高陡土岩混合边坡稳定及变形分析与工程应用

目前针对上部土质下部岩质的混合边坡的稳定性研究尚有不足,为确保此类边坡设计及使用安全,以珠海市某城市次干路的挖方边坡为例,基于强度折减法(SRM)和非线性时序法,采用有限元模拟软件,综合考虑多种因素的影响,对边坡进行放坡并采取锚杆(索)支护设计,对支护前后的边坡进行数值模拟,得到正常工况与非正常况下边坡的稳定性系数,以及边坡位移与变形特征。分析结果表明：支护前后的变形集中在沿坡面方向,潜在滑裂面呈圆弧状沿土岩分界面向上延伸至顶部;在暴雨、地震工况下稳定性系数骤降,边坡最大位移与最大剪切应变值增大至原来的1.5～3倍;采用锚杆(索)支护后有所减小,边坡稳定性系数提高20%～30%,边坡整体位移与应变有明显减少。边坡开挖支护过程的监测数据变化趋势与数值模拟结果基本一致,根据竣工后使用情况反馈,边坡处于稳定状态,由此可知所采用的边坡支护是安全可靠的,可为类似工程提供参考。     

基于有限元强度折减法的路堑高边坡稳定性分析

为研究不同工况下高边坡的变形及稳定性,依托某高边坡工程,根据强度折减法的理论,采用有限元数值模拟和现场监测相结合的手段,对比分析天然工况、开挖未支护及支护加固工况对高边坡稳定性的影响。结果表明:对高边坡进行开挖但未支护,安全系数由天然状态的1.33减小为1.20,处于不稳定状态,采用预应力锚杆支护后安全系数增大至1.65,同时由坡脚至坡顶贯通的塑性区向后发展;有限元数值模拟结果显示锚杆+框格梁的支护方案安全系数比预应力锚杆支护小,整体位移比预应力锚杆大,后者的支护效果明显优于前者;高边坡自上而下各测点现场监测的累计位移呈现增长—缓慢增长的变化趋势,数值模拟高边坡整体最大位移为20.47mm,与实际预应力锚杆支护整体最大位移21.00mm相差0.53mm,有限元计算的结果与现场监测的高边坡侧向位移基本吻合。因此,在施工过程中,要对高边坡进行动态监测,及时布置支护结构,加固坡脚。     

基于数值方法的高路堑边坡加固优化设计

锚杆框架梁预应力锚索是加固高路堑边坡的有效方式。采用差分软件对赣龙铁路上杭北站高路堑边坡稳定性、锚杆及锚索的加固效果、边坡加固设计参数进行了分析。结果表明:无加固措施条件下进行开挖,边坡安全储备较低,须进行加固处理;边坡稳定系数随着锚索锚固段长度的增加及间距的减小而增大。在数值分析的基础上,对边坡加固参数进行优化,采用锚杆及锚索加固后,边坡稳定性显著提高,加固效果较好。建议锚索锚固段设计长度为6m,锚索间距为4m。该分析方法可为类似工程的设计优化提供参考。     

抗滑桩长度对边坡稳定性影响研究

以金沙江特大桥丽江岸边坡为工程背景建立有限元模型,分析抗滑桩长度对桥墩基坑大开挖边坡稳定性的影响。结果表明,边坡上桥墩基坑的大开挖影响边坡的整体稳定性,采用抗滑桩加固边坡能提高开挖边坡的稳定性;抗滑桩长度增加能抑制开挖边坡的水平和竖向位移,也能使边坡的水平应力分布更均匀;锚杆应力随桩长增加而变大,且在一定桩长范围内效果显著。     

基坑开挖对既有桥梁岸坡稳定性影响研究

公路既有桥梁附近基坑开挖可能对桥梁岸坡稳定性产生影响。结合工程实例,查明场区的工程地质条件;建立稳定性计算模型,采用刚体极限平衡法计算基坑开挖前后岸坡的稳定性;基于快速拉格朗日有限差分法(FLAC3D),建立数值模拟模型,模拟各种情况下边坡的应力场、位移及塑性区分布情况。根据上述方法计算分析结果,综合分析基坑开挖对既有桥梁岸坡稳定性的影响。结果表明,基坑开挖后,最不稳定部位均扩展至基坑脚,各断面的稳定性系数均有所降低,但在基坑开挖前后稳定性系数均大于1.3,边坡稳定;基坑开挖仅对桥墩边坡基坑外20m左右范围(2-4号桩8m位置)存在一定的影响,表现为应力重新调整、位移量较小;调节池基坑开挖对边坡整体稳定性及桥梁基础无影响,可不进行特殊处治。     

锚索高边坡防护结构有限元分析

利用平面应变理论和ANSYS有限元分析软件,对加锚索高边坡防护结构开挖和支护进行动态数值模拟,分别进行了建模与网格划分、加栽与重力场情况下求解、边坡开挖与支护（包括喷射砼、锚杆、钢筋网和预应力锚索）求解和路基开挖与挡土墙支护求解分析。计算分析结果表明,由于支护系统的作用,坡顶位移呈收敛趋势,有效支护结构在控制边坡变形方面作用显著;边坡开挖后,会出现一些剪应力集中的现象,但对整个边坡的稳定性影响不大;预应力锚索的轴力由于挡土墙的作用出现了小部分预应力损失。     

开挖膨胀土边坡坍滑的演化规律

膨胀土路堑开挖一段时间后边坡坍滑是路基施工中常见现象且与坡高、坡率无直接联系.为探求其变形破坏演化过程以便实施有效工程处治,采用FLAC对广西百隆路百色膨胀土堑坡开挖过程进行模拟,获得新开挖边坡的位移、应力、应变变化规律;通过强度折减法计算得到的安全系数随挖深增大而减小,但此时边坡是稳定的.此外采用FLAC热力学模块模拟边坡大气影响深度内的湿度场,再次分析获得经历干湿循环作用后其相应的位移、应力、应变变化规律,即边坡的失稳过程.对比工程实体修建时的现场观察与数值分析结果,发现两者基本吻合,由此总结并提出开挖膨胀土堑坡坍滑的4阶段变化规律及合理实施柔性支护的建议.     

基于正交设计的多级边坡开挖方式优化

以湖南省武冈至靖州高速公路工程为依托,针对高速公路路堑边坡开挖方案的边坡开挖参数进行数值模拟,分析各个参数对边坡稳定性影响的规律,并运用正交法得到最优边坡开挖设计方案。结果表明:在一定范围内适当降低平台高度对边坡的安全系数的影响存在3个不同阶段;适当增加边坡平台个数和坡脚处平台宽度能提高边坡的稳定性;并通过正交法解决了实际边坡的边坡开挖优化设计问题。     

山区陡坡高填路基变形及稳定性研究

依托十堰某高等级公路高填方路基工程,采用数值模拟结合现场监测对三种施工方案的陡坡路基变形及稳定性进行研究。结果表明:陡坡高填路基沉降曲线呈“勺型”,路基各点沉降差异较大,采用开挖台阶和路基内部加铺土工格栅的措施对路基沉降量和沉降规律影响微弱;陡坡路基边坡水平位移先增加后减小,水平位移最大值出现在第二级边坡处,开挖台阶对路基边坡水平位移影响较小,采用路基内部加铺土工格栅的措施不仅有效减少路基边坡水平位移,还可增加路基整体稳定性。     

路堑边坡桩锚支护施工过程数值分析

对长沙市某桩锚支护路堑边坡的施工过程进行数值模拟，分析研究边坡开挖对周围土体变形、支护结构变形及受力的影响。结果表明:桩顶的位移先向边坡土体变形，再向坡前临空面变形；边坡开挖后坡顶的小土坡在其坡面中点高度处产生的y向位移最大；边坡开挖对坡顶的6层建筑物无太大影响；边坡土体开挖后在开挖面的中部和边缘处会出现较大的地表隆起；开挖面以上桩后各点的土压力随着开挖高度的增加出现先增大后减小的现象；第1～3排预应力锚索自由段的轴力是随开挖高度增加先减小后增大，而第4～6排预应力锚索自由段的轴力仅有增长的趋势，最终锚索的最大轴力均小于初始预应力值。     

边坡参数取值研究以及加固措施分析

针对某失稳高速公路边坡的加固进行了研究。采用安全系数与测斜管数据相结合的方式,获得边坡的强度参数。并根据边坡的破坏特征及工程地质情况,采取了预应力锚杆,削坡减载等处治措施,并采用反演参数对加固后的边坡稳定性进行了分析。结果表明经过加固后边坡安全系数提高,工程效果可靠。     

岩质边坡锚杆(索)框架梁加固的数值模拟

采用一维弹塑性锚索单元及三维弹塑性锚杆单元与三维线弹性梁单元耦合的方法,模拟边坡工程中的锚杆框架、预应力锚索框架以及它们与加固岩体的相互作用,对西攀高速公路K132岩质高边坡加固进行了方案的评价比选。结果表明,与锚杆框架梁相似,无框架的锚杆加固方案能对坡体浅部位移及应力场有所改进,不同的是,锚杆框架能够显著限制坡体表面变形;预应力锚索框架体系中,锚索的布置及预应力设计值在较大范围内显著影响坡体内部的位移及应力场的分布。因此,预应力锚索框架梁方案是提高K132岩质高边坡稳定性的首选方法之一。     

某临近高压电塔路堑边坡加固设计方案研究

以某临近高压电塔路堑边坡工程为背景,介绍了在临近重要结构物路段采用预应力锚索抗滑桩加固的设计及计算方法.利用理正岩土计算软件和Geo-Studio有限元岩土工程分析软件,采用极限平衡法及有限元数值模拟方法对边坡稳定性及位移进行分析.结果 表明:采用预应力锚索抗滑桩边坡加固设计方案,边坡在天然工况及暴雨或连续降雨工况下的稳定安全系数均满足规范要求;边坡在开挖施工的各个阶段,土体内部最大水平位移为0.0263 m,桩顶最大位移为0.0206 m;锚索抗滑桩方案可确保边坡在开挖和运营中的稳定,且有效预估了边坡开挖对现有电塔塔基的影响.     

锚固参数对顺层岩质高边坡稳定性敏感度分析

为研究锚固参数对顺层岩质高边坡稳定性的影响规律，依托京沪高速公路改扩建工程中顺层岩质高边坡，采用有限差分软件FLAC3D建立数值仿真模型，研究了二次开挖后边坡不同锚杆长度、锚固倾角和注浆体黏结强度锚固下，顺层岩质高边坡的稳定性和锚杆轴力分布规律，并对锚固参数进行敏感性分析，结合敏感性分析对二次开挖锚固工程提出建议。结果表明：边坡稳定系数随着锚杆长度的增加先增加后趋于稳定，锚杆锚固中存在最佳长度，锚杆长度12 m锚固效果最佳；边坡稳定系数随锚固倾角的增大先增大后减小，锚杆锚固中存在最佳倾角，锚固角度25°锚固效果最佳；边坡稳定系数随黏结力增大先增大后趋于稳定，注浆体选用M30水泥砂浆能提供足够的黏结力；各锚杆参数对边坡稳定系数的敏感度由大到小排序为黏结强度f_b>锚杆长度L>锚固倾角α。     

偏压隧道洞口段坡体钢花管注浆加固效果分析

为了解决偏压隧道施作套拱初期致局部坡体滑移的问题，提出3种边坡加固方案进行对比分析，采用有限元强度折减法，建立相应的计算模型，分析3种加固方案下边坡安全系数、侧坡总位移、有效塑性应变、最大剪应变及隧道开挖的地表竖向位移值。通过对3种加固方案的对比及坡体测点的位移监测数据分析表明： 对边坡施作工况3（对坡面挂网喷浆支护、坡体施作锚杆支护和局部钢花管注浆）的支护方式加固后坡体的稳定性明显优于工况1与工况2这2种坡体加固方案，工况3加固方案不仅提高了边坡的整体稳定性，而且能最大程度减小隧道开挖对地表变形的影响，在工程应用中取得了较好的经济效益与社会效益。     

土石路堑高边坡开挖稳定性及支护设计的数值模拟分析

为提出土石路堑高边坡开挖稳定性及支护设计数值模拟分析方法,以某实际边坡为例,基于摩尔-库仑准则,采用GeoStudio模拟研究了边坡开挖过程及加固后应力场和位移场的变化特征,分析其稳定性和支护方案的效果。结果表明,第二级边坡位移最大,达10.8cm;边坡中部受拉,最大拉应力达56.8kPa;强-中风化岩层分界线应力集中,屈服破坏区主要沿此区域发展;稳定性随开挖进程逐渐降低,破坏趋势为圆弧滑动破坏;采用的"框架锚杆坡面防护+框架锚索锚固强腰+抗滑桩锁脚支挡"方案,加固效果良好。     

变质板岩高边坡施工稳定性分析

针对浏醴高速公路建设过程中遇到的变质板岩高边坡,分析其在开挖后、锚杆加固后以及加固长期时间下边坡的稳定性,得出以下主要结论:最大水平位移多出现在新开挖边坡的坡脚,加之边坡体发育有一组节理与层面的交线对边坡稳定不利,在边坡开挖施工过程中,应注意对坡脚和主要节理面的保护;模拟开挖的位移发展趋势和总位移与实际监测数据比较接近,说明数值模拟能比较真实地反映开挖过程中边坡体的应力状态;边坡增设锚杆后的安全系数相比第Ⅲ级坡加固后的安全系数得到明显提升,由1.23增加到1.32,边坡的整体安全能满足规范要求.     

基于三维地质建模的高速公路边坡数值分析

以南宁吴圩机场第二高速公路K8+720~+960左侧边坡锚杆（索）格梁支护工程为例,基于midas GTS NX软件建立该边坡的三维地质模型,对边坡开挖与支护进行了模拟。计算中采用摩尔-库仑弹塑性模型,编制程序实现锚杆与格梁间的链接,通过数值模拟与实测数据对比,详细分析了该边坡开挖沉降规律、边坡周围岩体的水平位移特征、边坡剪应变特征及塑性区分布特征,验证了此次三维数值分析结果的合理性。     

缓倾顺层岩质边坡变形数值模拟及处治方案研究

以黄花互通D匝道边坡为依托,采用FLAC软件对边坡进行数值模拟,探讨了水力作用对边坡变形破坏的影响;分析了预应力锚杆边坡加固前后模型水平位移变化。研究表明,加固后边坡稳定性大为改善,在水力作用下,边坡各处位移也非常小,甚至小于加固后无水力作用的情况。通过现场边坡位移监控,评价了该边坡处治效果。     

锚杆框架梁加固路堑边坡的设计优化及数值模拟

以沪蓉高速公路湖北段某断面边坡为例,基于强度折减法计算分析开挖后在未加固情况下的路堑边坡的稳定性,给出锚杆框架梁的初步设计方案,然后模拟开挖过程及锚杆框架梁的加固效果,分析加固后的位移场,计算其稳定性系数。结果表明:锚杆框架梁能够有效抑制路堑边坡开挖过程中的形变位移,最后根据锚杆框架梁的数值模拟结果给出优化设计的建议。