淤泥质软土基坑边坡稳定性分析及其加固方案研究

明挖隧道施工的淤泥质软土基坑在开挖过程中,其部分断面处的基坑边坡易出现较大的地表累积沉降和边坡水平位移,会严重影响到工程建设的安全性。采用有限元强度折减法对案例工程上述断面处的基坑边坡进行了稳定性分析,得出该边坡的安全系数仅为0.63,并找到潜在的滑动面及其破坏模式。在上述研究的基础上,提出了2种加固方案。经分析,在坡脚注浆、设置钢板桩和堆土反压加固方案的加固效果不理想,在坡脚注浆并设置抗滑桩加固方案能显著提高边坡稳定安全系数,能有效控制地表沉降和边坡面位移。     

非均质边坡稳定性极限分析上限法

引入变异因子,推导土体黏聚力沿深度线性变化时的边坡极限分析上限法相关公式,研究成层土不同分布情况下的稳定性,并对极限分析法与极限平衡法中的评价指标进行对比。结果表明:对于刚体转动破坏,当坡脚土层黏聚力不变时,随着变异因子的增大,滑面对应的张角增大,但滑面位置变动微小,稳定系数近似线性增加。稳定系数和安全系数随变异因子的改变呈现相同的变化规律,但安全系数的大小与边坡坡高、土体重度和黏聚力有直接关系;考虑土体变形时,变形区内由黏聚力变化引起的损耗率是对数旋转面上的一半;坡脚土层黏聚力保持不变时,极限承载力随着变异因子的增加近似线性增加;当坡脚土层黏聚力大于坡肩时,边坡的稳定系数、安全系数和极限承载力均比土层相反分布时的要大。表明边坡坡脚土层黏聚力过小更容易造成失稳,建议采取"固脚强腰"的防护措施以确保边坡稳定。     

降雨入渗条件下非饱和土边坡稳定性数值分析

应用有限差分软件 FLAC2D中两相流分析模块建立了非饱和土边坡的数值模型,并进行了考虑降雨入渗影响的渗流场及稳定性分析。结果表明：降雨强度较大的情况下,雨水入渗主要引起边坡表层的饱和度增加;而降雨强度较小时,雨水更容易入渗到边坡的内部;降雨持时相同时,边坡的剪应变增量随着降雨强度的增大而增大;强降雨条件下,边坡的位移较大,其中边坡水平向位移随着高程的减小而增大,而竖直向位移随着高程的减小而减小;随着降雨持时的增加,边坡的位移不断增大,安全系数不断减小。     

北京市门头沟区高边坡预应力锚索格构梁体系的力学特性及设计优化

研究了预应力锚索格构挡墙的加固机理,并结合北京市门头沟区一高边坡工程,采用现场测试、数值分析等手段,分析了此类支护结构的受力机理和墙背土压力特征,最后通过正交分析,以边坡安全系数为控制指标,提出了该类支护结构的优化设计参数。研究结论:预应力锚索格构挡墙通过锚索将下滑力传递给深层稳定的岩土层中,形成一种边坡主动抗滑体系,由于锚索作用,墙后竖向土压力沿墙高应力重分布,出现多个应力峰值,水平土压力在墙高5 m处最大,而非墙底端,并且沿墙高方向呈连续波浪形分布;正交模型试验得出抗滑桩长度、锚索预应力、锚固段长度是影响支护效果最主要的因素。     

预应力锚索对微型桩结构抗滑性能影响的试验研究

在传统微型桩顶部联系梁上加设斜向预应力锚索,构成新型复合挡锚结构的锚索微型桩。采用分级加载方式进行双排传统微型桩和锚索微型桩加固土质边坡的室内模型试验,并结合相同条件的FLAC3D数值计算,对比分析锚索微型桩和传统微型桩以及采用两者加固后边坡的变形和受力特征,进而探讨锚索微型桩的抗滑机理。结果表明:相比传统微型桩,经锚索微型桩加固后边坡的变形和联系梁的位移明显减小;锚索微型桩周围产生应力集中区,形成结构—土体的复合骨架体系,阻滞了致滑应力和变形沿滑坡方向的传递;预应力锚索有效增强了微型桩结构的侧向刚度,结构侧向倾斜变形减小;微型桩的内力和外力分布趋于均匀,有利于及时和充分地发挥桩体的力学性能;随着堆载的逐级增加,微型桩结构的变形过程分为小变形、大变形和极限破坏3个阶段,对应的桩—锚荷载分担比呈先增大、后减小和再增大的变化规律,极限破坏阶段的分担比稳定在1.3~1.5之间。     

高边坡预应力锚索格子梁加固系统三维有限元分析

结合张石高速公路K39+130~K39+190段高边坡,用大型软件ANSYS对该高边坡分别进行了预应力锚索格子梁加固前后的三维有限元模拟,并对两者之间的结果进行比较。最后运用有限元强度折减法计算出了预应力锚索格子梁加固前后边坡的安全系数,计算结果表明,用预应力锚索格子梁加固后的边坡是稳定的。     

地下水位上升对边坡稳定性影响的拟静力分析

利用有限元模型分析了不同影响因素(坡角、黏聚力、内摩擦角、地下水位高度、设计峰值加速度)对边坡稳定性影响的显著性,并研究了地下水位变化对边坡稳定性和变形的影响规律。结果表明:内摩擦角对边坡稳定性影响最大,其次为设计峰值加速度、坡角、黏聚力、地下水位高度。地下水位的变化可使边坡安全系数降低15%,因此地下水的影响不容忽略。当水位达到较高位置(地下水位高度达22 m)时,水平最大位移比无水时增加58.33%。随着地下水位的升高边坡的最大水平位移开始表现出边坡后缘下挫并逐步向前缘扩展的趋势,使得边坡的变形最大值由边坡的最高处开始向坡脚处转移。当地下水位升高一定高度时,边坡的最大水平位移会出现一个突变,位移最大区域向边坡内部扩展,说明地下水的影响使得边坡滑动面向边坡内部延伸,其滑动规模增大,这可作为边坡滑坡预测的重要指标。     

黄土高边坡开挖过程的变形监测分析

以隧道出口路堑黄土边坡为例,分析黄土路堑开挖过程中边坡变形和边坡土钉应力随空间和时间的变化规律。测斜仪监测结果表明:边坡的水平位移随开挖深度的增加逐步增大,并在开挖后一段时间内出现最大值,呈时间滞后效应。在不同的开挖阶段,坡体不同部位开挖后的水平位移变化幅度不同:坡顶变形幅度最大,坡底居中,坡体中部最小;坡体开挖完成后,坡顶绝对水平位移量最大,坡脚最小,坡体中部居中。随开挖深度的增加,坡体不同部位测试土钉各测点应力明显增大;土钉最大应力出现位置由坡面逐渐迁移到坡内。说明坡体的变形范围随开挖深度的增加而扩大;且由土钉最大应力出现的位置可判定边坡潜在滑动面位置。     

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。     

降雨条件下浅层边坡稳定性分析

分析边坡土体强度参数在降雨条件下的衰减规律,并在此基础上研究降雨对浅层边坡稳定性的影响。研究结果表明:土体黏聚力随含水量增大的变化规律接近指数减小,土体内摩擦角随含水量增大的变化规律接近线性减小;降雨持时不变的条件下,边坡安全系数随降雨强度的增大而呈非线性减小;降雨强度不变的条件下,边坡安全系数随降雨持时的增大而接近线性减小。     

浩吉铁路膨胀岩高边坡降雨入渗稳定性分析

浩吉铁路卢氏盆地第三系弱胶结膨胀性极软岩边坡高度大、段落长、风险高,膨胀岩高边坡稳定性便成为控制性工程技术问题.以卢氏站103 m高的膨胀岩边坡为例,结合膨胀岩微观结构、膨胀力、干湿循环强度等力学试验成果,开展降雨和干湿循环等极端条件下边坡稳定性分析.研究结果表明:膨胀岩边坡工程设计需采取分级预加固、坡面锚固、系统防排水措施相结合的设计理念;膨胀岩剪切强度随着干湿循环次数的增加而不断减小,在干湿循环达到8次后剪切强度基本稳定;降雨和干湿循环作用下,锚索受力明显持续增加,锚固桩受力变化不明显,锚固桩对膨胀岩边坡变形和稳定的控制效果更为明显和有效;随着降雨和干湿循环次数的增加,边坡安全系数逐渐降低并趋于稳定,最终边坡安全系数为1.30,长期条件下边坡处于稳定安全状态.研究成果可为工程安全施工和健康运营提供相关理论依据和技术支持.     

某浅埋偏压铁路隧道变形综合治理及监测研究

广西某铁路浅埋偏压隧道在施工和运营期间出现变形,体现为衬砌开裂、地表裂缝与边坡滑移等病害,影响行车安全。为明确变形原因并提出合理治理措施,同时探明综合加固措施对坡体和隧道的加固效果及其稳定性状态,通过地质勘察、现场监测试验与理论分析等技术手段,对该典型浅埋偏压山区铁路隧道进行变形特征、变形原因、综合治理措施及其现场监测试验等方面研究。结果表明：(1)加固前隧道内水沟电缆槽侧壁、仰拱、拱顶等出现裂缝,地表相继出现纵向开裂和弧形裂缝,地表变形较大;(2)隧道边坡变形主要由于隧道通过丘陵斜坡中下部,呈浅埋偏压,洞身所在地层为全风化层,坡脚开挖造成应力释放,稳定性差,持续降雨强度大,地表水下渗较严重;(3)提出卸载反压、注浆增强、锚索桩相结合的综合加固处理方案。加固后,地表横向位移呈幅值小于4.7 mm的小幅波动状态,锚索桩深部横向位移最大挠跨比为1.45‰,有效抵抗地层下滑力;隧道径向、竖向相对位移稳定在较小值,有效控制了隧道和边坡变形发展,增加其稳定性。     

金沙江大桥丽江岸重力锚碇基坑边坡稳定性分析及加固措施

以金沙江大桥丽江岸重力锚碇基坑西坡为研究对象,基于强度折减法,采用三维数值软件分四个阶段对该边坡进行变形特性分析和稳定状态评价,结合降雨条件实现多工况模拟,总结归纳了抗滑桩在不同阶段及模拟工况条件下的变形特征与规律,重点研究了腰梁及预应力锚索加固前后工况。研究结果表明：若仅采用抗滑桩支挡,难以防控边坡开挖和降雨作用造成的坡体变形;腰梁和预应力锚索的应用有效遏制了地表裂缝开展及桩身位移扩大。     

爆破荷载下岩质直立边坡预应力锚板墙动力响应机理

以重庆沙坪坝铁路枢纽综合改造工程开挖形成的岩质直立边坡为原型,利用FLAC3D软件建立数值计算模型,分析预应力锚板墙边坡支护结构在不同开挖位置的爆破荷载作用下的动力响应特性。在此基础上,讨论锚杆预应力大小、爆破峰值荷载和锚固段长度几种参数对于支护结构受力状态和结构变形的影响。计算结果表明:爆破作用下锚杆轴力增量分布与静力作用下相似,并且锚杆轴力增量和板墙位移都在边坡中部达到最大,而上下位置较小。对比锚杆轴力增量和板墙水平位移增量的数值模拟和理论计算结果,验证了板—锚结构之间存在的变形协调现象。通过各种影响因素的计算结果分析得到了岩质边坡预应力锚板墙支护在爆破作用下的动力变化规律。     

高性能快速张拉预应力锚索新技术

研究目的:京张高铁八达岭长城站大跨过渡段隧道最大开挖宽度32.7 m,最大开挖面积494.4 m~2,是目前世界上开挖宽度和开挖面积最大的交通隧道,施工难度大,安全风险高。隧道初期支护体系主要通过预应力锚杆、预应力锚索和喷射混凝土实现。采用传统的锚索施工工艺,经试验测试,锚索拉力不能满足设计要求,同时需要30 d左右时间才能实现预应力张拉。因此,需要研究高性能快速张拉预应力锚索新技术,以有效控制隧道围岩变形,保证施工安全,提高施工效率。研究结论:(1)采用传统锚索施工工艺,锚索拉力值主要受锚索与注浆体之间的握裹力、注浆体与围岩之间的粘聚力所控制;(2)采取增加"锚固结",锚索与注浆体之间的握力可提高约2倍;采取6～7 MPa高压注浆工艺,注浆体与围岩之间的粘聚力可提高约1.5倍;(3)采用改性硫铝酸盐水泥浆液,浆液强度1 d内可以达到30 MPa以上,从而实现了注浆完成后1 d时间内锚索快速张拉;(4)本研究成果可在类似预应力锚索施工工程中借鉴应用。     

铁路隧道下穿连续刚构桥墩施工影响及防控措施研究

以米易至攀枝花扩能改建工程垭口隧道下穿京昆高速公路段城门洞大桥为例,研究垭口隧道施工对其上部边坡、城门洞大桥右线4号墩和左线5号墩相互影响规律,并结合现场施工中所使用的预应力锚索框架梁,综合现场监控量测数据和数值分析结果对其加固效果进行研究,最后对垭口安全性进行评价。研究结果表明:随着垭口隧道开挖,上部边坡的安全系数降低明显,引起了桥墩的沉降和横向偏移,且沉降大小远大于横向偏移;施作锚索框架梁后,上部边坡的安全系数升高显著,垭口隧道施工对上部边坡的影响明显减小,且锚索框架梁施做后能较好的控制桥墩横向偏移,对桥墩沉降控制不佳。     

灰岩分布地区高边坡开挖破坏及治理措施研究

以广西壮族自治区六寨至河池高速公路K53+160—K53+340段右侧边坡病害整治工程为背景,针对沿线灰岩自稳性较差的问题,尝试采用不同的治理措施进行加固处理,研究加固前后坡体稳定性规律。结果表明,强风化灰岩分布地区开挖加固后稳定的边坡受降雨影响仍存在反复坍塌的可能,需结合当地的实际降雨状况提高边坡安全设计系数,就本工点而言,采用坡面危岩块体适当清理(局部刷方)、素喷混凝土防护、锚索地梁加固、挂网喷射混凝土工程等综合治理措施,优化加固方案后边坡在降雨入渗条件下的安全系数提高到1.353,满足规范要求,研究方法将为类似情况下灰岩边坡的稳定性分析及加固提供一定的参考。     

预应力锚索整治高边坡病害施工技术

结合预应力锚索和抗滑桩在渝怀铁路DK615 + 60 2～DK615 + 83 3段路堑边坡治理滑坡中成功应用的实例 ,从预应力锚索的成孔、锚索入孔、注浆、锚墩制安、锚索张拉、锁定、封锚等施工工艺入手 ,重点介绍预应力锚索加固高边坡的施工技术。     

超大跨度隧道预应力锚杆——锚索协同支护机理

探索运用1种新型支护形式预应力锚杆—锚索协同支护体系,在京张高铁八达岭长城站大跨过渡段跨度极大(32.7 m)且围岩质量极差(Ⅴ级围岩)的情况下保障隧道安全建设。通过现场监测,研究预应力锚杆—锚索的力学行为,结合现场围岩微震监测,分析预应力锚杆—锚索协同支护机理。结果表明:预应力锚杆、锚索的轴力均由初始预应力、预应力损失和被动支护力3部分决定;在隧道开挖过程中,锚杆和锚索的轴力演化过程可分为预应力快速损失、轴力波动和轴力稳定3个阶段,且预应力锚杆轴力沿自由段非均匀分布,锚杆自由段存在多个中性点;预应力锚杆锚固于浅层围岩内部,与被锚固岩体组成组合拱结构承担围岩荷载;预应力锚索锚固于深层围岩区域,调动深层围岩的承载力承担围岩荷载,并提高锚杆组合拱的稳定性;预应力锚杆—锚索协同作用实现了超大跨度隧道围岩的有效支护。     

考虑基质吸力下的黄土边坡稳定性研究

降雨入渗使得非饱和黄土含水量增加,基质吸力降低,进而导致边坡稳定性下降。选取某铁路沿线黄土边坡为研究对象,进行了非饱和黄土的基质吸力试验。结果表明,在0~260kPa低吸力范围内,原状黄土土水特征曲线呈指数形式。进而,通过控制基质吸力的三轴试验,测定了非饱和黄土的抗剪强度,结果表明,黄土由饱和至非饱和状态转变时内摩擦角增大,非饱和黄土莫尔库伦破坏包面是一个上翘曲面。在此基础上,运用GeoStud io进行了降雨数值模拟和边坡稳定性分析,结果表明,随着降雨强度的增加和降雨持时的延长,边坡表层孔隙水压力逐渐增加,对应基质吸力持续减小,水头等值线在坡顶和坡脚最为密集;降雨强度越大,持时越长,越不利于边坡稳定。