变模量弹塑性强度折减法在乐昌峡古滑坡体稳定分析中的应用

边坡稳定分析中的强度折减法
吴明;傅旭东;刘欢
【期刊名称】《西部探矿工程》
【年(卷),期】2005(017)012
【摘要】应用弹塑性强度折减有限元计算边坡稳定安全系数,采用解的数值不收敛作为破坏判据,考虑材料剪胀性.通过算例对极限平衡法,极限分析法和强度折减法比较,说明前两种方法计算结果过大了.计算结果的可视化,反映了土体破坏时塑性区.【总页数】3页(P292-294)
【作者】吴明;傅旭东;刘欢
【作者单位】武汉大学土木建筑工程学院,湖北,武汉,430072;武汉大学土木建筑工程学院,湖北,武汉,430072;武汉大学土木建筑工程学院,湖北,武汉,430072
【正文语种】中文
【中图分类】TD824.71
【相关文献】
1.地震作用前后极限平衡法和强度折减法的边坡稳定分析对比 [J], 李波;汤爱平;赵安平
2.考虑初始应力场的强度折减有限元法高边坡稳定分析 [J], 严新军;欧阳君;徐千军;宫经伟;侍克斌
3.强度折减有限元法边坡稳定分析研究综述 [J], 郑龙奎;宋新江
4.边坡稳定分析中极限平衡法与强度折减法比较研究(Ⅱ) [J], 彭燃;刘国煜;田伟平
5.强度折减DDA法及其在边坡稳定分析中的应用 [J], 黄盛铨;刘君;孔宪京
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第28卷第5期2007年10月华　北　水　利　水　电　学　院　学　报Journal of North China I nstitute of W ater Conservancy and Hydr oelectric PowerVol 128No 15Oct .2007收稿日期:2007-04-30;修订日期:2007-06-10基金项目:华北水利水电学院高层次人才科研启动项目;2005年度河南省高校杰出科研人才创新工程项目(HA I P URT )(2005KYCX015);河南省重点科技攻关计划项目.作者简介:刘娉慧(1977-),女,河南荥阳人,华北水利水电学院讲师,博士,主要从事岩土工程方面的研究.文章编号:1002-5634(2007)05-0052-03F LAC 强度折减法在边坡稳定性分析中的应用刘娉慧1,房后国2,黄志全1,刘　煊2(1.华北水利水电学院,河南郑州450011;2.黄河勘测规划设计有限公司,河南郑州450003)摘　要:将F LAC 强大的数值计算能力与强度折减技术相结合,以广义剪应变发展与数值计算的不收敛性作为边坡失稳的评价依据,利用F LAC 计算结果的动态显示技术,描绘出了边坡失稳形态,为准确判定边坡的真实受力状态提供可靠的依据.通过对三交坪边坡不同工况下的稳定性分析表明,强度折减所确定的边坡安全系数与传统极限平衡法所得的结果十分接近,滑面的形状及位置也极为相似,因此认为该方法是合理可行的.关键词:强度折减;数值计算;边坡稳定;破坏判断;F LAC 中图分类号:T U457 文献标识码:A1　强度折减法的基本原理目前数值分析方法一般只能得出边坡的应力、位移、塑性区等,无法得到边坡危险滑面以及相应的安全系数.强度折减法将强度折减技术与数值模拟方法相结合,在给定的评判指标下,通过调整折减系数对边坡的稳定性进行分析,求得边坡的最小稳定安全系数.其基本原理是将岩土体强度指标c,φ值同时除以一个折减系数F,得到一组新的c ′,φ′,作为材料新的参数进行数值计算,当边坡岩土体符合给定的临界破坏状态判定条件时,对应的F 称为边坡的最小安全系数[1-4].连续介质快速拉格朗日差分分析方法(F LAC )是用于研究连续介质在达到稳定塑流过程中的机制行为的显式有限差分程序,程序的结果是由特殊的数学模型和专门的数值插值导出的.能较好地模拟地质材料在达到强度极限或屈服极限时发生塑性流动的力学行为,特别适用于分析渐进破坏和失稳及模拟大变形问题.采用强度折减法分析边坡的稳定性是以岩土体弹塑性模型为基础,采用Mohr 2Cou 2l o mb 破坏准则c ′=cF,　φ′=arctantan φFf =αFI 1+J 2=kFα=23sinφ23π(9-sin 2φ)k =63c cos φ23π(9-sin 2φ)式中:I 1,J 2分别为应力张量第一不变量和应力偏张量的第二不变量;系数α,k 与岩土材料强度参数c,φ有关.2　边坡失稳破坏判断的定义用数值计算方法求解边坡安全系数时,对于边坡临界失稳或极限平衡状态的评判,目前主要有3类评判方法:①当给定较大的迭代次数内数值计算无法保证其收敛性,表示应力重分布不能满足岩土体的破坏准则和总体平衡要求,边坡破坏和数值不收敛同时发生,伴随着网格节点位移显著增加,则认为边坡处于极限状态;②当边坡内某特征点处的变形随抗剪强度折减系数逐渐增大而突然增大时,则认为边坡达到了临界失稳状态;③当边坡内的塑性区或某一水平的塑性应变从坡址到坡顶相互贯通时,则认为边坡达到了极限状态.通过对比分析发现,①判据在一般情况下较为合适,且数值计算不收敛时一定意味着塑性区贯通或位移发生突变,塑性区贯通只是边坡达到极限平衡的必要条件,而非充分条件,塑性区贯通后需要进一步观察变形或位移的大小,应将特征点位移的突变性和塑性区的相互贯通性两者相结合综合评判边坡的临界极限平衡状态[5-6].采用塑性区开展的情况作为评判岩土体的整体失稳破坏是较合理的.但如何准确的计算塑性应变的大小,并描述出塑性区的发展状况一直是强度折减方法求解边坡最小安全系数的障碍.F LAC 程序较好地解决了这一问题:边坡破坏的特征是某一幅值的广义剪应变从坡角到坡顶上下贯通,此前的折减系数即为边坡的安全系数,广义剪应变不仅含有塑性分量,而且也包括弹性分量,在一定程度上反映了岩土体的剪切破坏状态,物理意义明确.在此结合广义剪应变的发展状况和数值计算的收敛情况,判断边坡失稳破坏.3　三交坪边坡稳定性分析3.1　工程概况永定桥水库位于汉源县境内大渡河左岸支流流沙河上游,水库正常蓄水位为1600.00m ,最大坝高102.00m,坝前壅水83.00m;校核洪水位1601.67m,水库总库容2070万m 3.三交坪蠕滑体的稳定问题是制约永定桥水库建设的重大工程地质问题.三交坪蠕滑体位于坝址上游约800.00m 的流沙河左岸,该蠕滑体顺坡长约1.70k m,沿河宽约1.00k m,后缘高程1750.00m,前缘直达河边(高程约1560.00m ),平面分布面积约1.70k m 2.三交坪蠕滑体的上游侧中前部,于1992年曾出现大量拉裂缝.此后,在坡体中部和前缘常形成一系列的弧形拉裂缝,裂缝宽一般0.01～0.20c m,长数米至数十米不等.边坡中部的裂缝已造成多处房屋开裂变形,院落塌陷.此外,该区内泉点分布较普遍,流量一般均小于2L /s,随季节和后缘跃进堰的过水量及水位等因素变化.这些现象均表明,自1992年以来,坡体局部已经出现变形破坏.该蠕滑体距大坝较近,一旦失稳,不仅将使水库报废,水库变成土石库,而且可能冲毁大坝,危及下游居民的生命及财产安全.因此,非常有必要对该蠕滑体不同工况下的稳定状况、失稳方式等开展深入、系统的研究.3.2　岩土体物理力学参数在充分踏勘调查的基础上,选取了边坡典型地段有代表性的岩土试样,在野外做了现场原位大剪试验和配套的室内物性试验.钻探揭露的岩土体物理力学性质见表1.表1　三交坪边坡岩土体物理力学性质地层编号内摩擦角φ/(°)凝聚力c /kPa 天然密度γw /(k N ・m -3)饱和密度γsat/(k N ・m -3)④碎石土23.02022.322.8③含砾粉质粘土14.01320.321.6②层碎石土23.02022.322.8①含砾粉质粘土13.01520.421.8⑤下卧基岩32.018525.027.0河床砂卵石29.0023.023.8压戗平台填料39.022.024.03.3　模型的建立采用“地质灾害过程模拟与过程控制”的研究思路,把地质过程机制分析与定量评价相结合,构建了三交坪边坡二维典型剖面模型,对边坡的演化过程进行了模拟,对边坡在不同条件下的稳定性进行了充分、系统的研究.计算模型选取三交坪纵2-2、纵3-3剖面,所建模型左右长为1000.00m,左边界高为560.00m ,右边界高为310.00m ,模型左右边界采用X 方向法向约束,底部采用固定端约束,共同构成模型的边界条件,如图1、图2所示.采用M -C 强度准则,先计算坡体的自重应力场,采用强度折减法计算3种工况下的稳定性:①工况1(目前状况);②工况2(目前状况+暴雨);③工况3(目前状况+地震).当计算不再收敛时,各种工况下边坡的广义剪应变如图3～8所示.图1　三交坪边坡纵2-2有限元模型图图2　三交坪边坡纵2-2有限元模型图(局部放大)35第28卷第5期刘娉慧等:　F LAC 强度折减法在边坡稳定性分析中的应用 图3　工况1剖面2-2广义剪应变分布图(局部放大)图4　工况2剖面2-2广义剪应变分布图(局部放大)图5　工况3剖面2-2广义剪应变分布图(局部放大)图6　工况1剖面3-3广义剪应变分布图(局部放大)图7　工况2剖面3-3广义剪应变分布图(局部放大)图8　工况3剖面3-3广义剪应变分布图(局部放大)3.4　数值模拟结果及分析数值模拟计算结果见表2,强度折减法求得边坡的安全系数与传统极限平衡法求得的十分接近.表2　三交坪边坡稳定性系数表计算方法剖面2-2剖面3-3工况1工况2工况3工况1工况2工况3强度折减0.9600.9100.7800.9800.9000.790Boshop 法0.9780.9290.7850.9980.9170.799M -P 法0.9830.9340.7901.0110.9240.817计算结果表明:目前状况下(水库未蓄水时),剖面2、剖面3的潜在滑面位于深层含砾粉质粘土层,但只在边坡底部形成局部滑动,整体稳定性较好,上部含砾质粘土层的次计算滑面处于稳定状态,下部含砾质粘土主计算滑面(变形碎裂体基覆界面处)处于临界不稳定状态;在目前状况+暴雨工况下,其滑面有向后延伸趋势,稳定性降低,但没有形成一个整体连通的滑面,可能会发生局部滑动;在目前状况+地震工况下,其滑面有进一步后退趋势,边坡局部和整体都不稳定.计算结果显示:影响边坡稳定性的主要因素是地震、暴雨.因此,为保证边坡稳定,采取工程治理措施是十分必要的.4　结　语将F LAC 强大的数值计算能力与强度折减技术相结合,以广义剪应变发展与数值计算的不收敛性作为边坡失稳的评价依据,形象地描绘出了边坡失稳形态,为准确判定边坡的真实受力状态提供可靠的依据.此方法不但可以较为准确地通过最大剪应变增量和剪应变速率自动地搜索出滑坡潜在滑动面或剪切错动面,还可以通过对系统非平衡力的跟踪和主要部位变形演变过程的分析,判断岩土体的稳定性状况.通过三交坪边坡稳定性分析表明,强度折减所确定的边坡安全系数与传统极限平衡法所得的结果十分接近,滑面的形状及位置也极为相似,因此该方法是合理可行的,尤其当地质条件复杂时,并有支护结构与岩土体相互作用,同时考虑地下水等多种因素时,强度折减法是简便可靠的.参　考　文　献[1]赵尚毅,郑颖人,时卫民,等.用有限元强度折减法求边坡稳定安全系数[J ].岩土工程学报,2002,24(3):343-347.[2]郑颖人,张玉芳,赵尚毅,等.有限元强度折减法在元磨高速公路高边坡工程中的应用[J ].岩石力学与工程学报,2005,24(21):3812-3817.(下转第58页) 采用强度折减法计算该边坡的安全系数为1.07,边坡处于稳定状态.与假设检验结果吻合.4　结　语通过统计分析边坡点安全来判别边坡稳定的假设检验法与强度折减法相比,具有计算简单、应用方便的优点.由于样本点的随机性,所以假设检验的结果也具有不确定性.用假设检验对边坡安全系数进行检验,只能定性的判断边坡的稳定性,并不能给出边坡安全系数的具体数值.参　考　文　献[1]李建林,王乐华,刘杰,等.岩石边坡工程[M].北京:中国水利水电出版社,2006.[2]庄楚强,吴亚森.应用数理统计基础[M].广州:华南理工大学出版社,2002:238-239.[3]吴翊,李永乐,胡庆军.应用数理统计[M].北京:国防科大出版社,1999.[4]郝方,李维维,郭柏威.用ANSYS作边坡稳定分析[J].贵州水力发电,2005,19(2)54-56.Hypothesis Test of the Slope’s Safty Factor and Its Use i n ProjectZ HAO Er2p ing(Civil&Hydraulic I nstitute of Three Gorges University,Yichang443002,China)Abstract:The hypothesis test is adop ted t o test the stability of the sl ope when considering the random icity in analyzing the sl ope’s sta2 bility.It shows that the results are coherent either using the hypothesis test or using the strength reducti on method in the p r oject.Key words:sl ope stability;safty fact or;hypothesis test(上接第54页)[3]迟世春,关立军.基于强度折减的拉格朗日差分方法分析土坡稳定性[J].岩土工程学报,2004,26(1):42 -46.[4]吴明,傅旭东,刘欢.边坡稳定分析中的强度折减法[J].土工基础,2006,20(1):49-52.[5]赵尚毅,郑颖人,张玉芳.极限分析有限元法讲座Ⅱ———有限元强度折减法中边坡失稳的判据探讨[J].岩石力学与工程学报,2005,26(2):332-336.[6]刘金龙,栾茂田,赵少飞,等.关于强度折减有限元方法中边坡失稳判据的探讨[J].岩土力学,2005,26(8): 1345-1348.Appli ca ti on of Strength Reducti on M ethod i n FLAC to Ana lysis of Slope St ab ilityL I U Ping2hui1,F ANG Hou2guo2,HUANG Zhi2quan1,L I U Xuan2(1.North China I nstitute of W ater Conservancy and Hydr oelectric Power,Zhengzhou450011,China;2.Yell ow R iver Engineering Consulting Co.L td.Zhengzhou450003,China)Abstract:The str ong nu merical calculati on ability of F LAC is combined with strength reducti on technol ogy t o seek reliable analytical method of sl ope stability under comp lex geol ogical conditi ons and considering gr ound water and interacting of support structure with r ock mass or s oil mass.Stability analysis of Sanjiaop ing sl ope under diverse work conditi on indicates that the result of strength reducti on method is app r oxi m ate t o classical li m it equilibriu m method.The shape and the positi on of sliding surface are si m ilar.So,the sugges2 ted method is rati onal.Key words:strength reducti on;nu merical calculati on;sl ope stability;failure judg ment;F LAC。

在滑坡稳定分析中考虑渗流作用的强度折减法
朱建波
【期刊名称】《四川水利》
【年(卷),期】2008(029)003
【摘要】本文采用FLAC3D软件,探讨了强度折减法在渗流作用下滑坡稳定分析中的适用性和精度.结合前人已经提供解答的经典算例,本文应用当前普遍采用的考虑渗流作用的强度折减法和本文提出的新方法对其进行计算分析,指出当前方法精度不高的原因,并对本文提出的新方法精度提高的机理进行了研究.
【总页数】4页(P25-28)
【作者】朱建波
【作者单位】四川大学水利水电学院,成都,610065
【正文语种】中文
【中图分类】TV5
【相关文献】
1.变模量弹塑性强度折减法在乐昌峡古滑坡体稳定分析中的应用 [J], 靳晓兵;杨光华;张玉成;钟志辉;李德吉;史永胜
2.考虑初始应力场的强度折减有限元法高边坡稳定分析 [J], 严新军;欧阳君;徐千军;宫经伟;侍克斌
3.渗流作用下边坡稳定性分析的强度折减弹塑性有限元法 [J], 李湛;栾茂田;刘占阁;范庆来
4.考虑渗流作用的岩质边坡稳定分析 [J], 庞志伟;张林洪
5.基于极限平衡法和有限元强度折减法的某滑坡体稳定分析 [J], 董艳华;程壮;党莉因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于强度折减法的库岸滑坡三维有限元分析
邓华锋;李建林;王乐华;周济芳;邓成进
【期刊名称】《岩土力学》
【年(卷),期】2010(31)5
【摘要】通过现场踏勘调研,根据滑坡的环境地质条件,详细探讨了该库岸滑坡的成因机制和演化过程,并重点分析了滑坡失稳的影响因素。

建立滑坡体的三维有限元模型,运用有限元强度折减理论对其稳定性进行了计算分析。

结果表明,滑坡体在天然状况下是稳定的,库水位上升至正常蓄水位时将超过滑坡前缘高程,滑坡安全系数降低,不满足规范规定的最小安全系数的要求,在考虑降雨入渗、库水位骤降时,滑坡进一步趋于危险;在考虑蓄水+地震工况时,库岸滑坡有失稳的可能。

据此提出了削坡减载治理措施,治理后滑坡在各工况下的安全系数均满足规范的要求,研究成果对滑坡的治理具有较大的参考价值。

【总页数】5页(P1604-1608)
【关键词】库岸滑坡;强度折减;成因机制;三维分析
【作者】邓华锋;李建林;王乐华;周济芳;邓成进
【作者单位】三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室;三峡大学土木与建筑学院;二滩水电开发有限责任公司
【正文语种】中文
【中图分类】P642.22
【相关文献】
1.基于强度折减法的近坝库岸稳定性分析 [J], 赵超
2.基于强度折减理论的西南某库岸滑坡稳定性FLAC3D分析 [J], 李勤光
3.基于FLAC3D强度折减法滑坡三维稳定性研究——以三峡库区白果树古滑坡群为例 [J], 陈新泽;唐辉明;杨有成;胡斌;倪俊
4.基于强度折减法分析库水下降对树坪滑坡稳定性影响 [J], 郭飞;徐飞飞;管宏飞因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于PLAXIS强度折减法的边坡稳定分析秦玉春【摘要】摘要利用PLAXIS有限元软件，以某高边坡为例，采用有限元强度折减法对边坡无支护的情况、采用锚索加固以及预应力锚杆加固三种方案进行了模拟分析。

模拟结果表明，在无支护情况下，边坡安全系数小于1，边坡处于失稳状态，无法满足规范要求；采用锚杆加固时，安全系数增加，边坡稳定性增加；当对锚杆施加一定的预应力时，边坡的安全系数较未施加预应力加固情况有显著的提高。

通过研究证明了PLAXIS在边坡稳定分析中的适用性，同时也指出了各种边坡加固方法的优劣。

【期刊名称】陕西水利【年(卷),期】2014(000)003【总页数】2【关键词】关键词边坡稳定；有限元强度折减法；锚固；PLAXIS1 引言边坡稳定分析一直是岩土工程中的重要研究课题。

目前对边坡稳定性分析的理论方法主要有两类：①极限平衡法，②有限单元法。

极限平衡法是建立在刚体极限平衡理论之上，假定滑坡体为刚体，不考虑岩土体本身的变形对边坡稳定性的影响，假定条件较多，使得分析结果准确性欠佳。

以有限元法为代表的数值计算方法是一种新生的方法，这类方法能够考虑边坡岩土体本身的变形对边坡稳定性的影响，能够给出边坡岩土体的应力场与位移场，以及计算边坡的破坏发生和发展过程等。

建立在极限平衡理论基础上的极限平衡法，包括瑞典圆弧法、Bishop 法、Morgenstern-Price法、Spencer法等。

而随着计算机技术和有限元理论的发展，数值分析方法在工程实际中得到广泛的应用，有广阔的发展前景。

本文将应用基于有限元强度折减法的PLAXIS软件对一开挖高边坡分别对无支护措施、采用无预应力锚杆加固以及采用预应力锚索加固三种方案进行稳定分析，对结果进行对比分析。

2 PLAXIS软件及强度折减法基本原理PLAXIS软件是由荷兰公共事业与水利管理委员会提议，于1987年在Delft大学开始研发的。

最初的目的是为了在荷兰特有的低地软土上建造河堤，开发一个易于使用的有限元分析程序。

乐昌峡鹅公带古滑坡体稳定性研究摘要：滑坡稳定性问题是百余年以来工程地质及岩土工程研究领域的一个备受关注的挑战性课题。

由于滑坡灾害造成的损失相当大，而我国是一个多山、多丘陵的国家，因此也是滑坡灾害多发的国家，滑坡给我国造成的损失也非常严重。

近年来，由于基础建设的需要，特别是三峡工程的建设，很多库区内的边坡在水库蓄水和人工建设的多重因素的影响下，稳定状态会发生改变，从而会危及到水库及库区内人民的财产和安全。

本文选取乐昌峡水利枢纽滑坡为研究对象，采用多种方法对其稳定性问题进行综合研究，从而可为其治理提供可靠依据，还可为其他库岸滑坡的稳定性研究提供参考。

关键词：库水变化滑坡稳定性涌浪预测1.工程概况乐昌峡水利枢纽工程位于广东省韶关市乐昌境内北江支流武水乐昌峡河段内，坝址地处塘角车站附近，下距乐昌市区约14km、韶关市区约81.4km。

是北江上游关键性防洪控制工程，是以防洪、发电为主，兼顾航运、灌溉等综合利用的枢纽工程。

防洪库容为2.1129亿m3，总库容为3.4389亿m3，水库迴水全长61.69km，电站装机容量为132MW，正常蓄水位为154.5m。

枢纽工程为Ⅱ等大（2）型工程，主要由拦河大坝、引水系统、发电厂房、上游过坝码头等建筑物组成。

拦河坝为碾压混凝土重力坝，最大坝高84.6m，坝顶长256.0m；引水系统位于坝址左岸，引水、尾水隧洞均采用一管一机的布置型式。

地下厂房位于左坝头微风化岩体内，内装3台单机容量为44MW的水轮发电机组2.工程地质条件鹅公带古滑坡体位于塘角坝址上游1.3km，分布在右岸，滑坡体总方量约240万m3。

根据勘察成果，钻孔和地表测绘揭露存在古滑动带，地貌上存在“双沟同源”，地下水活跃，有多处泉水出露点，地表水下渗，前、后缘滑坡体特征明显。

地面产生的裂缝为受强降雨影响产生的浅层开裂和局部塌陷，多沿基岩与坡积、风化土界面分段开裂，未见整体变形迹象，目前处于稳定状态。

图1 鹅公带滑坡IKONOS影像根据钻探、洞探和地面测绘等资料，圈定滑坡体范围，滑体性质和滑带特征。

三维强度折减法在边坡抗滑稳定分析中的应用
魏进兵;高春玉;陈佳伟
【期刊名称】《交通科学与工程》
【年(卷),期】2012(028)002
【摘要】针对黄金坪水电站进水口边坡1 570 m高程以上潜在不稳定块体,在对强度折减法适用性进行验证的基础上,采用三维强度折减法进行了稳定性分析.研究结果表明:该块体三维效应明显,主要表现在侧边界的阻滑作用.在实际工程中,对于三维效应明显的边坡,可以适当考虑边坡的三维效应,从而保证支护措施的经济合理.【总页数】5页(P8-11,22)
【作者】魏进兵;高春玉;陈佳伟
【作者单位】四川大学水利水电学院水力学与山区河流开发保护国家重点试验室,四川成都610065;四川大学水利水电学院水力学与山区河流开发保护国家重点试验室,四川成都610065;四川大学水利水电学院水力学与山区河流开发保护国家重点试验室,四川成都610065
【正文语种】中文
【中图分类】TV672+.4
【相关文献】
1.强度折减有限元法在非饱和土边坡稳定分析中的应用 [J], 李荣建;于玉贞;李广信
2.三维有限元法强度折减法在某岩质边坡加固中的应用 [J], 母传伟;何方维;裴恒
3.三维有限元强度折减法在堤坝边坡稳定分析中的应用 [J], 石兴勇;虞杨波;玉凝
4.有限元强度折减法在边坡三维稳定分析中的应用 [J], 黄正荣;梁精华
5.强度折减DDA法及其在边坡稳定分析中的应用 [J], 黄盛铨;刘君;孔宪京
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