刻呈现不同的线型特征。(4)桥隧搭接桩基础支撑结构较无支撑结构会延缓隧道模型的破坏,使得破坏断裂面向基岩内部延伸,且作用效果显著,但隧道模型整体的破坏处于基岩内。     

基于重力加载比例法的岩质边坡稳定性分析

根据岩质边坡的稳定性主要由边坡内部的结构面所控制的特点,采用有限元重力加载比例法对含有一组平行节理面和含两组节理面的岩质边坡进行数值模拟,分析表明:与强度折减法相比,采用有限元重力加载比例法能更加快速地计算出岩质边坡的安全系数,节省计算耗时和人工干预的工作量,并能通过塑性应变的发展分析其破坏过程,确定潜在的滑动面。     

降雨作用下考虑膨胀推力的膨胀土边坡稳定性分析

为研究膨胀力作用下膨胀土边坡的稳定性,通过合理假设,在传统剩余滑坡推力法中引入膨胀力项,得出了适用于膨胀土边坡的滑坡稳定性系数计算公式。基于该公式对某膨胀土坡的离心模型降雨试验进行了模拟和计算,通过计算结果和试验结果的对比验证了该法的可行性;同时分析了膨胀力施加与否、不同裂隙分布位置和深度、不同降雨历时和降雨强度下膨胀土边坡的稳定性,得出了安全系数的变化规律。结果表明,降雨条件下考虑膨胀力时膨胀土边坡的安全系数相对于未考虑膨胀力时大幅下降,符合膨胀土边坡降雨破坏的实际情况;裂隙位于坡中时膨胀土边坡较裂隙位于坡顶时更危险;降雨强度和降雨历时也对膨胀土边坡的稳定性造成了影响,但超过一定程度时这种影响会受到限制。该方法为工程中膨胀土边坡稳定性的计算提供了参考。     

方钢管混凝土柱-钢梁平面框架耐火性能研究

建立了局部火灾下多层多跨矩形钢管混凝土柱-钢梁平面框架温度场和力学性能分析的有限元模型。在考虑楼板影响的基础上,研究了保护层厚度不同时钢管混凝土框架结构的温度场分布规律。研究了不同受火工况条件下钢管混凝土框架结构的变形和破坏规律、耐火极限状态、受火梁的内力状态以及结构耐火极限的规律。分析表明,梁保护层厚度影响钢梁温度分布形式;火灾下,框架结构发生了受火梁的整体屈曲破坏。     

折线坡形挡土墙主动土压力计算方法研究∗

折线坡形边坡由于其填土面形态与经典土压力理论假设条件不符,无法直接使用经典土压力理论求解。依据挡土墙背后楔形体静力平衡原理,建立墙后多边形楔形体侧压力分析力学模型,得到总侧压力关于破裂角的函数表达式,通过求其极值,得到主动极限平衡状态墙后填土破裂角和主动土压力。分别求得坡顶地表局部水平边坡、坡顶地表局部倾斜边坡主动土压力计算公式,与现行规范方法对比表明,克服了现行规范折线坡形挡土墙上主动土压力计算方法不考虑墙土摩擦力的不足,所得土压力合力及倾覆力矩均小于规范方法计算结果,与图解法方法计算结果一致,且避免了图解法繁琐的作图工作。针对实际工程中经常出现的坡顶地表局部倾斜边坡,提出了将坡顶地表局部倾斜土层折减为均布荷载的折算系数,简化了土压力计算方法。