極限平衡理論的案例
使用Geometry建立三維極限平衡邊坡模型
geometry import 'surface.dxf'block create brick 500 6500 -500 5500 -1000 3000
Itasca幾何數據交換文件---Geometry Files
建立更真實的數值模型：FLAC3D導入地形圖 (1)
建立更真實的數值模型(2)：FLAC3D與曲面地形的集成
三維模型也可以直接使用表面測量坐標建立，例如在【帶有軟弱夾層(Weak Layer)的三維采礦邊坡穩定性分析(3D Open Pit Analysis)和三維極限平衡巖石邊坡穩定性分析流程(PLE) [兩種地層+一個軟弱滑動面]中，通過輸入地層和邊坡的坐標(xls文件)建立了三維模型。
2 模型建立
一個采礦邊坡由三層材料組成，如下圖所示。第一層是石灰巖，第二層是礦石，第三層是砂巖。
(1) 為了建立三維模型，首先輸入邊坡的表面，這個表面是stl文件，Geometry>Import/Export>Import Geometry...，在導入stl文件后，需要進行后處理工作，來找出和修正stl文件的缺陷(Find and Repair Defects)，這是因為不是每一個stl文件都滿足系統的要求。
使用同樣的步驟輸入兩個dxf文件，這兩個dxf文件是材料的界面。
(2) 產生外部體積(create external volume)。上面輸入的均為表面，需要把表面轉變為具有邊界的計算模型，其實就是把最低的表面向下拉伸，使用Geometry>Create External From Surface命令完成。
(3) 切割計算模型。這是一個布爾操作，把外部體積邊界與材料表面邊界相交形成計算模型。
展開 巖石邊坡工程課程---圓形破壞[極限平衡法(Limit Equilibrium Method)] (C11)
巖石邊坡工程課程---平面滑動(Planar Sliding/Wedge)穩定性分析(C7)
巖石邊坡工程課程---楔形滑動(Wedge Sliding)分析(C8)
巖石邊坡工程課程---傾倒破壞(Toppling Failure)分析(C9)
巖石邊坡工程課程---巖石崩落分析(Rockfall Analysis) (C10)
邊坡的整體破壞(global failure)分析需要使用數值方法，最典型的有三大類方法：極限平衡法，極限分析法和各種各樣的數值模擬法，極限分析法和數值模擬法(FEM,BEM，DEM等)超出了本課程的范圍，在此我們只討論極限平衡法(Limit Equilibrium Method, LEM)。
2 LEM的特點
歷史上，極限平衡法與圓形破壞緊密地聯系在一起，這是由于極限平衡法最初是在土力學領域提出的，而土邊坡的破壞形式大部分近似于圓形破壞，如下面視頻所示的土壩破壞。
從巖土工程視角看本周美國水壩的損壞
不過這不意味著破壞面是個真正的圓弧。隨著計算理論的不斷發展和改進，現在極限平衡法能夠處理折線形的破壞面，因而為分析巖石邊坡穩定性提供了新的途徑，例如【使用BLOCK算法搜索邊坡的最小滑動面。】極限平衡法的優點是計算速度快，操作簡單，結果直觀，因而深受實踐的巖土工程師的喜愛。極限平衡法的缺點是預設了破壞面，不考慮巖土體的應力應變關系，因而只能求出安全系數，不能得到位移。
全面回顧極限平衡法的歷史不是本筆記和本課程的目的，主要原因是：(1) 學時所限(僅2個學時); (2) 工程應用。對于大多數實踐的巖土工程師來說，明白極限平衡法的分析思路即可，不必去追求細節，雖然不同假設(下面具體討論)計算出來的安全系數略有不同，但fos=1.51和fos=1.49對于工程設計來說沒有任何差異。
展開 露天礦三維邊坡極限平衡穩定性分析
1 引言
二維極限平衡穩定性分析是巖土工程實踐中最常用的分析方法。隨著計算技術的不斷發展，三維極限平衡穩定性逐漸被引入到實踐中，從而能夠分析更復雜的幾何形狀以及更復雜的破壞機理【三維極限平衡巖石邊坡穩定性分析流程(PLE) [兩種地層+一個軟弱滑動面]】。本文介紹了一個露天礦的三維極限平衡邊坡穩定性分析，特別強調了巖體各向異性對邊坡穩定的影響。
2 模型
該露天礦邊坡高度340米，整體邊坡角為38°，使用Leapfrog【更新Leapfrog Geo---3D地質模擬(塊體模型)；塊體模型(Block Model)的產生、輸入和轉換】導入幾何模型，主要的材料有四種，如下圖所示。
這四種材料分別使用了四種不同的強度模型：
(1) Generalized Hoek-Brown;
(2) Mohr Coulomb;
(3) Anisotropic Strength;
(4) Generalized Anisotropic
3 3D分析
分析方法使用了Janbu Simplified和Spencer方法。Janbu Simplified給出了安全系數的下限值，Spencer方法同時考慮了力和力矩的平衡。為了尋找出最優的滑動面，滑動面使用橢球體(Ellipsoid)，搜索方法使用布谷鳥搜索方法【臨界滑動面的搜索算法---布谷鳥搜索(Cuckoo Search)】，同時啟用SAO優化。
結果顯示：Janbu Simplified方法得出的FOS=1.331; Spencer方法得出的FOS=1.37。
為了便于比較，使用截面創建器創建一個3D模型的2D斷面，然后進行二維極限平衡分析。結果顯示： Janbu Simplified方法得出的FOS=1.2，而Spencer方法得出的FOS=1.24。
展開 HYRCAN---一個免費的邊坡穩定性分析框架(極限平衡法LEM)
HYRCAN與SLIDE的原理一樣，都是利用極限平衡法LEM求解邊坡穩定性的安全系數。但HYRCAN與SLIDE的不同之處在于SLIDE是商業性軟件，必須花錢購買才能使用，而HYRCAN是一個半開源的免費軟件，重要的是HYRCAN提供了一種現代巖土工程軟件開放的設計框架，用戶可以充分發揮自己的才能來改進軟件自身的功能，包括用戶界面。因此通過這個訓練，一方面可以增強學生的專業技能，熟悉和鞏固邊坡穩定性的分析方法，另一方面，也可以滿足“創新”要求，學生可以充分發揮自己的專業知識擴充程序現有的計算能力。這個筆記簡要描述了HYRCAN的相關開發背景。
2 HYRCAN簡介
HYRCAN是Mikola博士在2020年疫情大流行期間開發的一個類似于SLIDE的邊坡穩定性分析軟件。Mikola博士2012年畢業于加州大學伯克利分校(University of California at Berkeley), 他是一位非常天才的巖土工程師和軟件工程師，畢業后先在 Jacobs Engineering---一個國際知名的土木工程咨詢公司工作，2018年加入WSP USA工作(WSP 于2020年收購了國際知名的巖土和環境工程咨詢公司Golder Associates)。Dr. Mikola在工作之余，開發了許多免費的巖土工程工具軟件，例如DXF到UDEC的轉換，有限元分析，工程巖體分類，巖石楔形破壞分析，巷道支護等。
HYRCAN是一個二維邊坡穩定性程序，用于評估土或巖石邊坡圓形破壞面的安全系數或破壞概率。HYRCAN可以快速而容易地創建和分析復雜的模型，能夠模擬外部荷載、地下水和支護。
目前HYRCAN的功能雖然還沒有SLIDE強大，但是已經實現了SLIDE最主要的功能。
展開 
三維極限平衡巖石邊坡穩定性分析流程(PLE) [兩種地層+一個軟弱滑動面]
1 引言
隨著計算技術的發展，三維極限平衡分析越來越受到巖土工程師的歡迎。目前，在工業界有三個備受關注的3D LEM分析軟件：(1) SLIDE3---它是SLIDE2的三維版本，SLIDE3的專長是采礦巖石力學，因此對于分析巖石工程邊坡，特別是采礦工程邊坡SLIDE3是最好的選擇; (2) Fracman---Fracman的專長是離散斷裂網絡，因此如果要分析巖體的隨機斷裂(包括巖橋破壞)和巖石邊坡穩定性, Fracman提供了非常優秀的功能; (3) Plaxis LE(PLE 3D)---PLE 3D是PLE 2D的3D擴展，PLE的專長是非飽和土力學，因此如果要研究土體邊坡的穩定性，PLE 3D是最佳選擇。這個筆記通過一個巖石邊坡的穩定性分析簡要描述了PLE 3D的工作流程，模型包括兩個不同性質的地層和一個軟弱滑動面。
2 分析步驟
盡管三維極限平衡分析與二維極限平衡分析的基本原理相同，但3D分析比2D分析的操作過程要復雜得多。為了進行三維邊坡穩定性分析，使用下面的通用步驟: (1) 產生模型(Create model); (2) 分析設置(Specify analysis settings); (3) 輸入幾何形狀(Enter geometry); (4) 輸入材料屬性(Apply material properties); (5) 設置搜索方法(Specify search method); (6) 分析模型(Analyze model); (7) 查看結果(Results)。
展開 突破理論極限：我國提出超靈敏納米探測新技術！
而目前，靈敏度最高的光學傳感器可檢測10納米的微粒，已逼近理論極限。
近日，湖南師范大學教授景輝，提出了一種突破靜態腔探測理論極限的新方案，利用旋轉環形光學微腔，可使靈敏度達到目前最好的靜態腔的3倍，從而探測到更小的納米顆粒。這一結果日前發表在美國光學學會的旗艦期刊《光學》上。該工作不僅對靈敏探測技術有明顯實用價值，也為研究新型旋轉腔人工量子器件技術開辟了道路。
根據光學傳感器工作原理，當微粒靠近傳感器時會影響其中光的傳播，進而影響光輸出。通過在輸出端探測光學輸出的變化，就可實現微小粒子的檢測。不過，越小的微粒，引起的光學輸出變化越弱，越不容易被探測。目前實驗學家已通過抑制光學耗散或減小傳感器體積等方法來提高靈敏度，但受光耗散或器件體積不可能無限減小的限制，這些技術方案存在探測的理論極限。
景輝的這一旋轉光學微腔方案，開拓性地提出了利用相對論薩格納克效應，突破靜態光學腔量子探測的理論極限。相對于靜止的光學傳感器，這種不依賴光學耗散或器件體積，僅依賴機械轉速的旋轉腔傳感器可顯著增強微粒對光的影響，放大光學輸出的變化，進而突破量子探測理論極限，實現超高靈敏度探測
來源：科技日報；記者俞慧友
展開 OLED | 韓國團隊開發出超越理論極限的高色純度藍光材料
CINNO Research產業資訊，慶尚國立大學自然科學學院化學系金允熙教授團隊1月17日宣布稱，與首爾大學材料工程系金長柱教授團隊共同合作，開發出突破基于蒽衍生物的藍色熒光有機發光二極管(OLED)的理論極限的高色純度高效藍色OLED。
根據韓媒新亞日報報道，此次研究是在韓國研究財團中堅研究人員支援事業及三星顯示的共同支持下進行的。
這項研究打破了熒光OLED的理論效率的界限，在材料領域著名國際學術雜志《Advanced Materials》1月7日版上作為封面論文(Inside Front Cover)出版。
目前商業化的OLED材料在綠色和紅色的情況下使用高效熒光材料(內部量子效率100%)，而藍色則由于色純度等問題，而使用效率相對較低的熒光材料(內部量子效率25%)。
在最近的熒光材料中，也有各種研究試圖通過消滅三重項-三重項來獲取三重激發子，提高藍色熒光效率。
此次研究通過將重新設計的蒽衍生物衍生物制成效率提升層的元件結構，實現了50%超越理論限值發光激發子生成比例(40%)，成功研制出高效高色純度藍色OLED。研發高色純度高效率的熒光OLED是目前商業化最急需解決的課題之一，此次研究成果有望為藍色熒光OLED領域的發展做出重大貢獻。
展開 基于ANSYS APDL的邊坡穩定性研究
0 前言
傳統對邊坡穩定性研究的方法主要有：極限平衡法，滑移線場法等，這些以極限平衡理論為基礎的分析方法沒有考慮土體內部的本構關系，無法對土體的破壞與發展過程進行分析，也無法對巖土和支護結構進行共同考慮，安全系數的求解假設過多。而邊坡的數值分析方法主要考慮土體的應力－應變關系，克服了完全不考慮土體本身應力－應變關系的極限平衡法中的缺點，為邊坡穩定性的正確和準確的分析提供概念。邊坡穩定性數值分析的方法有很多種，主要有有限元法（包括有限元滑面搜索法和有限元強度折減法）、自適應有限元法、離散元法、拉格朗日元法、界面元法等。有限元強度折減法可以考慮復雜邊坡計算，考慮巖土的彈塑性本構關系，能夠模擬失穩過程，得到準確的安全系數，并為邊坡加固作指導，因此本文采取有限元強度折減法來分析邊坡的穩定性。
強度折減法，顧名思義，簡單來說就是通過降低強度參數來得到結構達到極限破壞狀態的方法。對于邊坡穩定先分析，具體解釋為：通過修改邊坡巖石的材料參數，不斷降低巖土的抗剪強度參數，直到邊坡達到極限破壞狀態。邊坡巖土的抗剪強度參數主要是粘聚力с和內摩擦角，折減時粘聚力c直接除以折減系數Fzj得到新的粘聚力；相應地，內摩擦角的正切值除以折減系數Fzj得到新的內摩擦角的正切值，繼而求得內摩擦角的大小。將得到新的作為新的巖土材料參數再進行計算，通過不停地折減巖土強度參數，反復計算，直到達到相應的失穩條件，即失穩判據。
ANSYS有很好的二次開發功能，采用APDL二次開發語言可以進行參數化建模和分析，有利于多模型的計算。本文的邊坡穩定性分析采用折減強度法進行仿真分析，為了更加方便地的計算，本文也采用APDL二次開發參數化計算，這樣可以節省大量的前處理時間。
展開 機載LiDAR在滑坡識別中的應用
已有勘查資料表明,緩傾地層滑坡的滑帶土內摩擦角一般遠大于滑動面傾角,按傳統極限平衡理論,應較難發生滑動,但在西南地區,較大規模的緩傾地層滑坡卻時有發生。這一問題引發國內外研究人員廣泛關注,近年來,陸續有學者從不同視角對其主要特征、形成條件、致災機理、誘發因素與變形破壞過程等展開研究[1?-3,5????-10],取得了一系列顯著成果,并在主要誘發條件為降雨、滑坡后緣普遍存在拉裂槽等方面達成基本共識。然而,相較于理論發展,該類災害識別手段目前較單一,以人工地面巡、排查為主,效率低下[11]。
得益于近年來遙感技術的發展,特別是我國國產遙感衛星數量不斷增多,地面分辨率持續提升,歷史存檔遙感數據愈加豐富,光學衛星遙感技術已成為識別地質災害最有效的手段之一[12],在四川茂縣疊溪鎮新磨村滑坡等重大地質災害應急處置工作中發揮了顯著作用[13]。但就緩傾地層滑坡而言,由于受西南地區環境地質條件所限,災害源區往往植被茂密、地形復雜,加之緩傾地層滑坡類型特殊,常規滑坡災害遙感識別標志的建立,特別是植被下拉裂槽的有效判識尤為困難。而在當前降水加劇、極端氣候事件頻發的背景下[14],可預見未來由集中降水誘發緩傾地層滑坡劇滑,進而造成突發性地質災害事件將持續出現,基于光學遙感的傳統技術手段已難完全滿足當前西南山區防災減災的迫切需求。
機載激光雷達(light detection and ranging, LiDAR)作為一種利用激光對地表三維坐標信息進行采集的新型遙感技術,將激光測距、衛星定位和慣性測量等進行有效集成[15],不但能夠提供高分辨率、高精度的地形地貌影像,同時通過多次回波技術穿透地面植被,利用濾波算法有效去除地表植被,獲取真實地面的高程數據信息[16]。
展開 