基于Newmark-β法的地震作用下顺层岩质边坡可靠度时程分析方法

为了提高传统顺层岩质边坡地震响应的时程分析方法的计算效率,以及在地震作用下边坡动力可靠度评价指标的选取方法中考虑地震随机性的特征,运用Newmark-β法和MATLAB/Simulink工具建立了顺层岩质边坡地震响应的简化计算方法,基于Monte Carlo法进一步给出了安全系数与可靠度时程的计算方法。根据边坡工程技术规范中规定的边坡稳定安全系数最低要求值和实际工程中可接受的边坡最大允许破坏概率,提出了最低安全要求可靠度和最大允许失效可靠度2个新的评价指标,并给出了相应的计算方法。最后,采用2个新的评价指标对地震作用下边坡动力可靠性进行综合评判。结果表明:提出的顺层岩质边坡地震响应简化计算方法合理可行,且具有较高的计算效率和精度;与其他的边坡地震可靠度评价方法相比,该方法采用2个新的评价指标评价地震作用下边坡动力可靠性的方法可靠,其考虑了边坡地震可靠度随机性的特征,且与边坡工程技术规范和实际工程风险相结合,计算结果能更真实地反映地震作用下边坡的安全状况,更具合理性和工程适用性。     

基于强度折减法的边坡安全系数分析

对具体边坡工程进行了基于强度折减法的有限差分分析,得到了迭代步数突变、计算不收敛、位移最大值突变以及塑性区贯通4种边坡破坏判据下的安全系数。结果显示不同破坏判据下的安全系数略有不同。最后通过基于Sarma法的极限平衡分析验证了强度折减法得到的安全系数的可靠性。     

基于二元评价法对宣恩滑坡动态稳定性的分析

以基于安全系数和可靠度耦合的二元评价法．对蓄水过程中库区滑坡动态稳定性进行了评价。以滑带土抗剪强度参数c和φ值的概率分布形式为根据,通过随机分析方法,得出了不同库水位下的安全系数分布情况．获得了不同库水位下的滑坡破坏概率及可靠安全系数。     

基于蒙特卡洛法与极限分析上限法的边坡失效概率分析

边坡稳定性分析中，相比安全系数的确定性分析方法，可靠度方法可考虑系统中岩土参数的随机性，更加符合实际。为获得准确的边坡可靠度解答，采用蒙特卡洛法和极限分析上限法，结合边坡算例，对其边坡可靠度进行了分析。结果表明:对于具有相同岩土材料参数变异性与高度的边坡，其失效概率与自身安全系数有一定对应关系，得出的边坡概率模型避免了对同类边坡（相同变异性与坡高）可靠度（用失效概率表达）的逐个分析，大大提升了工作效率。     

一种新式突变判据用于三维边坡稳定性分析

利用ANSYS有限元软件,结合强度折减法原理提出一种新式突变判据,用以分析三维边坡稳定性。首先模拟整个边坡等效塑性应变全过程,得到边坡变形破坏的动态机制;再以边坡的3种整体位移和5种塑性应力应变为依据,采用最小二乘法对边坡位移值和塑性应力应变值与折减系数关系进行非线性拟合,从理论上计算出边坡极限平衡状态下的安全系数,最后与2种传统判据进行了对比分析。结果表明:随着折减系数的增大,边坡会由土质滑坡转变为岩质滑坡,该边坡使用传统判据所得安全系数为1.1～1.11,结果偏于保守。采用新式突变判据的位移指标的所得安全系数为1.238,塑性指标所得安全系数为1.129 6,均处于极限平衡状态,采用极限平衡法对比验证,结果可行。对边坡位移值和塑性应力应变值与折减系数关系进行拟合,Vigot曲线拟合效果最优。该新式判据在理论上为边坡稳定性分析提供了一种新的判断方法。     

有限元强度折减法在边坡计算中失稳判据的讨论

用有限元强度折减法的不同失稳判据对某一边坡安全系数进行评判,并与简化的Bishop法和不平衡推力法对所得到的安全系数进行对比。对比分析结果表明,以特征点位移突变和塑性区贯通作为判据计算的结果与简化的Bishop法和不平衡推力法计算得到的结果比较接近。建议采用特征点位移突变结合塑性区贯通作为边坡失稳的判据。     

基于弹性地基梁法的隧道纵向变形开裂机理及治理方案研究

在隧道穿越山岭的过程中,常需要穿越堆积层边坡等不良地质层,而堆积层坡体具有较差的工程特性。在遇到降雨的情况下,堆积体内雨水大量入渗等原因易导致隧道衬砌结构的变形,隧道支护结构发生开裂等破坏,严重降低了隧道施工和运营的安全可靠度。以湖南省张家界某堆积体边坡隧道为依托工程,首先结合工程地质勘察报告开展坡体表面与深部位移监测和隧道二衬裂缝宽度监测,分析滑坡面的位置和隧道二次衬砌发生开裂的原因。其次基于弹性地基梁理论构建滑坡推力下隧道计算模型,建立微积分方程,将基于不平衡推力传递系数法得到的滑坡推力作用在隧道结构上,从而得到滑坡推力作用下平行于堆积层边坡的隧道支护结构的受力和变形特性。然后采用所得到的隧道支护结构的理论计算方法探讨降雨强度、堆积体力学参数以及隧道支护结构下侧加固强度对二次衬砌裂缝开展规律的影响。最后采用所得到的隧道支护结构的理论计算方法建立了边坡安全系数与二次衬砌裂缝宽度的拟合关系曲线为y=-5.559x+7.645 3。从而计算出二衬不开裂情况下边坡的安全系数值为1.375 4,并对该堆积层边坡进行锚杆支护优化设计。为后续类似工程的施工设计提供建议。     

基于滑动面深度的地震作用下边坡强度参数反分析

边坡参数反演是获取边坡强度参数的重要手段.与传统的安全系数及位移反分析不同,提出了基于滑动面深度的边坡参数反演方法.基于极限分析上限定理,利用拟静力方法,计算了地震力作用下边坡的外力功率与内能耗散表达式,并结合强度折减法,推导了简单边坡在地震力作用下的安全系数公式.利用优化算法得到边坡的最小安全系数后,可以求出边坡在地震力作用下临界滑动面的方程,得到边坡不同位置的滑动面深度.并利用滑动面深度对强度参数进行反演.计算结果表明,随着地震加速度的增大,边坡的滑动面深度逐渐增大.通过数值计算与工程实例的对比,证明新方法是有效可靠的.     

基于时间增量步的边坡稳定性计算精度分析

在有限元强度折减法的基础上,利用ABAQUS中提供的时间增量步,提出一种计算边坡稳定性的方法——基于时间增量步的有限元强度折减法;对该方法应用于边坡稳定性分析的可靠性进行验证,利用ABAQUS对时间增量步控制的优势,对不同坡角下边坡稳定安全系数计算的可靠性及不同网格划分形式对其计算精度的影响进行分析,结果表明该方法求得的安全系数有效、可靠,采用坡面局部加密网格计算安全系数具有很高的计算精度,并能提高计算效率。     

基于二次响应面的震区边坡稳定性可靠度分析

本文在考虑边坡岩体参数非确定的基础上,基于二次响应面的边坡稳定可靠度分析方法,采用快速拉格朗日方法建立了震区岩质边坡稳定性可靠指标计算模型。结合湖南省对口支援四川理县灾后重建项目——理县至小金公路（理县段）路堑边坡,开展了震区边坡稳定性可靠度分析,计算结果表明：二次响应面计算次数远远少于传统蒙特卡洛方法,计算结果满足精度要求;通过对依托工程边坡动力数值模拟的可靠度分析表明,采用二次响应面法计算的可靠度指标Pf=6.861%,采用传统蒙特卡洛方法计算的可靠度指标Pf=5.117×10-2,计算精度较好;最大剪应变增量出现在坡体表面坡腰处,故选择该坡腰处作为边坡安全的控制点,其可靠度最小值为3.1左右,时间出现在16.5 s,可靠度满足设计要求,表明该处边坡整体稳定性较好。     

黄土类公路边坡强度参数及整治坡比研究

黄土地区边坡工程设计的主要问题是强度参数的选择与边坡坡度的设计。结合陕西黄土地区77个滑坡、极限边坡的现场资料,将反算强度参数和试验参数进行了对比分析,结果表明:直快剪的试验结果与反算结果较为接近,修正系数最接近1,推荐采用直快剪的反算结果作为边坡设计的强度参数。在简化Bishop法的基础上,采用试算法对边坡坡比进行试算,并结合规范给出了不同安全系数下不同坡高的设计坡度;提出了基于BP神经网络的黄土类边坡设计坡比预测模型。研究结论为人工边坡的设计提供了一定的参考。     

基于FLAC3D和BP神经网络的边坡抗剪强度参数反演分析

针对静态强度参数无法反映不同位移下动态衰减过程的问题，提出利用位移直接判断安全系数大小的方法。通过定期监测实际边坡位移，建立FLAC3D三维边坡模型计算获得样本数据，同时建立BP神经网络反分析模型，经样本数据训练后反演得到变化位移下抗剪强度参数，然后基于反演的参数计算了边坡安全系数，同时拟合得到了安全系数与位移间的定量函数关系，从而实现了边坡动态稳定性分析。结果表明：(1)位移与抗剪强度参数之间具有较高的关联性，尤其是内摩擦角对位移变化的敏感性较高；(2)通过FLAC3D模拟了滑坡形成过程中滑面不同位置位移变化，依此确定边坡破坏模式为滑移-拉裂型；(3)通过反演直观呈现了抗剪强度的衰减和安全系数的降低过程，基于动态安全系数与监测位移拟合所得的理论公式可较为准确反映不同位移下边坡安全系数的大小，具有一定的工程适用性。     

考虑拉剪耦合作用地震边坡稳定性分析

基于拉剪耦合作用,对Mohr-Coulomb强度准则进行修正。在不同坡高、不同高宽比的边坡底部入射3条经典地震波,对边坡进行动力稳定性分析。首先采用显式迭代子增量法编写考虑拉剪耦合作用的Mohr-Coulomb强度准则子程序,并在边坡模型的截断边界添加黏弹性人工边界、输入等效地震荷载,模拟边坡受到的地震作用;然后以单元分别受到压缩和拉伸作用为例验证子程序的正确性;通过与已有地震边坡的研究结果对比,表明在地震边坡分析中若不考虑材料的拉剪耦合作用,得出的结论偏危险;最后在边坡底部垂直入射3条地震波,分析不同坡高、不同高宽比的边坡在2种强度准则下安全系数的区别。研究结果表明：不同边坡（坡高、高宽比不同）在不同地震波（El-Centro,Kobe,Northridge）作用下的安全系数各不相同,但安全系数都随坡高增加和坡角增大而降低;考虑拉剪耦合作用边坡的安全系数小于不考虑拉剪耦合作用边坡的安全系数,并且其安全系数的变化各有特点;坡高和高宽比的变化影响边坡对地震波频段的响应;分析地震边坡的稳定性,应综合考虑材料的拉剪耦合作用以及边坡高度和高宽比的变化规律。     

基于加速遗传算法的震区边坡稳定性可靠度分析

针对传统极限平衡理论的传统边坡安全度评价方法——中值安全系数法难以体现边坡工程的不确定性,本文基于随机概率分析的边坡稳定可靠度分析方法,充分考虑岩土体参数的均值及其变异性,采用的加速遗传算法计算边坡可靠度指标,并同时搜索最危险滑动面的算法,避免了遗传算法的嵌套,减少了计算量,从而极大的提高运算效率。结合湖南省对口支援四川理县灾后重建项目——理县至小金公路（理县段）k4＋040路堑边坡开展可靠度分析,计算结果表明,该边坡在普通工况条件下边坡安全系数为1.305,满足规范要求,其可靠度指标Pf=10.21%,稳定性较好;但对于该地可能出现的强震及降雨（工况3）,边坡安全系数分别为1.060,边坡基本处于极限平衡状态其可靠度指标Pf=5.87%,稳定性较差,在此基础上提出的加固优化方案,为今后类似工程提供参考。     

基于可靠度理论的榆佳高速公路某堆积体边坡稳定性分析

首先对边坡可靠度理论做了总结,以榆佳高速公路某堆积体边坡为研究对象,利用可靠度理论,对其稳定性做了计算,结果表明:在自然状态下(包括降雨条件下),堆积体的整体处于稳定状态,局部也基本处于稳定状态。堆积体前沿因饱水软化,强度降低,堆积体前部的破坏概率增大较多,较堆积体整体稳定性差,B4～B8剖面局部基本上处于临界状态。基于3水平4因素正交试验的参数敏感性分析表明:边坡的可靠度指标对冲积层饱和状态的强度参数较为敏感,冰碛物自然状态的强度参数次之,其他参数对边坡的稳定性影响较小。由于冲沟分割堆积体没有大规模快速滑动的可能,局部小方量在某些极端条件下存在运移可能,可通过削坡减载方式进行治理。     

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。     

坡率法在松散堆积体边坡设计中的应用研究

依托贵州省毕威高速公路项目,选择几种不同的边坡高度,采用有限元强度折减法,分别对不同高度、不同坡率边坡按路堑边坡不考虑损伤、开挖损伤到残余值、从峰值向残余值过渡3种情况进行安全系数模拟计算。通过对比分析选取一个合适坡率,为坡率法在松散堆积体边坡设计中的应用提供理论依据。     

多元边坡抗剪强度参数协同反分析研究

针对由多种土层构成的复杂边坡抗剪强度参数的反分析取值问题,基于协同优化的层次性和并行性思想,建立了具有多元结构的复杂边坡抗剪强度参数的协同反分析模型,提出了边坡抗剪强度参数的协同反分析方法和具体步骤。以某实际工程边坡为例,采用边坡安全系数的敏感性分析手段,结合边坡反分析状态指标,获取各计算剖面土体抗剪强度参数备选值。将不同剖面反分析得到的抗剪强度参数进行交叉组合,利用协同优化方法,获得了合理可行的实例边坡土体抗剪强度参数。     

基于Monte-Carlo法的高速公路纵坡坡度可靠性分析

为探究保证行车安全的高速公路纵坡坡度值,引入可靠度理论,以上坡路段载重车辆运行速度降低至容许最低速度为极限平衡条件,建立纵坡坡度计算模型,并提出其可靠度功能函数。使用蒙特卡洛仿真算法,求解设计速度分别为120,100,80 km/h对应最大坡长条件下,不同坡度供给值的可靠概率,并以可靠概率为95%对应的坡度值作为推荐值。研究表明,规范值存在较大行车风险,基于可靠度理论得到的3种设计速度下的最大安全纵坡坡度推荐值分别为2.4%,3.4%,4.4%,该值可有效提升道路安全性。     

考虑土性参数概率分布对边坡可靠度的影响

采用基于Morgenstern-Price法的Mont-Carlo模拟,分别对强度参数c、φ服从不同概率分布函数时的边坡稳定性进行了可靠度对比分析,并对不同概率分布强度参数的变异性与边坡稳定性之间的关系进行了分析,探讨了失稳概率对强度参数变异性变化的敏感性。发现强度参数无论服从正态分布还是对数正态分布,安全系数均值都变化不大,但是边坡的失稳概率却随着参数变异性的增大而增大,强度参数服从正态分布时的失稳概率要大于服从对数正态分布情况下的失稳概率,得出边坡的失稳概率都对内摩擦角φ的变异性反应要敏感于对黏聚力c的变异性。