Bishop法自动搜索均质边坡最危险滑动面

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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 1997
2.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。

一个点可能属于不同的单元的大范围之内，那么最后对这几个差值比较，最小的即为计算点所属的单元，然后利用这个单元四个节点的应力值，构造插值函数求出计算点的应力值。

针对非圆弧初始滑裂面不容易给定的问题，将本文的非圆弧滑面应力法和瑞典圆弧法相结合。

瑞典圆弧法虽然计算安全系数偏低，但是大量的算例证明其搜索得到的最危险滑面和Bishop法以及其他的极限平衡法非常接近。

这里首先用比较简单的瑞典圆弧法确定最危险滑面，然后以最危险滑面以及其附近的一系列圆弧为初始滑面，将这些圆弧离散运用HOOKE JEEVES方法进行优化搜索，最后将得到的安全系数比较得出最危险滑裂面。

第二，推导了如何在ANSYS中使用比较准确的平面应变条件下的基于关联流动的Mohr-Coulomb匹配圆DP准则。

目前，通用的有限元软件使用的土体本构模型通常都是
：DPl，即Mohr-Coulomb准则外角点外接圆，但是这样会高估了土体的承载能力。

参考郑颖人等人的研究成果，实现了各种DP模型之间的转化。

第三，比较了滑面应力有限元方法和Bishop法，有限元强度折减法。

不仅仅比较了三种方法的滑裂面位置，安全系数，还对滑裂面上的应力分布进行了研究。

结果发现，滑面应力有限元方法在滑出区域和滑入区域部分会出现剪应力反转，即逆着滑动方向的剪应力，这是因为滑面应力有限元方法使用的是实际受力状态下的应力场，但是这样安全系数的定义就出现了问题，剪应力不再是完全意义上的滑动力，它的作用就存在了“二义性”，同样的
，Bishop方法也存在这样的问题。

本文采用了分段法对之加以判断。

2.期刊论文戴自航.沈蒲生土坡稳定分析简化Bishop法的数值解-岩土力学2002,23(6)
建立了适于边坡稳定分析简单的平面直角坐标系,得到了该坐标系下的边坡稳定分析瑞典圆弧法的积分表达式,与张天宝法进行了验证和对比;提出了基于边坡稳定分析简化Bishop法原理的积分法,推导了其安全系数Fs积分表达式,编制了数值积分计算和图形处理程序,并进行了工程应用,实践证明该方法的正确性.
3.学位论文毛益佳汝阳寺沟尾矿坝快速堆积可行性研究2009
随着国家对矿产资源的巨大需求，矿业生产必然要提高产量新建尾矿库扩容，而新建尾矿库的设计、施工需要较长周期，也要占用更多的土地资源，工程投资相对巨大。

相比之下，提高尾矿库堆积速度是一个既快速又经济的方法。

但是，由此对尾矿坝的安全稳定性就产生了影响。

所以，有必要对提高尾矿堆积速度的可行性进行充分的研究和论证。

本文以汝阳寺沟尾矿坝为例，采用现场测试、室内试验、理论分析、数值计算等研究方法
，对尾矿的物理力学特性、沉积规律以及不同工况下渗流场进行了模拟，并且用极限平衡法对尾矿坝的稳定性进行了计算。

本文所完成的主要工作和取得的成果如下： (1)通过对大量室内外试验成果的分析总结，得出了尾矿坝堆积的基本规律及堆积尾矿的各项物理力学指标特征，以及尾矿堆积在水平方向与垂直方向的分布规律和相互关系。

由坝外至坝内将尾矿坝分为四个工程地质层，依次为尾细砂夹尾中砂层、尾细砂夹尾粉砂层、尾粉砂层和尾粉土层，为尾矿坝的稳定性计算评价打下了基础； (2)通过对坝体内地下水水质及尾矿砂化学成分分析结果显示：尾矿水属SO4-CO3-Ca2+型水，PH值为8.4，呈弱碱性：尾矿砂含有较高的Fe离子及Ca离子。

尾矿砂中较高的Fe离子含量及弱碱性水等条件在非饱和状态下易在土工布的纤维上产生化学淤堵。

在初期坝坝顶通过物探方法测得地下水位埋深6.3～11.0m，坝体下游浸润线偏高，这也反映初期坝迎水面的土工布已发生淤堵现象，从而导致尾矿坝坝体及初期坝内的地下水水位较高。

(3)利用有限元软件GeoStudio中的SEEP/W模块对尾矿坝不同堆积高度稳定和非稳定渗流场进行模拟计算，同时在不同堆积高程的坝体内上、中、下设置3个历史记录点，记录孔隙水压力随渗流时间的变化。

结果显示： ①对于稳定渗流场，正常运行和洪水位运行的差别主要在坝体的上部，在坝体的中下部，由于初期坝的淤堵，导致其水位主要由初期坝迎水面的壅水高度决定。

②对于动态渗流场，坝体从开始堆积到目前698m高程位置，渗流稳定时间为68天；从目前698m高程堆积到730m高程，渗流稳定时间为48天；从730m高程堆积到780m高程，渗流稳定时间为200天。

③坝体堆积速度的提高对坝体内渗流场的稳定有一定影响，堆高速度越快，渗流场稳定的时间越长。

但对该坝体其堆积速度无论是15m/a还是33.87m/a都能够维持渗流场处于稳定状态，由此论证了快速堆积是可行的。

(4)本文分别分析用瑞典圆弧法和渗流场耦合两种方法对坝体的稳定性进行了计算。

①利用规范建议的瑞典圆弧法进行稳定性计算，验算结果显示：现状尾矿坝在于滩长度为50m及干滩长度为30m的状态下，坝体斜坡的稳定系数分别为2.322和2.234，满足规范不小于1.20和1.10的要求。

尾矿坝堆高至标高730m、750m以及780m时，在两种工况下的稳定系数均满足要求。

②渗流场的耦合，利用GeoStudio软件中的SLOPE/W模块在前面渗流计算的基础之上进行稳定性计算。

计算时以Morgenstern-Price法为主，综合参考Bishop法、Janbu法计算不同工况下坝体的稳定安全系数。

用Morgenstern-Price法计算得现状尾矿坝在两种工况下的稳定系数分别为2.672和2.433，尾矿坝堆高至标高730m以及780m时，在两种工况下的稳定系数也均满足要求。

因此，坝体处于稳定状态。

(5)最后总结本文的主要研究成果，对提高坝体堆积速度提出相应建议以及进一步研究的展望。

4.期刊论文刘英.华永.张继芳.LIU Ying.HUA Yong.ZHANG Ji-fang龙潭水库大坝结构安全性分析-东北水利水电
2009,27(4)
采用Bishop法和瑞典圆弧法对龙潭水库大坝结构稳定进行计算分析,并结合大坝变形稳定分析对整个大坝的结构安全作出定性评价.龙潭水库大坝上游坡整体上是稳定的;下游坡存在潜在的不稳定滑裂面.大坝结构稳定性为C级,大坝变形安全性为B级,龙潭水库大坝结构安全性为C级.
5.期刊论文临桂县4座水库渗漏分析及处理建议-广西大学学报（自然科学版）2009,34(5)
通过对临桂县4座水库大坝坝身、坝基进行钻探、取样与现场试验,进行相关的室内试验以及现场安全检查,采用二维渗流有限元计算方法、简化Bishop法以及瑞典圆弧法等定量分析方法.利用ANSYS和MATLAB计算软件,求解渗流水头并计算渗漏流量,对4座水库大坝的渗漏安全性进行对比分析与评价,4座大坝坝体填土渗透系数值在2×10~(-4)～5×10~(-4)cm/s之间远大于安全值1×10~(-4)cm/s,压实度在90.4%～94.4%之间,远低于安全要求的
95%～97%,坝体的最大渗透比降为低于或基本处于允许坡降值.存在比较严重的渗漏安全隐患,并结合野外与室内试验可评定4座水库大坝均为三类坝,需进行坝体、涵管、溢洪道等进行综合加固处理.
6.期刊论文李家平.赖允瑾.李永盛.周生华.LI I Yun-jin.LI Yong-sheng.ZHOU Sheng-hua利用抗滑
桩加固临水岸坡的边坡稳定性分析-水利水运工程学报2005(2)
介绍了一种基于瑞典法和简化Bishop法分析抗滑桩加固边坡的极限平衡法.通过试算,可以确定边坡达到稳定要求时,需要桩提供的最小抗滑力及边坡潜在滑动面的位置,进而对抗滑桩的桩位进行优化.结合某闸室岸坡工程的算例表明,抗滑桩能有效提高边坡的稳定性;抗滑桩设在通过边坡潜在危险滑动面最低点时效果最好;设抗滑桩会改变边坡潜在危险滑动面位置.
7.期刊论文吕远强.林杜军.姜海波.LU Yuan-qiang.LIN Du-jun.JIANG Hai-bo水帘洞煤矿工业场地黄土高边坡稳
定性分析评价-煤炭工程2007(12)
水帘洞煤矿工业场地黄土高边坡为老滑坡的后壁,在边坡的脚下有老滑坡体残留物.论文在分析边坡失稳因素的基础上,根据反算法、类比法、室内试验结果、结合地区实际经验确定计算参数.运用圆弧法(瑞典条分法和简化Bishop法)和有限单元法(采用MSC.marc软件)对边坡的天然状态和优化设计后的稳定性进行计算、模拟评价.结果表明,天然边坡处于不稳定状态,经优化设计后的边坡安全系数达到设计要求.
8.学位论文宋月光爆炸排淤填石堤坝稳定性分析2006
本文在分析爆炸排淤填石堤坝作用机理的基础上，利用极限平衡理论，从两个角度出发，提出了两种分析处于深厚淤泥中、断面形状复杂的爆炸排淤填石堤坝稳定性的方法。

通过这些工作，得到以下结论： 1.在爆炸排淤填石法中，爆炸的主要作用在于挤淤，完成泥石置换，而对土体本身并无挤密、加固作用；爆炸对于淤泥及堆石的强度影响较小； 2.在爆炸排淤填石堤坝中，堆石体即是堤身材料又是地基材料，同时也利用淤泥软土强度随深度增加较快的特性，使堤坝的稳定性得到较大提高； 3.对同一工程实例分别用本文提出的两种方法、四种常用的稳定性分析方法(瑞典圆弧法、Bishop法、Janbu法、Morgenstern-Price法)及有限元法进行了分析，从计算结果看，在分析处于深厚淤泥中、断面形状复杂的爆炸排淤填石堤坝稳定性时，本文提出的两种方法比四种常用的稳定性分析方法更具优势。

4.从本文的两种分析方法及四种常用的稳定性分析方法计算的滑动面位置看，堤坝发生破坏时一般沿堤坝底部滑动。

9.期刊论文殷宗泽.吕擎峰.YIN Zong-ze.LV Qing-fen圆弧滑动有限元土坡稳定分析-岩土力学2005,26(10)
提出一种基于有限元应力变形计算的边坡稳定分析方法,仍假定滑动面形状为圆弧形,有限元网格由一组同心圆作为纬线,一组竖向线为经线构成.对两相邻圆弧线所夹的弧形带分析滑动力和抗滑力,建立平衡方程,确定安全系数,其中小值安全系数对应的弧形带为可能的滑动带.变化圆心位置用优选方法寻找最小安全系数对应的圆心,从而得出真正的滑动面.算例分析表明,该方法计算所得安全系数与Bishop法接近,是合理的,其突出优点是由有限元计算直接得出滑面上的应力,而不须作近似的插值处理,因而应力更准确.该方法可以考虑土的非线性变形特性,也更符合土的实际情况.此外,用有限元计算得出位移,亦可将稳定分析和变形联系起来,为现场通过位移监测来估计边坡的稳定性提供了可能性,同时也为膨胀土边坡的稳定分析中考虑膨胀性的影响提供了可能性.
10.学位论文张文杰堤坝渗流滑坡破坏研究2003
洪涝灾害占全世界自然灾害的45％.以中国为例,约有1/2的人口和70％的资产集中在7大江河的洪水区内,一旦洪水破堤泛滥,损失必然十分严重.堤坝是河流防洪体系的重要组成部分,对保障防洪安全起着极其重要的作用.堤坝的稳定性研究越来越受到人们的重视.在已知的堤坝破坏中,渗流滑坡破坏又占很大的比例,是堤坝稳定性研究的重要组成部分.该文系统地介绍了堤坝渗流滑坡的各种理论和它们之间对比分析及计算精度问题,主要有传统的瑞典圆弧法、bishop法、Janbu法、Spencer法、不平衡推力法等以及考虑渗透力的有限元法和考虑渗透力的条分法等.并分别对黄河大堤东明某段在长期洪水水位的背水坡和水位骤降下的迎水坡两种危险的水力条件进行了稳定性分析.在该文中,作者采用正交试验对影响堤坝渗流滑坡的因素进行了显著性分析.也对考虑降雨因素的堤坝非饱和土的滑坡稳定性作了初步的研究,并提出了具体的计算方法.采用模糊数学方法建立了堤坝的稳定性模糊评判分析模型,并运用到实例中进行了验证.
本文链接：/Periodical_ltcmjs200901008.aspx
下载时间：2010年5月4日。