边坡稳定有限元强度折减分析方法研究与应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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柴军瑞，孙超伟 著

图书标签:

• 边坡稳定性
• 有限元分析
• 强度折减法
• 土力学
• 岩土工程
• 数值模拟
• 工程地质
• 安全评估
• 边坡工程
• 风险评估

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030547965

版次：31

商品编码：12273878

包装：平装

丛书名： 西北旱区生态水利学术著作丛书

开本：16开

出版时间：2017-11-01

页数：222

字数：270000

正文语种：中文

内容简介

《边坡稳定有限元强度折减分析方法研究与应用》研究有限元强度折减方法在边坡稳定分析中的应用。《边坡稳定有限元强度折减分析方法研究与应用》共8章，首先介绍有限元强度折减法的基本理论，包括边坡安全系数的定义方式、有限元方法模拟边坡的实现要点、Drucker-Prager 屈服准则下安全系数的转换问题和强度参数对边坡稳定性的影响程度；其次对现有边坡失稳判据进行对比分析和评价，提出基于边坡等效塑性应变分布的滑动面搜索方法；最后将有限元强度折减法进行具体应用，包括在涉水边坡稳定分析、Hoek-Brown 准则下岩质边坡的稳定分析、三维均质边坡的稳定分析及其空间效应分析中的应用。《边坡稳定有限元强度折减分析方法研究与应用》各章自成体系，内容不求全面、系统，力求在学术上具有引导性和启迪性；另外，《边坡稳定有限元强度折减分析方法研究与应用》的内容深入浅出，重点突出，并配有大量插图，读者能够迅速、准确掌握有限元强度折减法及其在边坡稳定分析中的应用。

目录

目录
序一
序二
序三
前言
第1章 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 边坡稳定性分析方法综述 2
1.2.1 边坡稳定分析的极限平衡法 2
1.2.2 边坡稳定分析的极限分析法 7
1.2.3 边坡稳定分析的有限元法 9
1.2.4 各种方法的综合比较和讨论 16
1.3 本书的研究内容 18
参考文献 20
第2章 边坡稳定性有限元强度折减分析方法 24
2.1 引言 24
2.2 边坡稳定安全系数的定义 25
2.2.1 强度储备安全系数Fs1 25
2.2.2 超载储备安全系数Fs2 26
2.2.3 下滑力超载储备安全系数Fs3 27
2.3 有限元法模拟边坡的实现要点 27
2.3.1 本构模型的选取 27
2.3.2 屈服准则的选取 30
2.3.3 流动法则和硬化规律的选取 31
2.3.4 大小变形假设的选择 33
2.4 有限元强度折减分析方法 33
2.4.1 强度折减系数定义与传统强度储备系数定义的关系 33
2.4.2 强度折减法的基本原理 34
2.4.3 强度折减计算中弹性参数的调整方法 36
2.5 边坡算例分析 38
2.5.1 均质边坡 38
2.5.2 非均质边坡 48
2.5.3 有下卧软弱层边坡 49
2.5.4 有软弱夹层的边坡 52
2.6 Drucker-Prager系列屈服准则间安全系数的转换方法 54
2.6.1 Drucker-Prager屈服准则 54
2.6.2 Drucker-Prager屈服准则间安全系数的转换 58
2.6.3 算例分析 61
2.7 强度参数对边坡安全系数的影响分析 62
2.7.1 计算模型和分析方案 63
2.7.2 黏聚力c的影响 64
2.7.3 内摩擦角φ的影响 65
2.7.4 关于黏聚力c和内摩擦角φ对安全系数的影响程度分析 66
2.8 本章小结 68
参考文献 69
第3章 边坡失稳判据的对比分析和评价 70
3.1 引言 70
3.2 有限元计算模型及边界条件 71
3.3 各种失稳判据的计算结果及分析 72
3.3.1 计算收敛性判据 72
3.3.2 塑性区贯通判据 73
3.3.3 位移突变性判据 75
3.3.4 动力学判据 80
3.4 失稳判据的对比分析和评价 83
3.5 本章小结 84
参考文献 84
第4章 基于边坡等效塑性应变分布的滑动面搜索方法 86
4.1 引言 86
4.2 基于等效塑性应变分布的滑动面搜索方法 86
4.2.1 滑动面的确定方法 86
4.2.2 任一点等效塑性应变的插值方法 87
4.2.3 对临界滑动面曲线的拟合 90
4.3 算例分析 90
4.3.1 算例1 90
4.3.2 算例2 92
4.4 多级滑动面的搜索 94
4.5 本章小结 95
参考文献 95
第5章 强度折减法在涉水边坡稳定分析中的应用 97
5.1 引言 97
5.2 非饱和非稳定渗流作用下边坡稳定性分析方法及数值实施 98
5.2.1 非饱和非稳定渗流理论 98
5.2.2 考虑基质吸力作用的强度折减法 99
5.2.3 非饱和非稳定渗流作用下边坡稳定性分析的数值实施 99
5.3 水位降落条件下的边坡稳定性分析 100
5.3.1 水位降落引起的三种非稳定渗流模式 100
5.3.2 水位骤降和缓降条件下的边坡稳定算例分析 100
5.3.3 非稳定渗流条件下的边坡稳定算例分析 103
5.4 水位降落条件下的边坡稳定性图表法研究 109
5.4.1 水位降落条件下的边坡稳定性影响因素分析 109
5.4.2 水位降落条件下的边坡稳定性图表 112
5.4.3 边坡稳定性图表的应用算例 115
5.4.4 边坡稳定性图表的验证 118
5.5 本章小结 119
参考文献 119
第6章 基于Hoek-Brown强度折减法的边坡稳定分析及图表法研究 121
6.1 引言 121
6.2 Hoek-Brown准则及其适用条件 122
6.2.1 广义Hoek-Brown准则 122
6.2.2 Hoek-Brown准则的应用条件 124
6.3 基于Hoek-Brown准则的瞬时等效Mohr-Coulomb参数研究 125
6.3.1 Hoek-Brown准则的法向应力和剪切应力的表达式 125
6.3.2 瞬时等效Mohr-Coulomb强度参数φi和ci的计算 127
6.3.3 瞬时等效Mohr-Coulomb强度参数计算公式的有效性验证 127
6.3.4 岩体材料特性对瞬时等效Mohr-Coulomb强度参数的影响 131
6.4 基于Hoek-Brown准则的强度折减法 134
6.4.1 基于Hoek-Brown准则强度折减法的程序实现 134
6.4.2 程序验证 134
6.4.3 算例分析 136
6.5 基于Hoek-Brown准则的岩质边坡稳定性图表法研究 140
6.5.1 Hoek-Brown准则下边坡安全系数与相关参数的理论关系 140
6.5.2 基于Hoek-Brown准则的岩质边坡稳定性图表 142
6.5.3 算例分析 152
6.6 本章小结 155
参考文献 156
第7章 三维均质边坡稳定分析及图表法研究 158
7.1 引言 158
7.2 三维边坡数值模型的建立 158
7.2.1 三维边坡计算模型 158
7.2.2 边界条件 159
7.3 典型算例分析 159
7.3.1 算例1 159
7.3.2 算例2 163
7.3.3 算例3 165
7.4 求解三维均质边坡安全系数的稳定性图表法 168
7.4.1 三维均质边坡的稳定性图表 168
7.4.2 稳定性图表的可靠性验证 170
7.4.3 算例应用 172
7.5 本章小结 174
参考文献 174
第8章 三维均质边坡空间效应分析及图表法研究 175
8.1 引言 175
8.2 三维均质边坡的滑体形态效应分析及图表法研究 175
8.2.1 分析方案 175
8.2.2 三维边坡的滑体形态效应影响因素分析 176
8.2.3 三维均质边坡的滑体形态效应计算图表 183
8.2.4 图表的可靠性验证 188
8.2.5 算例分析 189
8.2.6 关于考虑滑体形态效应影响界限的讨论 190
8.3 三维均质边坡的坡面形态效应分析及图表法研究 190
8.3.1 均质圆形凹凸边坡的计算模型和分析方案 190
8.3.2 三维边坡的坡面形态效应分析 191
8.3.3 均质圆形凹凸边坡的稳定性图表 193
8.3.4 稳定性图表的可靠性验证 193
8.3.5 算例分析 197
8.3.6 关于坡面形态适用范围的讨论 198
8.4 本章小结 199
参考文献 199

《边坡稳定有限元强度折减分析方法研究与应用》 本书深入探讨了边坡工程领域中一种重要的分析技术——有限元强度折减法。通过系统的研究和丰富的实例应用，本书为读者提供了全面而深入的理解，旨在提升边坡稳定性评估的精度和可靠性。 核心内容概述： 本书围绕有限元强度折减分析方法，从理论基础、模型构建、参数选取、计算流程到结果解释与工程应用等多个维度展开。 理论基础： 首先，本书系统梳理了边坡稳定性的基本概念，包括边坡失稳的机理、影响因素（如岩土性质、地下水、外荷载、地震作用等）以及传统的边坡稳定性评价方法（如极限平衡法）。在此基础上，详细阐述了强度折减法的基本原理，即通过逐步折减岩土体的抗剪强度参数（内聚力c和内摩擦角φ），直至边坡达到极限平衡状态，从而确定边坡的整体稳定安全系数。同时，本书也将有限元法的基本理论，如单元划分、节点位移、应力应变关系、边界条件施加等，与强度折减法相结合，构建起强大的数值分析框架。 模型构建与数值模拟： 本书重点介绍了如何利用有限元软件进行边坡建模。这包括： 几何建模： 如何根据实际地形地貌，准确构建边坡的三维或二维几何模型，考虑边坡坡度、坡高、平台、坡脚形态以及潜在滑动面等关键几何特征。 本构模型选取： 详细讨论了不同岩土材料的本构模型选择，例如Mohr-Coulomb模型、Drucker-Prager模型等，并分析了不同本构模型在模拟边坡行为方面的优劣。 单元类型与网格划分： 讲解了如何根据模型复杂度和分析精度要求，选择合适的单元类型（如三角形、四边形、六面体单元等）以及进行网格的细化与优化，以确保计算结果的准确性。 边界条件与荷载施加： 详细说明了如何正确施加边坡的边界约束条件（如固定边界、自由边界）以及各种外部荷载，包括自重、地表荷载、地下水位变化、地震波加载等，这些都对边坡的力学响应至关重要。 强度折减法的实施细节： 本书对强度折减法的具体计算流程进行了细致的阐述： 折减系数的确定： 详细介绍了折减系数的选取策略，如何通过迭代计算，找到一个特定的折减系数，使得在施加该折减系数后的岩土体强度下，边坡出现明显的塑性破坏迹象或产生不可接受的位移。 失效判据： 深入探讨了判断边坡失效的判据，例如，通过监测单元的塑性应变累积、应力状态达到屈服准则、位移达到临界值等。 安全性指标： 强调了强度折减法得到的安全系数的意义，以及如何根据不同的工程规范和实际需求，对安全系数进行解释和应用。 参数选取与灵敏性分析： 岩土体的强度参数是影响边坡稳定分析结果的关键因素。本书将重点指导读者如何根据地质勘察报告、室内外试验结果，合理选取岩土体的抗剪强度参数（c和φ）、重度（γ）以及泊松比（ν）等。此外，还将介绍进行参数灵敏性分析的方法，以评估不同参数变化对边坡安全系数的影响程度，从而识别关键控制参数。 结果解释与可视化： 有限元分析会产生大量的计算结果，包括位移场、应力场、塑性区分布等。本书将指导读者如何正确解读这些结果，并利用专业的后处理软件进行可视化呈现，如位移云图、应力云图、塑性区分布图等，以便更直观地分析边坡的破坏模式和薄弱环节。 工程应用与案例研究： 本书的另一大亮点在于其丰富的工程应用实例。通过对实际工程项目（如公路边坡、铁路边坡、堆土边坡、开挖边坡、滑坡治理边坡等）进行强度折减法分析，本书展示了该方法在不同类型边坡稳定性评估中的实际效果。这些案例将涵盖各种复杂的地质条件、水文地质条件和工程背景，并详细分析了分析过程、关键参数、计算结果及其与现场观测的对比，为读者提供宝贵的实践经验。 与其他方法的比较与优势分析： 本书还将对比有限元强度折减法与其他边坡稳定性分析方法（如极限平衡法、其他数值模拟方法）的优缺点，突出强度折减法在处理复杂地质条件、复杂边坡形态、非均质性岩土体以及考虑各种外部荷载（如地震）作用下的优势，强调其在精细化分析和工程决策中的重要作用。 本书的价值与读者对象： 本书适合岩土工程、土木工程、水利工程、地质工程等相关专业的本科生、研究生，以及从事边坡工程设计、施工、监测和评估的工程师、技术人员。通过阅读本书，读者将能够： 掌握有限元强度折减法的理论原理和计算方法。 熟练运用主流的有限元软件进行边坡稳定性分析。 提高边坡稳定性分析的精度和可靠性。 更好地理解边坡失稳机理和破坏模式。 为边坡的设计、加固和治理提供科学依据。 解决复杂工程问题，提升工程安全性和经济性。 本书力求内容详实、讲解清晰，结合丰富的工程实例，理论与实践并重，是一本集学术研究与工程应用价值于一体的专业书籍。

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我是一名刚踏入岩土工程领域的工程师，对边坡失稳的风险和监测充满了担忧。在工作中，我经常需要处理各种复杂的地形地貌，而边坡的稳定性是工程安全的关键。我之前接触过一些关于边坡稳定性的基础知识，但对于如何进行精确的定量分析，尤其是采用数值模拟的方法，感到有些力不从心。这本书的出现，恰好填补了我在这方面的知识空白。 我尤其对书中可能包含的“强度折减”这一概念感到好奇。我理解这是一种通过逐步降低岩土体强度参数来模拟边坡破坏过程的方法。我希望书中能够详细阐述强度折减法的基本原理，例如如何定义“折减系数”，以及它是如何与有限元分析结合起来，最终确定边坡的安全系数。我希望书中能提供清晰的步骤，让我能够理解如何运用这一方法来评估边坡的稳定性，并对潜在的失稳风险做出预测。此外，我也希望书中能提供一些实际工程案例，展示强度折减法在不同地质条件、不同边坡形态下的应用效果，从而让我能够更好地理解和掌握这项技术。

评分☆☆☆☆☆

我是一名工程技术爱好者，对各种先进的工程分析方法都充满好奇。虽然我并非专业的岩土工程师，但我对能够解决实际工程难题的科学方法有着浓厚的兴趣。在一次偶然的机会，我接触到了关于边坡稳定性分析的内容，并了解到传统方法的局限性。 当我看到这本书的标题——“边坡稳定有限元强度折减分析方法研究与应用”——时，我感到非常兴奋。我尝试去理解“有限元”和“强度折减”这两个概念。我推测，有限元方法是一种强大的计算工具，能够将复杂的边坡模型进行分解和分析；而“强度折减”则可能是一种更精妙的模拟边坡如何一步步走向失稳的方法。我非常期待这本书能够用通俗易懂的语言，对我这样的非专业读者进行解释，让我能够大致了解其原理。同时，我也希望书中能包含一些直观的图示和案例，能够让我看到这些复杂的数值模拟是如何转化为实际工程中的安全评估，并最终保障人民生命财产的安全。

评分☆☆☆☆☆

我是一名热爱钻研土木工程领域前沿技术的工程师，尤其对岩土工程中的数值模拟技术情有独钟。在工作中，我经常需要处理各种复杂的边坡工程项目，而边坡的稳定性评估是项目安全的关键环节。我一直认为，传统的边坡稳定性分析方法在处理复杂地质条件和非线性破坏机制方面存在一定的局限性。 这本书的标题——“边坡稳定有限元强度折减分析方法研究与应用”——立刻吸引了我的目光。我对于“强度折减”这一概念非常感兴趣，因为我了解到这种方法能够更精确地模拟岩土体在破坏过程中的应力应变行为，从而得到更为可靠的安全系数。我非常期待书中能够详细阐述有限元方法在边坡分析中的优势，特别是如何将强度折减法融入其中，以及如何进行数值求解。我希望书中能够提供丰富的工程案例，展示该方法在不同地质环境、不同工程类型边坡中的应用效果，并对计算结果进行深入的分析和解读，以帮助我更好地掌握和应用这项先进的技术。

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作为一名在工程咨询行业工作的资深工程师，边坡稳定性评估是我的日常工作之一。我深知，准确、可靠的边坡稳定性分析，不仅关系到工程的安全，更直接影响到项目的经济效益。我曾尝试过多种边坡分析方法，包括传统的极限平衡法和一些基础的数值分析软件。然而，面对日益复杂的地质条件和日益严苛的安全标准，我感到需要更深入、更精确的分析工具。 这本书的出现，让我看到了提升我工作效率和分析精度的希望。我对“有限元强度折减分析方法”这一概念非常感兴趣，因为它似乎能够更全面地模拟边坡在加载过程中的变形和破坏机理，而不仅仅是求一个宏观上的安全系数。我希望书中能详细介绍这种方法的理论基础，它与传统方法的区别和优势，以及如何通过数值模拟来预测边坡在不同工况下的行为。我特别期待书中能提供丰富的案例研究，能够展示该方法在不同类型的边坡（如高边坡、软土边坡、复杂地质条件的边坡等）上的应用，并详细说明如何解读分析结果，为工程决策提供有力依据。

评分☆☆☆☆☆

我是一名对工程数值模拟技术充满好奇的在校研究生，尤其关注其在土木工程领域的应用。在学习过程中，我接触到了有限元方法，并对其强大的问题求解能力印象深刻。然而，在学习边坡稳定性分析时，我发现传统的分析方法在处理复杂地质界面和应力分布不均等问题时存在一定的局限性。因此，我一直在寻找能够更深入、更精确地模拟边坡行为的数值方法。 这本书的标题——“边坡稳定有限元强度折减分析方法研究与应用”——恰好满足了我的兴趣。我非常期待书中能够详细阐述有限元方法如何应用于边坡稳定性分析，特别是“强度折减”这一核心概念。我希望书中能深入解析强度折减法的理论原理，例如如何通过迭代计算来模拟岩土体强度的逐步降低，以及如何确定边坡的破坏准则和安全系数。同时，我也希望书中能够提供一些具体的算例，展示如何利用有限元软件（例如ABAQUS、ANSYS等）进行建模和分析，并对计算结果进行科学的解释，从而帮助我更好地理解和掌握这一先进的分析技术。

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我是一名热衷于钻研岩土工程技术细节的工程师。对于边坡工程，我始终认为，精确的数值分析是理解其行为的关键。我接触过不少关于边坡稳定的书籍，但大多侧重于宏观的稳定性判别方法，或者仅仅是软件操作指南，而真正能够深入剖析核心算法和理论精髓的书籍却不多见。这本书的标题“边坡稳定有限元强度折减分析方法研究与应用”让我眼前一亮，特别是“强度折减”这一关键词，正是我一直在寻找的能够更精确描述边坡破坏过程的途径。 我希望这本书能够详细阐述有限元方法在处理边坡复杂变形和破坏机制方面的优势，特别是强度折减法如何能够更有效地模拟岩土材料的非线性行为和渐进性破坏。我期待书中能够详细介绍强度折减法的理论基础，例如如何通过逐步降低土体强度参数来求解边坡的极限平衡状态，以及如何定义和计算安全系数。我更希望书中能够深入探讨各种影响边坡稳定性的因素（如孔隙水压力、应力路径、岩土体各向异性等）如何在强度折减分析中得到体现，以及这些因素对安全系数计算的影响。如果书中能提供一些关于数值模拟结果验证的讨论，或者与其他分析方法的比较，那将对我理解和应用这一方法有很大的帮助。

评分☆☆☆☆☆

作为一名在高校从事岩土工程研究的学者，我一直在关注能够推动学科发展的创新性方法。边坡稳定性的研究一直是岩土工程领域的重要课题，而数值模拟方法，特别是有限元方法，因其处理复杂边界条件和非线性问题的能力，已经成为研究的主流。然而，如何更精确地模拟边坡的破坏过程，并从中得出可靠的安全系数，仍然是一个值得深入探讨的问题。 这本书的标题“边坡稳定有限元强度折减分析方法研究与应用”正是我所关注的焦点。我期待书中能够提供对强度折减法原理的深入剖析，包括其理论基础、数学模型以及与有限元方法的结合方式。我希望书中能够详细介绍强度折减法的求解流程，以及如何通过这种方法来模拟边坡的渐进性破坏，并计算出其临界状态下的安全系数。此外，我也非常关注书中是否能提供一些原创性的研究成果，例如对不同强度折减算法的比较研究，或者对影响强度折减分析精度的关键因素的探讨。一个高质量的研究型著作，能够为我未来的研究提供新的思路和方向。

评分☆☆☆☆☆

这本书的出现，对我而言，无疑是在原本可能略显单调的学术书架上添上了一抹亮色。我一直对工程力学，尤其是岩土工程领域的数值模拟方法深感兴趣，而有限元方法（FEM）以其强大的处理复杂几何和边界条件的能力，更是我关注的焦点。当我在书店的科技类图书区域偶然翻阅到这本书时，其标题——“边坡稳定有限元强度折减分析方法研究与应用”——立刻抓住了我的眼球。 我是一个对理论推导和实践应用都同样重视的读者。在翻阅这本书时，我最期待的是能够看到严谨的理论框架和清晰的数学推导，能够深入理解强度折减法的原理，以及它如何被巧妙地融入到有限元模型中。我希望能看到作者是如何将非线性应力-应变关系，以及破坏准则（如Mohr-Coulomb准则）通过有限元离散化，最终求解边坡的极限承载能力。同时，我也非常关注书中是否能提供详细的算例分析，从模型的建立、网格的划分、本构模型的选择，到荷载和边界条件的施加，再到结果的解释，能够一步一步地指导读者如何运用这一方法来解决实际问题。我希望这本书不仅仅停留在理论层面，而是能够真正帮助我解决工作中遇到的边坡稳定性评价难题。

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作为一个在高校从事岩土工程教学多年的教师，我一直在寻找能够兼具理论深度和实践指导意义的优秀教材。我的学生们在学习边坡工程时，常常会遇到理论抽象、不易理解的困境，尤其是在接触到数值分析方法时。这本书的标题“边坡稳定有限元强度折减分析方法研究与应用”立刻引起了我的注意，我看到了它为解决这些教学难题的巨大潜力。 我期待这本书能够提供系统、清晰的理论讲解，能够详细阐述有限元方法在边坡稳定性分析中的应用原理，特别是强度折减法的核心思想和数学模型。我希望书中能够深入剖析强度折减法的求解过程，包括如何定义和计算安全系数，以及各种影响因素（如地下水位、降雨、地震等）是如何在模型中体现的。更重要的是，我希望书中能提供丰富的、具有代表性的工程案例，这些案例能够涵盖不同地质条件、不同边坡类型、不同施工工艺下的边坡问题，并且能够详细展示如何使用有限元软件进行建模、分析和结果解读。如果书中还能提供一些关于结果验证和不确定性分析的讨论，那将是对教学极有价值的补充。

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我是一名热爱阅读工程技术书籍的工程师，一直以来都对能够解决实际工程难题的创新方法抱有浓厚的兴趣。在我的职业生涯中，我处理过不少与边坡稳定相关的项目，也深知其复杂性和挑战性。我尝试过多种分析工具和软件，但总觉得在模拟边坡真实破坏过程方面，还有进一步提升的空间。 这本书的标题“边坡稳定有限元强度折减分析方法研究与应用”引起了我的高度关注。我对“强度折减”这一方法论非常感兴趣，因为它似乎能够更细致地模拟岩土材料在失稳前的渐进性破坏行为，而不是简单地计算一个总体的安全系数。我期待书中能够提供清晰的理论框架，详细阐述有限元方法如何与强度折减法相结合，从而构建出更为精密的边坡稳定性分析模型。我也非常看重书中是否能够提供实际的工程案例，通过具体的项目实践来展示该方法的优越性和适用性，使我能够从中学习到如何将其有效地应用于我的工作中，为工程设计提供更可靠的科学依据。