基于双安全系数的边坡稳定性分析

在边坡稳定性分析时,为了更为准确地反映c、φ各自的安全储备,考虑了双安全系数或双折减系数,对强度折减法c、φ配套折减的基本原则、c、φ配套折减的物理机制和力学机制进行了分析研究。结果表明,强度参数中的粘聚力c衰减快于内摩擦角φ,根据土体c、φ的不同衰减速度和作用机理,提出了在边坡稳定性分析中采用c的折减系数大于φ的折减系数的双折减系数法,此方法能更为准确地反映c、φ各自的安全储备。并通过实例与传统的单一折减系数法进行了比较分析,同时,用有限元强度折减法作了印证,印证结果表明,双折减系数法折减结果比较合理,而传统的同一折减系数过高地评价了边坡的稳定性。     

考虑剪胀系数影响的土质边坡强度反分析

普通边坡土体强度参数的反演一般只需考虑粘聚力c与内摩擦角φ的影响,但当边坡土体不满足相关联流动法则时,则需考虑剪胀系数η的影响。文中在明确滑动面方程与边坡强度参数之间关系的基础上,基于塑性力学的机动方法,在对数螺旋线的破坏机构下,建立了安全系数Fs的隐函数表达式,并由此建立了η与边坡滑动面深度D的关系;通过选取滑坡体的不同断面进行分析,建立了关于c、φ及η的三组方程表达式,采用序列二次规划方法进行优化后,对边坡的粘聚力、内摩擦角及剪胀系数进行求解。     

加筋砾石土坡安全系数的实用计算方法

我国新疆属地震多发区,区内广泛分布着砾石土,特别适合修筑土工格栅加筋路堤。这不仅因为土工格栅对砾石土的加筋效果好,而且还因为加筋土有优越的抗震性能。但实际上,加筋路堤在新疆还几乎没有应用。虽然主要原因是对加筋机理的认识不足,但缺乏相对简单的设计计算方法也是阻碍加筋土技术在新疆推广的原因之一。为此,结合新疆的实际情况,将置于坚硬地基上的土工合成材料加筋砾石土坡按准黏聚力原理转化为等代均质土坡,分别按简化Bishop法计算两者的稳定安全系数Fsg和Fsj。取砾石的黏聚力c=0kPa,内摩擦角φ=35°～40°,分别对坡率m=0.5、0.75和1的单级加筋土坡和多级加筋土坡进行计算,发现Fsg和Fsj具有良好的相关性,且当加筋层距S=0.3～0.8m、Fsg=1～2时,Fsg～Fsj关系曲线仅与边坡的平均坡率ma和砾石土的内摩擦角φ有关。经回归分析,分别得到了坡率m=0.5、0.75和1等3种情况下的单级和多级加筋砾石土坡的Fsg～Fsj回归公式,从而将复杂的加筋土坡安全系数Fsg的计算转化为简单的均质土坡安全系数Fsj的计算,使计算大为简化。而且,按这些回归公式计算出的Fsg,其绝对误差在Fsg∈[1.25～1.45]及其附近区域时不超过±0.03,满足工程设计的要求。     

土体强度参数与边坡变形破坏研究

土体的稳定性在很大程度上取决于土的强度参数粘聚力c、内摩擦角φ值指标。应用数值计算分析了土体的c、φ值对边坡变形破坏及稳定性的影响;结合工程实践分析了降雨和开挖扰动对边坡土体c、φ值及边坡变形破坏的影响。     

基于强度折减法的均质高边坡稳定性分析

通过建立有限差分数值模型,采用强度折减法对临离高速公路均质高边坡稳定性进行了系统分析。将强度折减法计算得到的边坡安全系数与传统的有限单元应力法计算结果进行对比,结果表明:两者安全系数基本相同,从而验证了该计算方法的合理性。最后,分析了粘聚力、内摩擦角以及剪胀角等重要参数对边坡安全系数的影响。     

坡顶超载情况下的土坡影响因素敏感性分析

为了研究超载对边坡稳定性的影响,基于强度折减法分别计算了不同内摩擦角、粘聚力、土体重度、坡角、坡高、超载宽度、超载离坡肩的距离、超载大小等8种影响因素作用下土坡超载时的稳定性系数。并通过数值模拟,分析了土坡超载的破坏机理,结果表明：坡顶超载时,内摩擦角对土坡稳定性的影响最为显著,而超载宽度的影响最小。自重作用下边坡土体和超载作用下的边坡土体由于其自身强度不足而失稳的破坏机制有所不同：自重作用下失稳时,塑性区一般从坡脚延伸到坡顶;而当坡顶有超载作用下失稳时,塑性区一般从超载作用区域下和坡脚处同时扩展延伸并贯通,最终导致破坏。     

加筋高填方路堤滑动面特性数值分析

基于强度折减法分析理论,采用有限差分软件FLAC3D对某高速公路典型高填方路堤进行建模分析,研究了高填方路堤加筋前后路堤边坡滑动面变化规律及其影响因素。分析结果表明:在高填方路堤中加入土工格栅可有效提高路堤边坡安全系数,并且边坡安全系数随着土工格栅界面参数、填土粘聚力及内摩擦角的增加而非线性增加,滑动面也随之由边坡浅层逐渐向深层发展,但随着填土粘聚力和内摩擦角的增大,土工格栅加筋效果呈逐渐减小趋势。     

干湿循环作用下公路边坡稳定性离散元分析

针对边坡体内部含软弱夹层及潜在裂隙的岩质边坡,通过UDEC离散元软件构建边坡数值分析模型,重点分析不同干湿循环条件下边坡的稳定性状态变化。首先利用主成分分析法对影响边坡稳定性的多种因素进行筛选,并根据强度折减法的原则,通过对粘聚力、内摩擦角的参数弱化实现边坡稳定性分析。由室内不同干湿循环条件下的三轴压缩试验,确定抗剪强度参数劣化规律,并根据UDEC离散元模型分析边坡的安全系数变化规律,对边坡的安全状态进行定性、定量分析;根据抗剪强度参数与边坡安全系数的三维变化图,可知:相比于内摩擦角,干湿循环对粘聚力的损伤劣化对岩质边坡的稳定性影响更大。研究成果可为受库水位循环变化影响下的含未知裂隙的库岸边坡稳定性分析提供有益思路。     

有限元强度折减法对两类土坡的稳定性分析

基于强度折减理论对两类土坡进行稳定性分析,根据土体破坏机理,对土体的抗剪强度参数c,φ以不同的折减系数进行折减。针对工程实际中以单一的安全系数表示边坡的安全储备情况,采用两种方法对折减后的安全系数进行对比分析:最短路径法物理意义较为清晰,最小平均值法计算较为便捷,两者在数值上差距并不大。并对两类土坡的剪胀性作为影响因素与c,φ同时进行折减分析,作出各自安全系数受剪胀角的影响曲线,得出黏性土坡可以不考虑剪胀性,砂性土坡不仅在评定安全系数中考虑剪胀角的影响,在评估失稳破坏程度上也要考虑剪胀角的影响。     

加筋粗粒土坡稳定安全系数的简化计算方法

为了探寻土工合成材料加筋粗粒土坡稳定性分析的实用方法,将置于坚硬地基上的土工合成材料加筋粗粒土坡按准黏聚力原理转化为等代均质土坡,分别用简化Bishop法计算两者的稳定安全系数F_(sg)和F_(sj),并试图寻找到能反映F_(sg)-F_(sj)关系的数学表达式,以便将复杂的加筋土坡安全系数F_(sg)的计算转化为简单的均质土坡安全系数F_(sj)的计算。为此,对黏聚力c=0,内摩擦角φ=35°,36°,37°,重度γ=18,21,25 kN/m~3,边坡高度H=4~50 m,坡率m=0.5,0.75或1,加筋层间距S=0.3~0.8 m组合出的一系列加筋粗粒土坡分别计算F_(sg)和对应的F_(sj),发现F_(sg)和F_(sj)具有良好的相关性,并且当S在0.3~0.8 m内变化时,F_(sg)-F_(sj)关系曲线与S,H,φ,γ几乎无关,仅与m有关。当F_(sg)=1~2时,经曲线回归分析发现F_(sg)-F_(sj)关系与三次多项式几乎完全吻合,其相关系数达到1。于是,分别得到了坡率m=0.5,0.75,1这3种情况下的加筋粗粒土坡F_(sg)-F_(sj)回归公式,从而实现了以F_(sj)来计算F_(sg)的设想,使计算大为简化。而且,按这些回归公式计算出的F_(sg),其绝对误差和相对误差在F_(sg)=1~2时分别不超过约±0.033和±1.6%,在F_(sg)=1~1.5时则分别不超过约±0.018和±1.2%,满足工程设计的要求。     

湿度变化对黄土路堤边坡稳定性影响分析

通过三轴压缩试验,分析不同含水率状态下压实黄土填料的强度变化特征,并计算评价了不同湿度、路堤高度、加筋条件下黄土边坡稳定性。结果表明:压实黄土填料强度随着含水率增加而下降,其中黏聚力与含水率呈负指数递减关系,内摩擦角与含水率呈线性递减关系,含水率对压实黄土的黏聚力影响更明显;随着路堤填料湿度上升,边坡稳定系数显著降低,当含水率从施工状态wopt上升5%时,路堤高度10~40 m的边坡稳定性系数下降24.3%~37.9%;加筋层中使用的土工格栅抗拉强度越高,土工格栅层间距越小,路堤边坡稳定补强效果越明显。     

软层对土质边坡破坏模式及稳定性影响的数值分析

为了研究软层对土质边坡破坏模式及其稳定性的影响,运用FLAC~(3D)建立多分层(坡体分4层,坡基分2层)土质边坡模型。将软层分为由内摩擦角φ控制的软层(内摩擦角φ较小的软层),以由黏聚力c控制的软层(黏聚力c较小的软层)。考虑工程实际选取4种常见的软层分布方式:①软层在边坡顶部、②软层在边坡底部、③软层在边坡顶部和底部、④软层在边坡中部,采用强度折减法分析了不同软层分布和不同软层性质边坡的滑动面和安全系数。结果表明:(1)内摩擦角φ控制的软层分布不同时,分布②边坡表现为圆弧+直线型破坏,其余分布则表现为圆弧型破坏;(2)黏聚力c控制的软层在不同分布时,分布②呈明显的圆弧型破坏,其余分布表现为一定程度的圆弧+直线型破坏;(3)位于边坡中部的软层显著降低其稳定性,其中以黏聚力c控制的软层不利影响最为显著;(4)随层间参数差异值的增大,不同的软层黏聚力c与内摩擦角φ对于滑动面上边缘距坡顶距离作用效果相反,而对于安全系数的影响表现一致;(5)针对软层位于边坡中部的情况,软层自身性质相较于其周围土层的性质对边坡稳定性影响更为显著。在相关施工中应主要对软层进行加固,并适当对其周围土层进行补强,可实现经济合理的支护方案。     

考虑能量耗散的2级边坡参数反演分析

反分析是获得岩土工程强度参数的重要方法。基于2级边坡塑性力学极限分析,在Mohr-Coulomb破坏准则下,建立2级边坡容许速度机动场,分别推导2级边坡的重力功率及边坡内部能量耗散功率的表达式,并结合强度折减法,求得其安全系数。以某边坡工程为例,根据不同粘聚力c及内摩擦角φ下的安全系数变化情况,得到安全系数为1时的c-φ曲线,并据此进行参数反演。计算结果表明,此方法可靠有效。     

土工格栅加筋路堤边坡稳定性影响因素及其敏感性分析

土工格栅加筋路堤在公路工程中有着广泛的应用前景,但由于加筋机理还不很清楚,具体设计方案还借助于经验,设计者必须充分了解其稳定性的主要影响因素和各影响因素对边坡稳定性的影响程度。为此,采用Morgenstern-Price法对土工格栅加筋边坡稳定性与坡高、坡率、土的内摩擦角和粘聚力、加筋层间距、坡顶荷载和地震力等影响因素之间的关系进行了分析计算,得到了这些影响因素各自对边坡稳定性的影响规律,分析比较了边坡稳定安全系数对这些影响因素的敏感程度。     

隧道群整体安全系数计算方法与应用分析

为解决地下相邻多隧道和多洞室的整体稳定性评价这一难题,吸收边坡强度折减有限元的优点,提出了基于强度折减技术的相邻隧道群的整体安全系数求解方法.该方法采用Mohr-Coulomb屈服准则,以洞间等效塑性应变贯通作为隧道群整体失稳的临界判据.洞群整体安全系数计算是通过搜索折减系数F,将岩土材料的力学强度参数(粘聚力c和内摩擦角ψ)按F值折减代人数值计算中,使计算模型的隧道洞间正好出现明显的贯通性等效塑性应变来实现.陕西牛角坪分离式双洞隧道按该法进行整体安全系数计算表明,该方法可以便捷客观地获得隧道群结构的整体安全系数,极大地方便了多洞结构的稳定性评价和开挖与支护设计优化.     

基于正交法的边坡安全系数敏感性分析

为研究影响边坡稳定因素,运用有限元软件ANSYS,并结合强度折减法建立合理模型,选择失稳判据为计算不收敛,将影响边坡稳定的主要因素重度、内摩擦角、黏聚力、变形模量、坡顶荷载采用正交分析法水平组合,进行各因素敏感性和显著性分析。结果表明:各因素敏感性依次为:内摩擦角 黏聚力 重度 坡顶荷载 变形模量,显著性为:内摩擦角、黏聚力,重度对边坡稳定性影响高度显著,变形模量与坡顶荷载对边坡稳定性影响不显著;黏聚力和重度之间有交互作用,因此,边坡稳定除考虑土抗剪强度影响,还应注意重度影响,使强度储备发挥到最大,同时还要考虑黏聚力和重度的交互作用。     

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。     

山区机场高边坡不同方位原状土强度试验研究

为获得山区机场高边坡不同方位原状土强度,该文采用ZJ型应变控制式直剪仪按不同深度、角度取96组384个试样进行剪切试验,总结出粘聚力、内摩擦角随深度、角度的变化规律,分析、推导出相关近似公式。试验结果表明:粘聚力c随着深度的增大非线性增加;对于具有水平、略倾斜层理的土体c值随角度的增大线性增大;不考虑含水量影响时,内摩擦角φ随深度的增大线性增加;考虑含水量影响时内摩擦角φ随深度的增大呈先减小后增大的趋势。     

基于强度折减法的加筋路堤稳定性分析

土工格栅在加筋技术中应用非常广泛,合理的设计方法是保证结构安全、稳定和耐久性的重要前提。通过PLAXIS软件建立基于强度折减法加筋陡坡路堤模型,分析加筋陡坡路堤的安全系数。结果表明,随着筋材间距的增加,加筋陡坡路堤的安全系数会逐渐减小;边坡高度越高,边坡则越不稳定,安全系数越低。     

非标准试验条件下水泥改良膨胀土抗剪指标影响研究

膨胀土具有明显的吸水膨胀和失水收缩特性,常会造成公路工程建筑物基础的倾斜、变形、边坡的失稳坍塌以及开裂等等一系列工程危害,目前很多公路工程中都会遇到膨胀土问题,对于大面积的膨胀土需采用改良方法改良其不良特性。文章以水泥为改良材料,在标准条件下土工直剪试验的基础上,通过改变试验条件,重点研究在非标准条件下改良后的膨胀土抗剪强度指标的变化规律。研究发现:掺入水泥能显著提高膨胀土的粘聚力和内摩擦角,随着水泥掺量的递增,粘聚力有很大幅度的提高,但内摩擦角增幅不大。剪切速率越小,土体粘聚力越小,内摩擦角越大;剪切速率越大,土体粘聚力越大,内摩擦角越小。上覆荷载越小,土体的粘聚力越小,内摩擦角越大;上覆荷载越大,土体粘聚力越大,内摩擦角越小。掌握这一规律后可根据工程中土体实际情况并结合具体工程要求,确定最佳的水泥掺量以及在最不利条件下测出土体的抗剪强度指标,为工程的设计和施工提供更可靠的安全参数。