基于上限分析法的含夹层边坡地震稳定性分析

为了判断含夹层岩质边坡在地震荷载下的稳定性,丰富岩质边坡在地震荷载下的稳定性分析方法,探讨极限分析中的上限分析法如何应用于评价边坡在地震荷载作用下的稳定性,文中介绍了上限分析法在边坡稳定性判断中的应用和极限分析法的基本原理,并详述了如何基于波动理论计算地震波对边坡中滑动体的做功功率,针对能量系数随时间变化的特性,提出了以最小平均能量系数作为边坡稳定性的评价标准。最后结合室内振动台模型试验,通过计算最小平均能量系数判断的稳定性结果与模型的实际破坏结果进行对比,验证极限分析上限法应用于地震稳定性分析的合理性。研究表明:以正弦波代替地震波,基于波动理论可以求得该正弦波对边坡滑体的做功功率,该功率为一个随时间变化的函数,因此提出以最小平均能量系数作为评价标准,当最小平均能量系数Esmin 1时,消耗的功率大于外力做功功率,边坡处于稳定状态;当最小平均能量系数Esmin1时,消耗功率小于外力做功功率,边坡发生滑动破坏;当最小平均能量系数Esmin=1时,边坡处于极限稳定状态;应用极限分析上限法计算出的最小平均能量系数判断的模型边坡破坏状态与实际破坏基本一致,上限法求得的最小平均能量系数可作为含夹层边坡的稳定性判断标准。     

基于修正拟动力法的抗滑桩加固边坡三维地震稳定性分析

为了给抗滑桩加固边坡的抗震设计提供参考,对其在地震作用下的三维稳定性进行研究。基于极限分析上限定理,采用修正的拟动力法(MPDM)对水平地震作用下的三维抗滑桩加固边坡的稳定性进行了分析,并推导出边坡安全系数(F_S)的表达式。为了提高计算效率,采用遗传算法(GA)计算出安全系数的最小值。将所得研究结果与已有文献成果进行对比,验证了所用方法的有效性。此外,通过参数分析研究了归一化频率(?H/V_S)、宽高比(B/H)、水平地震系数(k_h)、阻尼比D、桩位、桩距等因素对桩加固边坡稳定性的影响。研究结果表明：?H/V_S对桩加固边坡稳定性的影响显著,并决定着D对桩加固边坡稳定性的影响;当桩加固边坡受到与土体固有频率接近的地震波作用时,D对桩加固边坡的稳定性影响非常显著,并且拟动力法会极大地高估桩加固边坡的稳定性;对于远离土体固有频率的地震波,D对桩加固边坡的稳定性影响较小;在一个地震波周期内,地震作用下边坡的F_S随地震峰值加速度的增加而减小;水平地震加速度系数a_hs的...     

公路岩质边坡稳定性评价的能量法研究

针对公路岩质边坡稳定性分析评价问题,根据能量法原理和塑性极限分析上限定理,建立了岩质边坡平面滑动的屈服机构.在刚塑性假定条件下,视岩质边坡的滑体为刚体,没有内能耗散,视滑面为塑性区,能量耗散主要集中在滑面上,根据能量法可以得到简化后的虚功率方程.综合考虑作用在岩质边坡上的后缘裂缝静水压力、沿滑面扬压力、重力、水平地震惯性力、锚固力等外力,按照强度折减法,推导得出了公路岩质边坡稳定性评价的能量法上限解.通过典型算例,将能量法上限解和刚体极限平衡法稳定系数计算结果进行了对比分析.     

非均质各向异性加筋土边坡的抗震稳定性分析

加筋土因其良好的加固效果而被广泛应用于边坡工程。用极限分析上限方法,对非均质各向异性加筋土边坡的抗震稳定性进行研究,获得了均匀、上疏下密及上密下疏3种布筋方式下边坡临界高度的解析表达式。并用数值优化算法分析了土体非均质性、各项异性、边坡坡角、内摩擦角及地震荷载等因素对加筋土边坡稳定性的影响。结果表明:土体非均质系数、各向异性系数、内摩擦角及加筋强度的增加对边坡稳定性的提高具有积极作用,而坡角与地震荷载系数的增大则不利于边坡的稳定;3种布筋方式中,上疏下密对边坡加固的效果最佳,其次为均匀布筋方式,上密下疏的布筋方式效率较低。     

地震作用下的层状岩质边坡块状-弯曲倾倒解析分析

为了进行地震作用下块状-弯曲倾倒破坏边坡的稳定性评价,基于极限平衡理论,运用逐步分析方法,建立了地震荷载作用下块状-弯曲倾倒破坏的地质力学模型,并推导出了地震荷载作用下块状-弯曲倾倒破坏的解析公式,分析了地震荷载对岩质反倾边坡稳定性和破坏模式的影响。采用边坡几何力学参数、潜在破坏岩块编号及地震影响系数作为稳定分析中的变量,运用MATLAB编写了求解不同变量下的边坡安全系数和破坏模式的计算程序,此外,还将该方法与传递系数法、数值模拟结果进行了对比分析。研究结果表明：随着地震惯性力的增大,边坡稳定性逐渐下降;部分相邻块体的潜在破坏模式不同,滑移破坏和倾倒破坏交叉出现,但随着地震影响系数的增大,整体破坏模式逐渐由倾倒破坏转变为滑移破坏;随切坡角度增加,边坡的稳定性下降,较易发生倾倒破坏;不同地震影响系数下岩层厚度对边坡的影响不同。     

利用上限定理的二级边坡地震稳定性研究

在地震力作用下,许多在正常情况下稳定的边坡发生破坏。二级边坡作为常见的边坡形式,在该类边坡的施工设计中,地震力稳定性分析是非常重要的工作。基于极限上限定理,对地震力作用下的二级边坡进行了稳定性分析,为二级边坡的稳定性分析及设计提供了理论基础。并通过参数分析,研究了其临界高度随坡脚与水平地震系数的关系。     

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。     

路堑土质边坡地震反应动力稳定性分析

基于 Geo-Studio有限元软件,考虑了边坡岩土体材料的动力特性以及地震特性,借助等效线性模型对土质边坡在地震动荷载作用下的应力、变形进行了二维动力反应分析。计算结果表明,在地震波作用下,土质边坡最大水平及竖向动位移均随深度的增加而递减,最大值都出现在坡顶处。采用平均小稳定系数对边坡稳定性进行了评价,并与拟静力法的结果进行了对比分析,证实了水平拟静因子取值范围的合理性。     

地震荷载下高填方边坡破坏机理与稳定性分析

主要针对地震荷载作用下高填方边坡的破坏机理和稳定性进行分析评价。采用数值分析方法,就高填方边坡在地震中的破坏机理、破坏模式以及影响因素进行分析,对边坡稳定性的评价方法、控制指标等关键技术进行研究,以揭示地震荷载中高填方边坡破坏机理,建立地震中边坡稳定性评价的静力分析法和动力分析法,并对雅安地震中成雅高速公路填土高度达到25m的K43＋450～K43＋720段路基进行稳定性分析和验证。     

基于强度折减弹塑性有限元方法的路堤稳定性分析

以大型通用有限元分析软件ABAQUS作为平台,通过二次开发建立了能够自动搜索安全系数与相应失稳机理的边坡稳定弹塑性有限元分析模型.以数值计算迭代不收敛作为失稳判据,对路堤边坡的稳定性进行了变动参数计算与对比分析;进而针对车辆荷载作用下的路堤边坡及多级路堤边坡的稳定性进行了数值分析.结果表明:车辆荷载作用下的路堤边坡稳定性明显降低,但其破坏模式仍为典型的对称式滑移破坏;有限元数值计算迭代不收敛判据适用于车辆荷载下的路堤及多级路堤的稳定性分析.     

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%。     

岩质边坡稳定性数值模拟及动力响应分析

采用快速拉格朗日方法,以差分技术引入时问因素实现了从连续介质小变形到大变形的分析模拟,对湖南省对121援建项目一四川理县至小金公路工程中豹子嘴边坡建立了三维模型,并采用2008年5．12汶川M8．0级地震中木卡站实测的地震波,在对地震波进行校正的基础上,进行动力数值模拟,分析了地震荷载作用下岩质边坡的位移、加速度和速度的动力响应过程和规律。岩质边坡动力响应分析表明地震荷载下岩质边坡最小水平永久位移、最小水平加速度反应峰值及最小水平速度反应峰值均发生在坡脚处,且在竖向方向均存在较明显的放大效应,其位移、加速度和速度的放大效应存在一定差异,放大倍数分别为18,1．3和6．35。     

地震作用下路基内孔压变化规律的研究

采用动力有限元分析法,输入不同类型的地震波,在不同路堤高度、不同坡比及不同地震烈度情况下,计算分析高填土路堤边坡内孔隙水压力的变化,得出了在地震荷载作用下边坡内孔隙水压力的变化规律,为实际工程设计提供了一定的理论分析依据。     

非关联流动法则下加筋土边坡稳定性研究

利用极限分析上限定理,在非关联流动法则下研究了加筋土边坡的稳定性问题。对非关联流动法则下的土体强度参数进行了修正,基于边坡旋转的破坏机构,计算了土体重力功率以及内部能量耗散,并推导了筋材的内能耗散方程。根据功率相等的基本原理,得到了加筋台阶边坡的上限解答。最后分析了不同加筋参数对边坡安全系数的影响规律。     

被动土压力系数的上限解

根据极限分析法与极限平衡法的等效性,应用极限平衡理论和最优性原理计算被动土压力系数的最小上限解。将土体分为三角形条块,并对条块的底面倾角加以限制,使其满足运动许可每件;应用动态规划的方法,找出最危险的滑动机构,得出被动土压力系数最优上限解。将计算结果与库仑解和极限分析法进行比较,表明得到的被动土压力系数的上限解是最小的,且计算简便,易于编程,结果可靠。     

基于改进水压分布的岩石边坡倾覆稳定性分析

基于改进地下水力分布假设,运用极限平衡方法,综合考虑锚固效应、冰雪冻胀作用和地震荷载的影响,推导出典型岩石边坡倾覆稳定系数计算式.算例分析表明:采用改进后的水力分布假设进行岩石边坡倾覆稳定性分析更加合理;出流缝堵塞、地下水位升高、锚杆(索)锚固力和设置高度降低、冰雪冻胀作用加强、水平背向坡体和竖直向上的等效地震荷载对岩石边坡倾覆稳定性不利;锚杆(索)设置角度对边坡倾覆稳定性影响不大.同时,绘制了饱水岩石边坡倾覆稳定系数与几何要素之间的关系图,据此可迅速判定复杂条件下一定几何要素饱水边坡的倾覆稳定状态,便于工程实际运用.     

结构面对岩体边坡动力响应的影响研究

运用离散元软件3DEC,通过研究结构面在地震波作用下,其产状、起始位置、刚度以及密度与岩体边坡PGA放大系数峰值变化关系,揭示岩体边坡中的结构面对地震动力响应特征的影响规律。结果表明:结构面倾角增大,岩体边坡的动力稳定性变差;结构面起始位置越高,岩体边坡的地震动力响应则越强,反之则越弱;结构面刚度能影响地震波的能量分配关系,但不能改变其传播路径;结构面发育越密集,岩体边坡地震动力响应越强烈,动力稳定性也就越差。     

高速公路岩土边坡支护结构力学特征性分析

对高速公路岩土边坡支护结构的力学特征进行分析时,岩土边坡的稳定性受到各方面因素影响,导致计算得到的力学参数与实际参数不符,难以做出准确分析。对此,提出岩土边坡支护结构的震动力学有限元分析方法。运用有限元分析软件构建高速公路岩土边坡支护结构力学有限元模型。输入地震波求解,并观察边坡支护结构的受力、变形情况,根据拟动力法模拟地震波的传播,充分考虑纵波和横波从坡脚传播到坡顶的阻尼力对地震波的影响,获取地震作用下的动力响应规律,求出震动作用下的力学参数。实验证明:运用该方法能得到高速公路岩土边坡支护结构内摩擦角、粘聚力、横向地震加速度、最大震动系数对支护结构力学参数的分析,准确性较高。     

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。     

基于地震动力响应的强风化花岗岩公路边坡稳定性分析

针对处于高烈度地震带地区的公路边坡,在进行稳定性分析时地震力是一个重要因素.汶川地震后对地震波传播有了新的认识,即垂直加速度和水平加速度几乎一样大小.针对强风化层花岗岩边坡稳定性的研究,结合动力有限元方法,运用动力时程法分析水平和垂直地震动荷载条件对边坡稳定性的影响.并与具体的工程实例相结合,通过计算结果得到的应力、位移等变化趋势,确定边坡在地震力的作用下的潜在不稳定区域.为了保证坡体上桥桩的稳定,得出边坡受到地震动荷载作用后对桥桩的影响,针对边坡的失稳提出相应的支护措施建议.