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含挖填界面边坡三维稳定性上限分析

岩土工程学报 2024年第1期46卷 174-181页

作者：闫超王红雨宁夏大学土木与水利工程学院宁夏银川750021

针对工程实践中挖填交界面与边坡坡面走向线斜交的高边坡空间三维稳定分析问题,基于极限分析上限定理,构建拓展的三维牛角状破坏机构,通过引入机构参数挖填界面倾角α突出边坡特性,建立与之对应的功能平衡方程,采用序列二次规划优化算... 详细信息

针对工程实践中挖填交界面与边坡坡面走向线斜交的高边坡空间三维稳定分析问题,基于极限分析上限定理,构建拓展的三维牛角状破坏机构,通过引入机构参数挖填界面倾角α突出边坡特性,建立与之对应的功能平衡方程,采用序列二次规划优化算法求解强度折减后的边坡安全系数上限解。在此基础上,计算了宁夏黄土丘陵地区妙岭750kV变电站高边坡以及相关文献中极限状态下边坡稳定性系数γH/c工程案例,并将计算结果与有限元极限分析软件模拟值进行对比分析。结果表明:随着挖填界面倾角α的增大,边坡安全系数Fs上限解和模拟值均减小,两种方法的计算结果相对误差在5.9%以内,且拓展的破坏机构与数值模拟的剪切耗散变形模式基本一致;在极限状态下,拓展机构的上限解和数值模拟结果都十分接近于1.0,二者相对误差未超过8.3%。研究工作为此类高边坡空间稳定分析问题提供了一种简便实用的计算方法。

关键词：边坡稳定性上限分析挖填界面三维效应安全系数

基于非线性M–C准则的深埋土质隧道三维塌落破坏上限分析

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岩土工程学报 2019年第6期41卷 1023-1030页

作者：于丽吕城王明年西南交通大学土木工程学院四川成都610031 西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室四川成都610031

围岩条件较差时,深埋土质隧道在隧道开挖过程中容易发生塌方,准确预测深埋土质隧道塌方土体的范围极其重要,目前能预测深埋土质隧道塌落范围的理论研究不够成熟。为了提前预测土质隧道围岩顶部塌落体的范围,基于非线性Mohr–Coulomb准... 详细信息

围岩条件较差时,深埋土质隧道在隧道开挖过程中容易发生塌方,准确预测深埋土质隧道塌方土体的范围极其重要,目前能预测深埋土质隧道塌落范围的理论研究不够成熟。为了提前预测土质隧道围岩顶部塌落体的范围,基于非线性Mohr–Coulomb准则和极限分析上限法,推导出深埋土质隧道在三维破坏机制下塌落体的上限表达式,得到了深埋土质隧道塌落体范围的精确解。通过数值软件Matlab绘制出了塌落体的三维形状,研究了各参数对深埋隧道塌落体形状的影响,并与既有研究进行对比分析,研究结果表明:土体中各参数、隧道顶部圆弧的半径和支护力对深埋土质隧道塌落体的范围影响比较大;基于非线性Mohr–Coulomb准则下深埋土质隧道塌落体的上限分析可以求解出有、无支护力条件下塌落体的高度和宽度,求解合理、可靠,并能给出防止深埋土质隧道塌方发生的支护力大小,可为隧道工程设计提供理论依据。

关键词：非线性破坏准则上限分析三维破坏机制土质隧道塌落体

基于Hoek-Brown强度参数的地铁隧道下穿既有管廊塌落上限分析

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应用基础与工程科学学报 2023年第5期31卷 1205-1218页

作者：刘平王洪涛刘泉声徐辰宇刘池殷欣武汉大学土木建筑工程学院湖北武汉430072 山东建筑大学土木工程学院山东济南250101 济南轨道交通集团有限公司山东济南250100

针对地铁隧道下穿既有管廊易引起沉降破坏等问题,在上限定理理论框架下,考虑上部管廊结构荷载、支护力等因素协同影响,构建隧道上方地层塌落破坏机制.基于地质强度指标GSI法的Hoek-Brown强度准则及相关联流动法则,推导出塌落滑动面的解... 详细信息

针对地铁隧道下穿既有管廊易引起沉降破坏等问题,在上限定理理论框架下,考虑上部管廊结构荷载、支护力等因素协同影响,构建隧道上方地层塌落破坏机制.基于地质强度指标GSI法的Hoek-Brown强度准则及相关联流动法则,推导出塌落滑动面的解析解,同时给出隧道顶板与管廊底板之间临界距离计算公式.将理论结果与数值计算解进行对比,验证了理论推导的正确性.讨论了不同参数对塌落破坏范围的影响规律及各因素影响敏感程度,并给出相应的工程建议措施.研究结果可为此类工况下隧道的设计和施工提供一定的理论指导.

关键词：隧道下穿 Hoek-Brown强度准则上限分析临界距离塌落机理参数敏感性分析

成层土中地下水渗流对盾构隧道开挖面稳定影响上限分析（英文）

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Journal of Zhejiang University-Science A(Applied Physics & Engineering) 2016年第11期17卷 886-902页

作者： Wei LIU Bettina ALBERS Yu ZHAO Xiao-wu TANG School of Urban Rail Transportation Soochow UniversitySuzhou 215131China Research Center of Coastal and Urban Geoteehnical Engineering Zhejiang UniversityHangzhou 310058China Institute of Civil Engineering University of Duisburg-Essen45117 EssenGermany Institute of Disaster Prevention Engineering Zhejiang UniversityHangzhou 310058China

目的:盾构隧道在成层土中掘进时,地下水渗流容易引起盾构开挖面失稳破坏。本文提出考虑地下水渗流的机动场模型,探讨成层土中地下水渗流规律,研究渗流对开挖面稳定性的影响,并提出渗流条件下成层土中盾构支护压力的计算方法。创新点:1.... 详细信息

目的:盾构隧道在成层土中掘进时,地下水渗流容易引起盾构开挖面失稳破坏。本文提出考虑地下水渗流的机动场模型,探讨成层土中地下水渗流规律,研究渗流对开挖面稳定性的影响,并提出渗流条件下成层土中盾构支护压力的计算方法。创新点:1.提出考虑地下水渗流盾构开挖面失稳机动场的模型;2.建立成层土中地下水渗流模型;3.推导考虑地下水渗流的盾构开挖面极限支护压力上限解。方法:1.根据已有工程案例,对渗流条件下成层土中盾构开挖面失稳进行受力分析(图5),并提出开挖面失稳机动场模型(图6);2.通过上限分析,推导得到盾构开挖面失稳极限支护压力计算公式(公式29);3.对成层土中地下水渗流进行数值模拟,并采用理论模型(图15)对渗流规律进行表征;4.研究极限支护压力对地下水渗流因素的敏感性。结论:1.地下水渗流在失稳土体内部产生渗流力作用,在盾构开挖面上也对支护压力产生抵消作用。2.提出成层土中考虑地下水渗流的失稳机动场模型,并推导出极限支护压力上限解;3.在盾构土舱未进行渗透性改良的条件下,成层土中地下水渗流在1200 s内达到稳定,其中,穿越层渗流方向主要为水平向,而覆土层中主要为竖向渗流;4.考虑渗流影响,本文上限解预测的支护压力值更为合理。

关键词：开挖面稳定上限分析支护压力地下水渗流成层土

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基于滑动面离散的边坡三维上限分析机构

岩石力学与工程学报 2022年第9期41卷 1923-1934页

作者：孙志彬郝状谭晓慧杨小礼姬建合肥工业大学汽车与交通工程学院安徽合肥230009 河海大学土木与交通学院江苏南京210029 合肥工业大学资源与环境工程学院安徽合肥230009 中南大学土木工程学院湖南长沙410075

传统的对数螺旋线机构无法用于内摩擦角空间变化的三维边坡上限分析,针对上述问题,提出一种新的基于滑动面离散的边坡三维机构。该机构的滑动面由一系列三角形离散单元构成,其生成过程采用了点到点技术,严格满足相关联流动法则的要求。... 详细信息

传统的对数螺旋线机构无法用于内摩擦角空间变化的三维边坡上限分析,针对上述问题,提出一种新的基于滑动面离散的边坡三维机构。该机构的滑动面由一系列三角形离散单元构成,其生成过程采用了点到点技术,严格满足相关联流动法则的要求。详细阐述该机构的边界条件与离散策略,推导重力功率与内能耗散的计算方程,提出基于二分策略的安全系数求解流程,并对模型构建参数进行敏感性分析。通过对比分析,验证本机构在多种工况下的适用性。最后利用该机构计算黏聚力与内摩擦角空间变异边坡的安全系数,结果表明强度变异系数对安全系数均值有较大影响。

关键词：边坡工程边坡稳定性三维稳定性上限分析离散机构空间变异性

考虑基质吸力影响的非饱和路堤三维稳定性上限分析

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岩土力学 2024年第4期45卷 1014-1025页

作者：李林孙砖芹长安大学公路学院陕西西安710064

采用极限上限分析定理构建了路堤失稳的三维旋转破坏机构,继而根据Bishop非饱和土抗剪强度理论,考虑非饱路堤内部基质吸力的空间分布及其随地下水位的变化,建立了路堤破坏土体外力功率与内部能量耗散功率的能量守恒方程,并利用遗传算法... 详细信息

采用极限上限分析定理构建了路堤失稳的三维旋转破坏机构,继而根据Bishop非饱和土抗剪强度理论,考虑非饱路堤内部基质吸力的空间分布及其随地下水位的变化,建立了路堤破坏土体外力功率与内部能量耗散功率的能量守恒方程,并利用遗传算法编写了非饱和路堤最小上限解的高效搜索算法。通过将非饱和土路堤基底破坏模式退化为边坡破坏模式,并与现有非饱和土边坡稳定性计算结果对比,验证了所提上限解的正确性和遗传搜寻算法的准确性。进一步地,对路堤三维稳定性的关键影响因素展开了系统分析,研究了路堤填土孔径分布、基质吸力、进气值倒数、路堤倾角以及有效内摩擦角等因素对路堤三维稳定性的影响规律。研究表明,非饱和土质路堤的稳定性不仅取决于路堤填土性质,而且依赖于影响土体吸力大小与分布的填土孔径参数和进气值等因素。地下水位升降引起的基质吸力变化对路堤稳定性存在显著影响。研究结果为路堤稳定性精细化分析提供了重要的理论依据。

关键词：非饱和路堤基质吸力遗传算法三维稳定性上限分析

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有限元上限分析网格自适应方法及其工程应用

岩土工程学报 2016年第3期38卷 537-545页

作者：赵明华张锐湖南大学岩土工程研究所

网格离散误差是有限元上限分析计算误差的主要来源。为了对计算网格进行优化,从而有效地降低数值离散误差,基于前沿推进网格划分技术并以单元内能量耗散率的相对大小为控制指标,提出了一种有限元上限分析的网格自适应策略。首先,引入前... 详细信息

网格离散误差是有限元上限分析计算误差的主要来源。为了对计算网格进行优化,从而有效地降低数值离散误差,基于前沿推进网格划分技术并以单元内能量耗散率的相对大小为控制指标,提出了一种有限元上限分析的网格自适应策略。首先,引入前沿推进网格划分技术,实现在网格生成过程中对单元尺寸和形状的灵活控制;其次,将当前计算网格中各单元能量耗散率的相对大小转化为新计算网格中单元尺寸的分布信息,并以此指示新计算网格的生成,成功地实现了有限元上限分析计算网格的自适应优化;最后,通过算例分析验证了所提出方法的有效性。

关键词：上限分析非线性规划有限元法网格自适应方法

不同饱和度下破碎软岩隧道掌子面破坏范围上限分析

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中南大学学报（自然科学版） 2015年第6期46卷 2267-2273页

作者：杨子汉杨小礼张佳华李永鑫中南大学土木工程学院湖南长沙410075

基于构建的隧道掌子面二维多块体滑移破坏模式,将非线性Hoek-Brown准则与软岩强度随饱和度变化关系相结合,借助极限分析原理和数值优化手段,提出一种在不同饱和度下估算隧道掌子面破坏范围的计算方法。以广西瑶寨隧道突水突泥事故作为算... 详细信息

基于构建的隧道掌子面二维多块体滑移破坏模式,将非线性Hoek-Brown准则与软岩强度随饱和度变化关系相结合,借助极限分析原理和数值优化手段,提出一种在不同饱和度下估算隧道掌子面破坏范围的计算方法。以广西瑶寨隧道突水突泥事故作为算例,计算得到不同饱和度下隧道掌子面的破坏范围。研究结果表明:岩体的抗压强度随饱和度的提高逐渐减小,且通过参数转换得到的黏聚力与内摩擦角也随之减小;隧道掌子面破坏范围和支护力随饱和度的增大而增大;当饱和度为0.8时,破坏面已延伸至地表,此时维持掌子面稳定的最小支护压力为651.541 k Pa;在破坏面扩大延伸的过程中,若不采取相应的处理措施,则隧道掌子面将产生突水突泥、塌方等地质灾害。该方法最大的优点是凭借少量的试验参数就能确定隧道掌子面的破坏范围,可作为隧道设计施工中的一种估算方法。

关键词：破碎软岩隧道掌子面饱和度上限分析突水突泥

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临坡双层粘土地基极限承载力的上限分析

湖南大学学报（自然科学版） 2016年第1期43卷 110-116页

作者：胡卫东曹文贵袁青松湖南大学岩土工程研究所湖南长沙410082 湖南理工学院土木建筑工程学院湖南岳阳414000

在现有研究基础上,结合临坡条形基础双层粘土地基临近边坡的非对称性特征和层状地基特征,构建出临坡条形基础双层粘土地基的多滑块组合单侧滑移破坏模式;根据速度相容关系和速度三角形闭合条件,确定出多滑块离散模式相对应的机动允许速... 详细信息

在现有研究基础上,结合临坡条形基础双层粘土地基临近边坡的非对称性特征和层状地基特征,构建出临坡条形基础双层粘土地基的多滑块组合单侧滑移破坏模式;根据速度相容关系和速度三角形闭合条件,确定出多滑块离散模式相对应的机动允许速度场;引入上限极限分析理论,导出临坡条形基础双层粘土地基极限承载力计算模型,在此模型上采用序列二次规划算法进行优化求解,建立了临坡条形基础双层粘土地基极限承载力确定方法.利用Matlab的符号运算功能和优化函数编程计算进行实例分析,并与有限元数值计算结果进行对比分析,表明了本文研究方法的可行性与合理性.

关键词：临坡地基双层粘土地基上限分析条形基础极限承载能力