岩溶区空间变异性边坡建筑荷载作用下稳定分析∗

基于长沙湘江欢乐城废弃矿坑进行改造再利用工程项目,为保证上部工程建筑安全,对地质条件复杂且常有岩溶发育的矿坑高陡边坡稳定性开展了系列研究。考虑岩土体固有的空间变异性及岩溶孔洞影响,采用确定性和可靠度分析相结合的方法对边坡稳定性进行评价。首先针对土岩结构多级高边坡采用Morgenstern‐Price法计算非圆弧滑动面条件下的安全系数;随后基于随机场理论,考虑岩土体抗剪强度指标的空间变异性,对不同变异特征下受结构荷载作用的高陡分级边坡稳定性开展了概率分析;并探讨了岩溶空洞的发育情况及位置对高陡边坡可靠度的影响。结果表明,在土‐岩二元结构的边坡中,滑动破坏往往只发生在性质较差的上层土体中。考虑岩土体力学特性的空间变异特征对边坡稳定性分析具有重要意义,忽略空间变异性可能高估边坡的失效概率;溶洞位置和形状都会影响边坡稳定性,溶洞越靠近陡峭临空面对边坡影响越大,整体来说圆形溶洞比方形溶洞更容易造成边坡失稳破坏。     

基于可滑性分析的土质边坡局部稳定性研究

传统的局部安全系数计算方法通常是基于某种屈服准则,通过判断坡体内部是否发生塑性屈服来评价边坡局部稳定性。实际上,发生塑性屈服的区域通常远大于滑动面的范围,仅以是否发生塑性屈服作为局部稳定性评价指标偏于保守,为此进行坡体可滑性分析,即考虑坡体内各点具有的形成滑动面的可能性,并定义该指标为滑动因子。同时,将坡体内各点的塑性屈服程度用剪切塑性屈服系数来表示。将两者结合起来共同评价坡体的局部稳定性。研究表明,边坡局部稳定性不仅与坡体内各点沿潜在滑动面的屈服程度有关,还取决于该点形成滑动面的可能性,可表达为剪切塑性屈服系数与滑动因子的乘积。用ACADS边坡考题验证了本文方法的正确性,为边坡稳定性分析提供了思路。     

微型群桩预支护高陡边坡模型试验研究

山区房建工程中常通过开挖边坡拓展用地空间,对于存在潜在滑动面的高边坡进行削坡处理会降低坡体安全系数,诱发滑坡灾害,造成财产与人员损失。开展微型群桩支护高边坡的物理模型试验,研究微型群桩在高陡边坡支护中的受力变形状态。试验结果表明:钢管微型群桩对高陡边坡的支护效果较好,未支护时坡体在削坡完成后沿预设滑面滑动破坏,采用微型群桩支护后削坡过程高边坡变形被有效抑制,坡体由不稳定状态提高至安全系数1.5。三排桩的受力分布规律相近,抗滑段土压力成倒三角分布,滑面以上20cm土体推力最为集中。由于第一排桩间无法形成有效土拱作用,第二排桩体受力明显,一至三排桩抗滑段的受力分配比例约为1.3∶2∶1。试验结果为山区高边坡的预支护设计提供了参考。     

基于均匀设计的边坡敏感性灰色关联分析

边坡工程是一个非线性的复杂系统,常用的线性分析模型不能够真实地反映边坡的客观规律。基于均匀设计的边坡稳定性影响因素灰色关联分析不仅考虑了各因素间的交互作用,而且用非线性的数据评价模型来分析试验结果,较真实地反映了边坡的破坏规律。以一均质土坡为例,选取容重、内摩擦角、黏聚力、坡角、地震加速度等5个因素为子序列,稳定性系数为母序列设计数值试验和灰色关联分析。结果表明在抗震设防烈度为7度以下的一般岩土体地区的常见均质土坡或松散堆积体岩土质边坡中,各因素对稳定性的关联度大小依次为:黏聚力>内摩擦角>地震加速度>重度>坡角,该结论对边坡工程治理具有一定的指导意义。     

Newmark模型的修正以及地震触发崩塌滑坡危险性区划方法研究

大量实震资料表明,地震触发崩塌滑坡是造成道路工程损毁的主要原因。以Newmark滑块模型为理论基础的Jibson边坡永久位移预测公式,是目前唯一可以从坡体变形损伤微观指标和坡体整体破坏概率来评价地震触发崩塌滑坡危险性的方法。经"5·12"汶川地震实震资料检验,Jibson方法计算值小于坡体实测位移值,理论分析发现,滑块模型未考虑滑动面抗剪强度在地震作用过程中的衰减效应,是导致计算值偏小的主要原因。鉴于此,通过对滑动面岩土体的有效内摩擦角和有效黏聚力添加衰减系数的方法,修正Newmark滑块模型;在此基础上,参考Jibson边坡失稳概率模型的方法框架,利用汶川地震实震资料,建立了以面密度为区划指标的地震触发崩塌滑坡危险性区划判据;并利用"4·20"芦山地震实震资料对区划方法的正确性进行了检验。该方法不仅可预测同震崩塌滑坡的严重程度,而且还包含了反映震后山地灾害孕灾环境变化的信息,可为高烈度地震山区道路选线设计提供科学依据。     

渗流作用下节理型黄土开挖边坡塌滑破坏分析

黄土节理在黄土地区普遍发育.通过野外现场地质调查。发现调查区域黄土开挖边坡垂直节理较多,不稳定的黄土边坡体被黄土垂直节理分割后,与其下部缓倾角黄土节理组合而成的裂隙滑动面在降雨作用下往往能形成塌滑破坏。建立了调查区域露天煤矿某黄土开挖边坡的概化三维数值分析模型,模拟分析了在3种降雨条件(20 mm/d,40 mm/d,100 mm/d)下降雨2 d后概化模型的孔隙水压力、位移、塑性区面积情况,提出此类黄土开挖边坡应注意黄土垂直节理与缓倾角黄土节理组合而成的裂隙滑动面的防治,为工程地质条件地区相同的黄土开挖边坡塌滑变形破坏分析以及防治提供了一种可行的分析方法。     

库水位变化对库岸边坡稳定性影响研究

水库、河流等水位的变化对土石坝及边坡的稳定性有着重要的影响。水位上升时,边坡浸水部分的土体由于浸泡作用导致抗剪强度下降,从而可能诱发边坡失稳;水位下降时,由于坡体内孔隙水来不及排出而使坡体水位高于库水位,使潜在滑动面的抗滑能力降低,也可能诱发边坡失稳。分析了库水位变化引起库岸边坡失稳的原因及破坏形式,并以某水电工程库岸边坡作为工程实例,研究探讨该边坡在开挖前与开挖后水库水位变化过程中的稳定性。结果发现,库岸边坡在库水位上升过程中其稳定性有降低的趋势,而在库水位下降过程中其稳定性有增加的趋势。     

滑坡灾害的成因机制及其特征分析

较为详细地分析了安县大光包巨型滑坡、云南德昌滑坡和宝兴县省道S210沿线滑坡的成因机制及特征,搜集总结了20世纪以来的重大滑坡事件,并对滑坡的类型、地质条件、诱因等进行了分析与归类。分析结果表明:(1)大部分边坡发生滑坡现象是内因和外因的共同作用导致的,即边坡本身岩土体性质的弱化以及外部所施加的荷载;(2)影响边坡稳定性的所有外部因素中,降雨、地震首当其冲;(3)对于二元结构或者含有软夹层的边坡来说,当地质条件恶劣时,在降雨、地震等外因的激发下,极其容易发生滑坡;(4)含软夹层的边坡发生滑坡时,滑动带多是由软夹层演化而成的。     

基于试验的岩坡滑动面力学参数反演

由于岩体强度试验得到的力学参数与实际情况偏差较大,利用试验所得岩体结构面强度参数计算得到的岩坡稳定性系数往往与实际情况有一定误差。利用概率论中的极大似然估计法,结合室内试验和边坡安全系数计算方法,对岩坡滑动面的参数进行反演。结果表明,该反演结果精确性较高,说明所用方法更为可靠,所得结果可以为边坡的稳定性评价和支护设计提供合理的参数。     

基于局部强度阶梯折减法的边坡渐进破坏研究∗

通过强度折减法获取边坡的潜在滑裂带是目前数值计算广泛使用的方法,研究边坡滑裂带形成的渐进过程及坡体内部土体的应力状态具有重要的理论意义和工程价值。基于边坡破坏的渐进性思想,针对均质边坡提出了一种局部强度阶梯折减的方法。该方法以屈服接近度(YAI)作为判别土体是否存在破损区的评价标准,将局部破损区按不同破损次序分配予不同的折减系数,利用通用软件ABAQUS对局部坡体进行强度折减计算,研究边坡渐进变形过程,直至边坡发生整体破坏。计算结果表明,坡体内部初始破损区参与了潜在滑裂面的形成过程,对边坡后期渐进变形具有贡献;有效解决了传统强度折减法潜在滑裂面上折减区和非折减区边界处的塑性应变值的跳跃性问题,合理地演化了边坡的渐进失稳进程。     

基于Ubiquitous-Joint模型的层状岩坡稳定性分析

在应力的作用下,层状岩土体表现出来的力学行为比较复杂,目前广泛使用的各向同性模型不再适用,因此,有必要建立合理描述层状岩质边坡的力学模型。以某公路边坡为工程背景,首先,探讨了层状岩质边坡的失稳机制;然后,利用快速拉格朗日差分法(FLAC3D),建立该边坡的数值分析模型,探讨了强度折减技术在U-biquitous-Joint模型中的实施方法,即对岩体和层理面参数同时进行折减,采用计算不收敛作为边坡临界失稳判据;最后,通过数值计算,分析层状岩质边坡稳定性的影响因素,得到边坡整体安全系数F随节理倾角β先减小后增大,呈现两头高中间低的形态。     

基于受力状态的雾江滑坡体类型判定

从受力状态判定滑坡体的类型是滑坡体合理治理的前提。针对涔天河扩建工程雾江滑坡体的滑坡类型问题,首先对滑坡体地质特征和边坡原型变形监测进行了分析;然后以力学参数地质建议值及室内试验参数为基础,对4个典型剖面分别进行岩土参数的综合反演,再用摩根斯坦-普赖斯法建立计算模型进行稳定性分析。分析表明:雾江滑坡体以缓慢蠕滑变形为主,滑坡前缘浅层拉裂坍滑可能性较大,而滑坡整体快速滑动的可能性较小;水库蓄水前和蓄水后,坡脚处于薄弱区,最易率先发生滑动并牵引其他滑体相继发生滑动,从而判定雾江滑坡体属于牵引式滑坡。     

给定整体坡率时岩质边坡开挖参数的研究

工程边坡的开挖往往都受到场地和征地条件的限制,因而给坡形的设计带来很大麻烦,而在选取边坡设计参数值时,大多是根据经验或者是采取工程地质比拟方法,缺乏理论依据,设计结果往往不理想。本文针对随机结构面的岩质边坡,从理论分析的角度出发,采用数值分析的方法,对比分析了在同样的整体坡率条件下,台阶平台宽度和台阶高度不同时边坡体的位移、应力和塑性区的变化情况,并充分考虑了边坡经过开挖后的稳定性和经济性,为合理的工程开挖提供理论依据。     

山区机场高填方边坡工程实践与研究

在山区机场工程建设中,由于地形地貌的限制,高填方工程一般兼具有地形起伏较大,地质条件复杂,工程量巨大等特点,由此给山区机场带来一系列特殊性工程问题,尤其是高填方边坡工程的稳定性问题是目前机场研究的热点和难点。由于山区机场高填方边坡稳定性问题涉及影响因素较多,为便于分析,从变形机理和控制技术两方面对机场高填方边坡工程问题进行了深入研究。(1)变形机理方面,结合工程实践及对现有资料进行分析归纳,从填筑体下覆坡体结构、降雨及地下水、地震、填料特性、施工工艺等方面研究其对填方边坡稳定性的影响,重点提出了4类填筑体下覆坡体结构类型,并深入分析各类型的变形破坏特征。(2)变形控制技术方面:以"三面一体"控制论为核心,结合实例分析了土方平衡、地基处理及交接面加固、排水、支挡结构四个方面,对高填方边坡变形的控制效果。该研究可为我国山区机场高填方边坡变形机理的深入研究和控制技术的提高和改进提供参考和借鉴。     

基于变分法对边坡最不利滑裂面的分析

为了合理地确定边坡的最不利滑裂面、探讨坡顶开裂原因及出现滑坡险情时的应急措施,将变分方法用于边坡稳定性分析。通过建立一个与边坡稳定相关的泛函,根据边界条件选取适当的基函数,获得了边坡最不利滑裂面。基于所得最不利滑裂面,得到垂直边坡和普通边坡最不利滑裂面的分布随土体内摩擦角和内聚力的变化趋势,为垂直边坡和普通边坡采取正确的应急措施、提高边坡的稳定性提供了理论依据;根据泛函T沿最不利滑裂面的变化将边坡划分为主动滑动区和被动滑动区。比较分析得出:变分方法和Bishop条分法所获得的安全系数比较接近,且变分方法获得的安全系数略小。     

某水电站进水口边坡变形特征及稳定性评价

某水电站是澜沧江中、下游梯级开发的关键工程,其进水口高边坡地质条件复杂。通过对该电站进水口边坡的物质组成、结构特征、以及边坡开挖等因素的综合分析研究,阐述了其变形机理,说明此高边坡存在如下变形破坏形式:①楔形体滑动破坏;②扩展式的平面型塌滑和滑移型崩塌破坏;③卸荷松弛变形破坏。采用三维块体分析和有限元数值模拟,分析了这类边坡在开挖过程中的应力变形特征及其变化规律。     

考虑竖向地震效应土质边坡临界滑动面识别解析方法与应用

众多震害调查与研究表明,竖向地震动对土质边坡稳定性的影响不容忽视。本文依据极限平衡理论,借助数学解析手段,保证地震中边坡满足土体应力和运动学容许准则,结合边坡变形的几何相容条件,考虑竖向地震动效应的作用,推导了土质边坡临界滑动面数学表达式,建立了土质边坡临界滑动面识别解析方法,并进行了可操作的界面化数值实现。随后,采用基于Open Sees独立开发的边坡地震反应分析三维有限元软件Slope SAR的计算结果验证了该解析方法的可靠性。最后,针对均质边坡、非均质边坡及考虑孔压效应的均质边坡3种情况,探讨了竖向地震动对土质边坡临界滑动面的影响。研究结果表明,竖向地震能够明显增大边坡临界滑动带的范围和深度。本文建立的方法可为同类土质边坡地震滑动面确定提供一种新思路与参考。     

多层采空区条件下的高速公路路堑边坡稳定性数值分析

高速公路建设过程中常穿越各种矿山采空区,采空区对路堑边坡的稳定性产生较大的影响。基于有限差分分析的快速拉格朗算法FLAC3D程序,由于具有强大的数值模拟分析功能,可以模拟多种结构形式的地质体,因而广泛应用于各种岩土工程问题。本文结合国家某重点交通项目,采用快速拉格朗算法FLAC3D程序对多层采空区条件下的某路堑边坡稳定性进行了评价,主要包括开挖、注浆和锚固等工况下路堑边坡的应力和位移分析。分析结果表明,采空区经过处理后的路堑边坡是稳定的,FLAC3D应用于多层采空区条件下的路堑边坡稳定性评价是可行的。     

基于重力加载比例法的岩质边坡稳定性分析

根据岩质边坡的稳定性主要由边坡内部的结构面所控制的特点,采用有限元重力加载比例法对含有一组平行节理面和含两组节理面的岩质边坡进行数值模拟,分析表明:与强度折减法相比,采用有限元重力加载比例法能更加快速地计算出岩质边坡的安全系数,节省计算耗时和人工干预的工作量,并能通过塑性应变的发展分析其破坏过程,确定潜在的滑动面。     

强度折减有限元法中边坡失稳的塑性区判据及其应用

将抗剪强度折减法基本概念、弹塑性有限元分析原理与计算结果图形实时显示技术相结合,提出了以广义塑性应变及塑性开展区作为边坡失稳的评判依据,并与以非线性迭代收敛条件作为失稳评判指标的强度折减有限元方法进行了对比。对于天然垂直边坡的算例数值分析表明,采用广义塑性应变与塑性开展区作为失稳判据可以比较准确地预测边坡潜在破坏面的形状与位置及相应的稳定安全系数,验证了这种失稳判据的合理性。对开挖边坡和开挖支护边坡的实例计算结果表明本文方法对于复杂的边坡稳定性分析是实用的。