非均质黏土地层隧道开挖面稳定运动单元上限有限元分析 被引量：15

1

作者 杨峰 何诗华 +3 位作者 吴遥杰 计丽艳 罗静静 阳军生 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第4期1412-1419,1436,共9页

将刚体平动运动单元上限有限元方法(UBFEM-RTME)与程序作进一步改进,使之适应分析非均质黏土地层稳定性问题。应用该程序系统分析了地表超载作用下非均质黏土地层隧道开挖面稳定性,获得了隧道埋深比C/D、土体重度参数γD/cu0、土体强度... 将刚体平动运动单元上限有限元方法(UBFEM-RTME)与程序作进一步改进,使之适应分析非均质黏土地层稳定性问题。应用该程序系统分析了地表超载作用下非均质黏土地层隧道开挖面稳定性,获得了隧道埋深比C/D、土体重度参数γD/cu0、土体强度非均质参数ρD/cu0等因素综合影响下开挖面失稳临界荷载上限解σs/cu0图表和以有效间断线网表征的地层破坏模式及其演变规律。研究表明:隧道埋深比C/D和强度非均质参数ρD/cu0对临界荷载σs/cu0及地层破坏模式影响显著;土体重度参数γD/cu0对σs/cu0影响明显,但对破坏形态影响不大。进一步展示了不同有效间断线数目及分布等网格参数下地层破坏形态的差异,解释了上限解精度提高的原因,与多块体上限法及上下限有限元法对比表明,UBFEM-RTME适宜于非均质黏土地层隧道开挖稳定性评价研究,特别是极限状态破坏模式的分析。 展开更多

关键词 隧道开挖面稳定 非均质黏土 上限有限元 临界荷载 破坏机制

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同时考虑张拉及剪切破坏的边坡上限原理有限元法 被引量：13

2

作者 孙聪 李春光 +2 位作者 郑宏 孙冠华 刘治军 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第S1期2783-2791,共9页

上限有限元法是一种常用的边坡稳定性分析方法,目前被广泛采用的仅考虑剪切破坏的Mohr-Coulomb屈服准则过高地估计了边坡的抗拉强度,因此在用其进行边坡稳定性分析时,无法得到实际工程中常遇到的位于坡体后缘的拉裂缝。针对这一问题,从... 上限有限元法是一种常用的边坡稳定性分析方法,目前被广泛采用的仅考虑剪切破坏的Mohr-Coulomb屈服准则过高地估计了边坡的抗拉强度,因此在用其进行边坡稳定性分析时,无法得到实际工程中常遇到的位于坡体后缘的拉裂缝。针对这一问题,从空间方位离散的角度出发,对上限法中的Mohr-Coulomb屈服面逼近方式进行改造,建立基于方位离散的线性化剪切屈服准则;同时引入张拉破坏准则,保证在每一个离散方位平面上不违背张拉破坏准则,从而形成既考虑张拉破坏,又考虑剪切破坏的线性化上限原理有限元法。该方法可以准确地求出边坡的安全系数和带有拉裂缝的临界失稳速度场。算例证明方法的有效性,同时还表明不考虑拉伸破坏会过高地估计边坡的安全性。 展开更多

关键词 边坡工程 边坡稳定性分析 上限有限元法 方位离散 张拉剪切复合破坏 拉裂缝

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隧道工作面稳定性与滑移线网破坏模式研究 被引量：10

3

作者 孙雁军 阳军生 +2 位作者 罗静静 郑响凑 杨峰 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第7期1374-1380,共7页

针对隧道工作面稳定性和破坏模式问题,从保守角度将其假定为沿隧道纵向中线剖开的二维平面应变模型,采用刚体平动运动单元上限有限元法(UBFEM-RTME)开展分析研究,绘制了土体自重作用下地层临界失稳状态对应的隧道工作面稳定系数Ncr图表... 针对隧道工作面稳定性和破坏模式问题,从保守角度将其假定为沿隧道纵向中线剖开的二维平面应变模型,采用刚体平动运动单元上限有限元法(UBFEM-RTME)开展分析研究,绘制了土体自重作用下地层临界失稳状态对应的隧道工作面稳定系数Ncr图表和有效间断线网(近似滑移线网)破坏模式,探讨了埋深比H/D、内摩擦角φ和剪胀角ψ等参数影响规律,给出了Ncr与H/D和φ影响因素的拟合公式,进一步揭示了有效间断线数目及位置分布等网格参数对计算精度的影响程度。研究表明UBFEM-RTME数值计算配合网格更新策略并保证合理充足的网格密度,能提高Ncr上限解精度并捕获高密度有效间断线网破坏模式,其分析结果可用于评价隧道工作面稳定性、揭示极限失稳破坏形态的主要特征,为地层预加固方案制定等工作提供一定理论支撑。 展开更多

关键词 工作面稳定性 上限有限元 剪胀效应 稳定系数 破坏模式

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深埋隧道拱部围岩潜在塌落破坏上限有限元分析 被引量：7

4

作者 胡昌文 韦彬 +2 位作者 戴智颖 杨峰 赵炼恒 《铁道科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第8期2121-2128,共8页

深埋隧道拱部围岩潜在塌落形态和范围的深入研究,为围岩压力与施工方案的确定提供依据。采用源于塑性极限分析上限理论的刚体平动运动单元上限有限元法,开展不同围岩内摩擦角ϕ,剪胀角ψ和跨度(b/h)条件下的隧道拱部围岩潜在塌落破坏的... 深埋隧道拱部围岩潜在塌落形态和范围的深入研究,为围岩压力与施工方案的确定提供依据。采用源于塑性极限分析上限理论的刚体平动运动单元上限有限元法,开展不同围岩内摩擦角ϕ,剪胀角ψ和跨度(b/h)条件下的隧道拱部围岩潜在塌落破坏的计算分析。研究结果表明:围岩内摩擦角ϕ减小时,临界容重系数γcrh/c线性减小而破坏范围却显著增加;而隧道跨度(b/h)增加时,破坏范围相应增长而临界容重系数γcrh/c却快速下降;剪胀角ψ增长将约束围岩,减小拱顶潜在塌落范围,γcrh/c上限解相应提高。 展开更多

关键词 深埋隧道 围岩稳定性 塌落破坏 刚体平动单元 上限有限元

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基于Drucker-Prager准则的高阶单元自适应上限有限元研究 被引量：6

5

作者 孙锐 阳军生 +1 位作者 赵乙丁 杨峰 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第2期398-404,共7页

引入Drucker-Prager屈服准则,建立了基于高阶单元和二阶锥规划的自适应上限有限元方法,并编制了计算程序。采用单元内部耗散能为控制指标的自适应加密策略,以一分为二的方式对能量耗散率较大的单元进行剖分加密,形成多次往复计算完成上... 引入Drucker-Prager屈服准则,建立了基于高阶单元和二阶锥规划的自适应上限有限元方法,并编制了计算程序。采用单元内部耗散能为控制指标的自适应加密策略,以一分为二的方式对能量耗散率较大的单元进行剖分加密,形成多次往复计算完成上限有限元的自适应加密过程。通过隧道稳定性及条形基础地基承载力算例,分析了系列Drucker-Prager屈服准则对极限荷载上限解的影响,揭示该屈服准则与Mohr-Coulomb屈服准则的差异所在,以及对上限解和破坏模式的影响,并进一步验证了基于高阶单元和二阶锥规划的自适应上限有限元法具有计算精度和求解效率高以及可搜索获取精细化破坏模式的特点。 展开更多

关键词 Drucker-Prager屈服准则 上限有限元 二阶锥规划 三角形高阶单元 自适应 破坏模式

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对向施工隧道贯通前开挖面稳定性上限有限元分析 被引量：5

6

作者 孙雁军 阳军生 +1 位作者 杨峰 罗静静 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第7期1290-1296,共7页

为探讨对向施工隧道贯通前开挖面存在的相互影响对地层稳定性的变化规律,本文将该问题假定为沿隧道纵向中线剖开的二维平面应变模型,采用刚体平动运动单元上限有限元法开展计算分析,获得了土体自重作用下地层临界失稳状态对应的隧道开... 为探讨对向施工隧道贯通前开挖面存在的相互影响对地层稳定性的变化规律,本文将该问题假定为沿隧道纵向中线剖开的二维平面应变模型,采用刚体平动运动单元上限有限元法开展计算分析,获得了土体自重作用下地层临界失稳状态对应的隧道开挖面稳定性系数Ncr和有效间断线网破坏模式,以单元速度云图和速度矢量图形式呈现了典型破坏模式下速度场分布的特征。研究发现:对向开挖面间距比S/D对稳定性系数Ncr有显著影响,隧道埋深比H/D和土体内摩擦角Ф对其亦有影响。在转换间距比Str/D附近,稳定系数Ncr值差别不大,但破坏模式形态和范围差异明显。本研究为对向施工隧道贯通前的稳定性评价、选取合理预加固方案等工作提供理论支撑。 展开更多

关键词 对向施工 开挖面稳定性 上限有限元 刚体平动运动单元 稳定性系数 破坏模式 隧道

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基于上限有限元原理的双曲线强度折减法 被引量：4

7

作者 牛岩 谢良甫 +1 位作者 周治宇 王永卫 《长江科学院院报》 CSCD 北大核心 2015年第5期127-131,136,共6页

相对于极限平衡法和有限元法来说,极限分析在边坡的稳定性分析中有着更严谨的理论基础和更明确的物理意义,但传统的极限分析上限法为了避免问题成为非线性规划,均是借助于超载系数来进行分析,而工程边坡用得最多的还是强度储备安全系数... 相对于极限平衡法和有限元法来说,极限分析在边坡的稳定性分析中有着更严谨的理论基础和更明确的物理意义,但传统的极限分析上限法为了避免问题成为非线性规划,均是借助于超载系数来进行分析,而工程边坡用得最多的还是强度储备安全系数。针对这一问题,系统地介绍了极限分析上限有限元原理,并将强度折减技术引入到上限法,针对强度折减系数和超载系数满足双曲线的性质,用一种收敛速度更快的双曲线迭代法进行计算,克服了传统强度折减进行人工试算的不足,具有较高的收敛性。通过算例将所提方法与传统极限平衡法和有限元法进行对比,计算结果吻合度较高,说明了本方法的有效性。 展开更多

关键词 极限分析 上限有限元 稳定性分析 强度折减 双曲线迭代

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开孔连续墙后土体稳定性上限有限元分析

8

作者 王晨光 《铁道建筑技术》 2023年第6期62-65,共4页

如基坑地下连续墙存在开孔,其墙后土体稳定性将受到影响。利用极限分析上限有限元方法,开展开孔条件下墙后土体稳定性分析,获得埋深比C/D、重度参数γD/c和土体内摩擦角Φ等参数影响下的地表临界荷载系数σs/c上限解图表,以探讨墙后土... 如基坑地下连续墙存在开孔,其墙后土体稳定性将受到影响。利用极限分析上限有限元方法,开展开孔条件下墙后土体稳定性分析,获得埋深比C/D、重度参数γD/c和土体内摩擦角Φ等参数影响下的地表临界荷载系数σs/c上限解图表,以探讨墙后土体破坏模式的主要特征。研究发现,增加结构化网格数量,既可获得更精细的破坏模式,又可显著提高临界荷载系数上限解精度。此外,土体内摩擦角对临界荷载影响较大,内摩擦角增大,临界荷载数值随之迅速增长,同时内摩擦角增加会造成破坏区域增大而地表破坏宽度减小;埋深比对临界荷载有一定影响,但其对破坏模式影响更大;土体重度参数增大会导致临界荷载值减小,致使破坏模式呈现向墙面收缩。 展开更多

关键词 地下连续墙 开孔 上限有限元 临界荷载 土体破坏模式

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隧道围岩压力运动单元上限有限元计算方法 被引量：4

9

作者 石钰锋 徐长节 +2 位作者 杨峰 罗静静 阳军生 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第11期2046-2052,共7页

针对隧道围岩压力与破坏模式问题,应用刚体平动运动单元上限有限元方法(UBFEM-RTME)与程序开展计算分析,获得了支护反力系数Nγ及Nc上限解曲线图和围岩有效间断线网破坏模式及其演变规律。与多种基于假定破坏机构的刚性块体上限法及模... 针对隧道围岩压力与破坏模式问题,应用刚体平动运动单元上限有限元方法(UBFEM-RTME)与程序开展计算分析,获得了支护反力系数Nγ及Nc上限解曲线图和围岩有效间断线网破坏模式及其演变规律。与多种基于假定破坏机构的刚性块体上限法及模型实验结果进行对比分析,验证了UBFEM-RTME方法获得的支护反力σT上限解为极限分析上限理论框架内的较优解答,并且Nγ及Nc上限解与太沙基围岩压力解答变化趋势基本一致。除Nγ及Nc上限解外,UBFEM-RTME方法获得的隧道围岩有效间断线网破坏模式存在多种形态特征,大致涵盖了既有文献关于围岩破坏机构假定的多种型式,体现出该方法能摆脱假定破坏机构的限制,应用于隧道围岩压力求解具有良好适用性。 展开更多

关键词 围岩压力 支护反力系数 极限分析 上限有限元 刚体平动运动单元 破坏模式

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基于多边形最优一致逼近形式的上限有限元法

10

作者 孙聪 李菲菲 王延涛 《江汉大学学报（自然科学版）》 2023年第3期87-96,共10页

传统的上限有限元法采用外切多边形来逼近摩尔库伦屈服圆,该方法只有当多边形边数足够多时计算结果才比较精确,这往往导致线性规划规模过大,收敛速度较慢,给工程应用造成一定的影响。针对此问题,放松任意一点均须从上方严格收敛的上限性... 传统的上限有限元法采用外切多边形来逼近摩尔库伦屈服圆,该方法只有当多边形边数足够多时计算结果才比较精确,这往往导致线性规划规模过大,收敛速度较慢,给工程应用造成一定的影响。针对此问题,放松任意一点均须从上方严格收敛的上限性质,采用多边形最优一致逼近的形式构造线性化屈服函数和塑性流动方程。算例证明该方法求解规模更小,收敛速度大大提高。 展开更多

关键词 极限分析上限法 摩尔库伦屈服圆 线性规划 最优一致逼近 计算效率

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基于二阶锥规划与高阶单元的自适应上限有限元研究 被引量：3

11

作者 孙锐 杨峰 +4 位作者 阳军生 赵乙丁 郑响凑 罗静静 姚捷 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第2期687-694,共8页

基于六节点三角形高阶单元的自适应上限有限元法具有计算精度高,能够直观获取结构破坏模式等优点,但若采用屈服准则线性化方法,则计算效率较低。因此,为提高上限有限元计算效率,在既有研究基础上,引入计算效率较高的二阶锥规划方法,建... 基于六节点三角形高阶单元的自适应上限有限元法具有计算精度高,能够直观获取结构破坏模式等优点,但若采用屈服准则线性化方法,则计算效率较低。因此,为提高上限有限元计算效率,在既有研究基础上,引入计算效率较高的二阶锥规划方法,建立基于二阶锥规划与高阶单元的自适应上限有限元计算模型。通过分析边坡稳定性及条形基础地基承载力算例,表明所提方法计算精度较高且能够获取精细化的破坏模式。同时,在相同计算精度下,所提方法计算时长显著小于屈服准则线性化方法,有效提高上限有限元的计算效率。算例分析证明所提方法的正确性及有效性,可为类似理论研究及工程实践提供参考。 展开更多

关键词 上限有限元 二阶锥规划 三角形高阶单元 自适应 破坏模式

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基于方位离散线性化的上限原理有限元法 被引量：2

12

作者 孙聪 李春光 +1 位作者 郑宏 孙冠华 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第6期1784-1790,共7页

上限原理有限元法不仅可以得到边坡的安全系数,还可以给出临界滑动面,且具有比极限平衡法更严谨的理论基础,因此,拥有更广阔的应用前景。针对传统的上限有限元法不能考虑强度各向异性的问题,提出了一种新的摩尔-库仑屈服面线性化方法。... 上限原理有限元法不仅可以得到边坡的安全系数,还可以给出临界滑动面,且具有比极限平衡法更严谨的理论基础,因此,拥有更广阔的应用前景。针对传统的上限有限元法不能考虑强度各向异性的问题,提出了一种新的摩尔-库仑屈服面线性化方法。该方法在对方位角离散化的基础上,建立了线性化的方位离散塑性流动约束方程,丰富了基于线性规划的上限法理论。两个算例结果表明:该方法可以稳定地从极限解的上方收敛;且对边坡进行稳定性分析,若忽略了边坡的强度各向异性,则会高估边坡的稳定性,得到较大的安全系数。 展开更多

关键词 上限有限元法 方位离散 各向异性 线性规划

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浅埋隧道盾构掘进地层挤出破坏形态与临界压力上限有限元分析 被引量：1

13

作者 王利莹 《铁道建筑》 北大核心 2020年第2期70-74,共5页

采用上限有限元方法分析地层参数(土体重度,内摩擦角,黏聚力)、隧道埋深与直径、土体剪胀效应等因素综合影响下浅埋隧道盾构掘进地层挤出破坏模式与临界压力。研究表明:临界压力系数随内摩擦角增大而增大,且重度比越大临界压力系数增大... 采用上限有限元方法分析地层参数(土体重度,内摩擦角,黏聚力)、隧道埋深与直径、土体剪胀效应等因素综合影响下浅埋隧道盾构掘进地层挤出破坏模式与临界压力。研究表明:临界压力系数随内摩擦角增大而增大,且重度比越大临界压力系数增大得越明显;临界压力系数随重度比和埋深比的变化基本呈线性增长;内摩擦角较大时,耗散能密度呈斜向条带状分布,地层向上隆起破坏范围较大;重度比较大时,耗散能密度呈更窄更集中的斜向条带状分布,至地表有所发散;埋深比越大,剪切带起始位置越靠下,并在隧道斜上方弯曲程度越大;地层挤出破坏区域主要出现在隧道正上方,地表鼔出近似呈倒置锅底状,隧道正上方至地表一定范围内地层整体向上运动,斜向上方向变形最大。 展开更多

关键词 浅埋盾构隧道 临界压力 破坏模式 上限有限元 剪胀效应

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基于多边形最佳平方逼近形式的边坡稳定上限有限元法

14

作者 何玉红 《长江科学院院报》 CSCD 北大核心 2015年第8期84-88,共5页

边坡的极限分析上限法具有较严谨的理论基础和物理意义,且可以在得到安全系数的同时找到最危险的临界失稳速度场,因此具有较广阔的应用前景。针对目前上限有限元法中被广泛采用的外切多边形逼近摩尔库伦屈服圆所带来的收敛速度慢的缺点... 边坡的极限分析上限法具有较严谨的理论基础和物理意义,且可以在得到安全系数的同时找到最危险的临界失稳速度场,因此具有较广阔的应用前景。针对目前上限有限元法中被广泛采用的外切多边形逼近摩尔库伦屈服圆所带来的收敛速度慢的缺点,放松边坡内任一点需严格满足上限性质的要求,将多边形采用最佳平方逼近的形式逼近屈服圆,并系统地推导出了最佳平方逼近形式的上限有限元法的整个计算模型。算例表明:该方法不仅继承了外接多边形从上方逼近解析解的优点,而且采用较少的多边形边数即可得到较为精确的结果,收敛速度大大提高。 展开更多

关键词 极限分析 上限有限元法 摩尔库伦屈服圆 多边形最佳平方逼近 解析解 边坡稳定

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