基于非线性准则的三维土坡稳定性拟动力分析 English Version
Pseudo-dynamic analysis of three-dimensional soil slope based on nonlinear criterion
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摘要: 线性强度准则被广泛应用于描述岩土材料的抗剪强度,但研究表明几乎所有岩土材料的强度包络线都具有非线性特性。此外,边坡失稳往往受不利自然因素的影响,特别是地震活动频发的区域。因此,本文基于极限分析上限法,提出了一种非线性强度准则下三维土坡抗震稳定性分析方法,采用多切线法分段逼近幂律强度准则包络线,以考虑土体强度非线性。同时,引入一种新的三维多锥破坏机制来适应非线性幂律准则。采用修正拟动力法对地震荷载进行表征,考虑土体阻尼特性且不违法边坡表面零应力边界条件。根据功-能平衡方程,推导了两种评价边坡稳定性的指标,并结合遗传算法和序列二次规划算法寻找最优解。通过与已有文献比较,验证了所提方法的有效性和准确性。进一步的参数化研究揭示了土体强度非线性、地震作用和土体三维几何特性对边坡稳定性的影响。Abstract: The linear strength criterion is widely used to describe the shear strength of geotechnical materials, but studies have shown that almost all strength envelopes of geotechnical materials have nonlinear characteristics. In addition, slope instability is often influenced by adverse natural factors, especially in areas of frequent seismic activity. Therefore, based on the upper bound method of limit analysis, a seismic stability analysis method of three-dimensional (3D) soil slopes under nonlinear strength criterion is proposed in this paper. The multi-tangent method is used to approximate the envelope of the Power-Law strength criterion to account for the nonlinearity of the soil strength. And a new 3D multi-cone failure mechanism is introduced to describe the nonlinear Power-Law criterion. The modified pseudo-dynamic method is used to characterize the seismic load, which does not violate the zero-boundary condition and considers the damping properties of geomaterials. According to the work- energy balance equation, two measures for evaluating slope stability are derived, and the optimal solution is found by combining genetic algorithm and sequential quadratic programming algorithm. By comparing with the existing literature, the effectiveness and accuracy of the proposed method are verified. Further parametric studies reveal the influence of soil strength nonlinearity, seismic action and 3D geometric characteristics of soil on slope stability.
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