基于位移等值面的边坡点安全系数分析

为了计算坡体局部稳定性并定量分析边坡滑动机理,本文提出一种新的点安全系数计算方法。假定边坡体内任一点的潜在滑动面与通过该点的合位移等值面具有位置一致性,选用Bezier双三次曲面对通过节点的位移等值面进行拟合,曲面上点的位移梯度即为曲面在该点的法向量,节点位移矢量在位移等值面上的投影为该点的滑动方向,据此计算破坏面上的正应力和滑动方向的剪应力。定义边坡点安全系数为该点抗剪强度与滑动方向上剪应力的比值。与基于应力状态的点安全系数不同,本文方法在位移等值面上定义点安全系数,考虑了边坡体的实际滑动方向,更符合边坡的破坏特征。通过ACADS边坡考题验证本文方法的正确性,本文方法能够为边坡工程三维稳定性分析和滑动机理研究提供思路。     

有限元极限平衡法在三维边坡中的应用研究

研究目的:在二维有限元极限平衡法基础上建立基于强度储备概念和主滑方向的三维有限元极限平衡法,明确其空间任意形状滑动体安全系数定义及其物理意义、安全系数与主滑方向的关系和可行性等关键问题.利用积分中值定理给出其空间任意形状滑动面的安全系数定义,表征空间滑面内局部安全系数和整体抗滑稳定安全系数的内在联系.研究结论:(1)有限元极限平衡法得到的稳定分析结果与刚体极限平衡法和有限元强度折减法保持一致,将该法应用于空间边坡稳定安全评价是可行的;(2)当计算坡体轴向长度较短时,滑坡体三维效应明显,三维稳定安全系数明显高于二维稳定安全系数;当坡体轴向长度较长时,三维稳定分析结果与二维稳定分析结果趋于一致.     

开挖尺寸效应对基坑稳定性的影响分析

国内规范最主要的基坑抗隆起稳定性计算方法为圆弧滑动法,其假定滑动圆弧的圆心位于最下道支撑与围护墙的交点,但未考虑基坑开挖的尺寸效应,导致窄基坑设计偏于保守。为综合分析各种基坑抗隆起稳定性计算方法的差异性,研制基坑稳定性分析软件,并利用有限元强度折减法对各种计算方法进行对比分析。结果表明:基坑开挖尺寸对基坑抗隆起具有一定影响,相同条件下,开挖尺寸越小,其抗隆起安全系数越大,影响也更为显著,规范设计就越偏于保守;当增大开挖尺寸时,其对抗隆起安全系数的影响逐渐减小。     

广义对数螺旋型滑面模型的构建与验证

临界滑动面的合理确定是边坡稳定性分析的关键问题之一。传统的边坡滑动面假设方法构造生成的潜在滑动面形式单一,且无法考虑复杂边坡中土层强度参数变化对临界滑动面形状的影响,从而降低了边坡稳定性分析结果的可靠性。基于此,提出一种新的广义对数螺旋型滑面模型,该模型可生成包含传统圆弧滑动面和对数螺旋滑动面在内的多种形式的潜在滑动面;并针对非均质边坡中各土层抗剪强度不同的特点,采用多中心分段构造策略,将该滑面模型应用于非均质边坡稳定性分析中。基于极限平衡理论计算滑动面安全系数并搜索临界滑动面,对边坡进行稳定性评估。选取多个均质边坡及多种型式的非均质边坡(水平分层、倾斜分层和斜折线分层)经典算例与现有研究成果以及数值模拟软件获得的结果进行对比分析,验证该滑面模型的合理性与优势性。研究结果表明：文中方法计算所得安全系数与其他方法相比更小,相对误差在5%以内。能够得到传统滑动面假设方法下难以搜索到的临界滑动面,并与数值模拟结果吻合度较好,稳定性分析结果更接近实际情况。由此说明,此方法用于均质边坡及非均质边坡稳定性分析是合理可行的,有望为工程实践提供更优的临界滑动面解决方案。     

非均质各向异性土体中桩加固边坡稳定性研究

岩土工程中自然土质边坡稳定性问题是常见的基础性问题之一。自然界中的边坡常常处于一个维持自身稳定的状态,即内部的抵抗力不小于外部扰动力,而内部抵抗力和外部扰动力则随着边坡形状、施加在边坡的外力的改变而发生动态变化。如果在外力扰动较为强烈的情况下,边坡容易出现失稳,进而导致破坏。基于极限分析上限定理,通过建立对数螺线破坏机制,将边坡的局部土体视为滑动体,由对数螺旋坐标体系推导出内部抵抗力,即内部耗散率和外部扰动力,即外部工作率,从而对边坡进行三维分析。在抗滑桩加固作用下,基于非均质各向异性土体,推导出安全系数的功率计算表达式,基于强度折减理论获得最优的安全系数。研究结果表明：抗滑桩通过增强边坡的内部抵抗力,提高边坡安全系数。土体非均质各向异性表明边坡土体重要参数出现一定的增加或减少,这2个性质对边坡安全系数的影响不一致。边坡安全系数随非均质系数的增加而增加,随各向异性系数的增加而减少。通过与前人的研究成果对比,验证了本文计算方法与计算结果的正确性。将研究结果应用于实际边坡工程,研究了三维效应和桩加固作用对边坡安全系数的影响,获得了桩加固作用下边坡安全系数的分布规律,为类似的工程设计与施工提...     

塑性极限分析上限法在边坡安全系数求解中的应用

基于塑性极限分析上限法在边坡中建立一个合理的速度场,取滑动面为对数螺旋曲面,分别求得边坡滑动体、外荷载所做外功率和滑动面上内能消散率的计算表达式.然后定义材料强度储备安全系数为边坡的稳定安全系数,即边坡中岩土体的c和φ按同一比例折减后边坡达到极限平衡状态,由此可求得边坡处于极限状态时的外功率与内能消散率.再结合虚功率方程得出边坡安全系数的表达式,进而求得其最小上限解,便能确定边坡最不利滑动面的位置以及其最小安全系数.最后,以一个边坡安全系数求解为算例,把本文的计算结果与多种传统方法的计算结果比较,证明本文所提出的方法合理可行.     

基于极限理论的抗滑桩-加筋土组合加固高填筑边坡稳定性分析

采用加筋土挡墙单一结构加固高填筑边坡,其加固效果不理想且稳定性难以满足工程要求,因此抗滑桩-加筋土组合加固高填筑边坡稳定性分析方法亟待深入研究。基于虚功原理和小应变假设,建立了抗滑桩-加筋土联合加固高填筑边坡受力变形的极限分析上限理论模型。通过能量平衡原理以及强度折减法,推导了组合加固高填筑边坡的安全系数计算表达式,并编制了计算程序将安全系数隐函数转化为数学优化问题进行求解。通过该方法求解了实际工程案例中加筋土、抗滑桩以及抗滑桩-加筋土组合支护边坡的安全系数,据此对比分析验证了基于极限理论方法求解边坡安全系数的合理性,进一步通过数值模拟,探讨了筋材长度对加筋土边坡、抗滑桩-加筋土组合加固边坡安全系数的影响,并对不同工况下边坡破坏模式展开分析。研究结果表明：坡体稳定性主要是由贯穿式滑动带控制,增加土工格栅长度能提高边坡安全系数,改变边坡的滑移形式;对于抗滑桩-加筋土联合加固边坡,在土工格栅长度相同工况下,增设抗滑桩可大幅度提高边坡的安全系数,使得边坡原有的滑裂面由浅层滑移向坡体深部下移,边坡破坏形式由开始2条贯穿滑裂面转变为单一未贯穿滑裂面;抗滑桩最大弯矩值随着土工格栅长度增加而增大,桩...     

锚索框格梁支护某二级公路边坡的数值模拟

利用有限差分强度折减法,讨论自然状态下的边坡稳定性情况,对锚索框格梁支护结构受力及其对边坡稳定性影响进行分析,并将各开挖步下的边坡稳定性情况进行了对比,计算结果表明：经锚索框格梁加固支护后,边坡稳定性显著提高,锚索对土体起到明显的反向锚固作用,同时,边坡滑动面首次出现在开挖支护面之上,表现为潜在的滑体将越过支护面滑出,为满足边坡的使用功能,需作长远考虑。     

宝成铁路巨亭滑坡稳定性三维极限平衡分析

以宝成铁路K237＋100~K237＋372.5巨亭滑坡为例,综合考虑滑动方向、地下水、地震等因素,采用三维极限平衡方法计算得到了滑坡在几种工况下的稳定系数。与二维计算结果相比,三维极限平衡方法计算得到的稳定系数有了明显的提高,使得对边坡稳定性评价更加科学、合理。在对滑坡稳定系数计算的基础上,提出了对滑坡治理方案的建议...     

土体参数对多级均质边坡滑动面的影响

基于极限分析上限法和强度折减技术,根据边坡极限平衡状态下内外能耗相等原理,推导多级台阶式边坡安全系数极限上限表达式。编制序列二次规划法程序,通过搜索边坡最危险滑动面及其对应最小安全系数,探讨土体参数对多级边坡滑动面形态和位置的影响。研究结果表明:多级边坡滑动面形态和位置分布受无量纲参数ηcφ=c/(γhtanφ)控制。当ηcφ为定值时,黏聚力c或内摩擦角φ任一值改变对滑动面位置均无影响,滑动面位置保持不变;当ηcφ增大时,边坡失稳模式由浅层破坏转变为深层破坏,滑动面由近坡面向边坡内部移动。同时,参数tanφ/Fs的值随着ηcφ增大而逐渐减小。ηcφ较小时,上陡下缓坡体外形不规则的边坡有可能发生局部失稳,且随着无量纲参数ηcφ的增大,边坡滑动面形态有从局部破坏逐渐变化为整体破坏的趋势。本文研究有助于工程实践中判断多级边坡潜在滑动面位置,快速确定多级边坡安全系数,对高大边坡工程实际的设计施工与防护具有实用价值。     

圆弧直线型滑面岩土质边坡稳定性分析方法

研究目的:岩土质边坡是我国中西部山区常见的一种边坡类型。大量工程实践表明,若岩土质边坡下部存在顺坡向的土石界面或岩层面,且上部覆盖一定厚度的黏性土,岩土质边坡在开挖过程中极易诱发滑坡、坍塌等次生灾害,其实际的滑动面多呈现出圆弧直线型。而目前的边坡稳定性分析方法一般假定滑动面为圆弧型或折线型,不能够较好地满足此类型岩土质边坡稳定性分析的要求。为此,本文探究一种基于圆弧直线型滑面搜索的岩土质边坡稳定性分析方法。研究结论:(1)论文采用了一种基于平面坐标系统的组合滑动面搜索模式,该方法考虑了岩土质路堑边坡的几何特征和典型滑移模式,通过不断改变黏性土土层内圆弧滑动的虚拟搜索圆心坐标位置,能够寻找圆弧直线组合滑动面的有效交点,可实现对不同位置潜在的圆弧直线组合滑动面上滑体的稳定性分析过程;(2)论文采用C#作为开发工具,基于该计算分析方法编制了岩土质路堑边坡稳定性分析的相关软件,可自动实现圆弧直线组合滑动面全剖面搜索和最小稳定安全系数的分析过程;(3)该研究成果已较好地应用于吕临铁路支线工程滑坡优化设计工作中,有效提高了路堑边坡设计精度及效率,对解决圆弧直线型滑动边坡的稳定性分析具有较强的借鉴作用。     

基于极限分析有限元与强度折减法的边坡稳定性分析方法

采用极限分析有限元结合强度折减理论对边坡稳定性进行研究,定义无量纲参数P并将所得边坡安全系数作为判定边坡是否失稳的依据,将计算所得安全系数与已有文献结果进行比较验证,验证结果表明所采用方法能够更好地评估边坡稳定性。对不同参数影响下的边坡稳定性进行分析,讨论了摩擦角对边坡失稳破坏模式的影响。研究结果表明:所采用方法求得的安全系数上下限差值小于1%,可以用上下限的平均值来评估边坡安全系数;边坡坡脚、摩擦角和P对边坡稳定性均有很大的影响。     

基于赤平投影法的岩质边坡稳定性分析

岩质边坡的失稳和破坏主要是受岩体中结构面所控制,赤平投影法可以直观地判断各结构面的组合和切割关系,可用来进行岩质边坡稳定性分析。本文在简要介绍赤平投影基本原理的基础上,归纳了在岩质边坡中应用赤平投影法判断岩体滑动形式的方法,详细定义了不同形式的滑体类型并推导出计算边坡稳定系数的公式,最后应用赤平投影法对某边坡稳定性做出评价。     

多级悬臂式挡土墙设计计算方法探讨

研究目的:为探讨多级悬臂式挡土墙工程设计问题,采用数值模拟与极限平衡理论分析方法,得出包括边坡整体稳定性与各级墙体局部稳定性两个方面的多级悬臂式挡土墙的设计计算方法。研究结论:(1)边坡整体失稳破坏模式为近似圆弧滑动模式,可采用圆弧滑动条分法分析边坡整体稳定性;(2)坡体中竖向压应力向下传递过程中,各级挡墙墙顶面位置的压应力呈多段折线型分布模式,可在此基础上采用库仑土压力理论计算各级悬臂式挡墙上的主动土压力,进而计算各级墙体的抗滑与抗倾稳定性、地基承载力和墙身强度;(3)给出了多级悬臂式挡土墙的主要设计计算步骤;(4)所建立的设计计算方法可为多级悬臂式挡墙的工程设计提供参考。     

反坡对边坡稳定性分析的影响探讨

在对边坡进行条分法稳定性分析时,一般情况下滑动面形状是复杂的.根据底滑面倾斜方向的不同,在条分后会出现顺坡条块和反坡条块.依据二者对边坡稳定性的作用效果不同,顺坡条块和反坡条块也可称为致滑条块及阻滑条块.虽然人们承认反坡条块的阻滑作用,但传统条分法在求解过程中并未对这2类条块进行区分,求解公式中反坡条块重力分力仍作为分母下滑力项计算.若对2类条块有所区分,将反坡条块重力分项作为分子中阻滑力项计算,显然会有不同的计算结果.对于2种计算方式的差异程度及其对计算结果的影响,进而对边坡稳定性评估的影响,至今缺乏理论上的分析.本文通过对传统条分法安全系数求解公式中2类条块进行区分,分析将反坡条块重力作为阻滑力的计算结果与传统公式的计算结果的差异,并通过推导获得2种计算方式之间的规律和特点,探讨2种计算方式对滑动面含反坡的边坡稳定性分析的适用性.研究结果可为传统条分法忽视正、反坡差异的计算方式提供有益的补充.     

降雨入渗对边坡稳定性的影响研究

降雨入渗直接影响着边坡岩土体中渗流场的分布,持续的降雨一方面使边坡浸润线逐渐抬升,边坡体非饱和区的含水量逐步增大,内聚力降低,孔隙水压力增大,降低边坡岩土体的抗剪强度;另一方面,边坡岩土体中饱水厚度逐渐增加,一定程度上增加了边坡的下滑力,进一步诱发边坡的变形与滑移。因此,通过建立不同降雨强度下边坡岩土体渗流场有限元模型,定量分析降雨强度对边坡稳定性影响,并结合模拟渗流场中孔隙水压力等值线图,用改进极限平衡法对不同降雨强度下边坡进行稳定性分析。     

边坡稳定性分析的半数值解法

进行边坡状态的非线性有限元分析 ,分析其变形的大小、塑性区的分布形态 ,推测潜在的滑移面位置。根据确定的滑动面 ,采用极限平衡法计算边坡的安全系数 ,对边坡工程的稳定性进行评价。结合一个典型边坡工程的分析 ,指出该方法能获得快捷有效的解答。     

降雨入渗条件下矿坑边坡稳定性分析

结合现场工程实际,根据渗透张量计算程序得到灰岩渗透张量,针对不同降雨工况,对比分析边坡在加固前后位移和安全系数变化规律,以及坡体加固结构在降雨作用下轴力变化规律。通过降雨后边坡位移分析,边坡在没有进行加固时,最大位移发生在边坡下部,中部次之,上部位移最小。在降雨强度为200 mm/d降雨4 d后,边坡坡脚处位移迅速增加,对应的安全系数也降低到最小值;采用预应力锚索加固措施后,边坡稳定性大幅提升,边坡加固后,边坡位移非常小,安全系数最小值较未加固时边坡最小安全系数有大幅提高;预应力轴力随着降雨的持续逐渐增大,最大轴力出现在边坡下部位移最大位置,随着降雨持续时间增加,位移边坡中上部分锚索轴力变化平稳,位于坡脚处锚索轴力增大幅度较大。     

雨水浸润软化下路基土质边坡浅层稳定分析

在雨水浸润软化引起边坡浅层失稳的"顺坡平面"和"顺坡折线"两种破坏模式基础上,明确边坡浅层溜坍呈现组合式"顺坡曲面"失稳模式;基于Mohr-Coulomb强度理论,建立雨水浸润软化土体达到破坏的判别方程,导出顺坡向滑动的主滑区滑体产生剩余下滑力对应的最小软化深度zcr,论证软化深度zw=zcr仅是产生浅层失稳破坏的必要条件,充分条件还须考虑上下缘滑体的力学作用;确定对数螺旋线滑体上下缘滑动面形态,提出满足上下缘滑体力矩平衡、中段主滑体静力平衡的土质边坡浅层稳定分析方法。分析表明:浅层边坡失稳的主滑区范围L2随zw呈双曲线衰减关系,在L2=0对应的最大浸润软化深度zf下,滑动面退化为具有对数螺旋线型特征的单一整体滑面破坏模式。     

水位升降对顺层岩坡稳定性影响的上限分析方法

在构造顺层岩石边坡的简单直线破坏模式基础上,将强度折减技术与极限分析上限定理结合,推导边坡内外水位升降影响条件下的顺层边坡稳定性安全系数的目标表达式,并采用序列二次规划迭代法进行求解。通过算例计算,分析水位变化参数对顺层岩石边坡坡体安全系数和潜在破裂面的影响。研究结果表明:边坡内外水位升降对边坡安全系数和破坏范围存在不可忽视的影响,但当岩层倾角处于一定范围时,岩层倾角对边坡安全系数和破坏范围的控制程度更强。