确定边坡最危险滑动面的计算机模拟
确定边坡最危险滑动面的计算机模拟
对边 坡 进行 稳 定 性 分 析 时 ， 定 潜 在 的滑 动 面 确 是 关 键 。在众 多 的可 能滑 动 面 中寻找 出安全 系 数最 小 的潜 在 滑 动 面 ， 即最危 险滑 动 面 ， 保证 稳 定性 分 是 析 正确 的前 提 。 实 际 土 质 边 坡 与 简 单 均 质 土 坡 相
进行 了反演 ， 模拟计算 与实测结果 吻合 ， 模拟 出的抗剪 强度参数平 均值与实测 的抗剪强 度参 数标 准值 相 当。 关键词 边坡 滑动 面 安全系数 计算 机模拟
中 文 分 类 号 ：４ ６ ４ ４ Ｕ １ ． 文献标 识码 ： Ａ
Ｃｏ Ｍ ［ ＰＵＴＥＲ ｍ ＵＬＡＩ Ｓ Ｔｏ Ｎ ＦｏＲ Ⅱ ） ＥＮＴⅡ ＹＤ Ｇ ＴＨＥ ｏ ＳＴ Ｍ ＤＡＮＧ ＥＲＳｏ ＵＳ
ｓｉ ｉ ｇ ｓ ｒａ ｅ ． Ｆ ｒ ｔ ｉ ｐ ｒ ｏ ｅ ｗ ｒ ｔ ｕ ｅ ｔ — ｄ ｍｅ ｓｏ ａ ｎ ｈ ｅ — ｄ ｍｅ ｓ ｎ ｉ ｌ ｔ ｎ ｐ ｏ ｌ ｎ ｕ ｆ ｃ ｓ ｏ ｈ ｓ ｕ ｐ ｓ － ｅ ｗ ｏｅ ｏ ｔ ｔ ｗｏ ｄ ｈ ｉ ｎ ｉｎ ａ ｄ ｔｒｅ ｌ ｉ ｎ ｉ ａ ｓｍｕ ａ ｉ ｒ — ｏｌ ｏ
维普资讯
１０ －６ ５ ２０ ／０ ０ ）０ ２ －５ Ｊｕｎ ｌｆＥ ｇｎｅｉ ｅｌ ｙ 工程地 质 学报 ０４９ ６／ ０２ １ （３ －３ ６０ ｏｒａ ｎ ｉ ｒ ｇＧｏ ｇ ｏ ｅ ｎ ｏ
确 定 边 坡 最 危 险滑 动 面 的计 算 机 模 拟 崇
ｇａ ｒｍｓ，ｗｈｏ ｅ ｐ ｎｃｐ ｅ ｒ ｉｅ ｙ ｉ ｒ ｄ ｃ ｄ ｉ ｈ ｓ ｐａ ｅ ． Ｉ ｅ ｔ ｏ— ｄ ｍｅ ｓｏ ｌ ｉ ｌ ｔ ｎ ｆｕｒｃ ｃ ｌ ｔｏ ｓ ｒ ｉ ｌ ｓ ａ ｅ ｂｒ ｆ ｎｔｏ ｕ ｅ ｎ ｔ ｉ ｐ ｒ ｎ ｔ ｉ ｌ ｈ ｗ ｉ ｎ ｉｎａ ｓｍｕ ａ ｉ ｏ ａ ｕ ａ ｉｎ ｏ ｌ ｍｏ ｅ ｓ ａ ｅ ｐ ｏ ｓ ｄ，ｗｈ ｌ ｎ ｔ ｅ ｔ ｅ ｍｅ ｓｏ ｌ ｉ ｌｔｏ ｐ ｃ ｄ ｌ ｒ ｐ ｅ ｒ ｏ ｉｅ ｉ ｈｒ ｅ ｄｉ ｎ ｉｎａ ｓｍｕ ａｉ ｎ ｓ ａ ｅ，ｌａ ｎ ｅ ｐ ｇ ｆｅ ｔａ ｅ ｔ ｋ ｎ ｉ ｔ ｃ ｈ ｏ ｄ ａ ｄ ｓｅ ａ ｅｅ ｃ ａ ｅ ｎｏ ａ — ｒ
Bishop法自动搜索均质边坡最危险滑动面
万方数据万方数据万方数据Bishop法自动搜索均质边坡最危险滑动面作者：李增亮， 姚勇， 曹兰柱， LI Zeng-liang， YAO Yong， CAO Lan-zhu作者单位：李增亮,LI Zeng-liang(辽宁省第四地质大队,辽宁 阜新,123000)， 姚勇,曹兰柱,YAO Yong,CAO Lan-zhu(辽宁工程技术大学资源与环境工程学院,辽宁 阜新,123000)刊名：露天采矿技术英文刊名：OPENCAST MINING TECHNOLOGY年，卷(期)：2009，(1)引用次数：0次1.刘志斌.王志宏圆弧滑坡最危险滑弧圆心位置的求解方法 19972.刘志斌.郭增涛用变尺度法求解圆弧滑坡的最危险滑面 1988(4)3.韩永春.高谦.钱洪涛毕肖普法和有限差分法应用于边坡稳定性分析[期刊论文]-山西建筑 2007(1)4.祝方才.刘杰.肖宏彬边坡稳定Bishop法的实施新方法[期刊论文]-株洲工学院学报 2005(4)5.罗勇清.周云毕肖普法确定填石路堤高边坡稳定安全系数[期刊论文]-公路与汽运 2007(3)1.学位论文成长青边坡稳定有限元分析及程序设计2007极限平衡法虽然已经在工程实践中得到了大量的应用，但是它不能很好地考虑土体的应力应变关系，对土条条间力作了各种假定，因此计算的结果并不精确，而且不能给出土体的应变信息。
有限元方法可以考虑土体的真实应力场，可以区分填筑和开挖边坡，因而应用会更广泛。
本文主要做了一下几方面的工作。
第一，完善了非圆弧滑面应力有限元程序。
边坡稳定的有限元方法，是定义了安全系数并给定一系列初始滑裂面，然后利用有限元软件比如Geo-slope和ANSYS计算得到的应力场，求解安全系数。
在确定滑面上计算点的应力张量的时候，本文采用了面积判别法，即首先对每一个四边形单元(本文全部采用四边形单元求解计算)确定其横坐标和纵坐标的范围，如果计算点在这个范围之外，就跳出对下一个单元进行判断，如果在范围内，那么计算这个点和四边形单元四个节点形成的四个三角形的面积以及四边形单元的面积，并进行求差比较。
几种常用的边坡稳定性分析软件实例
加拿大边坡计算程序slope/w （Spencer)
有限元强度折减法
安全系数 1.288 1.242 1.27 1.252 1.256
用有限元强度折减法求得的滑动面
福宁高速公路A15-2标段二埔塘2号深路堑高边坡算例
碎石土 强风化晶屑凝灰岩
堆土
弱风化晶屑凝灰岩
未开挖前的原始地貌（断面一）
内摩 擦角
度 30 18
如图所表示，在上图的基础上增加与AB平行结构面FG，FG与CD 共线，FG=AB=21.21m，DF=14.14m,AF=AD=10m。通过有限元 计算得到边坡的稳定安全系数为2.3 。
将FG向右移动5m，使AF=15m， DF=18.03m，AD=10m，左下图是最 先贯通的滑动面，然后滑动面继续 发展，AB和CD也出现贯通，如右 下图,此时的强度折减系数为2.6。
如下图，结构面1到3的距离最近，AD=21.21m,FD=15.81m ，但是滑动面却没有从1-3之间贯通，而是1和2之间贯通，这 是因为从DA贯通后形成的直线了滑动面。
岩桥长度越短时，岩桥也越容易贯通形成滑动面，如 下图，结构面AB倾角71.6°，AD与CE平行，虽然结构面1 和结构面3之间的岩桥倾角与结构面相同，但是结构面1和 2之间的岩桥距离（AD=10m）比1和3的距离（FD=21.21m） 小，滑动面从结构面1和2之间贯通。
图2.4(a)首先贯通的滑动面
图2.4(b)滑动面继续发展
带软弱夹层的土坡稳定分析算例
这个算例最早是由Frelund和Krahn(1977)提出的，随 后被广泛引证。该土坡在坡底1m深处含有一个0.5m厚的 软弱夹层。
不同方法求得的稳定安全系数
计算方法
土质边坡滑动面的确定方法及实例
土质边坡潜在滑动面确定方法及实例0引言由凝聚性土类组成的均质或非均质土坡，一般假定它的稳定问题是平面应变问题。
大量研究表明，土质边坡的滑裂面为曲面，其中均质土坡可简化为圆弧面。
用极限平衡理论分析边坡稳定性时，无论用瑞典条分法(CFellenius}，Bishop 法，或Janbu 法，其关键在于确定潜在滑动面及其对应的最小安全系数。
如何较快地确定潜在滑动面圆心的大概位置，确定潜在滑面的形态和位置，对于土坡的稳定性评价具有重要意义1作图法1.1理论依据对于均匀土质边坡，坡面开挖后(图1)，坡面A 点处于单向应力状态，其上的作用力c σ为大主应力。
当单元体剪应力达到土体抗剪强度时就发生破坏，其潜在滑面一般通过坡脚。
破坏面与大主应力作用方向即坡面夹角为：0452ϕθ=- (1)1.2作图步骤根据上述理论分析，利用作图法确定滑面(图2)的具体步骤为:(1)根据(1)式求出θ，作直线BB ’垂直于BC ，过B 作BC ’与BB ’成θ夹角;(2)在BC 上任取点M ，作MT 与铅垂线成θ夹角，交BC ’于C 点;(3)过A 作AK 与坡面AB 成θ角;(4)在AK 与MT 上，分别从A 点和C 点起，以任意等长a 取线段AP , PU 和CL, LQ;(5)分别过P, U 作AB 平行线，过L, Q 作BC 平行线，交E 和F 点，连EF 交AK 于点S;(6)过点S 作MT 的平行线交BC ’于N;(7)过A 作AK 的垂线，过点N 作sN 的垂线，交于0点。
以0为圆心，以OA 为半径作圆弧AN 交BC 于DOAND 就是所求的潜在滑动面。
2对数螺旋线法对于土质边坡，其潜在滑动面除可为圆弧外能还可能为对数螺旋线(图3)，其方程为:k r ae θ= (2)式中a 、k 为常数; θ为螺旋线半径与水平线的夹角。
螺旋线上任一点B 的切线与过该点的半径r 的夹角为Ψ，与该半径r 垂线的夹角ϕ就是破裂面上的内摩摔角ϕ 。
基于遗传算法的高边坡最危险滑动面确定方法
文章编号:1671-2579(2007)02-0024-03基于遗传算法的高边坡最危险滑动面确定方法曾 胜(长沙理工大学,湖南长沙 410076) 摘 要:高边坡稳定性分析的关键是如何确定最危险滑动面。
传统的计算方法都是根据经验,人为地确定最危险滑动面,计算安全系数,如黄金分割法或者设定圆心、半径的步长进行逐点扫描,这些方法的精度都不高且容易陷入局部极值点。
该文引入能模拟生物进化过程的遗传优化算法来搜索边坡的最危险滑动面,通过一具体工程实例的对比计算,说明其与传统计算方法相比精度更高,适应性更强,值得推广应用。
关键词:边坡;滑动面;遗传算法;稳定收稿日期:2007-02-11作者简介:曾 胜,男,博士,副教授.E -mail :Zszs35@1 前言随着我国高速公路建设的发展,特别是近年来高速公路不断向中西部地区延伸,在高速公路修建中,不可避免地要遇到高陡边坡的工程问题。
由于高边坡失稳引起的滑坡、坍塌等现象时有发生,严重影响高速公路行车安全和正常运营。
高边坡的稳定性问题已引起了公路部门的重视。
边坡稳定分析的方法比较多,目前在工程中应用较为广泛的就是以极限平衡理论为基础的条分法,其基本思路是:假定边坡岩土体破坏是由于边坡内产生了滑动面,滑动面上的坡体服从破坏条件,假定滑动面已知,通过考虑滑动面形成的隔离体的静力平衡,判断滑动面上的滑体的稳定状态或稳定程度。
由于滑动面是人为假定的,只有求出一系列滑面发生滑动时的破坏荷载,其中最小的破坏荷载与之相对应的滑动面就是可能存在的最危险滑动面。
从中可以看出,边坡稳定性分析的关键就是先假定破裂面形状(一般为圆弧形),搜索最危险滑动面所在的位置并计算与之相对应的最小安全系数。
遗传算法是通过模拟自然界生物进化过程来搜索优化问题最优解的一种方法。
本文将遗传方法引入边坡稳定分析中,以提高边坡稳定分析的效率和精度。
2 遗传算法最优解搜索过程遗传算法(Genetic Algorit hm ,简称GA )具有智能式搜索、并行式计算和全局优化等特点,特别适合于求解目标函数的多极点问题。
用Bishop法自动搜索某高速公路边坡最危险滑动面
第 １卷 第３ ５ 期
２０ 年９ ０６ 月
湖 南 城 市 学 院 学 报
Ｊ ｕ ｎ ｌ Ｈｕ ｎ ｏ ｒ ａ ｏｆ ｎａ Ｃｉｙ ｔ Ｕｎｉ ｅ ｓｔ ｖ ｒ ｉｙ
（自然科 学版 ）
Ｖｂ．１ １ ５ ＮＯ． ３ Ｓｅｐｔ ２００６ ．
收 稿 日期 ：２ ０ ．５２ ０ ６０ —５
作 者简 介 ：江学 良（９ ７） １７一，男 ，湖南桃 江 人 ，硕 士 ，讲 师 ，主要从 事结 构 工程 与岩 土工 程研 究
÷［ ＋ｉ ． 』ｃ Ｎａ 。ｆ ｔ ｆ ｎ】 』
Ｓ ｒ ｓ
（ ３ ）
（） ４
令
ｒ ＝Ｃ Ｓ ／ ｉ ｔ ｎ Ｏ ０＋ １ｓ ｏ ｎ ａ ． ｎ
式中：
为整个滑体剩余下滑力计算的安 全系
数 ，一 般情 况 ≥１ ５ ． ；ｃ 为第 滑体 滑 面处 的 ２ 粘 聚力（Ｐ） ｉ ｋ ａ；ｂ 为第 ｆ 滑体 的水平 宽 度（ ； ｍ）
度 角（ ） 。 ，水 力坡 度 角 的 正切 等 于水 流 线 变化 点
的水头差 与水平距离的比值 ；Ｅ； 为作用第 ｆ 个条
块 滑体 的水 平地 震 力（Ｎ ） ｋ ，当无 地震 作 用时 ， 取 Ｅ ＝０； 为 本滑 块滑 面处 的 内摩擦 角（ ）Ｆ 。 ；
为作用在滑体上的第 ． 筋带力；
另考虑 自重影响 、自重和地下水同时影响 、自重和地下水与地震同时影响３ １ 】 种工况下 ， 索了每 一工况的最小 搜 安全 系数 ，并对得到 的有 限个安全 系数进行 了计 算 ，计 算结果表明该边坡必须加强 支护 以确保安全．
关 键 词 ： 简４ Ｂｓｏ ＇ ； 自动搜 索 最 危 险 滑 动 面 ；工 况 分 析 ；最 小 安 全 系数 Ｅ ｉ ｐ－ ｈ ； Ｌ －
midas详细操作过程-二维边坡稳定分析(SAM)
MIDAS IT Co., Ltd.
7. 分析
18
分析
分析 > 分析…
在主菜单中依次选择 分析 > 分析… 勾选 三个分析工况. 点击确认,开始进行分析.
※ 分析过程的一些信息在输出窗口中显示, 发生Warning时分析结果有可能不正常,因此 要特别注意. ※ 分析结果保存在扩展名为.TA的文件中, 而分析结果信息则以文本形式保存在.OUT文 件中.
在主菜单中依次选择 模型 > 边界 >滑动表 面 > 多段线面… 在边界组中输入 "多段线面". 在名称中输入"1". 用多段线定义可能出现的滑动面(鼠标点选或 输入坐标). 点击 适用. 重复以上步骤定义面"2,3".
8
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14
边界条件确认
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3. 几何操作
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属性生成确认
6
交叉分割
几何 > 曲线 > 交叉分割…
确认属性生成后点击关闭. 在主菜单中依次选择 几何 > 曲线 > 交叉分割… 点击
显示全部(Ctrl+A)选择所有的 线.
点击交叉分割窗口的'适用'实行交叉分割命令.
※ 为了顺利生成网格,所有线在交叉点处要分 离开来.交叉分割就是实现这样过程的一种方法.
1
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MIDAS/ GTS Training Course
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2. 输入特性
3
生成属性
4
输入材料参数
确定边坡最危险滑动面的计算机模拟
确定边坡最危险滑动面的计算机模拟
易念平;吴恒;张信贵;韦珊珊
【期刊名称】《工程地质学报》
【年(卷),期】2002(010)003
【摘要】边坡稳定稳定性分析,关键是确定潜在的滑动面,目的是有利于工程安全.本文编制了二、三维计算机模拟程序,在二维模拟中提出了四种计算模式,三维模拟中考虑了空间、荷载、渗流效应,结合工程实例对边坡进行模拟并对土层抗剪强度参数进行了反演,模拟计算与实测结果吻合,模拟出的抗剪强度参数平均值与实测的抗剪强度参数标准值相当.
【总页数】5页(P326-330)
【作者】易念平;吴恒;张信贵;韦珊珊
【作者单位】广西大学土木建筑工程学院,南宁,530004;广西大学土木建筑工程学院,南宁,530004;广西大学土木建筑工程学院,南宁,530004;广西大学土木建筑工程学院,南宁,530004
【正文语种】中文
【中图分类】U416.4+4
【相关文献】
1.确定边坡最危险滑动面的几种数值方法探讨 [J], 陈绍名;张伟
2.基于断裂力学理论确定边坡最危险滑动面的方法研究与应用 [J], 张昕晔
3.土钉支护边坡最危险滑动面的确定方法 [J], 刘尧军;刘志华
4.基于跨越函数法在搜索最危险边坡滑动面的探讨 [J], 祝涓
5.受软弱结构面控制的岩石边坡最危险滑动面的确定 [J], 芮勇勤
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潜在滑移线法分析边坡滑动面及稳定性
本文确定潜在滑移线的思路和方法 , 与传统滑移
线理论完全不同 。其求解思路为 :
(1) 应力求解
根据弹塑性有限元法求解单元高斯点的应力 。
(2) 应力场的连续处理
根据高斯点的应力反推出单元节点应力 , 单元节
点应力经平滑处理后得平滑后的单元结点应力 , 再由
平滑后的节点应力插值单元内部点的应力 , 这样得到
的关系 (1) 式 , 可得潜在滑移线坐标增量
d y = Dk [ n1 tan (45°+ θmaxΠ2) + n3 ]
d x = Dk [ m1 tan (45°+ θmaxΠ2) + m3 ]
(2)
其中 Dk ———为充分小的任意数 。
在局部坐系中潜在滑移线坐标增量为
9y
9x
dr =
9y 9s
© 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
第 35 卷 第 6 期
张国祥等·潜在滑移线法分析边坡滑动面及稳定性
·85 ·
(5) 本文提出潜在滑移线理论的分析结果与实际 情况相符 , 完全可用于边坡工程的设计与分析 , 还可 推广应用于其它岩土工程领域 。
有列车通过 , 所得滑移线网如图 4～6 所示 , 其 边 坡 稳 定 性 安 全 系 数 分 别 为 116074 , 116180 , 116056 。而常规分析方法所得的为 116199 。
图 7 ν= 012 时的潜在滑移线场
图 4 ν= 012 , 加列车荷载时的 潜在滑移线场
图 8 ν= 013 时潜在滑移线场
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第八章 边坡稳定性分析 GEO5工程设计指南
砾质粉土，硬塑 19 29 8 19 4
(kN / m 3 )
ef ()
内摩擦角
粘聚力 Cef (kPa) 饱和容重
(kN / m 3 )
材料分区
将重力式挡土墙模拟为天然容重 23.0kN / m 的刚性体。由于挡墙具有较大强度，认为边坡 滑面无法穿过重力挡墙（更多信息请见帮助文件——F1） 。若出现滑面穿过挡墙的情况，软件将给出 警告信息。
3
图 8.5 添加岩土材料 注：由于本算例验算边坡的长期稳定性，故采用岩土体强度参数的有效值（ 有效 ， C有效 ） 。土层节 理在本算例中不予考虑。 表 8.2 岩土材料参数 岩土材料 天然容重 含细粒土砂，密实 17.5 31.5 0 17.5 1
3
砂质粉土，硬塑 18 26.5 16 18 3
图 8.8 【工况阶段设置】界面 搜索最危险圆弧滑面（Bishop 法） 下一步，打开【分析】界面，点击②号【输入】 ，输入圆心坐标和圆弧半径确定滑动面；或者点
5
击①号【输入】 ，用鼠标直接在窗口点击输入三个点确定滑动面。 “分析方法”选择“bishop 法”，“分析 类型”设为“自动搜索”。
图 8.9 【分析】——滑动面搜索的设置 注：当边坡的岩土材料为粘性土时，有时候会出现“滑动面回转”的情况（滑面的某一部分出现反倾 的情况） ，这类滑面通常用圆弧滑动面来模拟。对于非粘性土边坡，则不会出现“滑动面回转”的情 况，且验算非粘性土边坡时除对圆弧滑动面进行验算外，还需验算折线形滑动面。 （更多信息请见帮 助文件——F1） 点击【开始分析】 ，进行边坡稳定性的验算，所得验算结果如图 8.10：
图 8.10 分析[1]得出的计算结果 注：当滑动面为圆弧时，如果用户选择“自动搜索”作为分析类型，软件会对整个边坡进行搜索，并 得到边坡内的最危险滑动面（临界滑动面） ，这种方式是非常可靠的。即使给出的初始滑面不同，通 过自动搜索得到的最终结果（最危险滑面）通常都是相同的。但是，我们建议用户在设置初始滑动面 时尽量给出一个比较合理的初始滑动面，若初始滑动面非常不合理，软件有可能搜索得到不合理的临 界滑动面。当边坡非常复杂时，为确保搜索得到的临界滑动面为整个边坡模型范围内的临界滑动面， 有一些技巧可以采用： ——建立多个分析，并按照可能的滑动面在每个分析中设置不同的初始滑动面，并搜索（例如多台阶
引入退火机制的智能单粒子算法在复杂边坡最危险滑动面搜索中的应用
Ｓ Ｕ ＵＬＡＴＥＤ ＡＮＮＥＡＬＩ ＮＧ ＥＣＨ ＡＮＩ Ｍ Ｍ Ｓ Ｔｏ ＥＡＲＣＨＩ Ｓ ＮＧ Ｒ Ｆｏ ＣＲＩ ＣＡＬ ＴＩ Ｓ Ｐ ＵＲＦＡＣＥ ＬＩ Ｓ ｏＦ Ｃｏ Ｍ ＰＬＥＸ ＳＬｏ ＰＥ
Ｚ Ａ Ｇ Ｍ ｎ ｒｉ Ｃ Ｅ ｈ ｎｚｏ ＬＵ Ｙ ｈ ａ Ｃ Ｏ Ｄ ｎ ｆ ｇ ｗｕ Ｑ ａｇ Ｈ Ｎ ｉｇｕ Ｈ Ｎ Ｚ ｅ ｇｈ ｕ Ｉ ｕ ｕ Ａ ｏｇａ ｎ ｉ ｎ
局优 化算 法 。
关键 词
边坡工程
简化 Ｂｓｏ ｉ ｐ法 ｈ
智能单粒子算法
模拟退火算法
最小安全 系数
中图 分 类 号 ：６２ ２ Ｐ４ ．２
文 献 标 识 码 ： Ａ
ＡＰＰＬＩ ＣＡＴＩ Ｎ ｏ ｏＦ Ｎ ＴＥＬＬＩ ＥＮＴ ＮＧ ＬＥ Ｉ Ｇ ＳＩ ＰＡＲＴＩ ＣＬＥ ｏＰＴⅡ Ｉ ＺＥＲ Ｉ Ｗ ＴＨ
Ｊ ｕｎ ｌｆＥ ｇｎｅｉ ｅｌ ｙ ｏ ｒａ ｎ ｉｅ ｎ Ｇ ｏ ｇ ｏ ｒｇ ｏ
工程 地质 学报
１０ — ６ ５ ２ １／ ９ ２ 一 １ １０ ０ ４ ９ ６ ／ ０ １ １ （ ） ０ ８ —６
引入 退 火 机 制 的 智 能 单 粒 子 算 法 在 复 珠
张明瑞 陈征 宙 刘裕 华 曹东方 吴 强
（ 京大学地球科学与工程学院 南 摘 要 南京 ２０ ９ ） １０ ３ 复杂 边 坡 的安 全 系数 可 能存 在 多 个 局 部极 小 值 点 ， 何 确 定 边 坡 的 最 小 安 全 系 数 是 复 杂 边 坡 稳 定 性 分 析 中 的 一 个 如
ｓ ａ ｃ ｉ ｇ ｆ ｒｔ ｅ ｃ ｔｃ ｌｓｉ ｕ ｆ ｃ ｓｏ ｗｏ ｃ ｍｐ ｅ ｌｐ ｓ ｉ ｈ ａ ｅ ． Ｃｏ ａ ｇ ｗｉ ｔ ｅ ｔ ｏ ，ｔｅ ｒ － ｅ ｒ ｈ ｎ ｈ ｒ ｉａ ｌｐ ｓ ｒａ ｅ ｆｔ ｏ ｌｘ ｓｏ ｅ ｎ ｔ ｅ ｐ ｐ ｒ ｏ ｉ ｍｐ ｎｎ ｔ ｏｈ ｒ ｍｅ ｈ ｄｓ ｈ ｅ ｈ
土质边坡最危险滑动面的随机搜索
土质边坡最危险滑动面的随机搜索摘要：本文基于瑞典条分法，应用MATLAB，对边坡最危险滑动面的进行搜索，该方法可以同时搜索出边坡的最小安全系数和与之相应的临界滑动面的位置。
可以应用到任意边坡几何形状，不同土质分层，伴随空隙水压力以及有外载荷的情况。
关键词：MATLAB；边坡稳定；安全系数；条分法；网格法；滑动面；Abstract: this paper, based on the Swedish slice method, the application of the MATLAB, the most dangerous of the slip plane of the slope to search for, this method can also search the minimum safety factor of the slope and the corresponding critical sliding the position. Can be applied to any slope geometric shapes, different soil layer, along with water pressure and the gap is the load.Keywords: MATLAB; The slope stability; Safety coefficient; Slice method; The grid method; Sliding surface;1概述在工程建设中常会遇到土坡稳定性问题，土坡包括天然土坡和人工土坡，天然土坡是指自然形成的山坡和江河湖海的岸坡，人工土坡则是指人工开挖基坑、基槽、路堑或填筑路堤、土坝形成的边坡。
土坡塌滑是一种常见的工程现象，土坡由于丧失稳定性而滑动，通常称为“滑坡”。
本文的目的在于使用瑞典条分法的情况下，应用软件MATLAB对最小安全系数的临界滑动面进行随机搜索，改进土坡最小安全系数搜索方法,以便比较容易的得到土坡的最小安全系数。
边坡稳定分析的一个全面搜索危险圆弧滑动面的方法_蔡文
# 46#
2007年 2月 第 1期
广东水利水电
N o. 1 FEB 2007
的为安全系数最小的滑弧, 其计算出来的滑弧, 大部分 趋向于整体范围内的滑动, 而全局的最小安全系数的滑 弧却没有搜索到。
图 5 局部最小安全系 数
1. 1. 4 求解若干 E 的全局最小安全系数系列 上述记录的每个 E 的所有满足局部极值条件的圆
为提高效率, 可以采用黄金分割法进行搜索。但是 因为土层性质存在差异, 以弧高为控制因素的滑弧安全 系数的曲线存在以下多种可能情况 (见图 4):
① 曲线为单调递增、递减和开口向上、向下的抛物
线, 具有单极值 (如图中的最小值 1、2、3、4); ② 曲线为以上曲线组合而成, 具有多极值。
图 2 求解特定 E、A 的滑弧最小安全系数
(致谢: 感谢广东地质局水文工程地质一大队提供 《雷州半岛区域水文地质普查报告 ( 1981年 )》中涉及到 的地质、水文地质基础资料 )
参考文献: [ 1] 钟华平. 城市化对 水资源 的影响 [ J]. 世界地 质, 1996, 15
( 4): 49- 53. [ 2] G ogu R. C. , D assargues A. . Curren t trends and future cha-l
# 45#
2007年 2月 第 1期
蔡 文, 等: 边坡稳定分析的一个全面搜索危险圆弧滑 动面的方法
N o. 1 FEB 2007
点 A (X a, Ya )、弧高 Bk 表示。因弧高而改变的圆心表示 为 O (Xo, Yo )。
0, 此时, 滑弧为直线, 圆心在无穷远处; 上限应为 1 /2滑 弧弦长, 此时, 滑弧为半圆, 圆心在弦上。为满足工程需 要, 我们可以设定下限为滑弧半径 /滑弧弦长为一定比 值时的滑弧弧高值, 比值一般取为 1. 25~ 3, 此时, 滑弧 的张角为 20b~ 50b; 上限为 Ye 等 于 Yo 时的 滑弧弧高 值, 这种方法搜索效率偏低。
边坡稳定分析的一个全面搜索危险圆弧滑动面的方法
危 险 圆弧 滑动 面 ， 决 了传 统 方 法 中容 易 漏掉 最 危 险 圆弧 滑 动 面的 问题 。其 搜 索 结 果 具 有 很 高 的 全 局 性 ， 较 好 地 适 用 于 解 能
一
关 键 词 ： 坡 ； 高 ； 弧 出 口点 ； 部 安 全 系数 ； 局 安 全 系数 土 弧 滑 局 全 中 图 分 类 号 ： Ｕ １ ． ２ Ｔ ４３６ 文 献 标 识 码 ：Ｂ 文章 编 号 ： ０ ８０ １ （ ０ ７ ０ －０ ５０ １ ０ －１ ２ ２ ０ ） ｌ ４ －３ ０
如图 ２所示 ， 任一 滑 弧可 用 出 口点 Ｅ １ —５；修 回 日期 ： ０ ７ １２ ２ ０ － －６ ０
作 者 简 介 ： 文 （ ９ ２） ， ， 士 研 究 生 ， 要 从 事 堤 防渗 流 和 岩 土 工 程 研 究 。 蔡 １８ 一 女 硕 主
确 定下 一个 中心 点移 动 的方 向 ， 当中心 点 处安 全 系 数最
小 时则 缩小 步 长 ， 终 找 到 安 全 系 数 最 小 时 的 圆心 位 最
置 。
供更 为有 效 的依 据 。下 面将详 细介绍 此 方法 。
１ 全 面 搜 索 最 危 险 滑 弧 的 方 法
但 对 于多级 边 坡 ， 下 伏 土 层 复 杂 时 ， 体 的安 全 且 坡
蔡 文 曹 洪 罗 彦 ， 冠 勇 ， ， 骆
（ ，华 南理 工 大学 土木 工程 系， 东 广 州 ５ ０ ４ ２ １ 广 １６ ０； ．中交 四航 工程研 究 院有 限公 司 ， 东 广 州 ５ ０ ３ ） 广 １ ２ ０
摘 要 ：该 文 采 用 极 限 平 衡 条 分 法 ， 面 搜 索 土 坡 可 能 存 在 的危 险 圆 弧 滑 动 面 ， 得 出 全 局 的 最 小 安 全 系数 及 其 对 应 的 最 全 可
midas详细操作过程-二维边坡稳定分析(SAM)
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MIDAS/ GTS Training Course
MIDAS IT Co., Ltd.
5. 荷载/边界条件
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自重
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边界条件
模型 > 荷载 > 自重…
模型 > 边界条件 > 地面支承…
在主菜单中依次选择 模型 > 荷 载 > 自重… 在荷载组名称中输入"自重". 自重系数中的Z输为"-1". 点击确认.
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1.启动GTS / 打开文件
1
打开 "几何模型—二维边坡稳定分析(SAM). gtb"
2
显示选项
打开GTS.
点击文件> 打开. 打开"二维边坡稳定分析 (SAM).gtb". 在主菜单中依次选择 视图 > 显示选项. 确认一般表单下的网格 节点显示 为 'False. 适用 后关闭窗口.
3. 几何操作
5
属性生成确认
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交叉分割
几何 > 曲线 > 交叉分割…
确认属性生成后点击关闭. 在主菜单中依次选择 几何 > 曲线 > 交叉分割… 点击
显示全部(Ctrl+A)选择所有的 线.
点击交叉分割窗口的'适用'实行交叉分割命令.
※ 为了顺利生成网格,所有线在交叉点处要分 离开来.交叉分割就是实现这样过程的一种方法.
预览确认网格尺寸.
点击 确认.
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边坡滑裂面的搜索方法
边坡滑裂面的搜索方法为了搜寻边坡全局意义上的临界滑动面，很多学者结合计算机模拟技术和数学优化方法提出了很多种搜索方法。
可以将这些搜索方法按照二维分析法和三维分析法进行分类。
很多优化方法从二维边坡开始研究，但由于二维边坡分析方法精度不够高，更多学者探索将二维方法应用到三维边坡中，或者提出新的优化方法。
因为极限平衡法在边坡稳定性分析中的广泛应用，很多学者将数学优化方法与极限平衡法相结合，运用到最危险滑动面的搜索之中，而且都取得了不错的效果。
目前常用的最危险滑动面搜索方法主要有：变分法，固定模式搜索法（包括区格搜索法、模式搜索法、二分法和单形体映射方法）、数学规划法（动态规划法、线性-非线性规划法）、随机搜索方法和人工智能方法（遗传算法、模拟退火算法、神经网络算法和仿生算法）等。
下面将介绍这几种搜索方法。
（1）变分法上世纪70年代，Baker和Garber（1977）等利用变分法搜索到最危险滑动面及其应力分布。
他们把滑动面看成变量，边坡的安全系数看成这些变量的泛函，再利用变分法求得使安全系数泛函F达到极小值的临界滑动面及应力分布。
该方法是一种解析方法，从数学来说是较为复杂的，尤其是难以考虑复杂的土层和地下水情况，应用范围十分有限。
（2）固定模式搜索法固定模式搜索是搜索点位置或搜索过程在搜索进行之前就已经明确限定的一种搜索方法。
属于这种搜索的搜索方法有：区格搜索法、模式搜索法、二分法和单形体映射方法。
①区格搜索法（枚举法）区格搜索法原理简单，是早期计算机辅助边坡稳定分析中常用的一种方法。
区格搜索法的基本思想是把搜索区域按一定的精度划分成满布区格形式，然后对每一个区格点计算其安全系数，取最小值点对应的滑动面为临界滑动面。
通常对于圆弧危险滑动面的确定包括划分圆弧圆心取值区域和搜索圆弧滑动面在边坡轮廓线上的交点两种途径。
该方法由于搜索点在搜索进行之前就己经确定，因此不会受安全系数函数形态的影响，也不会陷入局部极小值。
讨论滑坡体滑动面的鉴定方法
讨论滑坡体滑动面的鉴定方法1 引言滑坡体是一种常见的地质现象，多出现在地形陡峻的山区。
滑坡体在公路、铁路、水利水电工程建设中，对工程的建设和运行极为不利。
为了对滑坡体采取合理有效的处理方法，必段对滑坡体的大小及范围有一个完整的认识，对滑坡体的地质勘察工作，主要是确定滑坡体滑动面、滑坡体堆体物的主要成分，滑坡体含水程度，滑坡体稳定变形情况等。
对于大型滑坡体，确定滑动面是研究滑坡的主要任务。
滑坡体成因一般是因为岩层中存在断层、大裂隙等不良地质构造，岩层倾向与滑坡方向一致的岩层中存在软岩夹层，软岩面在地下水侵蚀作用下和山体底部受河流、人为因素冲蚀破坏应力不平衡等原因所致。
滑坡在形成过程中，滑坡体与稳定山体（岩体）相互产生摩擦作所用形成。
膨胀土是一种特殊的粘土，具有吸水软化以及失水开裂的特性。
在长期的季节性干湿风化作用、循环作用以及剥蚀作用相下，使膨胀土层中的裂隙非常发育。
另外，膨胀土层中存在各种形式的软弱结构面，例如贯通裂隙面、风化软弱面以及层间裂隙面等。
所以，在膨胀土地区修建的公路、渠道、大坝等工程常会遇到施工时边坡不稳定的情况。
例如：在云南华坪县务坪水库的引水渠和坝基在开挖过程中就发生过10处以上大小滑坡，不仅严重影响了坝基边坡和渠道的正常施工的正常运行，同时耗费了大量的治理资金。
在滑坡体处置中，滑动面位置的确定是滑坡调查、分析中的一项非常重要的任务。
对于已经发生的边坡，要先弄清滑动面位置，才能正确分析和评价边坡的稳定性状并深入了解边坡的失稳原因。
对于存在隐患的滑坡，如果弄清了滑动面位置，就能合理预测滑坡的发展趋势，同时实施有效治理。
我国目前常用确定滑动面的方法主要有三种：（1）观察法，例如通过对滑坡的形态特征及其相关要素的观察情况来确定滑动面位置。
（2）地质勘探技术法，例如采用勘探平硐和钻孔取样等手段确定滑动面。
（3）理论法，极限分析法、利用极限平衡法或有限元模拟法来搜索确定最危险滑动面的位置。
基于Geo-Studio和赤平投影法分析地震对边坡稳定性影响的研究——以墨竹工卡滑坡为例
河南科技Henan Science and Technology 地球与环境总778期第八期2022年4月基于Geo-Studio和赤平投影法分析地震对边坡稳定性影响的研究——以墨竹工卡滑坡为例代超强冯佳佳卜崇阳彭杨有肖金锋张甫（西藏大学工学院，西藏拉萨850000）摘要：地震引发的滑坡是一种严重的次生灾害现象。
本研究以墨竹工卡滑坡为例,为研究地震荷载和地震耦合对边坡稳定性的影响，利用Geo-Studio数值模拟软件建立边坡稳定性数值模型，使用赤平投影分析法对数值模拟结果进行验证分析，通过数值计算得到相应的参数，得出边坡是否稳定。
结果表明，随着地震强度的增加，边坡稳定性降低，边坡在地震作用下的稳定性评价指标是永久变形和稳定性安全系数。
最后，通过对边坡动态稳定性的分析，提出相应的预防和治理措施建议。
关键词：墨竹工卡滑坡；地震耦合；Geo-studio；赤平投影；边坡稳定中图分类号：TU457文献标志码：A文章编号：1003-5168（2022）8-0127-04DOI:10.19968/ki.hnkj.1003-5168.2022.08.027Study on the Influence of Earthquake on Slope Stability Based onGeo-Studio and Stereographic Projection Method—A Case Study of Mozhugongka LandslideDAI chaoqiang FENG Jiajia BU Chongyang PENG Yangyou XIAO Jinfeng ZHANG Fu(College of Engineering,Tibet University,Lhasa850000,China)Abstract:Landslides triggered by earthquakes are a serious secondary disaster phenomenon.In order to study the influence of rainfall and seismic coupling on slope stability,a numerical model of slope stabil⁃ity was established by Geo-studio numerical simulation software,and the numerical simulation results were verified and analyzed by the stereographic projection analysis method,and the initial stress and stress distribution under permanent deformation and seismic action were directly obtained through nu⁃merical calculation,and the stability safety factor was calculated according to the seismic reaction analy⁃sis.The results show that with the increase of seismic intensity,the slope stability decreases,The stabil⁃ity evaluation index of the slope under the action of the earthquake is the permanent deformation and the stability safety factor.Finally,through the analysis of the dynamic stability of the slope,the deformation law of the slope and the change law of the safety factor are obtained.Keywords:Mozhugongka landslide;seismic coupling;Geo-studio;akahira projection;stable slopes收稿日期：2022-03-04基金项目：大学生创新性实验训练计划项目（S202110694024）；大学生创新性实验训练计划项目（2021XCX017）；自治区自然基金(XZ202001ZR0062G)；大学生创新性实验训练计划项目（202110694012）作者简介：代超强（2000—），男，本科生，研究方向：地质灾害；冯佳佳（1989—），女，硕士，讲师，研究方向：岩土工程；卜崇阳（1988—），女，硕士，讲师，研究方向：地质灾害；彭杨有（1999—），男，本科生，研究方向：地质灾害；肖金锋（2000—），男，本科生，研究方向：土木工程；张甫（2000—），男，本科生，研究方向：地质灾害。
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确定边坡最危险滑动面的计算机模拟Ξ
易念平 吴 恒 张信贵 韦珊珊
(广西大学土木建筑工程学院 南宁 530004)
摘 要 边坡稳定性分析 ,关键是确定潜在的滑动面 ,目的是有利于工程安全 。本文编制了二 、三维计算机模拟程序 ,在二维 模拟中提出了四种计算模式 ,三维模拟中考虑了空间 、荷载 、渗流效应 ,结合工程实例对边坡进行模拟并对土层抗剪强度参数 进行了反演 ,模拟计算与实测结果吻合 ,模拟出的抗剪强度参数平均值与实测的抗剪强度参数标准值相当 。 关键词 边坡 滑动面 安全系数 计算机模拟 中文分类号 :U416. 4 + 4 文献标识码 :A
COMPUTER SIM ULAITON FOR ID ENTIFY ING THE MOST DANGERSOUS SL ID ING SURFACE
YI Nianping WU Heng ZHAN G Xingui WEI Shanshan
( College of Civil and architecu ral Engi neeri ng , Guangxi U niversity , N anni ng 530004)
边坡的稳定性计算模式 :确定计算区范围 (计算 区范围取 1. 5～2 倍的实测滑坡范围) 然后进行单元 剖分 ,形成单元的信息码 、结点坐标 、单元材料 、地下 水情况信息 、荷载信息 、约束信息等有限元计算的初 始数据 ,形成数据文件后 ,进行三维有限元计算 。土 体单元采用 8 节点三维等参元 ,土体本构模型采用 邓肯张模型 ,模型参数由三轴试验确定 ,土体破坏准 则采用摩尔 - 库伦准则 。
滑动面确定的基本原则 :滑面的构成用空间椭 球体来模拟 ,滑面的空间分布由五个特征点 :A 、B 、 C、D 、E 圈出 (图 4) ,分析时给出 A 、B 、C、D 、E 五个 特征点的任意三个座标值的范围 ( x min ～ x max , ymin ～ ymax , z min ～ z max ) 和它们的步长 ,搜索出计算区 范围内的多组滑面 ,以此寻找潜在最危险滑动面 。
对边坡进行稳定性分析时 ,确定潜在的滑动面 是关键 。在众多的可能滑动面中寻找出安全系数最 小的潜在滑动面 ,即最危险滑动面 ,是保证稳定性分 析正确的前提 。实际土质边坡与简单均质土坡相 比 ,一般土体成层分布 ,坡形也比较复杂 ,存在诸如 拉裂缝 、剪出口 、各土层层面 、土层尖灭点及土层内 部等力学性质薄弱处 。要确定潜在的边坡滑动面 , 试算量大且基本无规律性 ,因此通过计算机模拟对 边坡稳定性进行分析很有必要 。而且可由计算机模 拟反演给出边坡的计算参数 ,为工程技术人员进行
2. 1 工程概况
图 4 空间椭球体的五个特征点示意图 Fig. 4 Showing sket hch of 5 characteristic
points in t hree dimensional ellipaoid
解出下滑力和抗滑力 ,总的抗滑力和下滑力之比作 为抗滑稳定系数 K[2 ] ,然后按下式计算一系列滑面 对应的 K 值 ,同时反演危险滑面上的抗剪强度参 数。
图 1 任意滑动面的确定方法 Fig. 1 Confirming met hod of random sliding surface
(2) 边坡沿原来实际滑坡滑动的滑动面确定 :先 设定潜在滑动面通过原滑动面 ,将若干个软弱点全 部选择在原滑动面上 ,使滑动圆弧通过若干个软弱 点 ,然后应用毕肖普条分法计算最小安全系数 。确 定方法如图 2 。
Abstract In t he analyses of slope stability aimed at securing engineering project s , a key is to identify potential sliding surfaces. For t his purpose , we wrote out t he two - dimensional and t hree - dimensional simulation pro2 grams , whose principles are briefly int roduced in t his paper. In t he two - dimensional simulation four calculation models are proposed , while in t he t hree dimensional simulation space , load and seepage effect are taken into ac2 count . This paper gives two simulation examples. The simulation result is basically in line wit h t he measured re2 sult , especially in t he shear st rengt h of soil. Key words Slope , Sliding surface , Safety coefficient , Computer simulation
图 2 沿原来实际滑动面时滑动时的滑动面确定 Fig. 2 Confirming met hod of latency sliding surface along sliding surface
(3) 滑动面沿各层分界面滑动时的滑动面确定 , 确定方法如图 3 。
1. 2 三维计算机模拟[1 ]
上述 (3) 、(4) 两滑动面确定的方法是 :任取三弱 点组合 ,使滑动圆弧通过三弱点 ,图中 A 、B 、C 点为 沿层面弱点 ,并且 A 、B 、C 三点保持一定的间距 ,间 距的大小由位于层面前缘滑弧的主滑段来决定 。然 后采用毕肖普条分法原理进行计算分析 。图中 A’、 B’、C’三点为沿层内的弱点 ,并且 A’、B’、C’三点同 样保持一定的间距 ,滑动圆弧的主滑段同时通过该 三点 。然后采用毕肖普条分法原理进行分析计算 。
Ⅰ类 :正在蠕滑阶段边坡 。目前实测状态 :滑坡 后壁高达 3. 0 m ,蠕滑速率为 0. 02 m·d - 1 ,滑坡周 界呈围椅状 。
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Jou rnal of Engi neeri ng Geology 工程地质学报 2002 10 (3)
边坡的优化设计提供依据 。
1 计算机模拟的基本原理
1. 1 二维计算机模拟 滑动面确定的基本原则 :滑坡易沿软弱部位剪
出 ,在剖面上先假定滑动面为圆弧形 ,并考虑土体成 层性 。软弱部位的选取一般选在力学性质薄弱处 , 要求软弱部位的数目足够多 ,并在整个剖面上均匀
Ξ 收稿日期 :2002 - 03 - 26 ;收到修改稿日期 :2002 - 07 - 10. 基金项目 :国家自然科学基金 (批准号 :40062002 、59868001) 和广西科学基金联合资助 (桂科配 0135004 、堙科青 9912013) 及广西高校跨 世纪学科带头人培养对象专项基金资助课题. 第一作者简介 :易念平 (1967 - ) ,女 ,硕士 ,讲师 ,岩土工程与科研工作. Email :xinguizh @sina. com
模拟计算的每组滑面和有限元网格相交 ,得到 构成滑面的单元面 ,经过插值和座标转换求得每个 单元面上的法向正应力和剪应力 。将滑面上的力向 滑坡的主滑动方向投影 ,每个滑面的滑动切向由滑 坡的滑动矢量 V 与每个滑面的法向确定 。V 用滑动 方向与整体座标 x 、y 、z 夹角αx 、αy 、αz 表示 ,一般滑 动方向取用沿滑动面切线方向 。在该滑动方向上分
n,
z)
=
q
在 s3 及 s4 上 , H ( x , y , z) | s3 + s4 = Z ( x , y)
式中 : H - 水头函数 ; q - 边界上单位面积流的
流量空间渗流区域 ; s1 - 已知水头值的边界面 ; s2 -
梧州市桂江防洪堤全长 1800 余米 ,地貌单元是 一级河谷阶地 、人工堆积台地和五条被古冲沟切割 的阶地地貌 ,阶地的河岸边坡较高 、较陡 ,地质情况 复杂 ,稳定性较差 ,近些年来已先后发生过多处大小 规模不同的浅层 、深层滑坡 ,有的业已整治 ,有的目 前正处在蠕滑阶段 (地层岩性如表 1) 。为此根据应 用模拟基本原理编制的边坡稳定性分析的二 、三维 计算机模拟程序 ,对河岸两类典型地段边坡稳定的 安全度进行了对比分析 :
n
∑[ A 1 + σzi ·tanφi + cicos (αzv - 90) ] ·ΔA
K=
i =1 n
∑[ B 1 + τz x ·cos (αxv + τzycos (αyv) ] ·ΔA
i =1
式中 : A 1 = σzi ·cos (αzv) , B 1 = σzi ·cos (αzv) ,αzi 、
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易念平等 :确定边坡最危险滑动面的计算机模拟
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分布 ,使软弱点两两或三三组合确定滑动圆弧 ,使滑 动圆弧通过模拟滑动面的主滑段 ,然后采用毕肖普 条分法分析原理进行计算 ,边坡的稳定性计算采用 四种模式模拟计算 :
τz x 、τzy ———第 i 个滑动面上的应力和剪应力 ;
αzv 、αxv 、αyv ———分别为应力σzi 、σz x 、σzy 与主滑方向