塑性极限分析上限法在边坡安全系数求解中的应用

基于塑性极限分析上限法在边坡中建立一个合理的速度场,取滑动面为对数螺旋曲面,分别求得边坡滑动体、外荷载所做外功率和滑动面上内能消散率的计算表达式.然后定义材料强度储备安全系数为边坡的稳定安全系数,即边坡中岩土体的c和φ按同一比例折减后边坡达到极限平衡状态,由此可求得边坡处于极限状态时的外功率与内能消散率.再结合虚功率方程得出边坡安全系数的表达式,进而求得其最小上限解,便能确定边坡最不利滑动面的位置以及其最小安全系数.最后,以一个边坡安全系数求解为算例,把本文的计算结果与多种传统方法的计算结果比较,证明本文所提出的方法合理可行.     

土体参数对多级均质边坡滑动面的影响

基于极限分析上限法和强度折减技术,根据边坡极限平衡状态下内外能耗相等原理,推导多级台阶式边坡安全系数极限上限表达式。编制序列二次规划法程序,通过搜索边坡最危险滑动面及其对应最小安全系数,探讨土体参数对多级边坡滑动面形态和位置的影响。研究结果表明:多级边坡滑动面形态和位置分布受无量纲参数ηcφ=c/(γhtanφ)控制。当ηcφ为定值时,黏聚力c或内摩擦角φ任一值改变对滑动面位置均无影响,滑动面位置保持不变;当ηcφ增大时,边坡失稳模式由浅层破坏转变为深层破坏,滑动面由近坡面向边坡内部移动。同时,参数tanφ/Fs的值随着ηcφ增大而逐渐减小。ηcφ较小时,上陡下缓坡体外形不规则的边坡有可能发生局部失稳,且随着无量纲参数ηcφ的增大,边坡滑动面形态有从局部破坏逐渐变化为整体破坏的趋势。本文研究有助于工程实践中判断多级边坡潜在滑动面位置,快速确定多级边坡安全系数,对高大边坡工程实际的设计施工与防护具有实用价值。     

滑坡动力失稳定量分析

采用FLAC3D软件进行滑坡动力时程数值分析,对滑带单元的瞬时应力进行分解,得到滑带单元上垂直滑带的正应力和平行滑动方向的剪应力,据此定义滑带点安全系数以及滑坡整体安全系数。通过滑带点安全系数的动态空间分布特征以及滑坡整体安全系数的动力时程演化特征,定量分析滑坡的动力失稳。青海玉树结古镇至巴塘机场公路2#滑坡实例分析结果表明:地震作用下滑坡的动力失稳机理为推动式,与自重作用时一致;但地震作用明显降低滑坡的稳定性,且以滑坡中前部最为明显,最大降幅约30%;计算结果与滑坡的宏观变形特征相吻合,滑体中前部西杭引水渠附近震后出现密集的裂缝带,正是由于地震作用导致该部位滑带稳定性快速衰减所致。     

基于极限理论的抗滑桩-加筋土组合加固高填筑边坡稳定性分析

采用加筋土挡墙单一结构加固高填筑边坡,其加固效果不理想且稳定性难以满足工程要求,因此抗滑桩-加筋土组合加固高填筑边坡稳定性分析方法亟待深入研究。基于虚功原理和小应变假设,建立了抗滑桩-加筋土联合加固高填筑边坡受力变形的极限分析上限理论模型。通过能量平衡原理以及强度折减法,推导了组合加固高填筑边坡的安全系数计算表达式,并编制了计算程序将安全系数隐函数转化为数学优化问题进行求解。通过该方法求解了实际工程案例中加筋土、抗滑桩以及抗滑桩-加筋土组合支护边坡的安全系数,据此对比分析验证了基于极限理论方法求解边坡安全系数的合理性,进一步通过数值模拟,探讨了筋材长度对加筋土边坡、抗滑桩-加筋土组合加固边坡安全系数的影响,并对不同工况下边坡破坏模式展开分析。研究结果表明：坡体稳定性主要是由贯穿式滑动带控制,增加土工格栅长度能提高边坡安全系数,改变边坡的滑移形式;对于抗滑桩-加筋土联合加固边坡,在土工格栅长度相同工况下,增设抗滑桩可大幅度提高边坡的安全系数,使得边坡原有的滑裂面由浅层滑移向坡体深部下移,边坡破坏形式由开始2条贯穿滑裂面转变为单一未贯穿滑裂面;抗滑桩最大弯矩值随着土工格栅长度增加而增大,桩...     

求解三维边坡安全系数的最小势能法研究

为有效评价岩土体的稳定性,运用最小势能法进行三维边坡的稳定性分析。通过引入土弹簧模型、依据滑体整体静力平衡方程,计算滑体系统的弹性压缩势能以及剪切势能。基于物体在自重作用下沿斜面运动规律,确定微面下滑方向,将整个滑体的潜在运动方向视为微面滑动方向的矢量和。将边坡的安全系数定义为沿着滑动方向得到的抗滑力与下滑力的比值。为验证文中计算方法的合理性,计算了一个经典算例的安全系数。研究结果表明:文中计算方法得到的解答与其他算法的相对误差在10%范围内,表明文中计算方法可用于三维边坡的稳定性分析;随着土体抗剪强度指标的增大,边坡的安全系数呈现线性增大的趋势;当三维滑体的横向尺寸与纵向尺寸之比大于5时,可以将三维边坡的稳定性分析视为平面应变问题处理。     

吉尔木隧道出口边坡赤平投影稳定性分析

研究目的:赤平投影可通过空间投影关系直观反映不同结构面的空间组合关系,适用岩质边坡稳定性定性评价。块体理论可对不同破坏类型的结构体稳定性进行定量计算。本文将基于吉尔木隧道出口边坡的现场调查,分析该边坡岩体结构类型和基本破坏模式,并利用Barton模型估计岩体结构面强度参数。在此基础上,结合赤平投影理论和块体理论分析该边坡潜在失稳岩体的结构面组合关系,并确定各模式块体的稳定性系数,以期为边坡防护设计提供一定的指导。研究结论:(1)通过Barton模型计算结构面的力学指标表明:在法向应力为2 MPa时,结构面的内聚力C=0. 12 MPa,内摩擦角φ=34°～36°;(2)隧道出口边坡岩体主要破坏模式有倾倒式破坏、楔形体滑动破坏和平面滑动破坏,其中倾倒式破坏主要受直立卸荷裂隙控制;平面滑动破坏主要为沿与坡面近平行的长大卸荷裂隙滑动和沿岩层层面滑动;楔形体破坏主要受到了岩层层面、近直立卸荷裂隙和密集节理面的共同控制;(3)赤平投影分析表明:边坡岩体沿单滑面破坏的块体1和块体2以及沿双滑面交线破坏的块体12是不稳定的,其中块体2的稳定性最差;(4) Barton模型、赤平投影及块体理论相结合的岩质边坡稳定性分析方法具有准确和快捷的优点,该方法在高陡岩质边坡分析中具有良好的应用前景。     

有限元极限平衡法在三维边坡中的应用研究

研究目的:在二维有限元极限平衡法基础上建立基于强度储备概念和主滑方向的三维有限元极限平衡法,明确其空间任意形状滑动体安全系数定义及其物理意义、安全系数与主滑方向的关系和可行性等关键问题.利用积分中值定理给出其空间任意形状滑动面的安全系数定义,表征空间滑面内局部安全系数和整体抗滑稳定安全系数的内在联系.研究结论:(1)有限元极限平衡法得到的稳定分析结果与刚体极限平衡法和有限元强度折减法保持一致,将该法应用于空间边坡稳定安全评价是可行的;(2)当计算坡体轴向长度较短时,滑坡体三维效应明显,三维稳定安全系数明显高于二维稳定安全系数;当坡体轴向长度较长时,三维稳定分析结果与二维稳定分析结果趋于一致.     

黄土地区管道沿线填土边坡滑坡发生机理和防治对策

应用数值模拟方法,对黄土地区管道沿线填土边坡滑坡病害的发生机理进行研究。主要包括3种工况：自然斜坡的初始应力场回归、填土在自重作用下的固结沉降及降雨对坡体变形的影响。结果表明：填土在自重作用下产生固结沉降以及向临空面方向的卸荷变形,在此应力重分布过程中,填土坡面以及坡体上部产生大量张拉破坏单元;降雨是填土边坡变形破坏的主要诱因,一方面增加了填土坡体的容重,另一方面,沿张拉裂缝下渗的雨水软化了填土与原自然坡面的接触带,导致了填土高边坡的滑动失稳。在稳定性评价的基础上,根据管道所处边坡部位的特殊性,采用锚管构架、锚索地梁以及反向坡排水等工程措施对工点病害进行治理。计算结果和现场监测资料表明,治理后的坡体变形得到了有效控制。     

广义对数螺旋型滑面模型的构建与验证

临界滑动面的合理确定是边坡稳定性分析的关键问题之一。传统的边坡滑动面假设方法构造生成的潜在滑动面形式单一,且无法考虑复杂边坡中土层强度参数变化对临界滑动面形状的影响,从而降低了边坡稳定性分析结果的可靠性。基于此,提出一种新的广义对数螺旋型滑面模型,该模型可生成包含传统圆弧滑动面和对数螺旋滑动面在内的多种形式的潜在滑动面;并针对非均质边坡中各土层抗剪强度不同的特点,采用多中心分段构造策略,将该滑面模型应用于非均质边坡稳定性分析中。基于极限平衡理论计算滑动面安全系数并搜索临界滑动面,对边坡进行稳定性评估。选取多个均质边坡及多种型式的非均质边坡(水平分层、倾斜分层和斜折线分层)经典算例与现有研究成果以及数值模拟软件获得的结果进行对比分析,验证该滑面模型的合理性与优势性。研究结果表明：文中方法计算所得安全系数与其他方法相比更小,相对误差在5%以内。能够得到传统滑动面假设方法下难以搜索到的临界滑动面,并与数值模拟结果吻合度较好,稳定性分析结果更接近实际情况。由此说明,此方法用于均质边坡及非均质边坡稳定性分析是合理可行的,有望为工程实践提供更优的临界滑动面解决方案。     

地震作用下土工合成材料加筋土边坡动力分析

采用有限差分法,建立土工合成材料加筋边坡的动力数值分析模型,研究加筋土边坡在地震作用下,发生的边坡水平位移、坡体变形和边坡的潜在滑动面,以及筋材与土体的耦合特性。计算分析表明:在地震作用下,加筋有效减小了边坡的水平位移,使边坡具有更好的整体性,减小边坡的变形;加筋土边坡在潜在滑动面处的剪应变增量较小,发生滑动的可能性较小;地震作用下,加筋土边坡的筋材承受拉力,且靠近坡脚处的筋材收到的耦合拉应力更大。研究结果对土工合成材料加筋土边坡的抗震设计有一定参考参考价值。     

山区高等级公路陡坡高路堤滑动失稳类型及机理分析

通过工程地质分析,对山区陡坡高路堤的分类、滑动失稳类型及机理进行了系统研究。将陡坡高路堤按其所处自然斜坡坡体结构分为完整岩体边坡、破碎岩体边坡等5类;系统总结了陡坡高路堤滑动失稳类型,将破坏模式分为填筑体内类均质体弧型滑动、填筑体与原坡体交界面折线型滑动等7类模式;对各类破坏模式的破坏机理进行了分析。应用本文的滑动失稳分类方法,对云南一高速公路典型陡坡高路堤滑动破坏原因进行了分析。本文研究结果可为我国山区高等级公路陡坡高路堤修建提供参考。     

淤泥质软土基坑边坡稳定性分析及其加固方案研究

明挖隧道施工的淤泥质软土基坑在开挖过程中,其部分断面处的基坑边坡易出现较大的地表累积沉降和边坡水平位移,会严重影响到工程建设的安全性。采用有限元强度折减法对案例工程上述断面处的基坑边坡进行了稳定性分析,得出该边坡的安全系数仅为0.63,并找到潜在的滑动面及其破坏模式。在上述研究的基础上,提出了2种加固方案。经分析,在坡脚注浆、设置钢板桩和堆土反压加固方案的加固效果不理想,在坡脚注浆并设置抗滑桩加固方案能显著提高边坡稳定安全系数,能有效控制地表沉降和边坡面位移。     

二维边坡滑动面及稳定性弹塑性有限元分析

通过理论推导和证明,提出了岩土潜在滑线(面)确定潜在滑移线面的理论。该理论根据弹塑性有限元的应力分析结果,用数值积分方法得出岩土潜在滑移线(面),是确定岩土潜在滑移面的通用方法。当岩土应力达到破坏状态时,确定的潜在滑移面将转为真正的滑移面。通过大量的边坡算例和实例分析得出,本文所提出潜在滑移线(面)理论是正确的,分析边坡稳定确定潜在滑面具有优越性。常规边坡稳定性分析与本文方法所得到的最危险潜在滑移线(面)形状和位置、边坡稳定安全系数均相差较大;常规法所得到的结果与实际也相差较大;岩土的变形参数变化对潜在滑移线(面)的形状影响较大,而对边坡最危险潜在滑移线(面)的形状、位置及平均稳定安全系数影响不大;填土容重变化对潜在滑移线(面)的形状及位置影响不大;对边坡稳定安全系数影响较大。     

圆弧直线型滑面岩土质边坡稳定性分析方法

研究目的:岩土质边坡是我国中西部山区常见的一种边坡类型。大量工程实践表明,若岩土质边坡下部存在顺坡向的土石界面或岩层面,且上部覆盖一定厚度的黏性土,岩土质边坡在开挖过程中极易诱发滑坡、坍塌等次生灾害,其实际的滑动面多呈现出圆弧直线型。而目前的边坡稳定性分析方法一般假定滑动面为圆弧型或折线型,不能够较好地满足此类型岩土质边坡稳定性分析的要求。为此,本文探究一种基于圆弧直线型滑面搜索的岩土质边坡稳定性分析方法。研究结论:(1)论文采用了一种基于平面坐标系统的组合滑动面搜索模式,该方法考虑了岩土质路堑边坡的几何特征和典型滑移模式,通过不断改变黏性土土层内圆弧滑动的虚拟搜索圆心坐标位置,能够寻找圆弧直线组合滑动面的有效交点,可实现对不同位置潜在的圆弧直线组合滑动面上滑体的稳定性分析过程;(2)论文采用C#作为开发工具,基于该计算分析方法编制了岩土质路堑边坡稳定性分析的相关软件,可自动实现圆弧直线组合滑动面全剖面搜索和最小稳定安全系数的分析过程;(3)该研究成果已较好地应用于吕临铁路支线工程滑坡优化设计工作中,有效提高了路堑边坡设计精度及效率,对解决圆弧直线型滑动边坡的稳定性分析具有较强的借鉴作用。     

赤平极射投影分析和楔形体稳定计算

岩质边坡的稳定性主要受节理面控制,边坡的破坏主要是由节理面切割形成的楔形体失稳造成的。楔形体的稳定性,通常采用赤平极射投影进行分析,但只能获得定性的结论。楔形体作为刚体,其稳定性可按照极限平衡法计算,但手工计算只适用于规则的楔形体,对不规则的楔形体,进行稳定性分析计算十分复杂。基于以上分析,编制了赤平极射投影分析计算程序,可绘制赤平投影图、玫瑰花图、极点图和等密图,可对楔形体的稳定性进行计算。程序中的楔形体稳定计算部分采用了严密的数学推导,对任意两组坡面和两组节理面可确定其是否组成楔形体,进而判断楔形体最危险滑动面和滑动方向,并计算其稳定系数。本文详细介绍了该程序的结构、主要功能和应用。     

黄土地区滑坡稳定性有限元分析

介绍了常见滑坡的类型,通过对黄土地区某铁路工程通过处边坡的工程地质勘察及分析,得出了该滑坡的形成机理,从而判定了该滑坡的存在。进而利用ANSYS软件对该滑坡在自然状态及饱水状态下的稳定性分别进行有限元分析,得出了坡体在各处的安全系数及塑性状态。分析发现,在滑坡体的前缘及后缘处存在着塑性区域,但塑性区域尚未贯通。饱水状态相对自然状态来说安全系数较低,且塑性区域有进一步贯通的趋势。通过有限元分析发现,其分析过程中不需要预先假设滑动面,且可得出坡体各处的应力状态,可以为滑坡的防治提供较科学的指导。     

非均质各向异性土体中桩加固边坡稳定性研究

岩土工程中自然土质边坡稳定性问题是常见的基础性问题之一。自然界中的边坡常常处于一个维持自身稳定的状态,即内部的抵抗力不小于外部扰动力,而内部抵抗力和外部扰动力则随着边坡形状、施加在边坡的外力的改变而发生动态变化。如果在外力扰动较为强烈的情况下,边坡容易出现失稳,进而导致破坏。基于极限分析上限定理,通过建立对数螺线破坏机制,将边坡的局部土体视为滑动体,由对数螺旋坐标体系推导出内部抵抗力,即内部耗散率和外部扰动力,即外部工作率,从而对边坡进行三维分析。在抗滑桩加固作用下,基于非均质各向异性土体,推导出安全系数的功率计算表达式,基于强度折减理论获得最优的安全系数。研究结果表明：抗滑桩通过增强边坡的内部抵抗力,提高边坡安全系数。土体非均质各向异性表明边坡土体重要参数出现一定的增加或减少,这2个性质对边坡安全系数的影响不一致。边坡安全系数随非均质系数的增加而增加,随各向异性系数的增加而减少。通过与前人的研究成果对比,验证了本文计算方法与计算结果的正确性。将研究结果应用于实际边坡工程,研究了三维效应和桩加固作用对边坡安全系数的影响,获得了桩加固作用下边坡安全系数的分布规律,为类似的工程设计与施工提...     

边坡稳定性分析的半数值解法

进行边坡状态的非线性有限元分析 ,分析其变形的大小、塑性区的分布形态 ,推测潜在的滑移面位置。根据确定的滑动面 ,采用极限平衡法计算边坡的安全系数 ,对边坡工程的稳定性进行评价。结合一个典型边坡工程的分析 ,指出该方法能获得快捷有效的解答。     

锚杆对称分布形式对边坡稳定性影响分析

通过数值模拟,利用双弹簧锚杆单元,采用强度折减法进行边坡稳定性分析,研究锚杆的对称布置形式对边坡安全系数及滑动面位置的影响。结果表明:在其他锚杆加固了整个滑坡体形成钢筋土复合结构的同时,穿过滑动面的锚杆长度对边坡的安全系数影响较大;锚杆中间短两边长型布置比中间长两边短型布置锚固效果好;锚杆穿过滑动面的数量对边坡的安全系数有较大影响;锚杆穿过滑动面锚固到稳定土体中的锚固长度存在最优长度,超过此长度后增加锚杆长度效果减弱;使用锚杆对边坡进行加固时,应适当增加中下部锚杆长度,使其穿过滑动面,提高边坡安全系数。     

黄土高边坡开挖过程的变形监测分析

以隧道出口路堑黄土边坡为例,分析黄土路堑开挖过程中边坡变形和边坡土钉应力随空间和时间的变化规律。测斜仪监测结果表明:边坡的水平位移随开挖深度的增加逐步增大,并在开挖后一段时间内出现最大值,呈时间滞后效应。在不同的开挖阶段,坡体不同部位开挖后的水平位移变化幅度不同:坡顶变形幅度最大,坡底居中,坡体中部最小;坡体开挖完成后,坡顶绝对水平位移量最大,坡脚最小,坡体中部居中。随开挖深度的增加,坡体不同部位测试土钉各测点应力明显增大;土钉最大应力出现位置由坡面逐渐迁移到坡内。说明坡体的变形范围随开挖深度的增加而扩大;且由土钉最大应力出现的位置可判定边坡潜在滑动面位置。