基于强度折减法与可靠度方法的锚框支护边坡稳定性分析

以漳州招银高速公路典型锚框支护边坡工程为背景,在FLAC3D数值平台上,基于有限元强度折减法求得其稳定性安全系数为1.514,满足相关规范要求。进一步地考虑岩土体参数的变异性,根据多个类似工程的地质勘察资料,统计了相关岩土体抗剪强度参数的均值和变异系数。同时定义了该锚框支护边坡的极限状态和功能函数,并利用响应面法将其拟合为具有显式表达的非完全二次多项式。最后利用JC法,经过若干次迭代求得该锚框支护边坡的可靠指标为2.035 9,其失效概率为2.09%。将有限元强度折减法与可靠度方法相结合,可较全面地反映岩土体参数变异性对边坡稳定性的影响。     

基于K-L展开的断层-节理边坡随机有限元分析

土性参数的空间变异性和断层-节理的耦合作用,将显著影响边坡工程的稳定性分析。基于K-L展开方法模拟土体抗剪强度参数空间变异性,同时通过强度折减法计算节理岩体边坡的稳定性系数,提出了一种考虑土体参数空间变异性的边坡可靠度分析方法。探讨了土性参数的变异性及水平和垂直方向的相关距离对断层-节理边坡随机可靠度的影响。通过与已有研究中均质边坡稳定性对比分析,验证了模型的可行性,并结合现场实际工程进行分析。研究表明：断层-节理裂隙改变了边坡潜在滑移面产状,同时降低边坡的安全系数。边坡失效概率随着土性参数变异系数的增加而增大。忽略土性参数的变异性指标时,会高估边坡的安全系数指标,低估失效概率。土体竖向波动范围显著影响边坡的可靠度,断层-节理对于边坡稳定性的影响远大于土体波动范围。     

基于因素敏感性的边坡稳定可靠度分析

为了评估因素敏感性对边坡稳定可靠度的影响,针对岩石边坡中最为常见的平面剪切型边坡,在定值法计算边坡稳定安全系数的基础上,用单因素分析法、极差分析法和方差分析法对边坡几何、计算物理力学参数的敏感性进行了对比分析,然后采用Rosenblueth法对不同随机变量的组合进行了边坡稳定可靠度分析。研究结果表明:单因素分析、极差分析和方差分析得到了一致的参数敏感度排序,方差分析结果离散程度最大、分析效果最优;在假定参数变异性相同条件下,当随机变量取敏感性较大的因素时,可靠度分析的破坏概率也较大;对于敏感性较大的因素,不管是强度参数或者几何参数,若存在一定的变异性,在可靠度分析中都不应忽视,否则将对结果产生重大影响;在边坡可靠度分析前先确定各个稳定影响因素的敏感性排序,再根据实际参数的变异性选取随机变量,分析结果往往更加合理。     

基于安全系数解析式的边坡稳定评价体系研究

以简单土坡的圆弧面滑动为研究对象,将滑动土体分为主动区域和被动区域,视被动土体作用为增加抗滑力矩,采用积分方法推导抗滑力矩及滑动力矩的解析表达式,进而得到安全系数解析式;依托该解析式建立了可靠性分析的功能函数数学模型,并采用Monte Cado法求解失效概率和可靠指标.借助纯黏性土、均质边坡的确定性模型,将黏聚力与重度、坡高的比值作为随机变量,分析了其概率分布类型及变异特征对失效概率的影响规律,以及安全系数和失效概率的相互关系.结果表明:该安全系数解析式是精确的;参数变异性的影响不容忽视,当参数变异性较大时,传统的安全系数法不能给出切合实际的评判,而可靠指标法则更合理;对于不同的参数变异性情况,安全系数与失效概率(或可靠指标)关系曲线中呈现明显的交叉点,且其位置与参数分布类型有关.     

一次二阶矩法及其在边坡可靠性分析中的应用

以极限平衡理论和传统的安全系数方法为基础,运用一次二阶矩法建立边坡可靠性分析的极限状态功能函数,对边坡的稳定性进行了可靠性分析,探讨了随机土性变量内聚力、内摩擦角和容重的均值及其变异系数对其可靠指标的影响。结果表明,内摩擦角的变异性对可靠指标的影响大于内聚力变异性的影响,可靠指标对内摩擦角的变化更为敏感,变量之间的相关性对可靠指标的影响很小。在岩土工程中,岩土介质的变异性很大,因而采用定值安全系数与可靠指标结合进行边坡稳定性评价的方法将更为准确合理。     

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。     

基于上限分析与随机响应面法的盾构隧道掌子面可靠度研究

为更全面准确评估孔隙水压力作用下盾构隧道掌子面的稳定性，提出一种基于极限分析原理的双对数螺旋线破坏机构为确定性模型，结合随机响应面原理的可靠度分析方法。该方法以孔隙水压力系数表示地下水引起的孔隙压力变化，通过上限分析得到隧道掌子面的安全系数； 运用拉丁超立方技术对安全系数进行抽样，建立基于Hermite多项式展开的近似极限状态方程，在验证响应面有效性的基础上，进一步采用蒙特卡洛模拟法获取隧道掌子面失效概率特征。利用该方法分析了土体参数变异性、地下水位以及支护力对掌子面失效概率的影响，并将其应用于湘江隧道掌子面的可靠性研究中。结果表明： 该方法可以有效地评估隧道掌子面的可靠性，并可为隧道掌子面支护力的选取提供理论参考。     

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。     

基于随机有限元法的路堑高边坡可靠性评价研究

为研究不同工况下高边坡的变形与稳定性，依托某高边坡工程，采取可靠性理论来分析计算边坡失效概率，从而评价天然状态下和锚杆+框格梁支护、锚杆支护两种支护方案的可靠性与稳定性。结果表明：依据锚杆+框格梁支护边坡的实际施工方案，通过现场实测数据分析，表明边坡处于相对稳定的状态；对岩土体参数进行可靠度分析，得到表层岩土体的黏聚力、内摩擦角、弹性模量、密度参数对结果的影响较其他参数大；通过随机有限元法对边坡进行分析计算，结果显示天然状态下边坡失效概率为35.9%,锚杆+框格梁支护方案的失效概率为1.3%,锚杆支护方案的失效概率为6.1%,表明锚杆+框格梁的支护方案效果最佳。通过数值模拟结果验证边坡实际的防护效果，可为边坡施工提供理论依据，拓展可靠性理论的应用范围。     

频率法索力测量的参数灵敏度概率分析

采用频率法进行索力测量时,索结构参数和索振动频率的变异性均对索力测量结果有影响,因此有必要从概率分析的角度探讨这些参数对索力测量的影响规律。基于索力测量可靠度分析方法,研究各种参数单独变异时,索力测量因无法达到预定精度而失效的概率。失效概率越小,表明所研究参数的变异性对索力测量精度影响越小,该参数的灵敏度越低;反之,对精度影响越大,参数灵敏度越高,在索力测量时该参数取值需严格控制,应尽量减少偏差,以提高索力测量精度。采用上述方法对甘竹溪大桥斜拉索索力测量的参数灵敏度问题进行概率分析,获得各种参数的灵敏度信息;并在取得较为准确的索随机参数统计信息的基础上,对大桥不同施工阶段的索力测量进行可靠度分析。     

基于随机场理论的路堑边坡稳定性可靠度分析

与传统的安全系数法分析边坡稳定性相比,以概率统计为基础的考虑到岩土性质的变异性和不确定性的可靠度方法更为客观。针对黄延高速公路一个典型的路堑边坡工程,将空间随机场理论引入到边坡稳定可靠度分析中,构建基于传递系数法的功能函数,得到内摩擦角和粘聚力相关和不相关及不同方差折减系数情况下的破坏概率,获得了一些基本结论。     

基于强度折减法的黄土边坡可靠度分析

由于地质条件的复杂性,影响边坡稳定性因素存在着不同程度上的不确定性.因此,在边坡稳定性分析中,应考虑这些因素的不确定,对边坡进行可靠度分析.文中将有限元强度折减法和点估计法结合进行边坡的可靠度分析.对有限元强度折减法和点估计法的基本原理进行了简单介绍,将二者相结合进行一黄土边坡的可靠度分析.计算结果表明,该边坡整体上较稳定,但可能发生黄土层的浅层滑动,边坡的平均安全系数为1.10,处于基本稳定状态.边坡的破坏概率为26.5％,属于低危险等级,需对该边坡进行进一步的观测.有限元强度折减法和点估计法相结合,可方便、简捷地对边坡可靠性进行评价.     

微型桩-香根草协同护坡试验与计算研究

单一的香根草护坡或微型桩护坡在边坡加固与防护工程中均得到了广泛应用，但针对两者协同护坡的研究和相关工程应用相对较少。边坡安全系数作为评判边坡稳定性的重要依据之一，其计算分析结果的准确程度高，可提升滑坡灾害的预测水平，从而降低损失。通过室外大比例尺模型试验，采用坡顶分级堆载对植被与微型桩协同护坡的效果进行试验，并对采用多种理论与数值方法求得的边坡安全系数进行了比较，分析了香根草及微型桩对边坡安全系数的影响。试验与计算结果表明：采用三维有限元分析得到的安全系数略高于二维有限元分析；相比于素土边坡，微型桩-香根草协同护坡能极大地提高边坡安全系数，有效提高坡体稳定性，而且能够提高边坡承受荷载能力，研究结果可为生态防护与工程加固措施协同护坡工程设计提供理论依据。     

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。     

悬臂式单排桩可靠度分析研究

基于m法和p-y曲线法两种有限单元模型,对路堑边坡单排桩支挡结构进行静力分析,在此基础上,对悬臂式单排桩结构进行随机分析.结果表明:强度参数的变异性基本不影响荷载值的均值,均值的大小基本与确定性分析的荷载值相同;强度参数变异系数越大、相关距离越大,荷载值的变异性越大.最终,根据极限状态法反算的安全系数,给出路堑边坡单排...     

地震效应下二级边坡三维动态稳定性上限分析

为了给二级边坡的抗震设计提供参考,对其在地震力作用下的稳定性进行研究。基于三维破坏模型,采用拟静力法将地震力引入计算模型中,运用极限分析上限定理分析二级边坡破坏时的能量耗散,并根据虚功率原理推导稳定系数的解析解。利用穷举法优化计算,得到约束条件下稳定系数的最优上限解,并与已有研究成果进行对比。利用该方法,分析宽高比、内摩擦角、深度系数、上、下台阶倾角、地震力等因素对二级边坡稳定性的影响。针对不同的计算精度,给出二级边坡可简化为二维平面应变问题的最小宽高比。研究结果表明：该方法正确可靠;宽高比对稳定系数影响显著,随着宽高比的增大,二级边坡的三维效应逐渐弱化,最终转变为二维平面应变问题,内摩擦角、深度系数、上、下台阶倾角对稳定系数有较大影响;对边坡进行放坡时,应尽量减小上、下台阶的倾角,并增大上台阶边坡的高度,以提高二级边坡的稳定性;水平地震力与竖直地震力对二级边坡的稳定性有显著影响,如果计算中不考虑地震力,则稳定系数的相对误差分别高达40%和15%。     

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。     

利用能量法的边坡强度参数反演研究

强度参数反演是获取岩土工程参数的重要手段之一。传统的位移反分析方法需要对岩土体进行位移监测,耗费较多的时间和资金。本文在极限分析上限定理的基础上进行安全系数的求解。并分析边坡的几何及参数连续性,将边坡破坏断面两侧的断面的安全系数视为1。通过做出不同断面的c—φ曲线,其曲线的交点即为反演所得的参数值。结果表明,其结果与试验值符合较好,效果较好。