考虑水力效应的裂缝边坡稳定性非线性能耗分析

现有考虑水力效应的裂缝边坡稳定性分析大多基于线性破坏准则,而岩土体破坏往往呈现非线性特征,因此开展水力效应影响下的裂缝边坡稳定性非线性极限上限分析具有重要意义。基于极限分析上限定理及强度折减技术,结合“外切线法”非线性破坏准则,构建坡顶含竖直裂缝的边坡对数螺旋线破坏模式,根据虚功原理推导出裂缝边坡安全系数解析式,通过MATLAB优化计算,结合边坡工程实例探讨了典型因素对裂缝边坡稳定性、临界裂缝及滑动面位置的影响规律。研究结果表明：随着地下水位h的持续上升,边坡安全系数不断降低,临界裂缝深度逐渐增大且临界裂缝位置逐渐向坡顶缘偏移;非线性系数m明显影响边坡的稳定性,边坡安全系数随着非线性系数的增大显著减小,采用线性破坏准则会高估地下水位变化对边坡稳定性的影响;随着非线性系数的增大,临界裂缝深度随之增大,临界裂缝位置距离坡顶缘越来越远,滑坡体体积逐渐增大;裂缝与坡顶缘距离l_m随着非线性系数m的增大而增大(当m增大0.2时,l_m增大约1 m),且随着裂缝与坡顶缘距离的增大,边坡安全系数无明显变化,临界裂缝深度先逐渐减小后趋于稳定。     

岩质边坡地震加速度放大效应研究

建立一个高70 m的二维数值计算模型,对岩质边坡坡面的加速度放大系数进行计算,并将数值计算结果与大型振动台试验和地震台站实测数据进行对比,对比发现三者得到的岩质边坡坡面加速度放大系数十分接近,再将本文得到的加速度放大系数与《建筑抗震设计规范》中的规定值进行对比。研究表明:高度和坡角对岩质边坡坡面的加速度放大系数具有较大的影响,随着相对高度的增加,岩质边坡坡面的加速度放大系数逐渐增大,水平向的加速度放大系数大于垂直向,岩质边坡坡面的加速度放大系数随边坡坡角的增大而增大,且坡脚对放大系数的影响程度随坡角增大而减小;《建筑抗震设计规范》规范的加速度放大系数规定值过于保守,尤其是对于垂直方向。研究成果对认识岩质边坡坡面加速度放大系数具有一定的指导意义。     

桩板墙结构加固边坡的稳定性分析

为探讨桩板墙加固边坡的稳定性,根据多块体滑移理论,采用极限分析上限定理,导出了为保证边坡稳定桩板墙结构中抗滑桩应提供的抗力的计算公式,提出了桩板墙结构加固边坡稳定性的一种新的分析方法.用该方法对算例进行了分析,并与旋转破坏模型获得的结果进行了比较.研究结果表明:桩板墙结构中,抗滑桩应提供的抗力随边坡坡角增大而增大,随坡体材料抗剪强度增大而减小;边坡潜在滑移面埋深随坡体抗剪强度增大变浅;按新方法得到的潜在滑移面比基于旋转破坏模型获得的潜在滑移面更危险.      

某山区高速公路顺层边坡深孔监测及破坏机制分析

顺层边坡的治理是公路建设的一大难题,主要体现在滑动面不唯一,可能存在多级滑动面,滑动面的位置及边坡破坏范围随着边坡应力状态的变化而变化,依靠钻探和地表监测等常规手段很难准确判断边坡滑动面位置及边坡的稳定状态,因此,时常发生边坡治理工程失效的案例。本文选取某高速公路顺层岩质边坡作为研究对象,详细调查边坡变形破坏特征、对比不同应力状态下边坡破坏范围,在工程钻探和边坡地表位移监测等手段基础上,采用深孔动态监测的手段,通过连续的测量,准确的捕捉到滑坡岩土体微小的测向位移量,识别滑动面(带)的埋深位置、滑体的厚度,对滑坡的发展趋势进行预测,分析总结出该段边坡的变形机制,为下阶段的治理措施提供建议和思路。该顺层边坡在施工过程中发生多次垮塌,且破坏范围在逐步增大,研究表明,该边坡存在多层软弱夹层,滑动面位置位于软弱夹层处,边坡开挖,造成前缘临空,坡体沿软弱结构面发生滑动,滑动面位置随着边坡开挖逐渐加深,破坏范围也逐步增大,通过深孔监测分析,边坡目前处于蠕滑阶段,边坡在当前应力状态下的最深滑面埋深约26. 0~29. 5 m,变形机制为滑移弯曲-人工卸荷-滑移拉裂复合型机制,建议采用抗滑桩分级拦挡。     

顺层岩质边坡溃屈型破坏探讨

顺层边坡溃屈破坏是一种存在于岩质边坡的特殊破坏模式,首先对这种破坏模式的力学原理进行了探讨,得出了产生此破坏模式的前提条件,即:存在外倾结构面;结构面倾角较陡,大于或等于坡角;坡脚岩体强度较差。结合一典型的岩质边坡开挖工程实例,运用离散元数值分析方法,得到了边坡发生此破坏模式的变形、应力特征以及具体的破坏过程。结果表明:边坡坡脚的剪应力随着边坡开挖的深度增加而增大;当其剪应力未超过坡脚岩体的抗剪强度时,边坡变形主要以开挖的卸荷回弹为主,边坡处于稳定状态;当开挖深度使得坡脚剪应力超过坡脚岩体的抗剪强度时,坡脚岩体首先产生屈服变形,发生较大的位移,从而为坡体中上部岩体提供了沿结构面下滑的空间,边坡发生垮塌。数值分析结果与理论分析得到了很好的验证。     

水平成层土质边坡破坏机理及极限承载力研究

采用室内模型实验以及极限平衡水平条分法对水平成层土质边坡的破坏机理以及稳定性进行研究。通过建立室内模型试验分别研究了分层厚度以及边坡高度在坡顶施加荷载的情况下的荷载-位移规律、极限承载力、滑动面形态和位置,得出了在坡顶作用相同宽度荷载的情况下,极限承载力随着分层厚度的增加而增大;当保持边坡坡比、加载方式以及分层厚度相同的情况下,不同边坡填筑高度对极限承载力的影响甚微。水平层状土质边坡滑动面为圆弧段与直线段的组合形式。基于极限平衡法的基本原理,针对边坡水平成层的性质以及圆弧+直线的破坏形式,对滑动体进行水平条分,推导了该类边坡极限承载力计算公式,并且与试验工况结果以及竖向条分法计算结果对比分析。结果表明:极限平衡水平条分法较之于竖向条分法在水平层状边坡稳定问题中具有一定合理性。     

有限元强度折减法在黄土路基边坡稳定分析中的应用

以解决实际工程中存在的黄土路基边坡的稳定性问题,本研究的主要思路是利用有限元软件ABAQUS,在有限元强度折减法的基础上,通过数值模拟边坡,对其稳定性进行分析,并且得到该边坡相应的稳定系数。模拟结果表明,对于黄土边坡存在的潜在破坏面,利用该法可以较为准确地、形象地预测其破坏位置与滑裂趋势,并且模拟得到的安全系数与简化的毕肖普法计算的结果很接近,不但增强了传统极限平衡法的计算结果的可靠性,也提高了精确性,还为评价黄土边坡的稳定性提供了新的方式。     

临坡条形基础极限承载力上限计算

利用极限分析中的机动法,构建临近边坡条形基础承受极限承载力的二维机动许可破坏模式．根据外力功率与内部耗能相等获得极限承载力的目标表达式,并把其转化成了一个求含有非线性约束的极限承载力上限解最小值问题计算模型．通过编制和调用计算程序,对建立的计算模型采用序列二次规划法（SQP）进行了优化求解．研究结果表明：边坡倾斜程度δ和岩土体内摩擦角φ对临坡条形基础地基承载力影响较大;边坡坡角δ的增加将使地基破坏区域发生显著变化,使各分项系数Nr,Nc,Nq迅速减小;而内摩擦角φ增加对Nr、Nc、Nq的影响则相反．     

高速公路粉质粘土边坡稳定性数值分析

基于有限元强度折减法,进行了粉质粘土边坡在降雨入渗条件下的稳定性分析计算,分析表明,在雨量不大的情况下,边坡破坏主要为浅层溜塌及滑塌,随着降雨入渗量的增加,边坡岩土体力学性质逐渐变差,力学参数急剧下降,边坡稳定性降低直至垮塌;同时通过与极限平衡法的比较,计算结果偏大,但二者的安全系数值也十分接近,说明用有限元分析粘土边坡是一种较好的方法,具有很好的工程应用价值。     

寒区客运专线隧道口边坡温度场特征分析

以哈尔滨地区的利民隧道进口处边坡工程为背景,考虑寒区边坡土体在土体冻结、相变状态、融化这3个过程的温度变化,运用ANSYS APDL有限元软件对处于不同时期的边坡进行三维有限元数值模拟,并与现场实测数据进行对比分析。结果表明：在初始阶段,坡面处温度最高,底部温度最低,且温度由边坡顶部和底部向内部传递;外界气温仅对边坡表层一定深度范围内的土体有影响,且随着深度增加,这种影响逐渐减弱;边坡经历长期冻结后,最大冻深可达1.06 m;在整个冻结期内,冻融过渡带的位置随着气温的降低而沿坡面法向方向逐渐下降。进入融化期后,边坡土体的融化深度不断增大,且上层土体温度变化比较剧烈,其温度梯度更大。     

地震作用下加筋土边坡滑裂面的确定方法

为合理确定加筋土边坡滑裂面的位置,基于极限平衡理论,提出了地震荷载作用下加筋土边坡滑裂面确定的水平条分法.该方法假定边坡滑裂面是由若干水平滑块组成的复合滑裂面.根据地震作用下加筋土边坡的力学平衡条件,导出了与滑裂面参数有关的加筋土拉力的计算式;利用Mathematics求解,得到了加筋土边坡滑裂面的形状和加筋拉力.为验证方法的正确性,与现有方法确定的边坡临界滑裂面进行了比较,结果表明:边坡坡角越大,水平条分法与现有方法获得的边坡潜在滑裂面越接近;随内摩擦角和黏聚力增大,加筋土边坡滑裂面向坡体外侧移动,随地震加速度系数增大则向坡体内侧移动.      

鹰厦线K290+795～905段滑坡稳定性有限元分析

针对鹰厦线K290 795~905段路堑边坡建立稳定性分析模型,并开展有限元数值计算.通过分析坡体各段的受力情况,得到各个单元的主应力及剪应力大小,并结合极限平衡计算分析了坡体稳定性,论证了降雨作用下容重、内摩擦角变化对坡体稳定性的影响,探讨了设置抗滑桩前后及其在降雨作用下的抗滑工程效果.     

变幅水位影响下高填方岸坡框架码头结构承载特性研究

库区周期性变幅水位引起高填方岸坡土体抗剪强度参数发生弱化,进而导致框架码头结构稳定性降低,因此有必要开展变幅水位条件下高填方岸坡框架码头结构承载特性研究。首先,基于已建立的变幅水位下岸坡稳定性简化计算方法,考虑土体饱和度与水位循环次数对土体强度参数的影响规律,建立了考虑渗透力、土体饱和度及变幅水位循环次数综合影响下的码头结构承载特性简化分析方法。然后,借助ABAQUS有限元软件,建立了高填方岸坡框架码头结构三维有限元计算模型,并将建立的方法应用于某实际码头工程承载特性分析。结果表明：饱和度、变幅水位循环次数与渗透力的共同作用对岸坡框架码头竖向承载能力影响并不明显,然而饱和度及水位循环次数的增加略微增大了码头结构水平向极限承载能力,撞击荷载作用下,岸坡土体饱和度为90%比饱和度为14%时码头结构水平极限承载力增加了6.4%,水位循环100次比水位循环1次时水平极限撞击能力增加了3.3%;考虑渗透力后饱和度及水位循环次数的变化对岸坡土体位移影响较大,其中岸坡塑性贯通区及位移变化最大区域集中在坡顶挡土墙下方与岸坡第1排、第2排桩基土体周围。     

降雨作用下基覆型边坡失稳特征及承载力试验研究

为了研究降雨诱导基覆型边坡失稳特性，采用室内模型试验方法对基覆型边坡在暴雨作用下的失稳过程及机制进行了系统研究. 通过探讨降雨前后边坡内土体含水率和孔隙水压力在时间、空间上的变化特性，揭示降雨诱导的边坡失稳机制. 同时通过坡顶加载方法研究了雨后边坡承载力变化规律. 研究结果表明:随着降雨的发展，在坡脚处首先出现土体液化流动现象，随后出现土体局部脱落；随着降雨的持续进行，土体脱落破坏的范围逐渐增大，进而导致上方土体临空面加大，土体破坏后随即被雨水饱和软化而向下滑动，后方土体进一步被侵蚀，最终造成了一定深度和宽度的边坡破坏现象；边坡内土体含水率升高与孔隙水压力的增大是导致边坡失稳破坏的主要因素；降雨停止后，边坡可以承受的极限荷载先增大后减小，最后趋于稳定，而基覆型边坡在顶部静荷载作用下破坏模式呈现出整体和局部滑移模式.      

通青公路边坡失稳成因分析及治理研究

在分析通青公路地质环境条件的基础上,对该路段边坡失稳的形态、变形特征以及气象水文、地形地貌和工程活动等主要因素对边坡稳定的影响进行了研究,并对该线路中边坡失稳的形成过程和机理进行了分析。研究结果表明,由于开挖使得边坡植被遭破坏,表层岩土体风化严重及降雨入渗导致边坡岩土体浸水软化,其抗剪强度降低或丧失,形成坡面开裂和坡脚剪切破坏,滑面贯通造成边坡失稳的产生。结合工程实际对该处边坡失稳进行了处治设计,提出削坡卸荷＋地表地下排水＋坡脚支挡防护的综合治理措施,同时采用渗流有限元与普遍极限平衡法相耦合的方法,对通青公路k4＋330段边坡不同工况下稳定性进行分析。计算结果表明：处治前边坡在持续降雨情况下处于不稳定状态;处治后边坡在边坡天然状态和饱和状态抗剪强度降低的情况下,其安全系数都得到了提高。     

极限分析法求解含软弱夹层边坡稳定性

软弱夹层对边坡的稳定性影响显著,目前设计中通常采用极限平衡法计算边坡的稳定性,其在求解中需要建立多个平衡方程. 为了分析含软弱夹层边坡的稳定性,首先,采用极限分析法建立了计算模型;其次,通过极限平衡法验证了求解的准确性;最后,分析了荷载、夹层形状、夹层强度等对稳定性的影响. 研究结果表明:边坡安全系数随着外荷载强度的增大而减小,其中,当加速度放大系数由1.0增大为1.6时,安全系数由1.20降为0.89;当外荷载频率越大时,边坡越易提前产生破坏;软弱夹层形状对边坡安全系数影响显著,特别是当其靠近坡顶与坡面时;安全系数随着软弱夹层摩擦角与黏聚力的减小而近似线性降低,其中,当黏聚力由9 kPa降为5 kPa时,安全系数降低约30%.      

水位骤降条件下某滑坡的稳定性分析

通过建立大位移变形块体有限元模型,分析在水位骤降条件下重庆市涪陵地区某大型土质滑坡的稳定性.模拟结果表明,当水位骤降最大变形都集中在斜坡坡面较中后缘高陡坎处,坡体前缘变形较小,极大地影响边坡的稳定性;同时,分析了滑带土对边坡稳定性的影响.     

水位骤降条件下某滑坡的稳定性分析

通过建立大位移变形块体有限元模型,分析在水位骤降条件下重庆市涪陵地区某大型土质滑坡的稳定性.模拟结果表明,当水位骤降最大变形都集中在斜坡坡面较中后缘高陡坎处,坡体前缘变形较小,极大地影响边坡的稳定性;同时,分析了滑带土对边坡稳定性的影响.     

Hoek-Brown准则下岩质边坡浅层稳定性分析

对于裂隙节理发育的中、强风化岩质边坡,需要对其浅层稳定性进行验算。基于Hoek-Brown准则,采用极限分析上限定理,建立了岩质边坡浅层滑动的破坏机构。在计算其外力功率和内能耗散的基础上,结合强度折减法,推导了岩质边坡浅层滑动的安全系数表达式。利用序列二次规划法,对安全系数进行求解后,分析了安全系数随着坡角和边坡高度的变化规律。结合工程案例,对某隧道洞口处岩质边坡的稳定性进行了评估,并提出了相应的工程加固措施。     

有限元双折减系数法的边坡稳定性应用

通过设计基于有限元分析的双折减系数法的边坡稳定分析程序,对一边坡进行边坡稳定分析,得出随内摩擦角折减系数逐渐增大,而粘聚力折减系数逐渐减小,边坡失稳时塑性破坏区于坡顶呈现逐渐收缩态势。