›› 2014, Vol. 35 ›› Issue (3): 759-764.

• 岩土工程研究 • 上一篇    下一篇

基于交替变量局部梯度法对土质边坡的三维稳定性分析

孙树林1, 2,王天宇1,刘小芳1,余文平1,夏银枫1   

  1. 1. 河海大学 地球科学与工程学院, 南京 210098; 2. 河海大学 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,南京 210098
  • 收稿日期:2013-06-17 出版日期:2014-03-10 发布日期:2014-03-19
  • 作者简介:孙树林,男,1963年生,博士,教授,博士生导师,主要从事地质环境与地质灾害方面的工作

Three-dimensional stability analysis of a soil slope based on alternating variable local gradient method

SUN Shu-lin1, 2,WANG Tian-yu1,LIU Xiao-fang1,YU Wen-ping1,XIA Yin-feng1   

  1. 1. College of Earth Sciences and Engineering, Hohai University, Nanjing 210098, China; 2. State Key Laboratory of Hydrology-Water Resources and Hydraulic Engineering, Hohai University, Nanjing 210098, China
  • Received:2013-06-17 Online:2014-03-10 Published:2014-03-19

摘要: 临界滑动面的获得是土质边坡稳定性分析中一个必要的过程,然而现有分析方法难以保证该临界滑面的准确性,而且部分分析方法在计算过程中会陷入局部最小值陷阱。基于单变量方法和最速梯度法,提出了交替变量局部梯度法,该方法能够突破最优化方法应用在边坡稳定性分析上的瓶颈。首先,通过斯宾塞极限平衡方法和网格搜索法(或者其他确定临界滑面的方法),获得边坡初始椭球状临界滑面;其次,在该滑面上布置若干节点作为变量,目标函数为安全系数Fs关于空间节点坐标Zi的方程,为了使目标函数快速降低,沿负梯度方向循环优化每个节点,当满足一定精度要求时,即可获得三维土质边坡非圆弧状临界滑动面;最后,通过算例证明该方法可行,计算结果可靠。

关键词: 边坡稳定性, 非圆弧临界滑动面, 单变量方法, 最速梯度法, 交替变量局部梯度法

Abstract: It is necessary to obtain the critical slip surface in soil slope stability analysis. However, the existing analysis methods can not ensure the accuracy; and some analysis methods may fall into local minimum trap in the process of calculation. In order to obtain a non-spherical critical slip surface that is most similar with the actual slip surface, an alternating variable local gradient method is proposed based on univariate method and steepest descent method. This method can break through the bottleneck of optimization method applied to slope stability analysis. At first, the initial critical ellipsoidal slip surface of slope can be determined by Spencer limit equilibrium method and the grid search method (or any other method to determine the critical slip surface). Then, several nodes are arranged on the slip surface as variables; the objective function is an equation of safety factor Fs versus space node coordinates Zi; to make the value of objective function decrease fast, each node is optimized according to the negative gradient direction in every cycle. When the result meets the accuracy requirements, the non-spherical critical slip surface of the three-dimensional soil slope is obtained. Finally, this method is proved to be feasible and accurate by two examples.

Key words: slope stability, non-spherical critical slip surface, univariate method, steepest descent method, alternating variable local gradient method

中图分类号: 

  • TU 432
[1] 苏永华, 李诚诚. 强降雨下基于Green-Ampt模型的边坡稳定性分析[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 389-398.
[2] 余 国, 谢谟文, 郑正勤, 覃事河, 杜 岩, . 基于GIS的边坡稳定性计算方法研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(4): 1397-1404.
[3] 夏侯云山, 张抒, 唐辉明, 刘晓, 吴琼, . 考虑参数空间变异结构的结构化交叉约束 随机场模拟方法研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(12): 4935-4945.
[4] 唐洪祥, 韦文成. 耦合强度各向异性与应变软化的边坡稳定 有限元分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(10): 4092-4100.
[5] 代仲海,胡再强,尹小涛,吴振君,. 工程荷载作用下缓倾角反倾似层状岩质边坡变形稳定性分析[J]. , 2018, 39(S1): 412-418.
[6] 秦雨樵,汤 华,冯振洋,尹小涛,王东英, . 基于聚类分析的边坡稳定性研究[J]. , 2018, 39(8): 2977-2983.
[7] 朱彦鹏,杨晓宇,马孝瑞,杨校辉,叶帅华, . 边坡稳定性分析双折减法的几个问题[J]. , 2018, 39(1): 331-338.
[8] 聂治豹,郑 宏,张 谭. 基于强度折减法确定边坡临界滑面的小波变换法[J]. , 2017, 38(6): 1827-1831.
[9] 刘振平,杨 波,刘 建,贺怀建,. 基于GRASS GIS与TIN滑动面的边坡三维极限平衡方法研究[J]. , 2017, 38(1): 221-228.
[10] 蒋泽锋 ,朱大勇,. 强降雨条件下具有张裂缝边坡临界滑动场[J]. , 2016, 37(S2): 25-34.
[11] 薛海斌,党发宁,尹小涛,丁卫华,刘海伟,. 非稳定渗流条件下非饱和土质边坡稳定性的矢量和分析法研究[J]. , 2016, 37(S1): 49-56.
[12] 王 双,李小春,石 露,刘召胜,. 物质点强度折减法及其在边坡中的应用[J]. , 2016, 37(9): 2672-2678.
[13] 高如超,李春光,孙 聪,郑 宏,葛修润,. 考虑张剪破坏的边坡下限原理有限元法[J]. , 2016, 37(8): 2426-2432.
[14] 薛海斌 ,党发宁,尹小涛,雷 曼,杨 超,. 基于动力学和材料软化特性的边坡渐进破坏特征研究[J]. , 2016, 37(8): 2238-2246.
[15] 潘卓夫,金亮星,陈文胜,. 边坡稳定性分析改进的径向移动算法研究[J]. , 2016, 37(7): 2079-2084.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 王 刚,李术才,王明斌. 渗透压力作用下加锚裂隙岩体围岩稳定性研究[J]. , 2009, 30(9): 2843 -2849 .
[2] 刘恩龙. 岩土破损力学:结构块破损机制与二元介质模型[J]. , 2010, 31(S1): 13 -22 .
[3] 杨建民,郑 刚. 基坑降水中渗流破坏归类及抗突涌验算公式评价[J]. , 2009, 30(1): 261 -264 .
[4] 周 华,王国进,傅少君,邹丽春,陈胜宏. 小湾拱坝坝基开挖卸荷松弛效应的有限元分析[J]. , 2009, 30(4): 1175 -1180 .
[5] 叶 飞,朱合华,何 川. 盾构隧道壁后注浆扩散模式及对管片的压力分析[J]. , 2009, 30(5): 1307 -1312 .
[6] 罗 强 ,王忠涛 ,栾茂田 ,杨蕴明 ,陈培震. 非共轴本构模型在地基承载力数值计算中若干影响因素的探讨[J]. , 2011, 32(S1): 732 -0737 .
[7] 王云岗 ,章 光 ,胡 琦. 斜桩基础受力特性研究[J]. , 2011, 32(7): 2184 -2190 .
[8] 龚维明,黄 挺,戴国亮. 海上风电机高桩基础关键参数试验研究[J]. , 2011, 32(S2): 115 -121 .
[9] 汪成兵. 均质岩体中隧道围岩破坏过程的试验与数值模拟[J]. , 2012, 33(1): 103 -108 .
[10] 宋义敏 ,姜耀东 ,马少鹏 ,杨小彬 ,赵同彬 . 岩石变形破坏全过程的变形场和能量演化研究[J]. , 2012, 33(5): 1352 -1356 .