加筋重力式挡土墙主动土压力的上限分析方法

基于极限分析理论的上限法,考虑平面滑动的破坏模式,将加筋重力式挡土墙拉筋破坏分为拉断和拔出2种模式,分别计算其能量耗散功率,取二者的小值作为拉筋在极限状态下的能耗功率,进而求得作用于墙背的主动土压力。以衢宁(衢州—宁德)铁路路基加筋重力式挡土墙为例,采用本文方法、数值模拟及规范方法分别计算墙背主动土压力。结果表明:本文方法与数值模拟结果吻合较好,比后者偏大15%以内;所建立的方法能充分反映墙后填土的黏聚力、内摩擦角、拉筋极限拉力、拉筋长度、间距、墙高、墙背倾角、地面倾角等重要参数对土压力的影响特征,并可用于拉筋间距及长度的优化设计。     

基于Mohr-Coulomb理论的路堤临界填筑高度确定方法EI北大核心

研究目的:同时考虑地基土的内摩擦角与黏聚力,对软土地基上的路堤填筑临界高度计算方法基于摩尔库仑理论进行探讨,并与传统的费兰纽斯公式、经验公式等做对比分析,找出他们的不足之处。本文拟从两方面着手进行分析,找出理论公式。研究结论:确定路堤临界填筑高度时:(1)应该同时考虑地基土的内摩擦角与黏聚力,计算结果才能更加可信;(2)通过计算分析,设计临界高度并不是由填筑临界高度简单地适当降低2～3 m,也不能简单地直接按填筑临界高度来设计,而必须根据填筑高度、坡率、列车荷载以及地基参数通过稳定性分析来确定,否则会造成较为保守的设计;(3)以往的方法很少同时考虑土体的内摩擦角φ与黏聚力c,因此,具有一定的局限性;(4)本文同时考虑土体的内摩擦角φ与黏聚力c,推导的理论计算公式可以用于初步确定软弱地基上填方的临界高度。     

基于Hewlett方法的桩网复合地基土拱效应优化算法

桩网复合地基填土性质与土拱效应发挥程度直接相关,而传统土拱模型并不能有效反映填土黏聚力对桩土应力计算结果的影响。在Hewlett极限状态空间土拱效应分析基础上,采用填土综合内摩擦角指标完成空间土拱拱顶及拱脚位置处单元土体应力极限状态分析,考虑桩间土应力非均匀分布与被动土压力发挥程度的影响,得到桩网复合地基桩体荷载分担比解析表达式。研究结果表明:填土黏聚力显著提高路基填土土拱效应,复合地基设计应考虑填土黏聚力的有利影响;桩间土应力并非均匀分布,通过非均匀分布系数折减后,可有效提高弹性工作状态的桩体荷载分担计算结果;考虑被动土压力发挥程度的计算结果并不合理,应分别由桩顶和拱脚土体应力极限状态确定对应的桩体荷载分担比,取较小值为最终桩体荷载分担比结果。     

基于塑性变形理论的圆形抗滑桩边坡稳定性分析

圆形截面抗滑桩广泛应用于边坡加固和地质灾害治理工程中,传统的圆形截面抗滑桩理论和经验计算公式未考虑土-拱效应,因此计算结果不合理。本文基于Ito塑性变形理论,考虑桩-土相互作用的土-拱效应,推导出圆形截面抗滑桩在考虑土-拱效应时计入桩土摩擦力的水平分布力计算公式以及边坡稳定性系数F_s;并结合工程算例,讨论了土体重度、黏聚力、内摩擦角和桩间距对边坡稳定性的影响,研究结果表明:(1)通过推导的水平分布力公式,可得圆形截面抗滑桩的布桩位置对桩身抗力和边坡稳定性系数的影响,边坡稳定性系数在抗滑桩距离坡脚约为0.5L时最大,0.4~0.6L时处于稳定状态;(2)黏聚力和内摩擦角对边坡稳定性起着决定性的影响因素,土体的重度对边坡稳定性的影响并不明显,当桩身距离坡脚0.5L时,边坡土体的重度对边坡稳定性影响更加明显;(3)在考虑边坡稳定性和工程造价的条件下,采取2~2.5倍桩径距离进行布桩可以达到良好的工程效果。     

基于正交试验设计的路堤下地基沉降影响因素显著性分析

为研究路堤下地基沉降影响因素的显著性,采用等水平正交表进行正交试验设计,建立了地基沉降理想弹塑性有限元分析模型,通过计算路堤填土重力作用下的地基沉降及塑性变形,分析了在高低两种地基土强度条件下地基土的变形模量、内摩擦角、黏聚力、重度和路堤高度、填土变形模量、填土重度7种因素对地基沉降影响的主次关系。分析结果表明:对地基沉降影响最为显著的因素是地基土变形模量和路堤高度;随着地基土强度的降低,地基土的塑性变形增加明显,地基土内摩擦角对地基沉降的影响程度凸显,其显著性明显超过路堤填土重度与地基土黏聚力;对地基土的塑性变形而言,地基土内摩擦角的显著性大于地基土变形模量、路堤高度等因素,影响程度最为显著。研究成果可为地基沉降分析与工后沉降控制提供参考。     

麦秆纤维加筋土的抗冲蚀性及其防护效果试验研究

为了研究天然纤维加筋土的抗冲蚀性能及其防护效果,选取麦秆纤维为加筋材料,并加入定量石灰,制备麦秆纤维加筋土试样,进行直剪试验、崩解性试验及模拟降雨冲刷试验。试验结果表明:麦秆纤维加筋提高了土体的抗剪强度,主要表现为黏聚力随龄期增长明显,最大黏聚力增长率约为400%,内摩擦角增长较小,最大内摩擦角增长率约为50%,石灰+麦秆纤维加筋土的强度增长率高于纯麦秆纤维加筋土,纤维加筋率的增加可以明显提高加筋土的抗剪强度;麦秆纤维加筋有效降低土体的崩解性,崩解速率降低系数平均约为4.83,石灰的加入可以进一步提高纤维加筋土的水稳定性;麦秆纤维加筋土的防护效果明显,含泥量和径流量均比较稳定,含泥量平均降低约40%,且随着降雨历时的增长,防护效果更明显。本研究结果对于麦秆纤维加筋土应用于黄土边坡坡面防护具有指导意义。     

岩体结构控制下的边坡稳定性多因素敏感性分析

结合某水库边坡工程,根据坝址区主要Ⅱ级结构面的发育特征,通过地质分析表明对岩质边坡稳定性起控制作用的两个结构面是断层F11和断层带F6,7,8。基于正交试验设计理论建立了坝肩边坡稳定性的多因素敏感性分析模型,对影响该岩质边坡稳定性的基本因素,断层F11与F6,7,8的黏聚力和内摩擦角进行了研究。结果表明,断层F11的内摩擦角对边坡稳定性影响最为显著,其次为断层带F6,7,8的内摩擦角;而断层F11的黏聚力和断层带F6,7,8的黏聚力对边坡稳定性影响较小。     

加筋土挡墙地震稳定性分析的水平条分方法

根据加筋土挡墙分层填筑、分层加筋、分层压实成水平成层土体的特点,针对加筋材料的不可延展性和可延展性2种情况,采用不同的形状简化破裂面,并将加筋体划分成一定数量水平土条,提出分析加筋土挡墙地震稳定性的水平条分方法.导出筋材拉力和所需筋材长度的计算公式,分析填土内摩擦角、水平和竖向地震加速度系数对筋材拉力及所需筋材长度的影响.结果表明:随着填土内摩擦角的减小、地震加速度系数的增加,加筋土挡墙内部稳定性变差,需要筋材的强度更大、长度更长;当填土内摩擦角及地震加速度系数相同时,可延展性筋材所需长度比不可延展性筋材大.与其他方法的比较分析表明,采用简化破裂面比采用对数螺线状或多折线破裂面更加简单合理,便于工程应用.     

非均质边坡稳定性极限分析上限法

引入变异因子,推导土体黏聚力沿深度线性变化时的边坡极限分析上限法相关公式,研究成层土不同分布情况下的稳定性,并对极限分析法与极限平衡法中的评价指标进行对比。结果表明:对于刚体转动破坏,当坡脚土层黏聚力不变时,随着变异因子的增大,滑面对应的张角增大,但滑面位置变动微小,稳定系数近似线性增加。稳定系数和安全系数随变异因子的改变呈现相同的变化规律,但安全系数的大小与边坡坡高、土体重度和黏聚力有直接关系;考虑土体变形时,变形区内由黏聚力变化引起的损耗率是对数旋转面上的一半;坡脚土层黏聚力保持不变时,极限承载力随着变异因子的增加近似线性增加;当坡脚土层黏聚力大于坡肩时,边坡的稳定系数、安全系数和极限承载力均比土层相反分布时的要大。表明边坡坡脚土层黏聚力过小更容易造成失稳,建议采取"固脚强腰"的防护措施以确保边坡稳定。     

加筋土边坡稳定性分析水平条分简化计算方法

加筋土在填土边坡工程中得到了广泛应用,采用传统的垂直条分法计算边坡稳定系数,不能合理考虑水平筋材的作用效果,使计算结果偏于保守,而用水平条分法计算加筋土边坡的稳定性,具有较好的优越性。首先分析水平条分与竖直条分中条间力的关系,建立类似垂直条分瑞典法和简布法的水平条分条间力的假设条件,推导在2种假设条件下,能适用于水平加筋和立体加筋土边坡稳定性安全系数的计算公式。通过算例对比分析,证明本文方法的可行性,并分析立体加筋不同竖筋高度和竖筋间距对边坡稳定性安全系数的影响,为立体加筋技术在边坡工程中的推广和应用提供参考。     

高速铁路桩网复合地基桩端下刺机理研究

桩的下刺变形是桩网复合地基沉降来源之一,其特性是高速铁路地基处理研究的重要内容。本文从理论上分析了桩网复合地基桩端下刺机理,运用有限元软件ABAQUS对影响桩端下刺量的各种因素进行了计算分析,发现影响桩端下刺量的主要因素是路堤填土变形模量,桩径、加固区土体变形模量,桩端土体变形模量、黏聚力、内摩擦角和桩顶荷载。在此基础上运用MATLAB自带的数理统计工具箱对影响桩端下刺量的主要因素进行了参数回归分析,并给出一种桩端下刺量的计算公式。     

非饱和加筋土挡墙稳定性分析

加筋土结构的填土实际处于非饱和状态,传统的饱和土结构设计忽略了基质吸力,与实际有较大出入。针对非饱和加筋土挡墙结构,提出其稳定性计算的基本假定,基于水平条分法推导了均匀与线性2种吸力分布下筋材拉力和加筋长度的解析解,并探讨了基质吸力、吸力角对稳定性的影响。结果表明:随着基质吸力、吸力角增大,筋材拉力总和、筋材长度显著减小;均匀吸力分布时基质吸力、吸力角对筋材拉力总和、筋材长度的影响是线性分布时的2倍;基质吸力及吸力角对筋材拉力的影响比对筋材长度的影响大。设计加筋土挡墙时,忽略填土非饱和特性的设计结果偏于保守,建议在保证工程安全的前提下合理考虑基质吸力的影响。     

孔隙水作用下的二级边坡挡土墙被动土压力上限研究

借助极限分析方法上限定理,计算考虑孔隙水压力和通过拟静力法简化的水平和竖直向地震力作用下的二级边坡的挡土墙被动土压力的上限解。根据获得的被动土压力上限解,利用MATLAB软件对上限解进行优化计算,并选取适当的参数,分析不同的边坡土体参数及地震土压力系数对挡土墙被动土压力上限解的影响,研究结果表明:二级边坡的被动土压力系数随着横向地震力荷载系数Kh,ρ角和孔隙水压力系数的增加而增加,随着内摩擦角φ和黏聚力c的增大而减小。     

基于FLAC~(3D)路基边坡安全系数影响因素分析

采用FLAC~(3D)软件,建立路基边坡三维数值模型,基于强度折减法对边坡的稳定性进行数值模拟,研究土的黏聚力和内摩擦角对路基边坡稳定性影响。研究结果表明:随着黏聚力或内摩擦角的增加,路基边坡安全系数均线性增加,塑性变形区域逐渐减小。     

西成高铁东崂峪大桥岩质边坡稳定性研究

西成高铁穿越秦岭山区,多处桥台位于高陡边坡上,其中东崂峪大桥西安台坡高约120 m,基岩裸露。为评价该边坡的稳定性,首先对该边坡进行了地质调查,并取代表性样本进行了岩石试验,然后运用总结归纳、极限平衡分析法进行理论分析,掌握了该边坡的地形地貌、地层岩性、地质构造,以及该边坡代表性岩样的饱和抗压强度、抗剪切强度、黏聚力、内摩擦角等物理力学指标,确定了边坡稳定性的影响因素,计算得出该高陡岩质边坡的稳定系数为1. 05,边坡稳定坡角为55. 4°。施工阶段桥台基础开挖后,验证了之前计算的稳定坡角基本合理,桥台基础设置满足工程需要。     

陡坡地基上高填路堤极限承载力研究

结合山区高速公路建设的实践,采用大型室内模型试验,找出了荷载作用下陡坡地基上高填方路堤滑动破坏面出现的位置及形态。通过对路堤边坡稳定性计算的极限分析上限法进行研究,根据折线形滑动面形式建立机动容许速度场,推导计算斜坡地基上高填方路堤稳定性及极限承载力的计算公式。运用此方法对斜坡地基上不同斜坡坡度、不同填土高度、不同路堤宽度以及不同路堤边坡坡度的填方路堤极限承载力进行计算,得出各个因素对其极限承载力的影响。研究结果表明:路堤填筑高度和顶面宽度对其极限承载力的影响最大,其次为斜坡坡度的影响,而路堤边坡坡度对其影响并不显著。建议在斜坡地基上填方路堤的设计与施工过程中综合考虑斜坡坡度、填土高度、路堤宽度、路堤边坡坡度、极限承载力等各种因素的影响,以确保山区高速公路安全畅通。     

考虑含水率对剪切参数影响的土质边坡稳定性分析

应用 C#语言进行 Slope/w二次开发,基于 GeoStudio的 Seep/w与 Sigma/w模块耦合分析,得出高斯点的体积含水率,利用常规直剪试验数据建立黏聚力和内摩擦角与含水率的关系式,分析降雨情况下土质边坡的稳定性,并与不考虑含水率影响的边坡稳定性分析结果进行对比。分析结果表明,考虑含水率影响后,土体的抗剪强度降低,边坡的稳定性系数大幅度降低,考虑含水率对剪切参数的影响计算结果更符合实际情况。     

地下水位上升对边坡稳定性影响的拟静力分析

利用有限元模型分析了不同影响因素(坡角、黏聚力、内摩擦角、地下水位高度、设计峰值加速度)对边坡稳定性影响的显著性,并研究了地下水位变化对边坡稳定性和变形的影响规律。结果表明:内摩擦角对边坡稳定性影响最大,其次为设计峰值加速度、坡角、黏聚力、地下水位高度。地下水位的变化可使边坡安全系数降低15%,因此地下水的影响不容忽略。当水位达到较高位置(地下水位高度达22 m)时,水平最大位移比无水时增加58.33%。随着地下水位的升高边坡的最大水平位移开始表现出边坡后缘下挫并逐步向前缘扩展的趋势,使得边坡的变形最大值由边坡的最高处开始向坡脚处转移。当地下水位升高一定高度时,边坡的最大水平位移会出现一个突变,位移最大区域向边坡内部扩展,说明地下水的影响使得边坡滑动面向边坡内部延伸,其滑动规模增大,这可作为边坡滑坡预测的重要指标。     

高土质边坡稳定性主控因素研究

在山区高速铁路的建设及运营过程中,时常发生高边坡失稳现象。影响边坡稳定性的因素很多,包括几何形态、地质构造等,各因素影响程度不同,因此边坡稳定性影响因素的选取会直接影响到边坡稳定性的判定结果。本文应用粗糙集理论来分析影响边坡稳定性的主控因素。首先,收集了西南地区在建的5条山区高速铁路共35处高土质边坡的工程数据;其次对数据离散化处理,建立起反映众多种类的高土质边坡稳定性影响因素与其稳定性的映射关系决策表;再次,利用粗糙集理论对决策表进行约简,得出高土质边坡稳定性的主控因素为土体内摩擦角、黏聚力、边坡坡度、边坡支护情况和日最大降雨量;最后,计算出各主控因素对高土质边坡稳定性影响的权重系数。     

穿越分层地层的盾构隧道开挖面稳定机理研究

基于塑性力学极限分析上限法,通过空间离散技术,建立圆形盾构隧道穿越分层地层时开挖面失稳的三维破坏机构,推导盾构开挖面极限支护压力的计算方法,获得最优上限解。针对单一地层,将极限支护压力计算方法与前人提出的3种多块体模型计算方法进行对比,分析黏聚力、内摩擦角等强度参数差异对极限支护压力的影响,同时验证本文方法的准确性。针对2种地质强度差异较大地层,将此方法和数值模拟计算的极限支护压力进行对比,研究地层差异性对极限支护压力的影响,发现2种方法计算结果吻合度较高。研究表明:极限支护压力随上部软弱地层在开挖断面竖直方向上的厚度占开挖断面总高度的比例增大而增大,并随地层内摩擦角、黏聚力差异的增大而增大。