考虑坡顶倾角的土质裂隙边坡稳定性分析

自然界或人工填土边坡常因裂隙的出现而导致其稳定性降低。裂隙的发育不仅与岩土体的材料性质相关，还取决于边坡的几何形态。为了研究边坡的坡顶倾角对裂隙边坡稳定性的影响，基于极限分析上限定理，以坡顶存在一定倾角的裂隙边坡为研究对象，利用平面应变的对数螺旋旋转机构对其进行计算和分析。考虑静力作用和地震力作用的影响，构建了在这2种作用力下裂隙边坡的速度相容运动场及相应的能量平衡方程。采用裂隙的深度和位置均未知、裂隙的深度已知而位置未知、裂隙的位置已知而深度未知这3种计算模式，通过序列二次规划程序计算了不同坡体参数（坡角β、坡顶倾角α、内摩擦角φ）、不同地震力（k_h=0.1，0.2，0.3）作用下裂隙边坡的稳定性系数。结果表明：与坡顶水平相比，坡顶倾角越大，边坡的稳定性系数减小百分比越大；考虑坡顶倾角与否，稳定性系数相差高达15%，并且地震力越大，坡顶倾角对稳定性系数减小百分比的影响越明显；随着坡顶倾角增大，临界裂隙的深度会逐渐增大，其位置也会逐渐远离坡肩；裂隙在坡顶一定范围内时边坡的稳定性系数才会降低，而坡顶倾角和地震力的影响会使得这一坡顶范围增大；在静力作用下，随着边坡坡角增大，稳定性系数减小百分比呈先增大后减小的趋势。最后，通过OPTUMG2对计算结果进行验证可知，该研究对裂隙边坡坡顶倾角的考虑具有合理性。     

二级岩质边坡稳定性的非线性上限解

岩土体强度具有明显的非线性特性,采用非线性的岩体强度准则对岩质边坡的稳定性评价具有重要的应用价值。以Hoek-Brown破坏准则描述岩体的强度特性,采用等效切线法获得该破坏准则的等效粘聚力和等效内摩擦角,以用于岩质边坡稳定性计算。此外,采用地震作用系数考虑水平地震力的影响,推导出二级岩质边坡的稳定性系数表达式和安全系数方程。在此基础上,运用数值优化方法,计算最优的临界解。通过对比分析,第一级边坡坡角越小,地震作用系数增大使边坡稳定性降低的程度越明显。综合考虑边坡安全性和工程量,优化了台阶边坡的设计方案,取得良好的应用效果。     

利用上限定理的二级边坡地震稳定性研究

在地震力作用下,许多在正常情况下稳定的边坡发生破坏。二级边坡作为常见的边坡形式,在该类边坡的施工设计中,地震力稳定性分析是非常重要的工作。基于极限上限定理,对地震力作用下的二级边坡进行了稳定性分析,为二级边坡的稳定性分析及设计提供了理论基础。并通过参数分析,研究了其临界高度随坡脚与水平地震系数的关系。     

非线性准则下三维加筋边坡稳定性的上限分析

为了研究非线性摩尔-库仑破坏准则下的三维加筋边坡在均匀加筋和三角形加筋2种加筋模式下的稳定性,采用极限分析上限理论,构建加筋边坡破坏的三维破坏机构,推导不同加筋模式下的筋材内能耗散方程,并根据上限定理将三维加筋边坡的稳定性问题转化为显式优化问题,得到三维边坡稳定性指标的计算公式。采用MATLAB软件计算,将结果与已有研究成果进行比较,验证了所提出计算方法的正确性,并进一步讨论了非线性参数m、宽高比B/H、不同加筋模式以及不同加筋强度k0对三维边坡稳定性的影响。结果表明:稳定性系数Ns随着m的增加而非线性减小,在坡角较小(不大于60°)的情况下,m对边坡稳定性系数Ns的影响较大,边坡的非线性特性比较明显;稳定性系数Ns随着B/H的增加而减小,在B/H5尤其B/H2时,稳定性系数下降速率较快,B/H越接近10时稳定性系数逐渐趋于稳定;三角形加筋模式的加固效果优于均匀加筋模式,稳定系数性Ns随着加筋强度k0的增加而线性增大,但变化规律并不显著。在实际工程中,建议B/H较小时,要对加筋边坡进行三维分析以符合工程实际;坡角较小时需要考虑土体的非线性破坏特征,选取合适的非线性参数可避免不安全的设计;在工程条件允许的情况下,优先选择三角形加筋模式进行边坡加固。     

三维结构面在二维数值计算中的强度等效

在边坡工程的二维数值分析中,三维结构面的强度等效是一个容易被忽视而又非常重要的问题。采用极限平衡计算方法,基于楔体破坏稳定性系数与平面投影破坏稳定性系数相等的原理,将三维结构面强度参数换算成二维数值计算中的等效强度参数。使用等效强度参数可使得边坡的二维数值分析更接近实际情况,提高二维数值分析的准确性。并结合工程实例分析等效强度参数的合理性及适用范围。     

基于等效面积Drucker-Prager模型探讨边坡破坏机制

强度折减有限元法在边坡稳定性分析中得到了广泛应用。基于等效面积的D-P屈服准则如DP1,DP2,DP3,DP4等模型来模拟二维和三维边坡稳定状况,进行了边坡稳定性分析计算。得出不同折减系数下边坡中广义塑性应变的变化情况,结果表明用该模型能较好地模拟土坡的渐近破坏过程,有助于对边坡的破坏机制的更深层次的理解;并把计算结果和传统极限平衡方法进行了对比,表明三维稳定有限元分析可较二维有限元更加真实地反映边坡的稳定状况;基于等效面积的D-P屈服准则的DP3模型的计算比较真实,更好地模拟了边坡的破坏机制。     

基于离散元的某公路典型顺层边坡稳定性影响因素敏感性分析

顺层边坡是一类包含层面和其他类型结构面影响的复杂边坡,其安全系数计算一直是个难题。笔者结合离散单元法与强度折减法对顺层边坡安全系数的计算过程和计算效果进行了探讨。用Fish语言编写了能在UDEC下执行的强度折减程序。在此基础上,探讨了刚度系数、层厚、层面倾角、层面内摩擦角、层面粘聚力、开挖坡角等因素对某高速公路典型顺层边坡稳定性的影响机制。计算结果表明:刚度仅对塑性区影响较大,对安全系数影响不大;层厚的增加对安全系数影响较小,但是随着厚度的增加变形破坏模式由楔形变为沿层面屈曲破坏;层面倾角接近破裂角时,安全系数降低(楔形滑动),反之则增加(屈曲破坏),直立时为倾倒破坏;强度参数增加,安全系数近于线性增加,破坏模式不变;开挖坡角增加,安全系数降低,破坏模式与层面倾角增加工况类似,安全开挖坡率不能大于1∶1.15。     

基于强度折减技术的加筋土二级边坡参数敏感性分析

针对加筋土加固的二级边坡,该文基于极限分析理论,提出了一种计算该类型边坡稳定性的方法。在已有研究成果的基础上,构建了二级边坡破坏模型,该破坏模型能够考虑不同台阶高度和平台宽度的计算问题。将筋材所提供的加固力引入到破坏模型中,并推导了分析二级边坡稳定性的功能平衡方程。借助强度折减思想,建立了计算安全系数的方法。通过与现有研究成果进行对比,验证了该文提出方法的有效性,并采用正交试验方法研究了不同参数的敏感性。分析结果表明:土体内摩擦角对安全系数的敏感性最大,而边坡高度系数最小;土体黏聚力、下边坡坡角和边坡高度对安全系数敏感性较大,而平均布筋强度及上边坡坡角较小。     

顺层边坡首次破裂长度及影响因素分析

依托仁沐新高速公路平乐互通顺层边坡治理工程,采用二维有限元模型对坡体位移及应力进行数值模拟,给出首次破裂长度的确定方法;并进一步研究岩土体力学参数及边坡几何尺寸对首次破裂长度的影响规律。研究结果表明:塑性区破坏长度即顺层边坡的首次破裂长度;边坡稳定性越差,首次破裂长度就越大;滑面黏聚力和内摩擦角与首次破裂长度负相关,滑体弹性模量、滑面弹性模量、滑体厚度及滑面倾角与首次破裂长度正相关;其影响权重为:滑面倾角＞滑体厚度＞滑面内摩擦角＞滑面黏聚力＞滑面弹性模量＞滑体弹性模量。     

非均质各向异性加筋土边坡的抗震稳定性分析

加筋土因其良好的加固效果而被广泛应用于边坡工程。用极限分析上限方法,对非均质各向异性加筋土边坡的抗震稳定性进行研究,获得了均匀、上疏下密及上密下疏3种布筋方式下边坡临界高度的解析表达式。并用数值优化算法分析了土体非均质性、各项异性、边坡坡角、内摩擦角及地震荷载等因素对加筋土边坡稳定性的影响。结果表明:土体非均质系数、各向异性系数、内摩擦角及加筋强度的增加对边坡稳定性的提高具有积极作用,而坡角与地震荷载系数的增大则不利于边坡的稳定;3种布筋方式中,上疏下密对边坡加固的效果最佳,其次为均匀布筋方式,上密下疏的布筋方式效率较低。     

基于拟动力方法的加固边坡稳定性分析

基于对数螺旋破坏机构,采用极限分析上限定理和拟动力的方法,提出一种新型计算方法,计算地震力作用下保证边坡稳定性所需的锚杆加固力,并与利用平移破坏机构所得结果对比,证明该方法的合理性.通过算例进行参数分析,结果表明:对数螺旋破坏机构较平移破坏机构更切合工程实际;边坡所需锚杆加固力随着边坡坡角和地震放大系数的增大而增大;边...     

基于离散元的顺层岩质边坡加固及稳定性分析

为研究顺层岩质边坡加固机理及稳定性问题,基于离散元方法,利用FLAC 3D软件建立二维模型,对岩体参数敏感性进行了分析,同时得出抗滑桩加固机理。主要得到以下结论：岩层倾角、坡角、内摩擦角和黏聚力对顺层岩质边坡稳定性影响显著,边坡安全系数对坡角和内摩擦角的改变更为敏感;内摩擦角以及黏聚力的增大会导致边坡抗剪强度增大,使抗滑力大于下滑力,进而使顺层岩质边坡安全系数增大;通过研究抗滑桩的布设以及桩间距,发现桩间距为2D~3.5D时,桩位5号时为最优布设位。     

考虑软化影响深度的土坡浅表层稳定性分析方法研究

为分析土坡浅表层稳定性，基于极限分析上限法理论，将滑面设为对数螺旋面，考虑坡体浅表层土体软化影响深度，建立了浅表层滑动破坏机构，推导了浅表层稳定系数的隐式计算公式，反映了稳定系数与坡面长度、软化影响深度、土体强度参数之间的关系。算例分析表明:边坡浅层旋转破坏机构得到的稳定系数与既有的三段式极限平衡法及数值模拟的结果均较为接近，且比数值模拟结果略微偏大。同时，随着坡面长度的增加，稳定系数逐渐减小到一稳定值；在某一软化影响深度时，稳定系数存在最小值；土体内摩擦角比黏聚力对浅表层稳定系数的影响更为显著。     

含软弱夹层土坡稳定性分析研究

运用有限元软件ABAQUS,采用有限元强度折减法对含软弱夹层土坡的稳定性进行了数值模拟。主要分析在坡高、坡角、夹层埋深、夹层倾角和夹层厚度变化的五种工况下,土坡的安全系数和最大总位移。随着软夹层倾角和厚度的增大,边坡安全系数和最大总位移均呈下降趋势。     

The stability mechanism and its application to heavy-haul couplers with arc surface contact

To investigate the stability mechanism of a type of heavy-haul coupler with arc surface contact, the force states of coupler were analysed at different yaw angles according to the friction circle theory and the structural characteristics of this coupler were summarised. A multi-body dynamics model with four heavy-haul locomotives and three detailed couplers was established to simulate the process of emergency braking. In addition, the coupler yaw instability was tested in order to investigate the effect of relevant parameters on the coupler stability. The results show that this coupler exhibits the self-stabilisation and less lateral force at a small yaw angle. The yaw angle of force line is less than the actual coupler yaw angle which reduces the lateral force and the critical instability. An increase in the friction coefficient of the arc contact surfaces can improve the stability of couplers. The friction coefficient needs to be increased with the increase in the maximum coupler longitudinal compressive force. The stability of couplers is significantly enhanced by increasing the secondary suspension stiffness and reducing the clearance of the lateral stopper of the locomotives. When the maximum coupler compressive force reaches 2500 kN, the required friction coefficient reduces from 0.6 to 0.35, which notably lowers the derailment risk caused by the coupler. The critical instability angle of the coupler mainly depends on the arc contact friction coefficient. When the friction coefficient is 0.3, the critical instability angle was 4–4.5°. The simulation results are consistent with the locomotive line tests. These studies establish meaningful improvements for the stability of couplers and match the heavy-haul locomotive with its suspension parameters.     

“暂态”饱和-非饱和边坡稳定性分析方法研究

针对"暂态"饱和-非饱和边坡的稳定性问题，推导考虑"暂态"水压力、孔隙水重力、软化与非饱和强度的边坡安全系数计算公式，开发可以自动搜索滑动面位置的"暂态"饱和-非饱和边坡稳定性分析程序，并采用该程序研究算例"暂态"饱和-非饱和边坡安全系数与失稳模式的演化规律，分析不同因素对边坡安全系数的影响程度。研究结果表明：提出的能同时考虑"暂态"水压力、孔隙水重力、软化与非饱和强度的改进瑞典圆弧法，可以有效解决"暂态"饱和-非饱和边坡稳定性分析的问题；边坡失稳模式由深层整体破坏转变为浅层局部破坏时，存在一个可以采用降雨入渗区深度定义的阈值；降雨入渗区深度小于该阈值时，边坡安全系数迅速降低，滑动面最大深度快速减小，边坡失稳模式表现为深层整体破坏；降雨入渗区深度大于该阈值时，边坡安全系数持续降低，滑动面最大深度缓慢增大，在边坡浅层形成一块滑动带，边坡失稳模式表现为浅层局部破坏；"暂态"水压力对边坡稳定性的影响有利有弊，孔隙水重力、软化对边坡稳定性不利，非饱和强度对边坡稳定性有利；不考虑"暂态"水压力的抗滑力矩与下滑力矩之比小于滑动面"暂态"水压力及滑体侧向"暂态"水压力引起的抗滑力矩与滑体侧向"暂态"水压力引起的下滑力矩之比时，"暂态"水压力对边坡稳定性有利，反之则不利。     

考虑坡顶建筑荷载的垂直高边坡稳定性分析

垂直支护的高边坡坡顶进行建设时,保证边坡的稳定是一项重要工作。本文采用有限元方法研究了一般工况和地震工况下垂直支护的高边坡坡顶有近坡建筑时的稳定性,模拟考虑了浅基础和桩基础两种基础形式。通过分析浅基础埋深和桩长对边坡破坏模式、安全系数以及支护桩受力的影响,提出了考虑坡顶建筑结构的边坡支护方案,并通过工程实例进行验证。结果表明：一般情况下,坡顶建筑会对边坡产生不利影响,坡顶建筑采用桩基础对边坡稳定性效果显著。当建筑采用浅基础时,浅基础埋深越大,边坡安全系数越大,支护桩受力越小；当建筑采用桩基础时,桩长越长边坡越稳定,支护桩受力越小,而当桩长增加到坡底深度,支护桩受力不再受桩基础长度的影响。     

地震作用下的层状岩质边坡块状-弯曲倾倒解析分析

为了进行地震作用下块状-弯曲倾倒破坏边坡的稳定性评价,基于极限平衡理论,运用逐步分析方法,建立了地震荷载作用下块状-弯曲倾倒破坏的地质力学模型,并推导出了地震荷载作用下块状-弯曲倾倒破坏的解析公式,分析了地震荷载对岩质反倾边坡稳定性和破坏模式的影响。采用边坡几何力学参数、潜在破坏岩块编号及地震影响系数作为稳定分析中的变量,运用MATLAB编写了求解不同变量下的边坡安全系数和破坏模式的计算程序,此外,还将该方法与传递系数法、数值模拟结果进行了对比分析。研究结果表明：随着地震惯性力的增大,边坡稳定性逐渐下降;部分相邻块体的潜在破坏模式不同,滑移破坏和倾倒破坏交叉出现,但随着地震影响系数的增大,整体破坏模式逐渐由倾倒破坏转变为滑移破坏;随切坡角度增加,边坡的稳定性下降,较易发生倾倒破坏;不同地震影响系数下岩层厚度对边坡的影响不同。