水对某库岸边坡稳定性的影响分析

针对某水电站库岸边坡，分析了地质条件，采用ADINA软件建立了有限元二维模型，用强度折减法对比分析了该边坡在自重，蓄水，降雨入渗及水位骤降的情况下的位移、应力、塑性区及安全系数的变化，判断分析了该边坡在以上各工况下的稳定性，对比分析了库水位变化及降雨情况下水的作用对边坡稳定性的不利影响。     

耐候钢-砼组合加劲梁悬索桥极限承载力退化规律研究∗

为制定预防性维护方案提供支撑，探究了悬索桥极限承载力随时间长期退化规律。以我国某公路耐候钢砼组合加劲梁悬索桥为工程背景，建立了考虑钢梁、主缆和吊索三类主要钢构件截面特性与力学性能随时间退化模型；利用梁格法，采用 Mises 屈服准则，考虑几何非线性和材料非线性，基于 U.L. 列式编制杆系有限元计算程序， 计算分析了 3 种最不利荷载工况下的悬索桥的弹塑性极限承载力。结果表明：耐候钢梁的截面积损失 4.5%~ 11.7%，吊索截面积损失 6.8%，主缆截面积损失 1.1%，钢梁退化较快，随着荷载的增大，钢梁塑性区不断扩大使得主缆应力还未达到屈服应力，悬索桥就不能继续承载；荷载‐位移曲线随着桥龄增加表现形式不同，在 20 年以前有明显的拐点；极限承载力呈现缓慢下降的趋势，100 年下降 27.2%~32.4%。     

模拟降雨作用桩锚-加筋土组合结构加固边坡研究

桩锚—加筋土组合支挡结构在治理大型复杂滑坡中发挥越来越重要的角色。以某高填方山区机场滑坡为原型,进行降雨作用对桩锚—加筋土组合支挡结构加固边坡稳定性的模型试验研究。结果表明:①桩顶位移随注水时间产生三个阶段的变化:初期平缓发展阶段、突变增加阶段、再次平缓发展阶段。后排悬臂式桩桩顶位移变化量明显大于前排埋入式桩,因此,多排锚索抗滑桩加固边坡设计时,在后排桩悬臂情况下,宜考虑后排桩比前排桩截面尺寸大、锚索间距小来减小其桩顶位移,增强坡体稳定性;②填方边坡位移随注水时间变化,坡顶一级边坡位移量最大,随边坡级数增加,位移量减小,因此多级边坡加固可适当增加边坡锚索框架;③填方坡体沉降量随注水时间表现出后缘大、前缘小的趋势;④加筋土的变形与边坡坡体的变形一致,表明加筋土能够增强填方边坡的整体性;⑤各监测曲线最终均趋于平缓,表明桩、锚和加筋土组合支挡结构体系性能发挥良好。     

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。     

基于强度原理的顺层岩质边坡动力安全系数判据研究

基于完全动力的有限差分强度折减法,对6种判据求解地震荷载作用下顺层岩质边坡动力安全系数的有效性和适用性进行分析,并与刚体极限平衡法的计算结果进行了对比。研究结果表明:塑性区和岩体层面剪切滑移状态贯通判据是判别顺层岩质边坡处于临界失稳状态的必要非充分条件,以其为判据获得的动力安全系数略小于其它判据对应的动力安全系数,工程意义上偏于保守;由于很难事先预知边坡滑裂面的几何形状和位置,层面上下岩体相对位移突变判据、层面剪切滑移位移突变判据和动力安全系数时程判据的普遍适用性较差。建议联合塑性区和层面剪切滑移状态贯通判据以及滑体特征点位移或位移变化速率突变判据,进行地震等动载作用下顺层岩质边坡动力安全系数的求解;为使所选取的特征点具备普遍适用性,可在坡脚至坡顶之间的坡面上间隔一定距离选取监测点,作为监测边坡位移或位移变化速率的特征点。     

极端灾害天气下临河岩质边坡的倾覆稳定性分析

基于改进的水压分布假设,建立了临河岩质边坡在冻胀作用、静水压力和流水淘蚀等多因素影响下失稳的概化理论模型,并利用极限平衡理论推导出了极端天气下临河岩质边坡倾覆稳定性的无量纲表达式。重点分析了各影响因素对边坡倾覆稳定性的影响,绘制了饱水岩质边坡倾覆稳定性系数与坡高、坡角、临河水位以及水平淘蚀距离之间的关系图;同时分析了非饱水状态下边坡的倾覆稳定性系数与各影响因素的关系。算例分析表明:在极端天气的影响下,出溜缝未堵塞边坡的倾覆稳定性发生了很大的变化,其随着临河水位的升高先减小后增大,随淘蚀距离的增加而减低,随坡角、坡高的增加而增加,当坡高较低时,随冻深的增加而减低,当坡高较高时,随冻深的增加而增大。     

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。     

某公路边坡锚杆支护系统的安全评价

对某公路节理岩质边坡的安全稳定性进行分析,并提出支护措施。通过FLAC3D建立计算模型,采用强度折减法计算安全系数,得到边坡在未支护情况下的安全系数为0.67,处于不稳定状态。采用全长注浆锚杆进行支护。建立正交试验,以安全系数和工程造价为目标,以锚杆的长度和倾角为因素,得到6 m,2 m,20°的参数优化方案。计算表明,边坡支护后安全系数为1.29,处于稳定状态。同时,得到边坡在开挖扰动和锚杆支护情况下,各个部位的静态位移和动态位移响应,表明:锚杆支护有效地限制了位移的发展,有利于边坡稳定。     

地下水位变化对砂质边坡地震稳定性的影响研究

基于砂土边坡的有限元模型和室内振动台试验,研究了地下水位变化对边坡的地震动力响应和破坏模式的影响规律。研究结果表明,基于中国规范的拟静力法计算的边坡安全系数相对于日本规范较为保守。随着地下水位的增加,边坡的最大水平位移均表现出增加趋势,且在边坡顶部水平位移达到最大值;近场地震作用下的位移要大于远场地震作用下的位移。地震作用下随着水位的增加,边坡顶部的最大水平加速度呈现减小的趋势,说明地下水的存在具有一定的减震作用。地下水对边坡动力特性影响较大,随着地下水位的升高,边坡的自振周期呈现增加趋势,最高水位时(1m)边坡的自振周期比无水时增大了2.88倍。不考虑地下水时,边坡的破坏主要表现为通过坡脚的圆弧形剪出破坏,而地下水的存在使边坡的破坏并没有通过坡脚,而是从边坡前缘某一点处发生剪出破坏。最后通过振动台试验对数值模拟结果进行验证,确定了数值模拟结果的准确性。     

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。     

非饱和土边坡三维稳定性分析方法及考例

为了同时考虑边坡的饱和状态和三维尺度,根据非饱和土Barcelona模型进行了三维有限元数值模拟,确定了非饱和土边坡的应力位移分布。结合稳定性分析理论,将吸力对强度的贡献嵌入安全系数公式中,研究了非饱和土边坡的三维稳定性分析方法,并通过标准算例边坡的稳定性分析,确定了吸力对安全系数的贡献,并证明了该方法能够很好地退化到常规稳定性分析。     

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。     

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。     

桩土刚度比及布桩位置对桩身内力分布的影响研究

桩土刚度比及布桩位置直接影响抗滑桩的桩身内力分布及边坡加固效果。采用数值模拟的方法,考虑不同桩土刚度比和布桩位置,分别进行了计算分析。结果表明:(1)桩身剪力近似呈反"S"型分布,弯矩呈现向桩后的凸型分布,且桩身剪力和弯矩均随桩土刚度比的增加而增大,呈现先陡后缓的变化趋势;(2)桩位一定时,桩身正负最大剪力分别出现在桩身1/2和1/4高度位置,对应位置应加强抗剪箍筋的配置;桩身弯矩最大的位置出现在桩身1/3高度位置,即边坡滑带所在的位置,对应位置应加强抗弯钢筋的配置;(3)布桩于边坡中部及两侧时,加固后边坡的安全系数提高明显,桩身剪力和弯矩较大,而且对塑性区有明显的隔断作用。考虑到一般边坡中部的滑体厚度较深,在坡体中部位置布桩无论在技术上还是经济上都不太合适,因此,建议布桩于边坡中部两侧的位置,可取得较好的加固效果。     

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。     

高填方多级挡墙路堤变形及稳定性分析

针对高填方路堤回填料分层碾压施工中呈现出超固结、剪胀和时间相依等复杂变形特征,以高填方多级挡墙路堤为例,通过现场勘查、室内试验以及变形监测获得回填土石料的力学性质,分别采用摩尔库仑、修正剑桥以及基于下负荷面的弹粘塑性二次开发本构模型,逐步表征路堤回填料的超固结、剪胀以及时间相依变形行为,并结合单元试验以及现场沉降监测数据反演综合确定三种本构模型材料,对比分析三种本构模型模拟高填方路堤施工及工后变形的差异,最后利用有限元强度折减法分析该高填方多级挡墙路堤的稳定性。计算结果表明:在路堤填筑初期(21 d),基于下负荷面的弹粘塑性模型和修正剑桥模型相比摩尔库仑模型考虑了先期固结应力,计算沉降量结果稍小;随着施工填筑的进行(100 d),一旦超过先期固结应力后,三种模型的沉降量变化逐渐接近;随着时间的增长,仅基于下负荷面的弹粘塑性模型能计算路堤的长期沉降,预测该路堤顶10 a工后沉降17 cm,满足工后沉降要求;同时发现路堤水平侧移呈“S”型内倾的变化特点,且通过有限元法强度折减计算得到边坡稳定性最小安全系数和最危险滑动面,均满足边坡稳定性要求,路堤边坡的失稳预警位移为4.6 cm。     

水库蓄水作用下三峡库区某库岸堆积体变形破坏机理研究

某堆积体位于秭归县境内长江南岸，采用了通用计算程序，对三峡水库三期蓄水的一系列工况下该堆积体的稳定安全系数Fs、饱和-非饱和渗流场的变化及变形破坏机理进行了计算分析。计算结果表明，随着水库蓄水位的增加，该堆积体的塑性区范围及水平位移值增大，稳定性相应的降低。     

基于全动力分析法的地震边坡与隧道稳定性分析

目前地震边坡和隧道稳定性分析方法尚有一些不尽如人意的地方,如地震边坡的破裂面假定为剪切破裂面,这与汶川地震边坡破坏现象不符;地震边坡稳定性分析采用时程分析法,假定在某一时刻加速度作用下,将其作为静力问题来计算边坡稳定安全系数,没有充分考虑加载的动力效应;同样,未考虑地震作用下隧洞围岩的拉破坏,对隧洞围岩破坏缺少动力稳定性标准,也不能充分考虑隧洞围岩与衬砌的动力效应。为此,基于有限元强度折减法,提出了一种完全的动力分析方法——强度折减动力分析法,计算中同时考虑剪切强度和抗拉强度参数的折减,并采用计算不收敛和位移突变综合判断边坡和隧道是否动力失稳破坏,以极限状态时的强度折减系数作为地震边坡和隧道的动力稳定系数,由此获得拉、剪组合破裂面与全动力稳定安全系数,充分考虑了动力效应。     

自锚式悬索桥横向粘滞阻尼参数的理论确定方法

某自锚式钢桁架悬索桥结构主跨408m,采用双层桥面,两根主缆为空间线形布置。根据自锚式悬索桥独特的动力特性,提出了在该悬索桥主梁与过渡墩、辅助墩之间沿横向设置粘滞阻尼器的消能减震设计方案,以控制悬索桥的横向地震反应。在粘滞阻尼器参数确定时,提出了速度指数确定的基本原则,并且根据虚功原理列出了主梁的横向振动方程,进而得出最优阻尼系数的确定方法;另外,将粘滞阻尼器与弹簧并联进行减震设计,可增加结构的早期刚度,并能获得较好的减震效果,可供工程实践参考。     

加筋土边坡临界滑动场

在分析加筋土边坡稳定性时,将加筋材料的作用视为施加于滑面上的等效力,建立了满足力平衡的加筋土边坡安全系数的计算格式;将边坡临界滑动场数值模拟方法进行推广,提出了基于力平衡的加筋土边坡临界滑动场计算方法,可以得到形状任意的临界滑动面及边坡最小安全系数。通过算例,比较加筋前后临界滑动面和安全系数的变化,并探讨了加筋水平间距、强度、长度对加筋土边坡稳定性的影响。