复杂工况下高速公路路堑边坡稳定性分析

以某高速公路路堑边坡为研究对象,采用大型有限元软件进行了建模分析,分析了坡顶荷载、降雨和坡顶渗漏工况下的边坡安全系数变化规律,并重点研究分析最不利条件下路堑边坡的安全系数和位移变化规律,得到以下结论:边坡安全系数随坡顶荷载、降雨历时和坡顶渗漏历时的增大而减小,相比于坡顶无荷载时,荷载取200kPa、400kPa和600kPa时边坡稳定系数分别减小了43. 4%、65. 2%和71. 8%,在坡顶荷载取最大值600kPa时,边坡安全系数为1. 41,仍处于稳定状态;相比于降雨历时为0时,降雨历时取3h、6h、12h和24h时边坡稳定系数分别减小了54. 4%、55. 4%、56. 2%和57. 2%;相比于坡顶渗漏历时为0时,坡顶渗漏历时取1d、3d、7d和24d时边坡稳定系数分别减小了0、24. 8%、31. 2%和44. 2%;复杂工况下,坡肩处、平台和二级边坡坡脚处水平位移较大,一级边坡水平位移接近于0,当历时12h时,边坡处于欠稳定状态,当历时达到24h时,边坡稳定系数小于1,此时边坡极可能会发生滑塌,应提前给予加固处置。     

基于GEOSLOPE的边坡锚索加固支护效果分析

边坡的失稳滑动往往会对人类的建设生产生活造成严重影响,对边坡的支护效果分析也因此成为工程设计中的重点内容。以梅平高速高边坡工程为依托,基于GEOSLOPE软件对边坡采用锚索(杆)加固前后坡面稳定性进行数值计算,并将计算结果对比锚索监测数据进行分析。研究结论表明:使用GEOSLOPE软件不仅对边坡稳定的计算结果准确可靠,而且建模过程快速简单,适用于工程实际。锚索(杆)支护对边坡稳定性有较大的改善作用。边坡经过锚索(杆)支护加固后的整体稳定安全系数较加固之前提高了40%左右,并且由于锚索(杆)在自身长度范围内对边坡滑动面的形成有阻挡作用,使得危险滑面向深处移动,有效降低了边坡发生浅层滑坡的概率。     

某顺层岩质边坡及其支护稳定性数值分析

为研究顺层岩质边坡支护稳定性、改善边坡结构面易失稳的问题,以某岩质边坡为对象,通过数值模拟分析得到某岩质边坡在支护施作前后塑性区分布变化、整体位移以及剪切应力的变化规律。结果表明:在支护结构施作前后,边坡塑性区的面积分布、最大塑性应变值以及其位置都发生了改变,提高了边坡稳定性;施作支护结构后边坡的最大位移相对初始状态下减小31. 2mm,对抑制边坡的变形效果显著;随着支护结构的施作,边坡剪应力整体分布趋势及剪应力最大值变化较小,边坡坡面最大剪应力分布情况变化明显,坡脚处剪应力逐渐减小,施工过程坡脚发生剪切破坏可能性较低。     

某偏压隧道边坡开挖稳定分析与加固处理

针对存在偏压隧道的某在建公路边坡因切坡施工的影响问题,采用FLAC3D分析其稳定性。首先通过对存在隧道的原状边坡进行开挖数值模拟计算,根据计算所得水平位移和剪应力、应变张量分布特征,分析其潜在滑动面和隧道围岩受拉影响区,确定其加固范围。并进一步分析了锚索加固处理措施的效用,计算结果表明:采用锚索加固设计,边坡坡脚和坡面的受力变形均可得到明显改善,隧道围岩拉应力区域显著减小,稳定性大为提高。     

某路堑高边坡抗滑桩支护参数优化分析

为了优化某路堑高边坡抗滑桩支护条件下的支护参数,本文基于Midas/GTS有限元软件对抗滑桩设置位置、长度及间距进行分析研究。结果表明：该高边坡抗滑桩最优设置位置为二级边坡处,边坡安全系数最高为1.28,此时边坡的最大总位移、水平位移及竖直位移最小;随着抗滑桩长度增大,边坡位移均减小,安全系数增大,增至20 m后变化速度均有所放缓,因此抗滑桩最优长度选取20 m。随着抗滑桩间距增大,边坡位移均增大,边坡安全系数减小,且变化幅度均有所放大;抗滑桩间距为4 m时,边坡位移及安全系数均较好,因此抗滑桩的最优间距选取4 m。     

地震作用下高桩码头不同横排间距的三维动力响应分析

考虑了实际地层、桩-土动力相互作用的影响,采用瞬态动力时程分析法对不同横排间距直桩码头的水平地震荷载响应进行了分析;研究了码头结构在真实地震记录加速度作用下的位移、加速度、最大等效应力、剪应力以及桩的等效应力、弯矩变化规律.计算表明,横排间距平均每增大2 m:码头上部结构最大等效应力增大约9%~12%,码头上部结构最大剪应力增大约12%~15%,码头桩基的最大等效应力增大约8%~9%,码头桩内的弯矩增大约10%.随着桩间距的增加码头抗扭性能增加了,因此上部结构内力增量大于桩内内力的增量,而且整体码头结构跨间距增加到11 m时桩内等效应力接近屈服强度,但未出现应力集中屈服区,桩顶铰接后大大减小了地震的动力危害,可以把横间距增加到11 m.横排间距增大会使面板上产生较大剪应力,最大剪应力发生在面板与纵横梁形成的交角处,应对其采用局部加固的优化设计.研究成果可为深海码头结构的设计提供参考.     

边坡开挖支护时序有限元分析

为研究公路改扩建工程边坡稳定性的影响因素, 寻求科学的支护方法, 以柳州至南宁高速K1456+800处左侧改扩建边坡为研究对象, 利用ANSYS建立了有限元数值模型, 选择未及时支护和及时支护2种支护方式, 模拟计算了改扩建工程中6级边坡开挖过程中坡体的剪应变增量及水平、竖向位移增量; 为定量分析2种支护条件下边坡开挖过程中位移及应力的变化趋势, 选取了6个特殊节点进行监测, 主要监测内容包括测点的位移(包括水平位移和竖向位移)以及主应力(包括最大主应力和最小主应力)随开挖时步的变化情况。分析结果表明: 无论是否及时支护, 每步剪应变增量最大值均位于坡脚, 但及时支护时, 分布面积及数值较未及时支护时小, 边坡发生失稳的可能性较低; 随着开挖推进, 水平位移增量先减小后小幅增大, 竖向位移增量先急剧增大后缓慢减小, 及时支护下各测点最终位移较未及时支护情况要小; 未及时支护时最终开挖安全系数接近1.0, 及时支护后每步安全系数均大幅提高, 基本大于1.35。综上所述, 及时支护能够有效减小边坡剪切应力, 限制水平与竖向位移, 降低整体应力水平, 提高边坡安全系数, 显著改善坡体稳定性。      

预应力锚杆加固高陡边坡的数值模拟

为了探讨预应力锚杆加固的高陡边坡在开挖支护过程中位移开展情况,运用MIDAS/GTS有限元软件,对使用预应力锚杆加固的大连石门山高陡边坡工程进行数值模拟.首先研究了边坡开挖支护过程中,开挖面上各点的水平位移和坡顶地面的竖向沉降的开展情况,接着分析了锚杆不同预应力值条件下边坡的稳定和变形规律.研究表明:边坡在开挖支护过程中,坡面上各点的水平位移和坡顶地面的竖向沉降逐渐增大;预应力锚杆能够有效地限制边坡的水平位移和竖向沉降,但是当预应力超过界限值后,继续增大预应力值对位移改变的影响不太明显.     

某均质岩层边坡预应力锚索加固稳定性分析

为了弄清楚预应力锚索对于边坡的加固作用,利用有限元分析软件FLAC3D建模,分析了边坡在施加预应力锚索后的变化规律,得出以下结论:预应力锚索在约束x方向上的位移较为明显,z方向的沉降次之,限制边坡潜在滑动面的位移;预应力锚索可以改变坡面上的主应力和剪切应力方向,达到提高滑面抗滑力的效果;预应力锚索可以提高滑动面的抗剪切强度,达到减小剪切应变增量的效果;预应力锚索可以优化坡面塑性区的分布,消除潜在滑动面的存在,使坡体处于稳定状态。     

含软弱夹层的炭质页岩路堑边坡稳定性分析及 加固效果研究

公路边坡的稳定性受很多因素的影响,软弱夹层就是一个影响边坡稳定性的重要因素。采用机动位移法与有限元软件FLAC3D对含软弱夹层的炭质页岩路堑边坡进行稳定性分析,在不稳定的边坡段采用预应力锚索处置技术进行加固研究。研究结果表明:预应力锚索的使用可提高含软弱夹层边坡的稳定性,边坡的安全系数提高,最大水平位移、最大不平衡力及剪切应变增量减小。     

三维实体边坡地震动力响应规律

为探讨边坡在地震作用下的加速度、速度和位移(简称三量)分布规律,基于拉格朗日差分法,建立了理想边坡的三维模型;通过引入三量放大系数的概念,绘制边坡三量等值线图,分析了坡面形态对边坡三量分布规律的影响,并通过实体边坡模型进行了验证.研究结果表明:在地震作用下,一定坡高的单一介质边坡,边坡内三量随坡高增大而增大,三量放大系数随之增大;三量的分布与坡面形态有关,在坡面凹凸部位三量放大系数最大,且凹凸程度越强烈,放大效应越明显;凸面坡的放大效应整体强于凹面坡.      

复合加筋路堤边坡振动台模型试验

废旧轮胎、三向土工格栅等新型筋材用于岩土工程加筋,经济环保且力学性能优良.采用振动台模型试验,分别对未加筋边坡、三向土工格栅边坡、废旧轮胎串与三向土工格栅复合加筋边坡、轮胎串与轮胎碎片复合加筋边坡模型在地震作用下的动力响应性能进行了研究,探讨了边坡结构在不同地震波形输入、不同加速度峰值和不同加筋方式下,未加筋边坡与复合加筋边坡的加速度分布规律.试验结果表明:加筋方式对加筋抗震效果影响比较显著,同种加筋方式的加速度响应效果在不同地震波作用下规律相近;三向格栅、三向格栅与轮胎串复合加筋、轮胎串与轮胎碎片复合加筋在汶川波激励下,其加速度放大倍数较未加筋边坡相比,最大减小幅度分别为37.5%、30.0%、21.0%,前者加速度放大倍数减小幅度分别是后两者的1.4倍和2倍;不同加筋方式下,边坡的加速度放大倍数随地震激励水平的提高呈非线性增加,但与未加筋边坡相比,随输入加速度峰值增大而呈现明显的增幅递减趋势;各种加筋土边坡与未加筋边坡加速度放大倍数均沿坡面约1/3高程处随高度增加而逐渐增大,并在靠近边坡顶部位置达到最大值.迁安波产生的加速度响应明显强于其他3种地震波的激励.     

锚墩式主动防护网加固边坡防护效果数值分析

为研究锚墩式主动防护网这一新型锚-网组合结构加固边坡的防护效果,依托省道S216线典型高陡边坡,采用FLAC^3D有限元软件对锚墩式主动防护网和传统预应力锚索两种加固措施进行数值模拟,分别从边坡的位移、应力、应变分布特征和边坡安全系数方面进行对比分析。结果表明：(1)锚墩式主动防护网中的锚-网组合结构可同时有效限制边坡浅表层变形破坏和深层滑动失稳破坏;(2)相比单一预应力锚索,锚墩式主动防护网加固边坡的位移场、应力场、应变场分布均匀合理,边坡安全系数高,加固效果更优;(3)由于锚墩式主动防护网具有整体加固效应,预应力锚索锁定值应考虑坡面主动防护网防护作用力的增量。研究成果可为锚墩式主动防护网的合理设计和推广应用提供参考。     

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%.      

高边坡综合治理设计探讨

针对东至至九江高速公路安徽段具有代表性的高边坡进行了分析,根据风化岩质边坡结构面及破坏形式的不同,选取了不同的支护形式。对滑动破坏型高边坡进行了数值分析,结果表明,对滑动破坏型高边坡采用锚杆锚索联合支护时,在边坡中部用预应力锚索支护,不但能有效控制边坡上部的变形,而且能大大减小荷载向下部传递,因此减小边坡下部的位移。通过采用预应力锚索对滑动破坏型边坡主动加固,达到了允许边坡发生一定滑移,充分发挥边坡的自稳能力,并结合全长粘结锚杆支护,达到了经济有效地治理高边坡的目标。     

建渣土工袋挡土墙室内模型试验

建渣土工袋挡土墙是一种新型的柔性支挡结构,将建渣用作土工袋填料,有利于建渣的回收利用.设计并开展了建渣土工袋挡土墙室内模型试验,研究了不同工况下坡顶竖向沉降的变化规律、墙后土压力和墙面水平位移沿墙高的分布特征以及坡体破坏模式.研究结果表明:增加建渣土工袋挡土墙后的坡顶破坏荷载比无支护时提高了87.5%~125%,边坡支护效果十分显著;坡比从1:0.75增加到1:0.25时,坡顶承受的破坏荷载降低了11.8%~29.4%;建渣土工袋挡土墙墙面水平位移随墙高呈鼓型分布,最大水平位移位于距墙底约1/3~1/2高处.建渣土工袋挡土墙墙后土压力为非线性分布,最大土压力值出现在距墙底约1/3高处;建渣土工袋挡土墙墙后土体的滑裂面从圆弧形向折线形变化,滑裂面前缘高度均位于距墙底1/3~1/2高处;距墙底约1/3~1/2高处为建渣土工袋挡土墙的薄弱部位,在设计和施工中应考虑一定的工程措施予以加强.      

炭质泥岩路堑边坡湿化变形模拟分析

为探究炭质泥岩路堑边坡湿化前、后的变形规律,通过三轴压缩试验确定邓肯-张EB模型的参数,并利用FLAC3D软件模拟了不同坡高、坡比的炭质泥岩路堑边坡的湿化变形.研究结果表明:坡比为1︰1.5、坡高为16 m的二级炭质泥岩路堑边坡的干态、湿态的最大水平位移、竖向位移均发生在一级、二级边坡坡顶.湿化后的最大水平位移、竖直位移均增大;在坡比相同时,随着坡高增加,边坡水平和竖直方向的湿化变形均增大,竖直方向湿化变形约为水平方向湿化变形的5～10倍;在坡高相同时,对于坡比的增加,边坡水平与竖直方向的湿化变形规律不明显.     

库水位上升对V型冲沟超高路堤稳定性的影响

三峡水库水位季节性上涨对库岸超高路堤稳定性有显著影响,库水位上升后在孔隙水压力和渗流作用下,水流不断从坡外向坡内渗透。基于渗流计算理论,运用FLAC软件模拟了库水位从145 m上升至155,165,175 m时库区V型冲沟超高路堤渗流场变化;分析了坡体饱和度、孔隙水压力、水平位移及最大剪应变增量的变化规律;研究了水位上升、水位上升和三维效应、水位上升和三维效应及超载两倍等3种工况下路堤安全系数随库水位上升至150,155,160,165,170,175 m时的变化关系。研究表明:随库水位上升,坡体饱和度升高,孔隙水压力增大,饱和浸润线向坡内倾斜;3种工况路堤安全系数都增大,至175 m时安全系数达到最大,安全系数变化率为先减小后增大;库水位每上升5 m,3种工况下的路堤安全系数平均增大幅度约为5%。     

锚索抗滑桩在大型滑坡体中的安全性评价

边坡开挖过程中,采用桩锚结构加固边坡可以很好的提高边坡的稳定性,减小坡体的位移,阻断塑性区的发展,防止滑坡的发生。结合渝黔铁路的工程实例,采用ABAQUS有限元软件,分析了某边坡施工过程中采用锚索抗滑桩的加固效果。结果发现当设置桩锚结构时,可以很大程度上减小坡体的水平位移、竖向位移和阻断塑性区的贯通,极大的提高边坡开挖时的稳定性。     

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。