基于非线性Barton-Bandis准则的岩质边坡可靠度研究

岩质边坡稳定性分析是岩土工程研究领域的热点问题之一,采用线性Mohr-Coulomb破坏准则和确定性分析方法研究岩质边坡稳定性存在一定的局限性。基于Hoek和Bray提出的典型平面岩质边坡破坏模式,采用Barton-Bandis非线性破坏准则,考虑岩质边坡滑动过程静力平衡条件,推导出岩质边坡安全系数表达式,并结合可靠度理论,通过MATLAB编程优化计算得到岩质边坡可靠度指标。算例分析结果表明:可靠度理论与数值模拟的计算结果吻合良好,证明本研究方法的可行性和有效性;Barton-Bandis非线性破坏准则中摩擦角φ_b、结构面粗糙系数JRC和结构面有效抗压系数JCS对岩质边坡稳定性有着显著影响,且岩质边坡稳定性随着φ_b,JRC和JCS的增加而提升;随机变量参数φ_b,JRC和JCS对岩质边坡稳定性影响程度不一,其中φ_b和JRC对岩质边坡稳定性的影响较为显著,而JCS对岩质边坡稳定性的影响相对较小;岩质边坡稳定性随着φ_b,JRC和JCS变异系数的增加而降低;后缘裂缝地下水位上升,岩质边坡的失效概率显著增大,坡体内部应该设置完善的排水系统。     

非线性破坏准则下考虑剪胀性影响的土质边坡稳定性极限分析

在非线性破坏准则下,考虑土体的剪胀性,采用极限分析法研究边坡的稳定性问题。根据土体的剪胀特性,采用广义切线技术对抗剪强度指标进行修正。将土体的剪胀特性以及非线性破坏准则引入到极限分析中,根据虚功率原理,推导了边坡的临界高度公式。在不考虑土体剪胀性的情况下,将计算结果与已有研究成果进行对比,验证了文中方法的正确性。引入剪胀特性的计算结果表明:边坡的临界高度随剪胀系数以及初始粘聚力的增大而增大,随非线性系数的增大而减小。此外,随着坡角的增大,土体剪胀性对边坡稳定性的敏感性提高。考虑土体的剪胀性和非线性破坏准则,对不良地质条件下边坡设计具有重要意义。     

非线性准则下三维加筋边坡稳定性的上限分析

为了研究非线性摩尔-库仑破坏准则下的三维加筋边坡在均匀加筋和三角形加筋2种加筋模式下的稳定性,采用极限分析上限理论,构建加筋边坡破坏的三维破坏机构,推导不同加筋模式下的筋材内能耗散方程,并根据上限定理将三维加筋边坡的稳定性问题转化为显式优化问题,得到三维边坡稳定性指标的计算公式。采用MATLAB软件计算,将结果与已有研究成果进行比较,验证了所提出计算方法的正确性,并进一步讨论了非线性参数m、宽高比B/H、不同加筋模式以及不同加筋强度k0对三维边坡稳定性的影响。结果表明:稳定性系数Ns随着m的增加而非线性减小,在坡角较小(不大于60°)的情况下,m对边坡稳定性系数Ns的影响较大,边坡的非线性特性比较明显;稳定性系数Ns随着B/H的增加而减小,在B/H5尤其B/H2时,稳定性系数下降速率较快,B/H越接近10时稳定性系数逐渐趋于稳定;三角形加筋模式的加固效果优于均匀加筋模式,稳定系数性Ns随着加筋强度k0的增加而线性增大,但变化规律并不显著。在实际工程中,建议B/H较小时,要对加筋边坡进行三维分析以符合工程实际;坡角较小时需要考虑土体的非线性破坏特征,选取合适的非线性参数可避免不安全的设计;在工程条件允许的情况下,优先选择三角形加筋模式进行边坡加固。     

基于非线性Barton-Bandis准则节理软岩边坡锚杆加固研究

采用Barton-Bandis准则可简便获取岩体的力学参数并能较好地反映节理岩体力学性质的非线性。通过回弹法量化Barton-Bandis准则参数以及得到等效的Mohr-Coulomb准则参数,并基于极限平衡条分法推导出Barton-Bandis准则下的节理岩质边坡的稳定性分析及锚固设计。通过采用内含Barton-Bandis准则计算程序的软件SLIDE对某节理软岩边坡的稳定性分析及锚固设计,验证了采用Barton-Bandis准则进行节理岩坡分析的可行性与正确性。     

基于上限分析法的含夹层边坡地震稳定性分析

为了判断含夹层岩质边坡在地震荷载下的稳定性,丰富岩质边坡在地震荷载下的稳定性分析方法,探讨极限分析中的上限分析法如何应用于评价边坡在地震荷载作用下的稳定性,文中介绍了上限分析法在边坡稳定性判断中的应用和极限分析法的基本原理,并详述了如何基于波动理论计算地震波对边坡中滑动体的做功功率,针对能量系数随时间变化的特性,提出了以最小平均能量系数作为边坡稳定性的评价标准。最后结合室内振动台模型试验,通过计算最小平均能量系数判断的稳定性结果与模型的实际破坏结果进行对比,验证极限分析上限法应用于地震稳定性分析的合理性。研究表明:以正弦波代替地震波,基于波动理论可以求得该正弦波对边坡滑体的做功功率,该功率为一个随时间变化的函数,因此提出以最小平均能量系数作为评价标准,当最小平均能量系数Esmin 1时,消耗的功率大于外力做功功率,边坡处于稳定状态;当最小平均能量系数Esmin1时,消耗功率小于外力做功功率,边坡发生滑动破坏;当最小平均能量系数Esmin=1时,边坡处于极限稳定状态;应用极限分析上限法计算出的最小平均能量系数判断的模型边坡破坏状态与实际破坏基本一致,上限法求得的最小平均能量系数可作为含夹层边坡的稳定性判断标准。     

“三高”地区公路边坡岩体质量分级THSMR方法

分析了边坡岩体质量分级常用的SMR，CSMR，TSMR体系特点及适用条件；在此基础上，以TSMR体系为框架，考虑地震荷载对边坡稳定性的影响，引入地震作用系数β，建立了适用于高寒、高海拔、高地震烈度的“三高”地区公路的边坡岩体质量分级体系THSMR；并以乌尉高速公路沿线34个岩质高边坡为例，通过稳定性定量计算，换算出等效RMR值——ESMR，以此为标准值，对比分析了TSMR，THSMR体系评价结果的合理性。结果表明，TSMR值普遍偏大，而THSMR值接近边坡实际稳定状态，后者更为合理。     

基于强度折减法的公路边坡稳定性分析

为研究太行山高速公路邯郸段公路边坡稳定性及其典型路段的滑坡位移阈值,采用有限差分强度折减法,综合研究典型坡高、坡角、岩体黏聚力和内摩擦角对其稳定性影响,确定极限平衡状态下对应的岩体抗剪强度指标,通过与边坡岩体弹性模量的合理组合,确定边坡自重作用下临界位移阈值,研究结果表明：相同坡高和坡角时,边坡稳定系数随黏聚力增加呈近似线性增加,随岩体内摩擦角的增加,近似呈指数增加;保持坡角相同,黏聚力对坡高较低的边坡稳定性变化越敏感,内摩擦角对边坡稳定性相对不敏感;保持相同坡高,坡角越小或坡度越缓,则黏聚力对边坡的稳定性相对越不敏感;公路典型断面边坡二级平台和三级平台地表位移阈值分别为112 mm和103 mm。     

双强度折减迭代计算在平面滑动岩质边坡中应用

平面滑动是岩质边坡滑动的一种简单形式,主要研究均质边坡岩体由于抗剪不足产生平面滑动。通过假定破坏面与内摩擦角之间关系迭代求解安全系数,通过采用双强度极限平衡求解同有限元强度折减对比分析得出采用不同折减方式和折减系数的求解下,边坡破坏各物理量联系以及双强度折减系数确定的主要参考依据。     

某金沙江大桥顺层岩质岸坡稳定性分析

顺层岩质边坡的稳定性常常影响到山区高速公路建设的顺利开展。通过对金沙江某拟建大桥的工程地质和岩体结构分析，采用基于地质强度指标（GSI）的等效Mohr-Coulomb强度参数法确定了桥基岩体力学参数，并用极限平衡法分析了四川侧岸坡拉裂-滑移破坏模式的稳定性。计算结果表明:四川侧岸坡在天然工况和暴雨工况下是稳定的，但在暴雨+地震工况下处于欠稳定状态，需要采取支挡措施。     

基于Newmark-β法的地震作用下顺层岩质边坡可靠度时程分析方法

为了提高传统顺层岩质边坡地震响应的时程分析方法的计算效率,以及在地震作用下边坡动力可靠度评价指标的选取方法中考虑地震随机性的特征,运用Newmark-β法和MATLAB/Simulink工具建立了顺层岩质边坡地震响应的简化计算方法,基于Monte Carlo法进一步给出了安全系数与可靠度时程的计算方法。根据边坡工程技术规范中规定的边坡稳定安全系数最低要求值和实际工程中可接受的边坡最大允许破坏概率,提出了最低安全要求可靠度和最大允许失效可靠度2个新的评价指标,并给出了相应的计算方法。最后,采用2个新的评价指标对地震作用下边坡动力可靠性进行综合评判。结果表明:提出的顺层岩质边坡地震响应简化计算方法合理可行,且具有较高的计算效率和精度;与其他的边坡地震可靠度评价方法相比,该方法采用2个新的评价指标评价地震作用下边坡动力可靠性的方法可靠,其考虑了边坡地震可靠度随机性的特征,且与边坡工程技术规范和实际工程风险相结合,计算结果能更真实地反映地震作用下边坡的安全状况,更具合理性和工程适用性。     

地震作用下的层状岩质边坡块状-弯曲倾倒解析分析

为了进行地震作用下块状-弯曲倾倒破坏边坡的稳定性评价,基于极限平衡理论,运用逐步分析方法,建立了地震荷载作用下块状-弯曲倾倒破坏的地质力学模型,并推导出了地震荷载作用下块状-弯曲倾倒破坏的解析公式,分析了地震荷载对岩质反倾边坡稳定性和破坏模式的影响。采用边坡几何力学参数、潜在破坏岩块编号及地震影响系数作为稳定分析中的变量,运用MATLAB编写了求解不同变量下的边坡安全系数和破坏模式的计算程序,此外,还将该方法与传递系数法、数值模拟结果进行了对比分析。研究结果表明：随着地震惯性力的增大,边坡稳定性逐渐下降;部分相邻块体的潜在破坏模式不同,滑移破坏和倾倒破坏交叉出现,但随着地震影响系数的增大,整体破坏模式逐渐由倾倒破坏转变为滑移破坏;随切坡角度增加,边坡的稳定性下降,较易发生倾倒破坏;不同地震影响系数下岩层厚度对边坡的影响不同。     

考虑拉剪耦合作用地震边坡稳定性分析

基于拉剪耦合作用,对Mohr-Coulomb强度准则进行修正。在不同坡高、不同高宽比的边坡底部入射3条经典地震波,对边坡进行动力稳定性分析。首先采用显式迭代子增量法编写考虑拉剪耦合作用的Mohr-Coulomb强度准则子程序,并在边坡模型的截断边界添加黏弹性人工边界、输入等效地震荷载,模拟边坡受到的地震作用;然后以单元分别受到压缩和拉伸作用为例验证子程序的正确性;通过与已有地震边坡的研究结果对比,表明在地震边坡分析中若不考虑材料的拉剪耦合作用,得出的结论偏危险;最后在边坡底部垂直入射3条地震波,分析不同坡高、不同高宽比的边坡在2种强度准则下安全系数的区别。研究结果表明：不同边坡（坡高、高宽比不同）在不同地震波（El-Centro,Kobe,Northridge）作用下的安全系数各不相同,但安全系数都随坡高增加和坡角增大而降低;考虑拉剪耦合作用边坡的安全系数小于不考虑拉剪耦合作用边坡的安全系数,并且其安全系数的变化各有特点;坡高和高宽比的变化影响边坡对地震波频段的响应;分析地震边坡的稳定性,应综合考虑材料的拉剪耦合作用以及边坡高度和高宽比的变化规律。     

汶川地区含软弱层岩质边坡地震响应研究

汶川地震中含软弱层顺层岩质边坡破坏严重。为探究其地震响应情况，以大光包滑坡为工程背景，运用FLAC3D建立一含软弱层边坡模型，按不同工况加载，研究边坡响应规律。结果表明:边坡响应剧烈程度与地震波幅值具有正相关关系，与软弱层强度反相关；波形对边坡响应影响具有重要作用，需要区别对待；软弱层存在增大了边坡响应，增加了地震作用下边坡破坏的风险，是岩质边坡地震稳定性评价中重要因素。     

基于广义Hoek-Brown准则的节理岩质边坡可靠性分析

介绍了最新的基于GSI法的广义Hoek-Brown强度准则,以及如何将其应用于节理岩质边坡的稳定性计算.采用基于Hoek-Brown非线性强度准则的Bishop法,结合可靠性分析方法中的蒙特-卡罗模拟法,对隆(林)-百(色)高速公路K123+340岩质高边坡进行了可靠性分析.计算结果表明,单从确定性分析结果来看,该边坡为稳定边坡;但从可靠度的角度而言,为低危险性边坡,需要采取工程措施进行加固.     

基于构造控制的岩质边坡稳定性分析

基于构造控制的边坡破坏机理,从结构面要素的获取与统计分析、岩体力学参数的评价出发,研究岩质边坡破坏模式的识别方法,并进行岩质边坡稳定性分析计算,采用Visual Basic 6.0编程开发相应可视化软件程序,解决目前高速公路岩质边坡工程设计中存在的效率与科学性的矛盾。     

三维结构面在二维数值计算中的强度等效

在边坡工程的二维数值分析中,三维结构面的强度等效是一个容易被忽视而又非常重要的问题。采用极限平衡计算方法,基于楔体破坏稳定性系数与平面投影破坏稳定性系数相等的原理,将三维结构面强度参数换算成二维数值计算中的等效强度参数。使用等效强度参数可使得边坡的二维数值分析更接近实际情况,提高二维数值分析的准确性。并结合工程实例分析等效强度参数的合理性及适用范围。     

Barton经验公式在岩质边坡稳定性分析中的应用

由于岩质边坡的失稳几乎都是沿着结构面发生的，而岩体结构面的抗剪性能并不完全满足莫尔—库仑准则，因此在岩质边坡的稳定性分析中采用莫尔—库仑准则会带来较大误差。本文用Barton经验公式代替莫尔—库仑准则进行岩质边坡的极限平衡稳定性分析，以更好地反映岩体结构面的抗剪性能，并通过简单算例阐明了莫尔—库仑公式及Barton经验公式在岩质边坡稳定性分析中的差异。     

顺层边坡稳定性分析及抗滑桩加固研究

从岩体的力学角度,阐述了岩体结构面的强度特性及其力学效应及影响岩质边坡稳定分析的不平衡推理传递。结合具体实例,对某高速公路顺层岩质边坡进行地质及岩体结构探讨,找出岩体内的危险软弱结构面,得出边坡可能沿结构面发生剪切滑移的结论。利用不平衡推力传递系数法进行边坡稳定性设计计算,确定了抗滑桩支护方案。通过监测数据反分析,对边坡开挖过程稳定性进行了评价。     

垄茶复合岩层岩质边坡稳定性影响因素及破坏模式研究

为了得出垄茶高速沿线复合岩层岩质边坡稳定性主要影响因素及破坏模式,进行了现场调研及室内试验,得出水大大降低边坡岩体的抗劈裂强度和抗剪切强度,较天然状态下抗劈裂强度降低55.7%,岩体粘聚力下降75%内摩角下降26%,复合结构面的结构面连续性﹑结构面表面状况及结构面充填物等3个方面对边坡稳定性的影响较大,总结得出水和多层软弱结构面是影响垄茶沿线边坡稳定性的主要因素,滑移-拉裂-剪断破坏是边坡最主要破坏模式。     

基于广义 Hoe k-Brown准则的节理软岩边坡稳定性区间分析

岩体力学参数的选取对岩土工程稳定性分析至关重要,但受地质因素的不确定性及人员的主观性,参数的选取较大程度影响到边坡稳定性评价的合理性。基于此,将区间理论引入到参数的取值及稳定性分析的过程中,使所求得的稳定性系数为一阈值,区间值可表示出岩体力学参数与边坡安全系数的可能变动范围,比选用定值计算分析合理一些。同时文中采用节理特征系数 Jc与岩块体积数 Vb的数学表达式共同量化地质强度指标 GSI的取值,比选用 Sonmez．H的表格量化 GSI法更具有客观性。以湖南省永吉高速某节理型软岩边坡为工程实例,验证了采用基于广义 Hoek-Brown准则的岩质边坡稳定区间分析的便捷性、可行性和稳健性。