FLAC~(2D)強度折減法的邊坡穩(wěn)定性分析

強度折減法是邊坡穩(wěn)定性分析中重要的方法之一,在巖土工程領(lǐng)域應(yīng)用廣泛.為分析邊坡土層性質(zhì)對其穩(wěn)定性影響,基于強度折減法采用有限元軟件對不同土層條件下公路邊坡穩(wěn)定性進行研究.結(jié)果表明,隨強度參數(shù)內(nèi)摩擦角和黏聚力降低,邊坡穩(wěn)定性逐漸降低,且邊坡穩(wěn)定性對內(nèi)摩擦角變化更為敏感.

闡述了有限元強度折減法的基本原理,利用強度折減法對尾礦壩進行了邊坡穩(wěn)定計算,同時通過簡化畢肖普法和瑞典圓弧法對其結(jié)果進行了對比分析,證明基于有限元理論的強度折減法的計算結(jié)果是可信的,其安全系數(shù)值可以作為定量判斷的依據(jù)。

為了評價某山坡露天礦邊坡的穩(wěn)定性,應(yīng)用有限差分強度折減法,對該礦山人工邊坡的穩(wěn)定性進行了計算分析,并與傳統(tǒng)的極限平衡法的計算結(jié)果進行了對比。結(jié)果表明,由于有限差分強度折減法克服了極限平衡法未能考慮材料本構(gòu)關(guān)系的不足,因而更能實際的模擬邊坡計算模型,更客觀的分析邊坡的穩(wěn)定狀態(tài),求得的邊坡安全系數(shù)更為合理。

將有限元強度折減法應(yīng)用于邊坡穩(wěn)定分析中,探討了該方法的基本原理、安全系數(shù)的定義、屈服準則和失穩(wěn)判據(jù)等。采用強度折減法對某邊坡進行穩(wěn)定性分析,并與傳統(tǒng)極限平衡法求得的安全系數(shù)進行對比。計算結(jié)果表明,采用塑性區(qū)貫通或特征點位移突變?yōu)槭Х€(wěn)判據(jù)確定的安全系數(shù)與傳統(tǒng)極限平衡法的計算結(jié)果很接近,表明有限元強度折減法能夠滿足工程應(yīng)用。建議在有限元強度折減法中聯(lián)合采用塑性區(qū)貫通和特征點位移突變作為邊坡的失穩(wěn)判據(jù)。

結(jié)合某公路邊坡實例，運用大型有限元軟件midas/gts建立邊坡的平面應(yīng)變二維模型，基于有限元強度折減法，對錨桿加固前后的邊坡穩(wěn)定性進行了研究，主要分析了錨桿加固前后邊坡塑性破壞區(qū)以及安全系數(shù)的變化；同時著重討論了錨固長度、錨桿間距、傾角等因素對邊坡整體穩(wěn)定性的影響，對影響邊坡整體穩(wěn)定性的因素進行了敏感性研究，分析了各因素與邊坡安全系數(shù)之間的規(guī)律。

針對云南某礦邊坡所出現(xiàn)的移動和破壞現(xiàn)象,本文采用flac分析法結(jié)合該礦的實際情況對邊坡穩(wěn)定性進行模擬分析,分析結(jié)果表明邊坡整體處于極限平衡狀態(tài),但隨著開挖的繼續(xù)（20m深）,邊坡的穩(wěn)定性將會進一步惡化且邊坡破壞形式主要以復(fù)合型平面破壞為主。此時需要對邊坡加強變形監(jiān)測,并通過對防護措施：整體放緩、支擋、錨桿（索）加固、局部放緩的綜合比較確定該礦的最優(yōu)防護處置方案。從而避免邊坡災(zāi)害的發(fā)生。

針對貴州省烏木鋪巖質(zhì)高邊坡,采用有限元強度折減法進行抗滑穩(wěn)定性分析。由于該坡體內(nèi)巖體天然特性不均勻,存在各種節(jié)理與結(jié)構(gòu)面,而其穩(wěn)定性則主要由節(jié)理與結(jié)構(gòu)面所控制。根據(jù)該高邊坡高、陡、險等特點,建立高邊坡的變形破壞分析模型,綜合采用有限元強度折減法和極限平衡法對其潛在變形破壞模式、高邊坡穩(wěn)定性等進行詳細研究,對比分析兩者分析結(jié)果,合理評價該高邊坡的整體穩(wěn)定性,并在此基礎(chǔ)上提出高邊坡加固方案。

基于動態(tài)和整體強度折減法,運用ansys、flac3d構(gòu)建模型,對西南某巖質(zhì)邊坡不同工況下的穩(wěn)定性進行動態(tài)分析。結(jié)果表明,坡體易沿泥巖、砂巖層內(nèi)節(jié)理裂隙產(chǎn)生滑坡等地質(zhì)災(zāi)害;整體強度折減法得出的塑性區(qū)域過大,與實際情況不符,動態(tài)強度折減法得出的塑性區(qū)域與實際情況相符;坡體在自然條件下較為穩(wěn)定,但在降雨條件下邊坡安全系數(shù)小于極限值,有發(fā)生失穩(wěn)的危險。

使用有限元分析軟件abaqus,并結(jié)合強度折減法,對邊坡穩(wěn)定性進行了研究。研究結(jié)果表明:當邊坡加固時,邊坡的整體穩(wěn)定性得到了明顯的提高；在運用abaqus和強度折減法模擬分析邊坡穩(wěn)定性時,模型的建立、網(wǎng)格的劃分密度、單元類型的選取及材料模型的選用等對計算結(jié)果都有影響；邊坡失穩(wěn)判據(jù)的選用原則及其判據(jù)是否存在統(tǒng)一性,值得進一步研究。

文章結(jié)合某路塹高邊坡工程,采用有限元方法建立高邊坡平面應(yīng)變模型并且進行強度折減,系統(tǒng)研究了影響高邊坡穩(wěn)定性的因素并對高邊坡進行了初步設(shè)計。結(jié)果表明:強度折減法可以通過分析節(jié)點水平位移從而分析邊坡的穩(wěn)定性。

利用極限平衡法,對順層巖質(zhì)邊坡進行雙強度系數(shù)折減分析,提出了折減系數(shù)增幅比,根據(jù)增幅比確定抗剪強度折減原則,當坡體達到極限狀態(tài)時確定其極限折減系數(shù)。分別以坡體的張拉裂縫深度和充水深度為單一變量,對比分析坡體穩(wěn)定性發(fā)生變化時內(nèi)摩擦角和黏聚力對其影響程度,最后根據(jù)雙強度折減分析中極限折減系數(shù)定義坡體權(quán)重安全系數(shù)。研究表明:雙強度折減法能夠考慮內(nèi)摩擦角和黏聚力對坡體的影響程度,對順層巖質(zhì)坡體進行雙參數(shù)折減分析,最終定義雙參數(shù)折減中內(nèi)摩擦角的折減系數(shù)值為坡體安全系數(shù),該結(jié)果更符合實際工程,能夠為同類問題提供參考。

結(jié)合工程算例,采用強度折減有限元法,對邊坡治理前后的穩(wěn)定性進行了分析。結(jié)果表明,有限元強度折減法能更加直觀的得到坡體的實際破壞形式,求得的邊坡穩(wěn)定系數(shù)更接近邊坡的實際穩(wěn)定狀態(tài),顯示出其在邊坡穩(wěn)定性分析中的一定優(yōu)勢。

對于高邊坡，因主觀原因準許不能準確地把握滑動面及坡體的實際變形狀態(tài)，不利于邊坡穩(wěn)定性設(shè)計。本文大型通用有限元分析軟件abaqus作為分析平臺，采用強度折減法，建立坡體安全系數(shù)與失穩(wěn)機理的邊坡穩(wěn)定性有限元模型。該模以迭代計算不收斂作為邊坡失穩(wěn)判斷依據(jù)，分析坡體初始設(shè)計的穩(wěn)定性。通過改變坡體設(shè)計方案，來提高坡體整體的安全系數(shù)。結(jié)果表明：通過分層降低設(shè)計坡比，可實現(xiàn)提高坡體的安全系數(shù)，但是提高效果有限；基于強度折減法的有限元數(shù)值迭代不收斂判決有助于坡體穩(wěn)定性初步設(shè)計。

探討了強度折減法的基本原理、安全系數(shù)、屈服準則和破壞標準等內(nèi)容,結(jié)合ansys有限元軟件,對水泥庫邊坡工程在不同破壞標準下的穩(wěn)定性進行對比分析.計算過程中,隨著折減系數(shù)的不斷改變,會得到不同的黏聚力和內(nèi)摩擦角參數(shù)值,再將其輸入到ansys中的等面積d-p本構(gòu)方程中計算至不收斂,發(fā)現(xiàn)邊坡的安全系數(shù)與此時的折減系數(shù)是相等的.結(jié)果表明:采用塑性區(qū)貫通和位移的突變作為邊坡破壞標準所得到的安全系數(shù)與傳統(tǒng)方法計算得到的安全系數(shù)十分接近,從而表明有限元強度折減法在邊坡穩(wěn)定性分析中具有可行性.

將有限元強度折減法與abaqus軟件相結(jié)合,充分運用abaqus軟件強大的數(shù)據(jù)處理功能以及動態(tài)顯示廣義塑性應(yīng)變和塑性區(qū)的開展情況,以此來判斷邊坡的整體穩(wěn)定性。在abaqus軟件實施有限元強度折減法的過程中,通過不斷線性增大強度折減系數(shù)fr的大小,得到多組不同的抗剪強度參數(shù)cm和φm值的組合以及塑性區(qū)的開展情況。當塑性區(qū)趨于貫通且廣義塑性應(yīng)變和位移均發(fā)生突變時,則此時邊坡處于臨界破壞狀態(tài),對應(yīng)的強度折減系數(shù)fr即為給定條件下的最小穩(wěn)定安全系數(shù)。通過一個典型分層邊坡的實例分析,表明該法可以準確求解安全系數(shù)和對應(yīng)的滑動面位置,在復(fù)雜條件下的邊坡穩(wěn)定性分析中同樣是簡便實用的。

吳砦古城是一座\"懸崖上的抗金古城\"[1],有著悠久的歷史文化,為加強古城文物古跡的保護,同時為了確保受古城高邊坡威脅的居民的安全,利用基于有限元法的madisgts軟件中的強度折減法,選取古城高邊坡的典型地質(zhì)剖面,在室內(nèi)土工試驗獲取高邊坡土體力學(xué)參數(shù)的基礎(chǔ)上,通過高邊坡穩(wěn)定性抗剪強度參數(shù)反演,確定了卵石土的重度、粘聚力和內(nèi)摩擦角等參數(shù),進行了吳砦古城高邊坡穩(wěn)定性定量分析,經(jīng)計算確定高邊坡處欠穩(wěn)定狀態(tài),并通過最大剪應(yīng)變和有效塑性應(yīng)變云圖確定了潛在滑動面位置,為該高邊坡的治理設(shè)計提供了有效數(shù)據(jù),為治理方案的抉擇提供了有力證據(jù)。

將強度折減技術(shù)與快速拉格朗日元法相結(jié)合,對某巖質(zhì)高邊坡進行了穩(wěn)定性分析評價.并與極限平衡法分析結(jié)果進行了比較.結(jié)果表明,基于強度折減的快速拉格朗日元法不需要假設(shè)滑動面形狀位置,確定的最危險滑移面是一條具有一定寬度的滑移帶,與實際情況極為吻合,它能合理簡便地確定邊坡的穩(wěn)定性系數(shù),是進行巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性評價的有效方法.

由于有限元強度折減法十分貼近工程設(shè)計，在路塹邊坡穩(wěn)定分析中具有較強的應(yīng)用前景。本文對s216線公路路塹高邊坡采用強度折減法進行有限元數(shù)值模擬分析，為高邊坡的加固方案提出了建議。

工程上常采用極限平衡法分析邊坡的安全穩(wěn)定性,但由于極限平衡法的局限性,使得計算結(jié)果只能反映邊坡安全系數(shù)的大小,不能確定邊坡在施工各個階段的變形穩(wěn)定情況,因此以永寧高速公路邊坡為研究對象,通過plaxis有限元強度折減法對邊坡施工過程中可能產(chǎn)生的變形、位移進行模擬分析,得到分步施工狀況下,施工各階段邊坡的變形圖以及整體的安全系數(shù),并將結(jié)果與極限平衡法計算結(jié)果進行對比分析。結(jié)果表明:邊坡的安全系數(shù)隨著坡體的逐級開挖會不斷降低,需及時進行支護加固,強度折減法所確定的邊坡最終滑動面形狀與極限平衡法計算結(jié)果較為一致,且安全系數(shù)差值僅為3%,從而也驗證了強度折減法對于分步施工邊坡安全穩(wěn)定性分析的適用性與正確性。

工程上常采用極限平衡法分析邊坡的安全穩(wěn)定性,但由于極限平衡法的局限性,使得計算結(jié)果只能反映邊坡安全系數(shù)的大小,不能確定邊坡在施工各個階段的變形穩(wěn)定情況,因此以永寧高速公路邊坡為研究對象,通過plaxis有限元強度折減法對邊坡施工過程中可能產(chǎn)生的變形、位移進行模擬分析,得到分步施工狀況下,施工各階段邊坡的變形圖以及整體的安全系數(shù),并將結(jié)果與極限平衡法計算結(jié)果進行對比分析.結(jié)果表明:邊坡的安全系數(shù)隨著坡體的逐級開挖會不斷降低,需及時進行支護加固,強度折減法所確定的邊坡最終滑動面形狀與極限平衡法計算結(jié)果較為一致,且安全系數(shù)差值僅為3％,從而也驗證了強度折減法對于分步施工邊坡安全穩(wěn)定性分析的適用性與正確性.

針對山西某高填土邊坡穩(wěn)定性進行分析,利用zsoil有限元軟件,基于強度折減法對該場地高填土邊坡4個典型剖面進行穩(wěn)定性計算,并與傳統(tǒng)極限平衡法計算結(jié)果進行對比分析。結(jié)果表明：有限元軟件作為邊坡穩(wěn)定性分析的輔助工具,可有效提高邊坡穩(wěn)定性分析結(jié)果的可靠性,特別適用于難以確定滑裂面形狀和位置的邊坡,基于有限元的邊坡穩(wěn)定性計算結(jié)果與傳統(tǒng)極限平衡法相差不大,兩種方法得到的滑裂面的形狀和位置基本吻合,利用該軟件進行高填土邊坡穩(wěn)定性分析是可靠的.

基于abaqus軟件在巖土分析計算中的應(yīng)用,采用強度折減法討論了忽略剪脹角的均質(zhì)邊坡和考慮軟弱夾下臥層二種工況下某邊坡的安全系數(shù)。結(jié)果表明:隨著折減系數(shù)的不斷增大并達到某一數(shù)值時,邊坡內(nèi)塑性應(yīng)變自坡底向坡頂貫通,邊坡達到極限狀態(tài),此時的折減系數(shù)即為安全系數(shù);有限元強度折減法對邊坡穩(wěn)定性分析具有良好的適用性;采用強度折減法無須預(yù)先假設(shè)滑動面位置。