考虑地面径流动水作用的浅层斜坡稳定性分析

在研究降雨与浅层边坡稳定性时,多考虑降雨入渗造成岩土体基质吸力的减小、孔隙水压力的变化、地下水位的上升以及水对岩土体的软化、劣化效应,却忽略了地面径流动水作用。基于此,引入Navier-Stokes方程描述坡面径流,引入Brinkman-extended Darcy方程描述土体渗流,建立非线性数学模型,推导出坡面径流及土体渗流流速分布,求解出流固界面拖曳力。然后利用刚体极限平衡理论对径流状态下浅层边坡的稳定性进行分析,最后通过实例讨论坡面径流高度、土层厚度、土体强度及边坡倾角对稳定系数的影响,量化地表径流拖曳力效应对浅层边坡稳定性的贡献。结果表明:拖曳力作为一种不利因素,将随着径流高度的增加而增大,当边坡处于临界稳定状态时,较小拖曳力将对边坡稳定产生决定性的影响;斜坡稳定系数对斜坡土层厚度较为敏感,当土层厚度较薄(h=1m)时,坡面径流对斜坡稳定性具有较强的控制作用,坡面径流对斜坡稳定系数的影响达到11.3%;当土层厚度增加到5m时,坡面径流对斜坡稳定系数的影响降到3.3%。     

承台对桩基础p-y曲线及水平土体抗力系数的影响分析

为了研究承台影响下桩基础p-y曲线以及水平土体抗力系数的变化规律,基于三维快速拉哥朗日分析软件FLAC~(3D),建立了桩-土-承台相互作用模型。通过这一数值模型,对不同承台大小、不同长度的单桩在不同的侧向荷载作用下的情形进行了数值模拟。根据数值模拟的结果,分析了桩侧土体的侧向抗力和桩基础的p-y曲线。结果表明:承台的尺寸大小会影响桩基础p-y曲线的变化规律,引起土体对桩基础的侧向反力的变化;对于不同长度的桩,土体对桩基础的侧向承载能力随着承台尺寸的增大而不断提高,此规律对不同长度的桩都具有适用性;承台会影响单桩的最大侧向抗力的位置,且在达到极限荷载时,承台对土体的影响主要局限在桩体长度的第一个1/4深度区域内;对于无承台的桩基础,除反弯点与桩底端位置外,水平抗力系数基本与K法吻合;随着承台的增大,抗力系数的总体变化趋势不变,但在桩底端处的抗力系数会变为0,与不考虑承台作用时的结果差别较大。研究结果对桩-土-承台系统在侧向荷载作用下的设计提供了一些有价值的参考依据。     

缓倾顺层岩质边坡病害成因数值分析及处治对策研究

针对永宁高速公路的边坡病害,以石壁滑坡为依托,采用数值分析法,对缓倾顺层岩质边坡受主控结构面影响的沿基岩面的平面变形进行数值定量分析,其主要变形模式为岩体的拉裂滑移破坏。其病害是由于坡体不利结构面存在、工程开挖破坏坡脚和大气降雨所致。同时结合极限平衡法反分析,对滑坡各阶段的稳定系数及加固措施进行计算,结果表明,治理措施满足工程实际与规范的要求。     

无黏性有限土体主动土压力的计算分析

经典土压力理论均建立在半无限土体假定的基础之上，然而对于有限土体一般沿用经典土压力理论，这将与实际情况存在较大差异。通过对有限土体进行完整的受力分析，建立有限土体土压力计算模型，基于极限平衡理论及平面滑裂面假定，考虑了既有建筑地下室与有限土体间的相互作用力，建立无黏性有限土体主动土压力计算公式，推导出无黏性有限土体主动土压力系数表达式，并与数值模拟结果进行对比分析，该公式的计算结果与数值模拟结果吻合较好。     

大型岩质高边坡稳定性分析与综合设计

以福建省某市政公路龟山高边坡为例，对大型花岗岩质高边坡的地质条件与变形破坏模式进行了分析，并采用赤平投影法和强度折减法对边坡的稳定性进行了综合性评价。分析表明:受弱、微风化花岗岩岩体与结构面强度控制，该边坡的破坏形式以楔形体破坏与浅层失稳掉块为主；不同优势结构面组合对边坡稳定性的影响较大，其中，受D3优势结构面组合控制的边坡稳定安全系数最低。基于分析结果，提出了边坡设计时应综合考虑坡体开挖、坡面防护、危岩落石防护与动态设计，以确保设计措施安全可靠。     

复杂荷载下斜坡桩基承载力数值模拟研究

针对斜坡桩基受陡坡作用影响桩基前后土体不对称，侧摩阻力有所不同，容易产生安全隐患问题，对复杂荷载下斜坡桩基承载力进行数值模拟研究。在复杂荷载作用下获取水平受荷桩的挠度微分方程，采用有限单元法确定桩周土抗力及与其对应的桩身位移关系；建立数值分析模型，对桩基模型实施网格划分，计算出桩体和土体的各项参数，分析不同坡度、邻坡距和桩长条件下桩基极限承载力的变化规律和影响因素，利用数值模型确定极限上拔承载力。结果表明:在复杂荷载下，获得不同位置桩身弯矩和土体模量对桩身弯矩的改变，可通过改善土的模量提高桩的水平承载力。     

浸水条件下膨胀土路堑边坡的稳定性分析

降雨后土体浸湿是造成膨胀土路堑边坡破坏的重要原因。通过分析浸水条件下膨胀土路堑边坡的破坏机理,考虑膨胀力作用的特点,建立了膨胀土路堑边坡的膨胀力作用模型。结合实际膨胀土路堑边坡工程,利用有限元法,模拟分析了边坡在浸水前后及不同浸水深度时的位移场、危险滑动面和稳定系数。通过分析和比较表明:膨胀土路堑边坡的稳定性直接受浸水条件的影响,浸水后的边坡不仅安全性明显降低,而且破坏具有明显的浅层性特征,故应做好坡面的防护和防水、排水措施。     

灌木根系植入土质边坡的有限元模拟分析

为研究灌木根系植入土质边坡浅层不同位置与深度的加筋锚固作用,建立了根系植入边坡的二维平面模型,并分析了在边坡土体自重作用下的根系主根轴力分布与塑性破坏时的坡体内位移分布。模拟计算结果表明:植入土质边坡坡脚附近的灌木根系可以对边坡浅层土体起到锚固作用;灌木根系植入土质边坡可以降低边坡土体塑性破坏时的坡体位移,使边坡稳定性有所提高,可为植被护坡工程浅表层加固效果评价提供一定依据。     

非均质与各向异性临坡地基承载力上限计算

为探究土体非均质与各向异性对临坡地基承载力的影响,运用极限分析上限方法,结合单侧临坡条形基础地基破坏模式,引入土体内摩擦角、黏聚力、基础与边坡坡顶距离等参数,分析临坡地基极限承载力的变化趋势。首先,根据极限分析上限理论,建立破坏模式的机动许可速度场,考虑非均质与各向异性原理,在计算中导入非均质系数与各项异性系数,得到机构各部分内能耗散计算公式,推导出地基承载力系数N_c的计算表达式。在此基础上,设定机构所需满足的约束条件并导入用Matlab软件编制的优化程序,程序考虑了非均质与各向异性对地基破坏面位置及形状的影响,最终得到地基承载力最小上限解所对应的非均质与各向异性下地基承载力系数N′_c。结果表明,计算数据与现有成果具有较好的一致性,揭示了非均质与各向异性对临坡地基承载力系数N′_c的作用规律。当非均质系数η增大时,N′_c随之增大;当各向异性系数k增大时,N′_c随之减小,且减小幅度趋缓,有效地弥补在临坡地基承载力中土体非均质与各向异性研究领域的不足。当破坏模式转化为水平地基形式时,所得结果与其他方法计算结果很好吻合,证明了此方法解决水平地基问题的可行性。     

昆明地区土质高边坡稳定性分析

结合昆明国道东连接线支线工程的土质边坡设计,通过工程沿线的工程地质调查,对土质边坡稳定坡高与坡角的相关关系进行了回归分析。采用基于传统的简化毕肖普圆弧滑动面法,根据地质勘察资料确定了计算参数,对典型的一级、二级和三级边坡的稳定系数进行了计算。采用FLAC数值模拟技术,根据现场勘察及直剪试验的结果,确定了各土层的计算参数,采用平面应变力学模型,对工程中高路堑边坡实际断面的整个边坡区域进行了数值模拟计算。计算分析结果表明,FLAC数值模拟与简化毕肖普法的计算结果相吻合,对于土质边坡,坡率对边坡稳定性的影响远大于坡高对边坡稳定性的影响。     

“暂态”饱和-非饱和边坡稳定性分析方法研究

针对"暂态"饱和-非饱和边坡的稳定性问题，推导考虑"暂态"水压力、孔隙水重力、软化与非饱和强度的边坡安全系数计算公式，开发可以自动搜索滑动面位置的"暂态"饱和-非饱和边坡稳定性分析程序，并采用该程序研究算例"暂态"饱和-非饱和边坡安全系数与失稳模式的演化规律，分析不同因素对边坡安全系数的影响程度。研究结果表明：提出的能同时考虑"暂态"水压力、孔隙水重力、软化与非饱和强度的改进瑞典圆弧法，可以有效解决"暂态"饱和-非饱和边坡稳定性分析的问题；边坡失稳模式由深层整体破坏转变为浅层局部破坏时，存在一个可以采用降雨入渗区深度定义的阈值；降雨入渗区深度小于该阈值时，边坡安全系数迅速降低，滑动面最大深度快速减小，边坡失稳模式表现为深层整体破坏；降雨入渗区深度大于该阈值时，边坡安全系数持续降低，滑动面最大深度缓慢增大，在边坡浅层形成一块滑动带，边坡失稳模式表现为浅层局部破坏；"暂态"水压力对边坡稳定性的影响有利有弊，孔隙水重力、软化对边坡稳定性不利，非饱和强度对边坡稳定性有利；不考虑"暂态"水压力的抗滑力矩与下滑力矩之比小于滑动面"暂态"水压力及滑体侧向"暂态"水压力引起的抗滑力矩与滑体侧向"暂态"水压力引起的下滑力矩之比时，"暂态"水压力对边坡稳定性有利，反之则不利。     

基于临界滑动场的加筋土边坡稳定性分析

传统的极限平衡法分析加筋土边坡稳定性只能依靠假定的滑裂面,未考虑筋材对滑裂面的影响。文中将边坡临界滑动场数值模拟方法进行推广,建立了基于准粘聚力原理的加筋土边坡临界滑动场计算方法。该法可确定任意形状的临界滑动面及最小安全系数。通过算例比较了加筋土边坡的临界滑动面与无筋边坡滑动面的变化,并探讨了填土的重度、粘聚力、内摩擦角、筋材抗拉强度等因素对加筋土边坡稳定性的影响。证实利用极限平衡法先求无筋边坡滑动面,再加上筋材的抗滑力矩来计算加筋土边坡安全系数的方法是不正确的。     

降雨入渗对裂隙性红粘土边坡的稳定性影响分析

红粘土具有干缩开裂性,裂隙性红粘土、尤其是高吸力红粘土边坡,其稳定性跟降雨入渗有很大关系.基于饱和-非饱和土渗流理论,建立了裂隙性高吸力红粘土边坡数值分析模型,模拟了降雨入渗条件下边坡暂态渗流场,分析了降雨强度、裂隙深度、裂隙渗透系数等对裂隙性红粘土边坡渗流场及稳定性的影响.结果表明,短期降雨对低渗透性红粘土边坡渗流影响较小,高渗透性裂隙加快了雨水入渗;土坡安全系数对雨强的敏感度与土体饱和渗透系数有关;裂隙深度影响边坡安全系数、滑裂面位置及形状;随着裂隙深度增加,边坡安全性系数对雨强敏感性显著增加,边坡滑动形式趋向于浅层滑动.     

基于降雨下最不利深度的多级边坡平台宽度研究

合理的平台宽度是设计多级边坡的重要前提。利用刚体极限平衡法和渗流数值模拟,并结合浅层土质边坡的破坏模式,揭示了降雨情况下浅层土质边坡的稳定性系数分布形式,提出了一种考虑降雨的多级边坡平台宽度的设计方法,并对影响多级边坡平台宽度的因素进行了分析。研究结果表明:降雨情况下浅层土质边坡的稳定性系数与滑面距坡表的垂直距离关系曲线近似成勺形;平台宽度分别随着黏聚力增加和内摩擦角降低线性增加,而随着坡率增加逐渐减小。     

红岩寺至景阳公路路基边坡稳定性分析

对红岩寺至景阳公路K36+265~+355段路基边坡工程,分别采用二维极限平衡法和三维数值模拟法,从岩土体内部变形和应力的角度出发并结合安全系数大小进行边坡稳定性分析。结果表明:研究区整体已发生变形,变形以垂向沉降和纵向下滑为主;整体土层均受拉应力;存在潜在滑动面,滑面为圆弧形;边坡在正常工况下整体处于稳定状态,在降雨作用下,将形成潜在破坏面。考虑到暴雨天气及升级改造的种种未知因素,需要对此路段加以防护,以免路基滑塌。     

土工格室加筋土等效强度计算方法研究

基于极限平衡理论,运用边坡稳定分析软件ZSlope进行数值模拟,分析了土工格室垫层对边坡安全系数及临界滑动面的影响。结果表明:土工格室加筋层对边坡安全系数有比较明显的提高,加筋后边坡的滑动面向坡体内部移动,滑楔体尺寸变大。在此基础上,探讨了将土工格室加筋边坡等效为素土边坡进行计算的一种方法。     

公路边坡稳定性分析的二维变分方法

基于变分法的基本原理与边坡稳定性变分分析的基本方法,推导和建立了边坡稳定二维变分分析的计算公式,并编制了相应的计算程序;结合公路边坡工程稳定性分析的实践,研究变分法在公路边坡稳定性分析中的应用,并与极限平衡分析方法进行对比。研究结果表明:变分法与极限平衡分析方法的分析结果在安全系数数值上比较接近;潜在滑动面的形状为对数螺旋滑动面而非圆弧滑动面,且采用对数螺旋滑动面进行变分分析更符合公路边坡工程的实际。     

公路岩质边坡稳定性评价的能量法研究

针对公路岩质边坡稳定性分析评价问题,根据能量法原理和塑性极限分析上限定理,建立了岩质边坡平面滑动的屈服机构.在刚塑性假定条件下,视岩质边坡的滑体为刚体,没有内能耗散,视滑面为塑性区,能量耗散主要集中在滑面上,根据能量法可以得到简化后的虚功率方程.综合考虑作用在岩质边坡上的后缘裂缝静水压力、沿滑面扬压力、重力、水平地震惯性力、锚固力等外力,按照强度折减法,推导得出了公路岩质边坡稳定性评价的能量法上限解.通过典型算例,将能量法上限解和刚体极限平衡法稳定系数计算结果进行了对比分析.     

基于变形分析的路堑边坡稳定性研究

依托某路堑边坡工程,采用有限元变形分析方法分析现状边坡变形破坏特征,提出合理可行的加固措施,并分析了加固边坡的稳定性。结果表明:该边坡主要破坏模式是由坡脚开挖、降雨入渗导致潜在滑体强度下降,从而引发表层滑动,原设计边坡的3个工况均不满足工程稳定性要求;边坡采用减缓坡比及坡面系统锚杆加固措施,并在边界外设置截排水沟后,减小了降雨及地下水对边坡岩土体强度的软化作用。     

考虑膨胀力与孔隙性的膨胀土边坡稳定性

研究了膨胀土边坡的稳定性分析.相对于普通土体,膨胀土的多孔隙性以及膨胀性对其边坡的稳定性有重要的影响.由于以上两点原因,膨胀土边坡常发生浅层滑动.为了分析其浅层稳定性,利用极限分析原理,建立了圆弧状的破坏机构,将膨胀力视为外力作用与滑动体上.在计算其内外功率的基础上,提出了浅层稳定性的问题的数学表达式.经过计算,结果表明其稳定性问题受孔隙性的影响较大.