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ABAQUS的强度折减有限元法边坡稳定性分析

将强度折减有限元法与ABAQU S软件相结合,充分利用ABAQU S软件强大的后处理功能,动态显示广义塑性应变和塑性区的开展情况,以此对边坡稳定性进行判定。在ABAQU S软件的模拟计算中,通过不断调整强度折减系数F的大小,改变土体的强度指标c、值,得到不同折减系数下边坡中广义塑性应变的发展情况;当塑性区趋于贯通,且广义塑性应变和位移发生突变时,则边坡处于破坏的临界状态,此时的折减系数就定义为边坡的最小稳定安全系数。通过天然直立边坡及开挖边坡的实例分析,表明该法可以较准确形象地预测边坡潜在滑裂面的位置及评价边坡的稳定性,在复杂条件下的基坑边坡稳定性分析中是简便实用的。     

顺层岩质高边坡的静力稳定性安全评价

工程边坡环境直接关系到工程的经济效益,顺层岩质高边坡的稳定性主要受软弱结构面的构造和力学性能的影响。采用基于强度折减法的边坡安全系数作为边坡稳定性的评价指标,使用FLAC3D软件对顺层岩质高边坡稳定性进行了非线性有限元分析,分别探讨了结构面倾角和剪切强度、边坡坡率以及边坡高度对其稳定性的影响规律,着重提出了顺层岩质高边坡的两种破坏模式以及滑移剪切破坏的机理;并采用层次分析法定性比较了边坡稳定性对各影响因素的敏感性。结果表明,结构面剪切强度对边坡稳定性影响的权重最大,结构面倾角次之,边坡坡率及边坡高度的影响相对较小。     

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。     

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。     

Midas-GTS(SRM)在边坡二维稳定性分析中的运用

Midas-GTS(SRM)是基于有限元强度折减原理对边坡进行稳定性分析的,它考虑了岩土体的非线性本构关系,其计算结果不仅能以云图的形式直观反映失稳边坡滑动面的位置,还能以动画的形式反映滑动面的形成、发展、贯通情况;并且还能得到边坡岩土体加固处理后结构的内力和变形。主要结合某边坡实例,运用Midas-GTS(SRM)对边坡进行二维数值模拟分析。通过对比边坡在无支护和有支护情况下的整体位移及最大剪切应变云图,对边坡整体稳定及支护效果做出了较为准确的分析及评价,在一定程度上,可以为今后类似工程提供理论参考和工程措施,具有一定的实用意义。     

考虑渗滤液作用的填埋场边坡组合破坏稳定分析

现代卫生填埋场广泛采用复合衬垫结构,破坏面沿底坡衬垫界面和垃圾体内部的组合破坏形式是填埋场可能的失稳形态之一,相应的计算分析有待进一步完善。将潜在滑坡体划分为主动体和被动体两部分。其中,被动体沿底坡衬垫界面发生平移滑动破坏,主动体沿垃圾体内部破坏面发生转动破坏。首先,采用极限平衡理论,推导了被动体发生平移滑动时的临界启动荷载的表达式;基于极限分析上限定理,对主动体的转动破坏机制进行了分析,得到了主动体剩余下滑力的计算表达式。然后,由主、被动滑体之间的作用力相等,且考虑渗滤液水位作用的影响,提出了填埋场发生组合破坏的稳定安全系数的计算分析方法。结果表明,相比黏聚力,底坡衬垫界面的内摩擦角对填埋场稳定性的影响更为明显,因而衬垫系统的修建宜选择内摩擦角较高材料;背坡渗滤液水位越高,填埋场发生大规模失稳的可能性越大;前坡渗滤液溢出点越高,靠近填埋场前坡的浅层垃圾体越容易发生局部破坏。实际工程中,渗滤液水位的升高会严重降低填埋场的稳定性,应引起足够重视,确保填埋场的安全运营。     

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。     

间歇型降雨作用下缓倾滑坡稳定性数值模拟

为研究间歇型降雨对缓倾滑坡稳定性的影响,以洛带樱桃沟滑坡为例,通过设置不同的间歇工况对洛带樱桃沟滑坡进行数值模拟,结果表明:非雨季坡体稳定性受间歇型降雨影响显著,且雨停后坡体稳定性恢复能力较弱;雨季同等雨量下,间歇周期越长,坡体越不稳定;长期间歇后的首次降雨对坡体强度弱化影响显著;降雨入渗易在缓倾坡体基岩面上储存,形成暂态地下水位和坡向渗流场,入渗水主要起参数弱化作用,饱和区的渗流推力对坡体安全系数影响较小;随着坡体水位的抬升,坡体安全系数对降雨的敏感性逐渐被削弱;降雨易在缓坡处聚集,形成局部高孔隙水压力区域,增强了坡体的储水能力;缓倾滑坡稳定性系数波动幅度小,在间歇型降雨作用下易发生蠕变滑动。     

三维土工网防护边坡整体稳定性分析

针对三维土工网护坡技术的前期阶段不断出现的边坡整体失稳现象,基于三维土工网护坡技术的作用机理,采用强度系数折减法,利用ABAQUS建立土工网防护边坡的三维有限元模型,以坡肩特征点的位移突变情况作为边坡失稳判断的标准,分别计算和比较了不同降雨条件下土工网防护边坡和不含土工网边坡的安全系数,探究了边坡失稳时坡体内部塑性区的发展情况和位移分布规律,并利用室内边坡抬升破坏试验分析比较了两种边坡的破坏抬升角度和最终破坏情况,与数值模拟分析结果进行比较。结果表明:土工三维网在一定程度上可以提高边坡的整体稳定性,但作用影响较小;降雨强度的大小对边坡稳定性的影响较为明显;在土工网和铆钉共同作用下,土工网和其覆盖的土体共同作用,呈现较好的整体性。     

极端冰雪条件下的顺层岩质边坡滑移稳定性分析

推导了典型岩石边坡在极端冰雪条件下的滑移稳定系数的表达式;通过计算分析,揭示了岩石边坡滑移稳定系数随裂隙内水深、坡高、坡角、滑面倾角等因素变化的规律及与冻深的关系,并绘制岩石边坡滑移稳定系数与边坡几何要素之间的关系图.研究表明,当考虑极端冰雪灾害影响时,岩石边坡滑移稳定系数发生较为明显的变化:随裂隙饱水程度、坡面角、主...     

框架锚杆支护多年冻土边坡的稳定性计算方法

为了给出更符合工程实际的冻土边坡稳定性计算方法,通过考察青藏高原地区多年冻土边坡滑移实例、分析其破坏类型和影响因素,提出了高陡边坡的冻融折线型滑移面,基于热平衡理论和莫尔-库伦强度理论给出了折线型的滑移面确定方法;考虑土体在冻融循环作用下抗剪强度损伤、滑移面上水的渗流作用以及气温变暖三种因素,给出了框架锚杆支护多年冻土区高陡边坡的稳定性计算方法。算例分析表明:利用直线型滑面计算的多年冻土边坡稳定性系数比折线型滑移面更小,容易造成保守设计,使用折线型滑移面更为经济;边坡开挖后10a内,冻融循环作用对稳定性的发展趋势起主导作用,10a后气温变暖发挥主要作用,渗流作用对边坡稳定性的影响较为显著,对稳定性发展趋势没有影响,但三种因素都应当在工程设计中考虑。     

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。     

对Janbu普遍条分法计算方法的改进

Janbu普遍条分法(或称严格Janbu法)是第一个基于任意形状滑面且考虑滑体所有平衡条件的边坡稳定性计算方法。该方法存在的严重不收敛问题一直困扰着边坡理论和工程界近半个世纪。本文基于Janbu普遍条分法的基本原理和假设,重新推导出数学上更为简洁的安全系数积分表达式,指出传统计算格式不易收敛性是推力二阶导数的不合理数值误差所致,应用数值平滑技术可减少这个误差,使计算过程稳定收敛。研究表明,改进后的Janbu普遍条分法不失为理论相对严格、工程较为实用的边坡稳定性计算方法。     

基于条分模式的边坡可靠度近似计算方法

通过对边坡稳定分析方法中的条分理论和响应面法的研究,针对边坡可靠性计算往往没有明确的解析表达式,以及稳定性系数计算方法和响应面法(RSM)的特点,将响应面法中的有限元数值模拟以条分模式中的稳定性系数隐式方程的迭代计算方法代替,建立了条分模式下的边坡可靠性计算的极限状态方程,从而形成了一种新的边坡稳定可靠性响应面分析方法。本文提出的改进的响应面法原理简单,计算效率较高并具有一定的精度,适用于对边坡可靠度的近似计算。     

折线坡形挡土墙主动土压力计算方法研究∗

折线坡形边坡由于其填土面形态与经典土压力理论假设条件不符,无法直接使用经典土压力理论求解。依据挡土墙背后楔形体静力平衡原理,建立墙后多边形楔形体侧压力分析力学模型,得到总侧压力关于破裂角的函数表达式,通过求其极值,得到主动极限平衡状态墙后填土破裂角和主动土压力。分别求得坡顶地表局部水平边坡、坡顶地表局部倾斜边坡主动土压力计算公式,与现行规范方法对比表明,克服了现行规范折线坡形挡土墙上主动土压力计算方法不考虑墙土摩擦力的不足,所得土压力合力及倾覆力矩均小于规范方法计算结果,与图解法方法计算结果一致,且避免了图解法繁琐的作图工作。针对实际工程中经常出现的坡顶地表局部倾斜边坡,提出了将坡顶地表局部倾斜土层折减为均布荷载的折算系数,简化了土压力计算方法。     

降雨作用下考虑膨胀推力的膨胀土边坡稳定性分析

为研究膨胀力作用下膨胀土边坡的稳定性,通过合理假设,在传统剩余滑坡推力法中引入膨胀力项,得出了适用于膨胀土边坡的滑坡稳定性系数计算公式。基于该公式对某膨胀土坡的离心模型降雨试验进行了模拟和计算,通过计算结果和试验结果的对比验证了该法的可行性;同时分析了膨胀力施加与否、不同裂隙分布位置和深度、不同降雨历时和降雨强度下膨胀土边坡的稳定性,得出了安全系数的变化规律。结果表明,降雨条件下考虑膨胀力时膨胀土边坡的安全系数相对于未考虑膨胀力时大幅下降,符合膨胀土边坡降雨破坏的实际情况;裂隙位于坡中时膨胀土边坡较裂隙位于坡顶时更危险;降雨强度和降雨历时也对膨胀土边坡的稳定性造成了影响,但超过一定程度时这种影响会受到限制。该方法为工程中膨胀土边坡稳定性的计算提供了参考。     

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。