刚体极限平衡法

摘要： 在水运船闸工程设计中,重力式衬砌结构运用越来越多,目前船闸设计规范中对该结构的计算方法尚不够明确,通常为按照不考虑力矩平衡,仅考虑力的平衡的方式进行计算,规范中该结构对于地基承载力也没有具体要求。采用刚体极限平衡法对其进行分析,可建立结构与地基承载力之间的联系,亦可对结构的极限受力情况有所了解。对于其他基底面与该结构类似的复杂结构,也可以采用该方法计算。分析认为,该方法计算较为简单,可建立结构抗滑稳定安全系数与地基承载力之间的联系,也可分析结构的受力极限,为重力式衬砌闸室墙的计算提供参考。

摘要： 由于混凝土重力坝岸坡坝段的侧向稳定往往不易满足要求,《混凝土重力坝设计规范》SL319-2018取消了原规范“或采取其他结构措施”作为“确保坝体侧向稳定”的充分条件这一选项,混凝土重力坝侧向稳定计算也变得尤为重要。本文介绍了广西巴马县坡月水库工程三向荷载作用下的侧向抗滑稳定计算分析,采用刚体极限平衡法对简化后的坝段进行侧向稳定复核计算,并针对侧向稳定计算不满足规范要求的坝段采用了并缝灌浆,以解决岸坡坝段的侧向稳定问题。

摘要： 北坑水库坝型为面板堆石坝,大坝左岸基础存在10~30 m厚覆盖层及全风化凝灰岩,若采取全挖方案,开挖及坝体填筑工程量显著增大。工程实际情况,考虑利用坝基覆盖层及全风化岩体。采用有限单元法及刚体极限平衡法计算大坝及基础的稳定、应力变形,论证大坝基础保留方案的可行性及其他工程处理措施的必要性,相关成果为类似地区面板堆石坝设计提供参考。

摘要： 针对南方地区尤其是长江中下游地区旱涝急转现象发生频繁导致河道水位或库水位骤变,从而时有发生溃堤或垮坝事故的现象,基于非稳定-非饱和渗流理论,采用GEO Studio的SEEP/W模块分析了长江中下游地区某河道堤防在旱涝急转期堤防典型断面渗流场变化,并根据渗流计算分析结果,采用Bishop刚体极限平衡法分析了各典型时段下游坡稳定。计算表明,旱涝急转期堤防断面孔隙水压力上升,孔隙水压力等值线曲率增大,随着降雨的持续,堤防滑动面位置变化不大,但由于滑动体内孔隙水压力增大,边坡抗滑稳定安全系数呈逐步减小的趋势。

摘要： 巴基斯坦苏基克纳里(SK)水电站地下厂房位于高地震区,吊车梁采用岩壁吊车梁结构,设计中需考虑地震荷载。岩壁吊车梁设计采用刚体极限平衡法进行设计,结合地下厂房开挖支护措施,岩壁吊车梁第二排受拉锚杆采用预应力锚索,经现场监测,预应力锚索可有效地减小上部锚杆的拉应力,提高岩壁吊车梁的安全度。针对该电站岩壁吊车梁部分地段地质条件较差的问题,设计中采用了混凝土置换等措施进行加强锚固。通过现场运行表明,岩壁吊车梁体型及锚固措施设计是合理的。

摘要： 金沙江上游河谷两岸边坡地质复杂且属于地震高发带,研究边坡在地震作用下的稳定性有着重要的意义。对此,文章采用拟静力法和三维有限元法对某水电站右岸高边坡进行动力分析,同时运用三维刚体极限平衡法分析了可能滑动块体的安全性。结果表明,地震工况下该电站右岸边坡稳定性满足要求;岩质边坡的稳定性主要由软弱夹层控制;相较于强度折减法,三维刚体极限平衡法结果偏小。使用有限元法进行分析并搜索出不稳定块体,再利用刚体极限平衡法对块体进行稳定分析加以验证,具有指导性意义。

摘要： 江苏省连云港市某路堑岩质高边坡坡高近200 m,虽已采用喷锚支护,但因路堑边坡开挖面与原废弃采石场开挖面构成不利组合而产生了两面临空的高位三角体稳定问题,支护锚杆的实测轴力超过设计警戒值。为此,采用赤平极射投影法、刚体极限平衡法与原型监测相结合的方法进行研究。结果表明:(1)边坡三角体沿底滑面存在剩余下滑力,导致锚杆轴力超过设计警戒值;(2)在不利工况条件下,三角体将产生滑动破坏;(3)三角体主动滑面为顺倾向压性断层,被动滑面为厚度1.5~2.5 m的反倾绿泥石片岩,滑动破坏时,绿泥石片岩被切穿。

摘要： 开州湖特大桥跨越U型峡谷,开阳岸基岩为上硬下软的结构,不良地质较为发育,岸坡堆积体对大桥安全影响尤为突出。通过采用极射赤平投影、刚体极限平衡法,有限元法对开阳岸岸坡在不同工况下的稳定性进行分析评价,并对主墩位全清方案进行评估,得出堆积体处于欠稳定状态,且堆积体厚度大,主塔建设前需要进行工程处理;开阳岸主墩位(K36+640)在全清方方案下岩堆边坡中部,挖方量及开挖面大,施工易对两侧错落体顺河向造成扰动,岸坡变形较大,应加强防护。

摘要： 块体失稳在岩土工程中是一种常见的破坏形式,直接影响到地下结构的安全.在关键块体理论基础上,引入单元重构与聚合建模方法,自编程序实现关键块体的识别与定位,采用刚体极限平衡法计算块体安全系数评价块体稳定性.某水电工程地下厂房在无支护条件与系统支护条件下的块体分布及安全稳定性分析结果表明,厂区存在较多不稳定块体,对工程安全有一定危害;采用系统锚固支护措施后,关键块体的安全系数均有所提高.

摘要： 以西山坎区块边坡为研究对象,采用刚体极限平衡法和有限单元法,应用软件Geo-SLOPE/W中的Felenius、Morgenstern-Pric、Spencer、Janbu和Bishop计算模块,及有限元软件MIDAS GTS NX,分别进行天然工况和暴雨工况下的稳定性计算,对比分析各方法的差异点,作为边坡加固设计的依据.

摘要： 本文结合溪洛渡高拱坝三维非线性有限元仿真分析,对拱坝设计规范采用的坝肩稳定的刚体极限平衡法的基本机理和假说进行了探讨.提出了多重网格的概念和方法,将有限元的应力成果转移到任一滑面(平面或曲面)上,进而分析滑面的稳定状态,包括滑面的应力、屈服区及剪应力的分布及变化过程,并求出类似刚体极限平衡法的滑面安全系数和滑块体安全系数,从而对块体变形直至失稳的全过程进行了深入的探讨.

摘要： 刚体极限平衡法是边坡稳定计算的常用方法,目前计算边坡稳定的极限平衡方法有很多,各种方法假定条件不同,计算结果不同.摩根斯坦-普赖斯法(简称M-P法)使用较为广泛,目前M-P法求解有摩根斯坦-普赖斯原解、陈祖煜解、变形解,本文基于M-P法的思想,采用了传统的系数传递方法来求解稳定性系数k值,简称为M-P系数传递法.对比表明,M-P系数传递法和其他方法计算得到的稳定性系数k值较为接近,M-P系数传递法计算结果更为明确、精准.

摘要： 唐央滑坡位于卡基娃水库库区的近坝库段,其规模巨大,对电站工程存在一定的影响.针对边坡地形地质条件,变形特征及形成机制原因的研究,根据访问资料、地震情况、暴雨情况、前缘高程、滑坡坡面现状5个因素对滑坡的现状进行评价,定性分析库区蓄水以后滑坡整体仍将处于稳定状态,不会出现高速整体下滑.又采用刚体极限平衡法和FLAC三维定量计算定量进行了复核,定性、定量评价基本一致.

摘要： 向家坝水电站二期纵向围堰为碾压混凝土重力式围堰,结构上的特点是选用沉井作为围堰大坝上游段地基深厚覆盖层的处理方案,围堰与沉井联合挡水,为此围堰与沉井组成的联合体的抗滑稳定尤为重要.本文选取四种荷载组合工况,采用刚体极限平衡法和弹塑性有限元法对围堰联合体多折面建基面、多滑面浅层滑动面进行了抗滑稳定计算分析.两种计算结果表明,各围堰与沉井组成的联合体在四种荷载组合工况下抗滑稳定满足安全运行.

摘要： 以刚体极限平衡法为主,结合拱坝整体稳定数值分析及地质力学模型试验,对锦屏一级拱坝坝肩抗滑稳定进行了全面的计算分析与论证,刚体极限平衡法计算成果表明，锦屏一级拱坝坝肩抗滑稳定左岸整体上优于右岸。锦屏一级拱坝左岸坝肩抗滑稳定刚体极限平衡法计算成果满足规范规定的控制标准要求。右岸坝肩块体在考虑非优势结构面组合和最不利产状的两陡一缓极端滑移模式条件下，其最小抗滑稳定安全系数尚不能满足规范要求；但右岸坝肩稳定性应该与边坡稳定性结合在一起，不能完全用基于刚体极限平衡法的坝肩稳定控制标准来评价右岸坝肩的稳定性，而拱坝整体安全性分析成果和地质力学模型试验成果表明右岸坝肩具有较好的整体安全度。从地质因素及设计成果综合分析评价判断，右岸坝肩整体是稳定的。鉴于锦屏一级工程的重要性，目前对左、右岸抗力体采取了加强岩体表面防护和深部的防渗、排水、布置部分预应力锚索等综合处理措施，左、右岸坝肩稳定是有保障的。

摘要： 常规的刚体极限平衡法难以适应对高坝坝基、高边坡、大型地下洞室群等大型岩体工程稳定评价及加固措施分析，需要在变形结构分析的基础上开展稳定与加固分析，而这是岩土数值分析方法的一个核心难点。在回顾总结变形稳定的特点和难点的基础上，给出了复杂多自由度变形结构体系失稳的严格定义及其集合逻辑表述，以及加固力数学的表述和实质，发展了基于塑性余能及其变分的变形结构稳定性判剧，并以此为基础统一了基于结构势能二阶变分的稳定判据。完善了失稳结构的最小塑性余能原理，指出了失稳结构总体演化趋势，为新奥法施工原理、潘家铮最大最小原理奠定了严格理论基础。并将上述变形稳定理论应用于高坝坝基、高边坡、大型地下洞室群的稳定性评价。

摘要： 采用刚体极限平衡法评判重力坝坝基面抗滑稳定时,需要一个3.0左右的安全系数,其含义和合理性如何,一直困惑着工程界.本文根据有关对混凝土重力坝沿坝基面的失稳机理、稳定评价方法和安全度标准等研究成果,认为按目前设计准则设计的重力坝是安全的,可以消化各种不利因素的影响,有一定的安全储备;安全系数可由超载安全系数、结构的重要性系数、材料强度储备系数和结构应力分布系数等组成,坝基面应力分布对其承载能力影响很大,应该考虑.提出安全系数3.0是充分条件,而非必要条件;对坝基面的应力分布和基岩条件均较为理想的情况,经深入分析后,可以容许抗滑稳定安全系数小于3.0.

摘要： 目前三维稳定性系数计算中多采用基于三维条柱法的刚体极限平衡法和基于强度折减理论的有限元和有限差分等数值分析方法。分析了目前三维稳定性计算中仍存在的一些问题,在此基础上,提出三维刚体极限平衡法中计算滑动体的主滑方向的稳定性系数时,可将传统的二维条分法拓展到三维条带法,避免了三维条柱之间作用力假定的随意性。另外,还提出可用有限元应力积分矢量法计算三维问题主滑方向的稳定性系数。工程实例计算成果表明,采用的刚体极限平衡法和有限元应力积分矢量法的计算成果是一致的,均可用于岩质边坡稳定性的评价。对比平面和三维计算结果,因三维稳定性计算结果较好地反映了滑动体的空间效应,在边界条件、滑动面强度参数和计算工况相同的条件下,三维稳定性系数比二维稳定性系数普遍偏高。采用的三维不平衡推力传递系数法和有限元应力积分矢量法,计算过程简单,有较高的可信度,工程应用中有较高的参考价值。

摘要： 采用刚体极限平衡法和平面非线性有限元法、三维弹塑性有限元法、平面及三维块体元法对向家坝水电站坝基深浅层抗滑稳定问题进行全面分析和研究，并针对左、右泄水坝段坝基的不同特点，提出综合处理方案并予以验证计算。

摘要： 胶结颗粒料坝是中国学者首先提出的一种新型环保、安全、经济的筑坝方式,主要包括胶凝砂砾石坝、堆石混凝土坝、硬填料坝、对称梯形坝、胶结土坝等,目前在国内外已修建了数十座工程,取得了较好的效果.国际坝工界对该种坝型非常关注,国际大坝委员会已成立了胶结颗粒料坝专委会对该种坝型进行研究和推广.守口堡水库拦河枢纽工程采用该种坝型,为中国第一座该坝型永久工程.胶凝砂砾石坝采用碾压施工,因此层面稳定是坝体稳定的重要影响因素.目前,国内外对该问题的研究尚属空白.本文基于守口堡胶结颗粒料坝,采用实验室实测胶凝砂砾石层面参数,并参照碾压混凝土原位试验结果,选定层面稳定计算参数,采用刚体极限平衡方法分析了层面的整体稳定性,并利用直接约束算法,采用接触模型,计算了层面上表面及内部各点的抗滑稳定安全特性.计算表明:由于较大的坝体断面,即使在对冷缝缝面不作任何处理情况下直接铺筑,坝体层面抗滑稳定可满足工程要求.有限元法计算分析表明,在坝踵和坝趾局部范围内,单点的抗滑安全系数较低,尤其是较低高程层面,从提高安全性,尤其是减少层面渗漏对坝体长期安全性影响角度考虑,需对冷缝逢面进行处理.

摘要： 本发明公开了一种基于混合极限平衡法的涉水岸坡安全系数计算方法，根据地质勘察报告，制作相应岸坡剖面的岸坡坡体二维模型；根据土体分层情况，在岸坡坡体二维模型输入土体参数，建立岸坡土体模型；在岸坡土体模型基础上对每层土体进行有限元网格划分，根据水位边界条件计算岸坡有限元模型坡体内渗流场浸润线位置，计算岸坡有限元模型初始地应力场；根据计算工况定义荷载，计算有效应力的重新分布；根据岸坡有限元有效应力场数据，求取滑动位置；根据滑动位置，利用有限元极限平衡法计算坡体安全系数；根据滑动位置，利用静力极限平衡法计算坡体安全系数；综合计算结果，得到坡体安全系数。解决岸坡安全系数在复杂地质条件下的定量计算问题。

摘要： 本发明涉及一种基于条间法向力分布特征的边坡稳定性极限平衡计算方法，属于边坡稳定性技术领域。本发明针对传统极限平衡条分法在分析边坡稳定性时未考虑条间法向力分布形式，即不同推力线作用位置对安全系数的影响，在既有的极限平衡条分法基础上，进一步考虑条间法向力分布特征，即推力线作用位置的分布，提出的考虑条间法向力分布特征的改进极限平衡计算方法，运用本发明提出的改进极限平衡Spencer法计算深凹滑面结果发现，改进极限平衡法与传统极限平衡法在安全系数方面误差较大，误差值高达20％左右，本发明方法具有简便、可靠的特点，将为边坡稳定性分析提供更准确的结果，不仅可以提高工程安全性，而且能节省施工成本，提高工程经济效益。

摘要： 本发明公开了一种消除平衡悬架钢板弹簧刚体转动误差的载荷激励分析方法，其特征是通过对平衡悬架钢板弹簧总成进行道路测试，利用位移传感器分别检测平衡悬架钢板弹簧总成前后两端相对于车架的位移响应信号，采用时变频率的高通滤波方法消除平衡悬架钢板弹簧刚体转动误差，获得位移响应信号；在有限元软件中构建平衡悬架钢板弹簧的虚拟样机模型，计算虚拟样机模型在给定载荷作用下钢板弹簧总成的应力结果，针对获得的应力结果和位移响应信号计算平衡悬架钢板弹簧总成任意点处的应力与位移对应的关系。本发明方法能够消除随机载荷激励下平衡悬架钢板弹簧的刚体转动对其位移形变测试带来的误差，提高平衡悬架钢板弹簧可靠性评估准确度。

摘要： 本发明公开了一种基于混合极限平衡法的涉水岸坡安全系数计算方法，根据地质勘察报告，制作相应岸坡剖面的岸坡坡体二维模型；根据土体分层情况，在岸坡坡体二维模型输入土体参数，建立岸坡土体模型；在岸坡土体模型基础上对每层土体进行有限元网格划分，根据水位边界条件计算岸坡有限元模型坡体内渗流场浸润线位置，计算岸坡有限元模型初始地应力场；根据计算工况定义荷载，计算有效应力的重新分布；根据岸坡有限元有效应力场数据，求取滑动位置；根据滑动位置，利用有限元极限平衡法计算坡体安全系数；根据滑动位置，利用静力极限平衡法计算坡体安全系数；综合计算结果，得到坡体安全系数。解决岸坡安全系数在复杂地质条件下的定量计算问题。

摘要： 本发明涉及一种基于条间法向力分布特征的边坡稳定性极限平衡计算方法，属于边坡稳定性技术领域。本发明针对传统极限平衡条分法在分析边坡稳定性时未考虑条间法向力分布形式，即不同推力线作用位置对安全系数的影响，在既有的极限平衡条分法基础上，进一步考虑条间法向力分布特征，即推力线作用位置的分布，提出的考虑条间法向力分布特征的改进极限平衡计算方法，运用本发明提出的改进极限平衡Spencer法计算深凹滑面结果发现，改进极限平衡法与传统极限平衡法在安全系数方面误差较大，误差值高达20％左右，本发明方法具有简便、可靠的特点，将为边坡稳定性分析提供更准确的结果，不仅可以提高工程安全性，而且能节省施工成本，提高工程经济效益。

摘要： 本发明涉及一种自主平衡行驶自行车机械动力系统及其多刚体动力学模型，该机械动力系统包括：机械系统、电气控制系统，机械系统包括车体、后轮、前叉和前轮；电气控制系统包括工控机、直流电源和电子陀螺仪，前叉与车体连接处设有前叉尾迹调整装置，后轮设有伺服驱动电机，前轮设有方向调整伺服驱动电机，分别与通过总线与工控机连接；采用Kane法建立了自主平衡行驶自行车的多刚体动力学模型。本发明的有益效果是：为自主平衡行驶自行车的结构、参数优化和控制系统设计提供了可靠的理论依据；依靠多刚体动力学模型建立了自主平衡行驶自行车状态空间模型，基于速度函数的串级最优控制算法实现自行车自主平衡行驶。

摘要： 本发明公开了一种消除平衡悬架钢板弹簧刚体转动误差的载荷激励分析方法，其特征是通过对平衡悬架钢板弹簧总成进行道路测试，利用位移传感器分别检测平衡悬架钢板弹簧总成前后两端相对于车架的位移响应信号，采用时变频率的高通滤波方法消除平衡悬架钢板弹簧刚体转动误差，获得位移响应信号；在有限元软件中构建平衡悬架钢板弹簧的虚拟样机模型，计算虚拟样机模型在给定载荷作用下钢板弹簧总成的应力结果，针对获得的应力结果和位移响应信号计算平衡悬架钢板弹簧总成任意点处的应力与位移对应的关系。本发明方法能够消除随机载荷激励下平衡悬架钢板弹簧的刚体转动对其位移形变测试带来的误差，提高平衡悬架钢板弹簧可靠性评估准确度。

摘要： 本发明提出了一种三线扭摆法刚体动力学参数测试台，所述测试台包括测试台顶盘（11）、三根摆线（6）和托盘（4），其特征在于，所述测试台进一步包括三只力传感器（10）、配重块（5）以及托盘参考标识（14）；所述三只力传感器（10）分别位于三根摆线（6）的上端，并刚性固定于顶盘（11）的三个呈圆周均匀分布的上悬点上；所述托盘参考标识（14）是位于托盘上表面的位置标识。本发明的测试台通过配重块5和托盘参考标识的配合，确保三线摆测量的对心要求，保证了测量精度；可以快速地获得所加配重块相对于扭摆轴线的转动惯量，只需一次测量便可获知被测物体的定轴转动惯量。

摘要： 本实用新型公开了一种研究刚体平衡类型的趣味教具，属于教学用具领域，包括平台，平台上设有人形躯干，人形躯干与平台为两点接触，在人形躯干的两侧设有螺栓连接的手臂，手臂与人体躯干之间设有可调节的夹角，手臂端部连接有水平放置的平衡杆，在平衡杆的两端分别通过配重杆连接有配重。本实用新型可以在课堂上演示刚体的二种平衡类型：稳定平衡和不稳定平衡，生动形象，趣味性强。本实用新型结构简单，制作成本低，演示方便，演示可靠性强，外形美观，采用该教具具有较高的性价比和实用性。

摘要： 本发明涉及地下洞室围岩块体稳定分析领域，具体涉及一种融合刚体极限平衡法和有限元法的地下洞室块体稳定分析方法，极大地提高了对地下洞室块体稳定分析的准确性。技术方案包括：建立块体三维几何模型，采用刚体极限平衡法计算块体的安全系数，获得第一安全系数；建立块体三维有限元模型，在块体三维有限元模型上，考虑块体滑面的黏聚力和摩擦系数，以及重力、预应力合支护力、非预应力合支护力、地下水以及地震力，对各滑面上的单元节点的应力，再根据刚体极限平衡法计算块体安全系数，获得第二安全系数；比较第一安全系数与第二安全系数的大小，取较小值作为块体稳定安全系数。本发明适用于对地下洞室围岩块体的稳定性分析。