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。     

预应力锚索框架梁加固滑坡的稳定性数值分析

预应力锚索框架梁加固滑（边）坡是一典型的三维问题,为按三维问题进行稳定性分析,利用著名非线性有限元分析软件ABAQUS,在超级计算机上分别建立某高速公路路堑边坡采用单排和双排预应力锚索框架梁加固某古滑坡的三维实体有限元模型;提出考虑结构物与岩土体间黏着效应的莫尔-库仑黏着摩擦模型,模拟锚索锚固段灌浆体与其周围岩土体间的相互作用特性;以特征点的水平位移和强度折减系数关系曲线上曲率最大拐点,结合剪切塑性区临界贯通作为边坡失稳判据,对应的折减系数即为其稳定分析所得安全系数;揭示预应力锚索框架梁加固滑坡的机理。为岩土体与结构物复杂相互作用的三维问题分析提供参考。     

东川铁路岔河偏压-滑坡隧道勘察治理

研究目的:岔河隧道为傍山隧道,隧道拱腰及拱顶纵向开裂掉块,边墙纵向开裂外移侵限,危及行车安全.隧道区具备地形和地质偏压条件,隧洞裂缝有明显偏压裂缝特征;勘探揭示山顶连续拉张裂缝,隧洞边墙存在水平纵向剪裂.查明隧道病害原因,正确评价稳定性,预测病害发展趋势,关系整治工程方案和整治工程成败.研究结论:岔河隧道病害是由地形偏压和地质构造偏压复合作用造成并发展为滑坡隧道的典型案例.地形、坡体特殊的地质结构构造、各岩土层的地质特性,决定坡体容易形成偏压,沿层面和高角度断层面形成软弱滑动带,是滑坡形成的内因.河流侧蚀作用、降雨下渗,特别是构造运动及地震作用引发的F1高角度正断层上盘的间歇性下降运动,是滑坡发生发展重要的外在触发原因.按勘察结论和措施建议进行综合整治,可达到预期效果.     

钢花管灌浆锚固复杂地质下富水边坡稳定性分析

以娄新高速K17 +200-K17 +400段右侧边坡支护工程为依托,通过研究该边坡复杂地质的土质、地质特征,提出采用钢花管灌浆法对其进行治理,并针对该边坡的坡体变形进行监测,对该边坡加固后的稳定性安全系数进行理论分析,研究结果表明:该边坡坡体变形与裂缝得到了控制,其安全系数达到规范所需要求.     

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。     

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。     

川西全强风化卵石土边坡稳定性影响因素分析

研究目的:四川西部地区分布大量的全强风化卵石土(Q₂、Q₃)地层,该类边坡遇水易软化失稳,出现垮塌、溜坍等灾害。以川西铁路典型边坡工程为依托,利用颗粒流数值模拟分析该类边坡破坏及发展的全过程动态问题,研究坡率、坡高、含水率三种因素对边坡稳定性的影响,获得敏感性顺序,提出边坡设计时坡率、坡高的控制建议,为风化卵石土地层的边坡工程建设提供技术支撑。研究结论:(1)全强风化卵石土边坡整体失稳时符合牵引式滑动特征,滑体呈现散体状;(2)该类边坡稳定性因素敏感性顺序为：坡率>坡高>含水率,当坡率由1∶1.5增加至1∶0.75时,边坡稳定性系数降幅达1.9,含水率由14%增加到16%时,软化作用明显,坡高较小时边坡更稳定;(3)建议边坡设计时,坡率小于1∶1.25,坡高控制在8 m以下,并做好防排水措施,使边坡含水率控制在14%以下;(4)本研究可为川西地区全强风化卵石土边坡稳定性分析和防护设计提供依据。     

某高速公路岩土质边坡稳定性分析及其防治措施

某高速公路岩土质边坡坡体持续变形,根据该边坡的工程地质条件,运用极限平衡法对其稳定性进行计算。结果表明:该边坡在自然状态下的稳定性系数为1.054～1.125,在暴雨状态下的稳定性系数为0.973～1.038,说明边坡在自然状态下处于稳定或基本稳定状态,而在暴雨状态下处于欠稳定或不稳定状态,需要及时治理。提出并采取了排水处理、抗滑桩和锚杆加固、植草防护等治理措施,效果良好。     

客运专线铁路隧道高陡坡洞口开裂整治技术研究

以宝兰客运专线塔稍村隧道为依托,分析隧道进口边坡及洞内裂缝的成因,评价边坡的稳定性,并提出具体的处理措施。对该隧道地层岩性、构造属性、围岩等级等进行阐述,针对该边坡建立系统的地表及洞内变形监测网并进行钻孔内位移测量工作,结合详细的地质调查,查明隧道进口处边坡、洞口挡墙、隧道内二衬裂缝的成因和基本特征,结合区段的工程地质特征,提出合理的工程处理措施,为类似工程的调查与处理提供参考。     

拉萨-日喀则铁路盆因拉隧道进口高边坡稳定性研究

拉日铁路经过雅鲁藏布江峡谷区,在隧道进出口地段形成许多高陡边坡。盆因拉隧道进口边坡地形陡峻,边坡的工程稳定性直接影响施工安全,需要对边坡的稳定性进行评估。通过对工程地质资料的分析,采用赤平投影法和有限元模拟方法对盆因拉隧道进口边坡稳定性进行评价。赤平投影分析结果表明：边坡处于不稳定状态,需要采取相应的工程防护措施。有限元法结果表明：在开挖加载状态下,潜在剪切破坏点主要集中在隧道开挖处周围和隧道洞口上部边坡坡面以及桥台下部岩体。建议在工程施工开挖时,做相应的工程防护措施。     

高速铁路在黄土高原沟壑区绕避滑坡方案分析

研究目的:黄土高原沟壑梁峁区黄土梁蜿蜒起伏,冲沟发育,沟谷深切至第三系地层,使上覆黄土层失稳,形成我国黄土地区分布大面积的巨型滑坡密集地区,滑坡危害严重,直接威胁高速铁路的安全。本文以宝兰客专为例,对绕避滑坡群的线路方案进行深入分析,确保施工运营安全。研究结论:(1)纵面绕避滑坡的方案和工程措施应依据大量详实的综合地质勘察和外业调查基础资料,实现大大降低隧道施工和运营风险的目的;(2)类似隧道工程中采用纵面绕避滑坡的方案和措施时,应结合地形、地质情况尽量缩短隧道反坡长度,提高隧道最低点高程,解决好洞内防排水问题;(3)隧道下穿滑坡时,应充分考虑在极端异常气象、气候等自然条件作用下,位于隧道上方部分滑体失稳下滑的可能性,以及因人为因素,特别是在隧道工程实施过程中,因工程措施不当造成的局部失稳变形引起的工程滑坡;(4)本文首次提出在黄土高原沟壑区修建隧道以纵面绕避形式穿越黄土高原巨型滑坡群,对今后该区域类似地形、地质、工程条件下的线路选线和工程设置具有很强的指导意义。     

变质岩地区含碎石黏土边坡稳定性分析

在野外地质勘查工作基础之上,分析了南方变质岩地区含碎石黏土边坡的破坏机理,结合工程实例,运用极限平衡法计算边坡在此潜在破坏模式下的稳定性,同时运用有限元法对边坡的稳定性进行了模拟分析和评价,两种计算结果表明,该滑坡属于水压力驱动型滑坡,在降雨作用下会失稳破坏.同时对该边坡提出预应力锚索抗滑桩+排水沟综合治理方案.     

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。     

雨水浸润软化下路基土质边坡浅层稳定分析

在雨水浸润软化引起边坡浅层失稳的"顺坡平面"和"顺坡折线"两种破坏模式基础上,明确边坡浅层溜坍呈现组合式"顺坡曲面"失稳模式;基于Mohr-Coulomb强度理论,建立雨水浸润软化土体达到破坏的判别方程,导出顺坡向滑动的主滑区滑体产生剩余下滑力对应的最小软化深度zcr,论证软化深度zw=zcr仅是产生浅层失稳破坏的必要条件,充分条件还须考虑上下缘滑体的力学作用;确定对数螺旋线滑体上下缘滑动面形态,提出满足上下缘滑体力矩平衡、中段主滑体静力平衡的土质边坡浅层稳定分析方法。分析表明:浅层边坡失稳的主滑区范围L2随zw呈双曲线衰减关系,在L2=0对应的最大浸润软化深度zf下,滑动面退化为具有对数螺旋线型特征的单一整体滑面破坏模式。     

管道受横向滑坡影响的模型试验研究

油气管道沿线的滑坡灾害会严重危及管道安全。本文以管道与滑坡滑动方向正交,在滑体后、中、前部不同部位布设管道进行模型试验,采用注水的方式诱导坡体滑动,利用百分表和应变片对坡体的变形及管道的应力与变形进行监测与分析。结果表明:管道中测点的应力随滑坡的滑动呈现逐渐增大并最终趋于稳定的特点;伴随着滑体的滑动,应力呈现阶段性的变化特征,滑体稳定后应力又略微降低。管道在滑坡推力作用下变形方式为弯曲变形,管道的变形与平面内两端固定的超静定梁在竖向荷载作用下的变形相似。滑坡前期,埋设于滑体后部的管道受力最大,中部的次之,前部的最小;而滑坡后期,埋设于滑体前部的管道受力最大,中部的次之,后部的最小。     

隧道开挖对坡体稳定性的影响研究

以罗家村隧道进口段坡体为研究对象,采用有限元强度折减法对隧道施工过程中坡体抗滑稳定状态进行动态模拟,得到坡体抗滑稳定安全系数的变化曲线。分析表明,隧道开挖对坡体稳定性影响较大,且在隧道开挖进尺20～45 m区段影响最为明显,合理施工可以确保隧道结构安全穿越进口段坡体,不会导致坡体的滑移破坏。     

大年岭隧道进口滑坡的综合治理

结合大年岭隧道滑坡现场调查及钻探、开挖揭露情况,分析了滑坡特征及成因,对最终选定的锚索框架、抗滑桩、抗滑挡墙联合体、刷坡卸载、增加排水设施、填塞大裂缝、坡面防护等综合治理措施进行详细介绍.     

吉林省柯岛组砂岩边坡破坏机制和治理措施研究

以延图高速公路中里滑坡治理为依托,研究分析地层岩性、地质环境等对柯岛组砂岩边坡稳定性的影响,研究表明：柯岛组砂岩中的凝灰质成分易形成软弱泥化夹层,成为潜在滑动面,在开挖卸荷和地下水作用下,易发生沿潜在滑动面的顺层滑动或蠕滑破坏;边坡治理方案应首选抗滑桩,必要时可在滑坡体前缘设置抗滑挡墙;还可采取削坡与压脚工程,并采用植被护坡、地表排水、坡体裂隙封闭等方式防止地表水入渗。     

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。     

高边坡超浅埋偏压隧道开挖稳定性控制技术研究

本文以晋祠隧道为工程依托,对高边坡超浅埋偏压隧道开挖稳定性控制技术展开研究。采用有限元软件对偏压隧道进行数值模拟,分析施工过程中围岩和边坡稳定性,揭示不同应力释放率下隧道拱顶沉降规律和应力分布状态。在此基础上,对削坡回填治理方案进行数值模拟分析,验证了地形偏压对削坡回填后隧道整体变形的影响明显降低的结论,采用削坡回填法可降低晋祠隧道施工过程中边坡和隧道失稳风险。最后,对削坡回填处置后的偏压隧道进行现场监测和数值模拟结果对比分析,发现隧道拱顶下沉、拱脚收敛和地表沉降均呈现“前期快速沉降、变形量大,后期逐渐收敛、变形量小”的特点,证明削坡回填处置措施在治理高边坡超浅埋偏压隧道失稳时安全有效。