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基于强度折减法的基坑土体加固归一化模型

工业建筑 2023年第S1期53卷 525-527页

作者：刘袁振黎庆李长春刘凯朱利明南京工业大学南京210009 南京地铁建设有限责任公司南京210000 中铁十二局集团有限公司太原030024

在软土地区的基坑工程常常会采用土体加固的方式控制基坑的变形,因基坑加固的方式存在多种,在有限元模拟中精确模拟基坑加固会导致有限元计算缓慢。基于强度折减法提出强度折减系数F,将抽条加固和裙边加固简化满堂加固。通过强度折减系... 详细信息

在软土地区的基坑工程常常会采用土体加固的方式控制基坑的变形,因基坑加固的方式存在多种,在有限元模拟中精确模拟基坑加固会导致有限元计算缓慢。基于强度折减法提出强度折减系数F,将抽条加固和裙边加固简化满堂加固。通过强度折减系数F改变水泥土的有效黏聚力c′和有效内摩擦角φ′,而后以基坑围护结构变形和坑外地表沉降作为抽条加固和裙边加固等效为满堂加固的判别标准。结果表明:竖向加固形式采用平板式加固时,抽条加固和裙边加固的强度折减系数F为2.2~2.4和2.6~2.8;竖向加固形式采用回掺式加固时,抽条加固和裙边加固的强度折减系数F为2.4~2.6和3.6~3.8;因空间效应的存在导致竖向加固形式回掺式加固的强度折减系数F大于平板式加固。

关键词：基坑工程强度折减法有限元分析折减系数

有限差分强度折减法在岩质高边坡加固中的应用

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水电能源科学 2022年第11期40卷 159-162页

作者：陈晓年肖卓尔黄河勘测规划设计研究院有限公司河南郑州450003

针对复杂的岩质高边坡稳定难题,依托国内某大型工程,通过有限元软件ANSYS建立边坡三维模型,利用岩土工程有限差分软件FLAC^(3D),根据岩体力学参数建议值,结合岩体边坡外观变形监测数据,反演获得边坡岩体力学参数。基于有限差分强度折减... 详细信息

针对复杂的岩质高边坡稳定难题,依托国内某大型工程,通过有限元软件ANSYS建立边坡三维模型,利用岩土工程有限差分软件FLAC^(3D),根据岩体力学参数建议值,结合岩体边坡外观变形监测数据,反演获得边坡岩体力学参数。基于有限差分强度折减法,考虑岩体内部的应力应变关系及锚索结构的作用,计算边坡在开挖卸荷后的应力和变形情况。结果表明,有限差分强度折减法能准确求得滑动体的形状及边坡安全系数,可为边坡加固设计提供依据,可为类似工程提供借鉴。

关键词：岩质高边坡有限差分强度折减法边坡加固

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基于强度折减法的土质边坡稳定性分析

基于强度折减法的土质边坡稳定性分析

作者：邓虎江南大学

学位级别：硕士

边坡稳定性问题是岩土工程三大经典问题之一,如何准确有效地评价工程边坡的稳定性一直是工程界关注的焦点,也是滑坡灾害防治的前提。强度准则是判定边坡工程是否达到极限状态的理论依据,Mohr-Coulomb准则因其简单,而在边坡工程中广泛采... 详细信息

边坡稳定性问题是岩土工程三大经典问题之一,如何准确有效地评价工程边坡的稳定性一直是工程界关注的焦点,也是滑坡灾害防治的前提。强度准则是判定边坡工程是否达到极限状态的理论依据,Mohr-Coulomb准则因其简单,而在边坡工程中广泛采用,但忽略了中间主应力对岩土材料强度准则的影响;考虑中间主应力的岩土材料准则有:统一屈服强度理论、SMP准则等。在偏平面上Mohr-Coulomb准则可以视为SMP准则的内接多边形,是SMP准则的下限,采用Mohr-Coulomb准则计算得到的边坡稳定性系数结果偏于保守。由于降雨及地下水位变化的影响,土坡中的含水量处于变动状态,土体往往处于非饱和状态。库水位骤降和降雨尤以暴雨为主是诱发溃堤和滑坡等地质灾害的主要因素,数值模拟过程中,降雨入渗土坡边界是一个变化的边界,降雨量较小时,降雨入渗边界为流量边界;降雨量较大时,降雨入渗边界为压力水头边界。降雨入渗边界的合理描述,是土坡渗流场-应力场耦合有限元分析关键问题之一。由于实际降雨强度变化不定,导致数值计算中降雨入渗边界条件的处理较为繁琐。将考虑中主应力的SMP准则应用到三维边坡和非饱和土边坡稳定性分析中,采用能够真实模拟降雨入渗边界的处理方法,对预测真实应力状态下的边坡稳定性,保障工程安全具有重要意义。基于ABAQUS软件平台,编写UMAT子程序,实现了SMP强度准则二次开发,并基于经典边坡算例,从应力、塑性区发展和安全系数等多个角度出发,对比分析了该准则与Mohr-Coulomb强度准则计算结果的差异。系统性地研究了降雨入渗条件下和库水位升降条件下二维和三维边坡的稳定性问题。采用“空气单元法”模拟降雨入渗边界,实现了不同降雨条件下坡内上升型、悬挂型及下移型三种暂态饱和区的数值模拟,得到边坡孔隙水压力分布、塑性区发展和安全系数的变化规律。考虑坡内渗透力和坡外水压力的协同作用,研究了库水位升降过程中孔隙水压力和渗流矢量的变化。最后将SMP准则应用于三维边坡、降雨入渗条件下和库水位升降条件下边坡的稳定性分析中,分析了中主应力对边坡稳定性的影响。本文主要研究成果如下:(1)选取立方体单元、俞茂宏经典边坡和费康降雨边坡作为计算模型,对SMP准则计算结果进行验证,对比结果初步表明了本文开发的子程序的可行性。为了进一步验证本文开发子程序的合理性,分别研究了三维边坡、降雨条件下和动水位边坡的稳定性,分析了其塑性区、水平位移和安全系数的变化规律。结果表明:采用SMP准则得到的边坡临界状态塑性区和水平位移量均小于采用Mohr-Coulomb准则得到的结果,边坡安全系数增加10%～15%。与俞茂宏统一强度理论的计算结果对比表明,基于SMP准则的结果对应于中主应力系数为0.5左右时的结果。(2)采用“空气单元法”模拟边坡降雨入渗边界条件,在单元两端外加自由渗出边界以实现坡面径流,并忽略“空气单元”厚度对计算结果的影响。为了有效地考虑计算结果的收敛性,“空气单元”的弹性模量取土体的十分之一,渗透系数取土体的100倍。与经典强降雨入渗边坡模型的对比分析结果表明,采用“空气单元”时,会影响坡顶塑性区的发展,但两者得到的边坡安全系数及整个滑动带差异并不大,表明此方法的计算结果较为合理。(3)基于ABAQUS平台实现了降雨过程中边坡内部上升型、悬挂型及下移型暂态饱和区的数值模拟,并将其延伸至三维边坡模型中,实现了降雨条件下三维边坡的稳定性分析。结果表明:暂态饱和区的形式与土的土水特征曲线密切相关,土的渗透性越高,雨水下渗越快,越容易形成上升型暂态饱和区。边坡安全系数随降雨的持续而逐渐减小,降雨强度越大,安全系数越小,其中悬挂型暂态饱和区削弱土体抗剪强度的能力呈先增大后减小的趋势。忽略边坡三维效应,边坡安全系数会低估10%～18%。基于SMP准则的降雨后边坡安全系数提高了10.57%。(4)考虑坡外静水压力与坡内孔隙水压力交替变化的影响,研究了1 m/d和0.1 m/d两种速率条件下库水位上升和下降过程中孔隙水压力和边坡安全系数的变化规律。结果表明:水位上升时,坡体同时存在指向坡内的渗透力及静水压力,坡内水位随坡外水位上升,边坡内地下水位线呈内凹形状,此时边坡安全系数随水位上升而增大。库水位下降后,地下水不断排出,坡体前缘地下水位受库水位下降的影响较为明显,后缘位置的影响较小,边坡内地下水位线呈上凸形状。基于SMP准则的库水位骤降后边坡安全系数提高了13.44%。

关键词：边坡稳定性强度折减法 SMP准则降雨库水位升降

强度折减法和极限平衡法进行边坡稳定分析的对比

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西部探矿工程 2022年第7期34卷 22-25页

作者：杨波中蓝长化工程科技有限公司湖南长沙410007

应用极限平衡法和有限元强度折减法,对三边坡算例进行了稳定性分析。算例表明由此求得的边坡滑动面位置形状接近,计算的安全系数接近。极限平衡法中,简化毕肖普法和不平衡推力法的计算结果最为接近;而基于强度折减的拉格朗日差分方法分... 详细信息

应用极限平衡法和有限元强度折减法,对三边坡算例进行了稳定性分析。算例表明由此求得的边坡滑动面位置形状接近,计算的安全系数接近。极限平衡法中,简化毕肖普法和不平衡推力法的计算结果最为接近;而基于强度折减的拉格朗日差分方法分析土坡稳定性,不仅对简单均质边坡,而且对复杂的多层边坡和有支护加固的边坡,都是可行的。

关键词：边坡稳定性强度折减法有限差分法极限平衡法

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基于神经网络对有限元强度折减法分析

吉林大学学报（地球科学版） 2009年第1期39卷 114-118页

作者：张晨陈剑平肖云华吉林大学建设工程学院长春130026

基于改进BP神经网络方法对目前较为流行的强度折减法的理论进行分析。人工神经网络可以模拟人脑的思维,可以在完全不知道数据分布形式和变量之间确切关系的的情况下处理边坡各参数之间的复杂非线性映射,利用这一优势预测分析不同的理论... 详细信息

基于改进BP神经网络方法对目前较为流行的强度折减法的理论进行分析。人工神经网络可以模拟人脑的思维,可以在完全不知道数据分布形式和变量之间确切关系的的情况下处理边坡各参数之间的复杂非线性映射,利用这一优势预测分析不同的理论在实际应用中的准确性。将已经通过工程手段计算出结果的数据以输入单元、隐含层和输出单元的形式代入系统进行神经网络训练,不同的屈服准则对应训练出不同的网络系统。用训练好的网络对检验数据进行预测分析,还使用这一方法预测了不同剪胀角对边坡破坏的影响程度及趋势,结果显示,对于平面应变问题,在有限元强度折减法中使用DP4和DP5准则所得到的效果较好,DP1准则的误差最大。

关键词：改进BP神经网络强度折减法屈服准则剪涨因素

基于广义Hoek-Brown准则的边坡稳定性强度折减法数值分析

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岩土工程学报 2006年第11期28卷 1975-1980页

作者：吴顺川金爱兵高永涛北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京100083

Hoek-Brown屈服准则作为估计完整岩石或节理岩体剪切强度的半经验准则,已成为岩体强度预测及计算领域应用最广泛的准则之一,并在边坡极限平衡法计算中得到了广泛应用,但很少应用于数值模拟计算领域。本文结合工程实例,以广义Hoek-Brown... 详细信息

Hoek-Brown屈服准则作为估计完整岩石或节理岩体剪切强度的半经验准则,已成为岩体强度预测及计算领域应用最广泛的准则之一,并在边坡极限平衡法计算中得到了广泛应用,但很少应用于数值模拟计算领域。本文结合工程实例,以广义Hoek-Brown屈服准则建立数值计算模型,并基于强度折减方法计算边坡安全系数,经与等效Mohr-Coulomb屈服准则数值模拟及极限平衡计算对比,得出基于Hoek-Brown屈服准则的模拟计算结果与其它方法一致并且正确的结论。并认为不同屈服准则条件下的边坡潜在滑移面位置及变形特点存在差异,原因在于不同的屈服准则采用了不同的流动法则。与Mohr-Coulomb屈服准则相比,Hoek-Brown屈服准则采用基于应力水平的塑性流动法则更加体现了节理岩体的变形和破坏特点,可有效反映岩体的非线性破坏特征,更加接近工程实际,适于节理岩体的强度计算及稳定性分析。

关键词：节理岩体 Hoek—Brown屈服准则强度折减法边坡数值模拟稳定性分析安全系数

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基于强度折减法的土钉支护结构稳定性分析

同济大学学报（自然科学版） 2012年第7期40卷 1003-1007,1014页

作者：古海东杨敏同济大学土木工程学院上海200092 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092

运用有限元强度折减法分析土钉支护结构稳定性,通过离心机模型试验验证了该方法的可行性,并针对工程实例将强度折减法和现行规程方法进行比较分析,对土钉支护结构稳定性及其影响因素进行了比较全面的分析.研究结果表明:采用强度析减法... 详细信息

运用有限元强度折减法分析土钉支护结构稳定性,通过离心机模型试验验证了该方法的可行性,并针对工程实例将强度折减法和现行规程方法进行比较分析,对土钉支护结构稳定性及其影响因素进行了比较全面的分析.研究结果表明:采用强度析减法得出的土钉间距和土钉直径对支护结构稳定性的影响比规程方法大;土钉长度和土体强度参数对支护结构稳定性的影响与规程方法的结果基本一致.

关键词：土钉支护强度折减法离心机试验稳定性分析

一种基于强度折减法的刚性桩复合地基整体稳定性评价方法研究

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岩土力学 2017年第3期38卷 875-882页

作者：闫超刘松玉邓永锋东南大学岩土工程研究所江苏南京210096 江苏省城市地下工程与环境安全重点实验室江苏南京210096 安徽大学资源与环境工程学院安徽合肥230039

当前在评价复合地基稳定性时通常采用极限平衡法进行分析,即采用复合地基理论,把刚性桩的黏结力和摩擦角等效为地基整体的黏聚力和内摩擦角,然后采用圆弧条分法计算其整体安全系数。显然,该计算方法假定了桩体与土体皆发生剪切破坏。但... 详细信息

当前在评价复合地基稳定性时通常采用极限平衡法进行分析,即采用复合地基理论,把刚性桩的黏结力和摩擦角等效为地基整体的黏聚力和内摩擦角,然后采用圆弧条分法计算其整体安全系数。显然,该计算方法假定了桩体与土体皆发生剪切破坏。但相关研究成果表明,群桩中存在多种破坏模式,单纯采用剪切破坏模式计算出的安全系数可能偏安全。从刚性群桩的实际破坏模式出发,提出一种适用于刚性桩破坏特征的强度折减法,即通过强度折减法搜索复合地基系统的临界状态时,刚性桩的破坏模式应符合实际破坏情况。同时,根据刚性桩的变形破坏特征,探讨强度折减法临界状态判别方法,通过算例比较只折减抗剪切强度参数和笔者所提方法的差异,验证了本文方法的可行性和合理性。

关键词：强度折减法复合地基安全系数稳定性评价

基于强度折减法的圆形深基坑坑底抗隆起稳定性分析

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建筑结构学报 2010年第5期31卷 195-201页

作者：王卫东徐中华华东建筑设计研究院有限公司地基基础与地下工程设计研究所上海200002

用于一般形状基坑的坑底抗隆起稳定分析方法因不能考虑圆形基坑环向土体挤压作用而不适合于圆形基坑的分析。基于非线性有限元提出了轴对称条件下基坑坑底抗隆起稳定分析的强度折减方法。研究表明:圆形基坑强度折减到破坏时的滑裂面形... 详细信息

用于一般形状基坑的坑底抗隆起稳定分析方法因不能考虑圆形基坑环向土体挤压作用而不适合于圆形基坑的分析。基于非线性有限元提出了轴对称条件下基坑坑底抗隆起稳定分析的强度折减方法。研究表明:圆形基坑强度折减到破坏时的滑裂面形状与一般形状基坑的滑裂面形状相似,但圆形基坑的滑裂面并不通过围护墙墙底,而是通过墙底下方的土体。采用平面轴对称有限元的强度折减法分析得到的坑底抗隆起稳定系数较平面应变有限元强度折减分析得到的稳定系数高得多。当开挖深度很小时,圆形基坑具有较大的坑底抗隆起稳定系数;但其值随着开挖深度的增大而逐渐减小。圆形基坑的坑底抗隆起稳定系数随着围护墙插入比的增大呈线性增加。最后采用基于平面轴对称有限元的强度折减法分析了上海世博500kV地下变电站圆形基坑的坑底抗隆起稳定性。

关键词：圆形深基坑强度折减法有限元分析坑底抗隆起稳定分析

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