土质边坡稳定安全系数计算方法研究

边坡稳定安全系数是研究边坡稳定性定量评价的主要依据之一,其计算正确性对于预防滑坡具有重要意义。首先通过泰勒分析法,找出不同坡度下土坡体最危险滑动面,运用瑞典圆弧条分法计算土坡的稳定安全系数;然后运用有限元重度增加法通过ADINA软件求出坡体的安全系数;最后通过两种不同方法的计算结果进行对比,再结合工程实例,通过ADINA分析结果与前人分析所得结果进行对比,表明了基于ADINA有限元计算软件对于求解边坡稳定安全系数的有效性。     

陇南碎石土边坡上输电线路铁塔合理位置的确定

结合甘肃省陇南市某输电线路工程实例,分析了铁塔合理位置的影响因素,运用理正岩土计算软件,采用极限平衡分析法,计算碎石土坡在不同坡度和铁塔荷载下的安全系数。结果表明:在满足安全系数1.25时,天然状态下边坡的稳定坡度是39.3°;坡高从9 m增至11 m时,安全坡度从31.1°减至29.2°;坡高从11 m增至18 m时,安全坡度从29.2°增至39.2°;当坡高达到19 m时,铁塔对边坡的稳定性不产生影响,安全坡度达到天然状态的39.3°;当坡高     

坡体外形对松散堆积体路基上边坡稳定性影响分析

基于川藏公路南线(西藏境国道318线K3473+000~K4670+000和国道214线K1324+000~K1473+000)的实地调研成果,采用Midas/GTS建立边坡稳定数值模型,分析坡形因素即坡顶平台宽度、坡高、坡度、两级边坡对松散堆积体路基上边坡稳定性的影响。在改变单级边坡坡度和坡高的条件下,分析了松散堆积体路基上边坡安全系数及坡体应力、最大剪应变、坡体位移在坡中、坡脚处的变化趋势。模拟结果表明,分级边坡可以较明显地提高松散堆积体边坡的稳定性。相较于上级边坡坡度变化对于坡体安全系数影响而言,下级边坡坡度变化导致坡体安全系数变化更为明显。     

边坡坡形对公路土质边坡稳定性影响分析

影响公路土质边坡稳定性的坡形要素主要为坡度、坡高和断面几何形状,文章根据国内外理论研究和公路路基设计规范将每个坡形要素分为若干个水平标准,基于Flac3D建立三维公路边坡模型,讨论三维模型建模尺寸等问题,采用强度折减法计算边坡安全系数,并通过观察塑性区贯通以及边坡整体位移情况分析不同坡形要素与边坡稳定性的变化关系。结果表明:土质边坡稳定性随着坡度的增大、坡高的增大而逐渐减小;当边坡坡高大于8m后需要对其进行分级处理,稳定性随着分级台阶宽度的增大、分级坡率的放缓呈现不同程度的增大。     

悬索桥锚碇超高人工边坡稳定性分析及控制措施研究

针对大河特大桥大坪子侧锚址区高达70m的人工高边坡稳定性问题,分别基于有限元强度折减法和条分法开展边坡稳定性数值模拟分析。结果表明,两种方法计算结果吻合度较好,其中在无降雨影响时,考虑边坡支护作用后的安全系数在1.37以上,但在最不利工况的高水位条件下,坡体安全系数仅为0.75左右。为此,针对中风化花岗岩先后开展了水位深度、黏聚力和内摩擦角的岩体参数敏感性分析和室内强度吸水软化试验。分析表明,坡体安全系数对以上因素变化较敏感,当水位在坡面20m以内范围变化时,边坡整体安全系数变化显著,并随着水位继续加深而减弱,试块的抗剪强度参数随吸水饱和状态而显著降低。对此,建议降低边坡设计坡度,做好坡面雨水导排构造措施,同时加强坡体内水位升降变化及变形监测。     

顶部堆载作用下边坡变形破坏机理的有限元分析

顶部堆载作用下坡体的应力应变场与天然状态有很大不同。通过建立顶部堆载环境下边坡的有限元模型,运用有限元计算程序对坡角为45°的均质土坡进行了变荷载作用下的变形破坏机理分析。结果表明:以计算不收敛为判据的有限元法计算顶部堆载环境下的边坡稳定性是可行的,安全系数与荷载作用的大小关系具有一定的规律;当堆载作用力超过其极限承载力时,边坡的潜在滑面会向临空面移动,后壁变陡;在堆载作用力下,边坡坡面位移在中部最大,且位移会在破坏时迅速增大,堆载诱发滑坡属于推移式滑坡。     

强度折减法分析加筋土坡的稳定性探讨

采用强度折减法对高20m、边坡坡率1∶1、加筋层间距0.6m的土工格栅加筋土坡的稳定性进行了分析。根据强度折减法的特点、滑动面形状、以及计算出的稳定安全系数与Bishop法结果的比较,分析了强度折减法用于加筋土坡稳定性计算的合理性,阐述了上述加筋土坡稳定安全系数Fs与边坡土的粘聚力c和内摩擦角φ的关系。结果表明,Fs与边坡土的粘聚力c和内摩擦角φ分别近似呈线性增长的关系。当φ不变时,c越小,则提高c值带来的Fs增长率越高,特别是当φ≥30°时更加明显;而当c不变时,φ越小,则提高φ值带来的Fs增长率也越高。     

基于强度折减法的土质边坡安全系数计算

利用有限元强度折减法并结合FLAC3D程序,对二维均质土坡、二维非均质土坡和三维均质土坡3个经典算例进行分析。采用3类失稳判据分别判定边坡的安全系数,并将其与极限平衡法的计算结果进行对比。结果表明:有限元强度折减法与极限平衡法的计算结果接近相等,能够较精确地计算土质边坡安全系数;3类失稳判据判定的安全系数不完全相等,但差别甚微,表明3类失稳判据都能用于判定边坡临界失稳状态。     

V形冲沟超高路堤稳定性三维效应研究

为分析V形冲沟特有的地形条件对超高路堤稳定性与变形的影响,运用数值计算方法,选取不同的冲沟岸坡坡度、沟底宽度、沟谷纵坡、路基边坡坡度,对V形冲沟超高路堤的安全系数及变形进行了系统分析.结果表明:相同条件下边坡的三维安全系数高于二维安全系数,且均由冲沟岸坡、冲沟宽度尺寸、沟底宽度引起,可将其称为三维效应,而沟谷纵坡坡度和路基边坡坡度引起的三维安全系数和二维安全系数的变化规律一致,不能称为三维效应;与二维柱状滑动面相比,单级边坡和多级边坡三维滑裂面的形状均为三维曲面;研究成果对于V形冲沟超高路堤稳定性的分析和设计方法的完善具有理论和工程应用价值.     

公路边坡数值模型几何尺寸的影响分析

公路边坡设计中,需对各种设计方案进行数值仿真以验证其合理性。为了提高计算效率,数值模型构建过程中需在解算速率及解算结果准确性之间达到平衡。为准确评估数值模型对边界尺寸的敏感性,并取得较为合理的计算结果,常采用FLAC3D软件与强度折减法分别对二维和三维模型进行分析,并通过调整边界尺寸取值、边坡角度和三维模型的宽度,对计算结果进行统计分析,以研究模型几何参数对安全系数的影响,从而确定仿真模型的最优边界尺寸。研究结果表明:1)二维模型边界尺寸对安全系数的影响与坡角有关,且当坡角为45°时,计算结果对模型几何尺寸的取值变化最敏感;当坡体顶端与坡脚分别距数模边界的距离为坡高H时,计算所得坡体的安全系数偏小;当坡体顶端与坡脚分别距数模边界的距离不小于1. 5H时,计算结果较为可靠; 2)对于三维模型,若坡角小于45°,可取模型左右侧边界及宽度不小于H,下边界不小于1. 5H;若坡角大于45°,则模型宽度应不小于1. 5H。     

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。     

临空条件对边坡稳定性的影响

公路作为一种纵向延伸的线性工程,穿越不同的地形、地貌单元,所涉及的边坡具有种类广、数量多的特征。在充分调研的基础上,建立了各种常见的公路边坡形式的数值模型,对其稳定性和可能的破坏模式进行研究。研究发现:(1)坡脚处剪应变随坡高增加而增加,边坡稳定系数随坡高增加呈幂函数减小,坡高小于20 m时稳定系数减小明显,大于20 m后其变化趋势变缓;(2)随着坡度的增加,坡脚剪应变增加更为明显,边坡的稳定系数随坡度增大同样呈幂函数减小,坡度小于40°时变化较大,大于40°后变化趋缓。另外对比来看,稳定性系数对边坡坡度的变化要更加敏感一些;(3)若坡体内部存在外倾的结构面,边坡破坏时将在覆盖层内拉张产生圆弧形滑面,并沿接触面产生复合式滑动,此时边坡的稳定性将主要受接触面的性质所控制,如结构面倾角、强度参数等。(4)阶梯形边坡比一坡到顶的直线形边坡稳定性好,但大平台阶梯形边坡各级边坡自身的稳定性不容忽视。微凹形、直线形、微凸形3种坡面形态下边坡稳定性依次变差,工程中建议合理利用凹形边坡,而对于凸形边坡应该慎重利用。     

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。     

剪胀角对路基边坡稳定性的影响分析

将强度折减法基本理论与弹塑性有限元相结合,以有限元计算收敛条件作为边坡失稳评判指标,分析某高速公路的边坡土体剪胀角对边坡稳定性的影响。计算结果表明：随着剪胀角的增长,边坡稳定安全系数逐渐增长,当土体剪胀角从0°增长到15°时,边坡的稳定安全系数增长了11%;边坡最终破坏的塑性区域随着土体剪胀角的增长而逐渐较小,这表明土体剪胀角对边坡稳定性有着显著的影响。     

基于反演分析的边坡点安全系数稳定性评价方法

边坡失稳往往造成严重的经济损失和社会影响,是公路建设中需解决的重要问题。为解决公路边坡破坏问题,采用FLAC软件和相关理论,通过计算和分析,提出了基于反演分析的边坡点安全系数稳定性评价方法。结果表明:该方法能实时掌握边坡动态安全系数,保障边坡坡体安全稳定运营,可作为边坡安全预警与防范的分析方法。     

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。     

持续降雨对土质边坡稳定性影响研究

通过室内试验、数值模拟并结合工程实例,研究了持续降雨对土质边坡稳定性的影响。结果表明:降雨会在土质边坡表层形成一层暂态饱和区,暂态饱和区的范围会随着降雨历时和强度的增大而逐渐增大;在Geostudio 2012数值模拟中,表现为均质土坡在表层出现的湿润峰随着降雨历时和降雨强度的增大而向坡体深部扩展,在相同条件下,湿润峰在坡体平缓部位扩展深度大,而在坡体陡峭处扩展深度小,导致湿润峰将坡体划分为上部暂态饱和区与下部非饱和区两部分。相同原状土体的黏聚力与内摩擦角随着含水率的增大和减小而相应增大和减小,致使湿润峰上部暂态饱和区土体物理力学性质发生改变,最终导致边坡稳定性系数随降雨的变化而发生变化。因此,在工程建设中出现均质土坡时,必须考虑天然降雨对边坡稳定性的影响,并做好截水及排水设计。     

用FLAC^2D分析地下水位对边坡稳定性的影响

影响边坡稳定安全系数的因素很多,其中地下水对边坡的稳定影响较大,采用有限差分法对四种不同坡度的土坡进行稳定性分析,结果表明地下水对边坡稳定性的影响有一定规律。四种坡度的上坡中,地下水位对缓坡的影响更明显。随着地下水位的升高,边坡的稳定安全系数线性减小,降低地下水位是边坡治理的重要措施。     

水位下降对边(滑)坡稳定性的影响

通过PLAXIS有限元程序对一边坡算例进行分析,根据实际工程的需要选择理想弹塑性模型和莫尔-库仑屈服准则进行数值模拟,并对比分析了土体分别设置为排水条件和不排水条件时的情况。计算结果表明,当土体设置为排水条件时,在库水水位下降过程中,安全系数随水位的下降逐渐减小,但当水位下降了20 m以后,由于孔隙水压力给滑面提供了竖直方向的作用力,随着水位的继续下降安全系数反而略有上升。当土体设置为不排水条件时,坡体内产生的超孔隙水压力对边坡安全系数的降低更为明显。考虑坡体内超孔隙水压力时安全系数的计算结果比不考虑坡体内超孔隙水压力时的计算结果低10%左右,因此实际工程中应该充分考虑超孔隙水压力的积累和消散,并根据"最不利水位"所对应的安全系数进行校核。在计算过程中PLAXIS程序能较好地模拟水位下降引起的渗流作用对边(滑)坡稳定性的影响。     

降雨方向与坡面侵蚀临界坡度的理论分析

对工程边坡进行绿色防护的初期,降雨侵蚀是造成边坡绿色防护层破坏的重要因素.在考虑了降雨方向对坡面侵蚀的影响条件下,当雨滴下落方向与垂直方向的夹角为β时,从理论上证明降雨侵蚀的临界坡度在迎风坡面坡度为47.2° β/2,背风坡面为47.2°-β/2.