岩质边坡开挖卸荷岩体参数特征分析∗

岩质边坡的开挖卸荷过程直接决定工程施工的安全性,边坡变形特征分析及有效数值模拟方法的选取至关重要。基于卸荷岩体力学理论与方法,开展红砂岩试件的室内常规三轴与三轴卸荷试验,分析其变形特征、卸荷量与变形模量之间的关系以及强度参数的变化规律,结合有限单元法构建考虑卸荷作用的算例模型,探究考虑边坡开挖卸荷作用所引起的应力释放后的岩体劣化分区问题,以及边坡动态开挖卸荷下的变形分析。研究结果表明：①当卸荷量达70% 和临近破坏时,其变形模量分别降低了10% 和50% 左右;②岩样卸荷力学状态下粘聚力有所降低,内摩擦角有所增高;③依据边坡初始应力场与开挖后应力场的对比分析从而确定强、弱卸荷影响区,算例模型表明考虑卸荷作用后水平位移净增量计算结果为不考虑卸荷作用计算结果的4 倍左右,且其分步开挖支护效果显著,计算结果更加符合工程实际。研究成果可对边坡岩体开挖卸荷数值计算提供一定的指导意义。     

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。     

基于监测数据的边坡参数统计特征及可靠度更新∗

掌握详细的边坡岩土体参数信息是进行边坡加固与风险评估的重要前提。目前大多采用马尔可夫链蒙特卡洛模拟方法基于现场或室内试验数据进行不确定性参数统计信息及边坡可靠度更新。然而,该方法存在计算量大、计算结果不易收敛和难以解决高维边坡不确定性参数统计特征及可靠度更新等问题。本文基于粒子群优化反向传播神经网络算法建立边坡位移代理模型优化计算过程,提出了改进的基于子集模拟的贝叶斯更新方法,进而基于边坡变形监测数据进行参数统计特征及可靠度更新。最后,将提出方法应用到长春西客站深基坑边坡工程。 结果表明：提出方法能够融合有限的场地信息有效地更新边坡岩土体参数统计特征,推断其后验概率密度函数,进而更新边坡失效概率。利用更新的土体参数计算的边坡位移与实测数据吻合,验证了提出方法的适用性和有效性。另外融合监测数据进行贝叶斯更新之后,虽然土体参数的不确定性明显降低,但是边坡失效概率受外界气温、 监测点位置及数据量值的影响会增大。     

不同含水率下考虑筋土界面刚度软化的加筋边坡地震响应∗

加筋土结构具有较好的整体变形协调能力以及抗震性能，被广泛应用于边坡工程中。基于不同含水率下残积土及筋土界面室内直剪试验数据，在有限差分软件中考虑不同含水率下土体和筋土界面抗剪强度参数，并通过 FISH 语言编程在数值计算中实现筋土界面剪切刚度动态变化过程，分析加筋边坡在不同含水率、筋材长度、筋材间距及地震峰值加速度工况下的位移、应力、加速度响应。模型计算结果表明：相比不考虑筋土界面刚度软化情况，考虑筋土界面剪切刚度软化情况下含水率对加筋边坡水平位移和加速度放大系数的影响较大；坡面侧向位移、 坡顶沉降和筋材拉应力与回填土含水率呈正相关，加速度放大系数与含水率呈负相关；在一定范围内增加筋材长度能够有效降低加筋边坡坡面的水平位移；筋材间距对含水率越低的加筋边坡坡面侧向位移影响越大；地震峰值加速度越大，含水率对坡面水平位移影响越大。     

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。     

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。     

基于偏应力增量的边坡开挖松动区的确定方法

对于开挖卸荷效应导致的边坡破坏现象,传统的极限平衡法无法给出合理的稳定性评价结果。以松动区作为开挖破坏型边坡的稳定性分析对象,选取偏应力增量为主要评判指标,归纳了通过数值分析法确定边坡开挖松动区范围的方法。首先将松动区定义为连续分布且对稳定性存在不利影响的弹性松弛区和塑性流动区的总和,认为开挖后偏应力场的调整是边坡变形破坏的主要原因。基于FILAC~(3D)软件平台编制了偏应力及其增量的计算程序。以某顺倾层状路堑边坡为案例,计算了开挖卸荷作用下偏应力场与位移场的动态发展过程。结果表明:岩土体偏应力与变形演化具有较敏感的相关关系,在松动区形成过程中偏应力增量等值线会相应地出现局部凸起、正负分区等异常现象。不同等值线凸起顶点的顺次连线即为偏应力变化异常与否的分界线,可作为松动区的内边界。所述方法可为堑坡稳定性分析、预加固设计等工作提供一定参考。     

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。     

侧向辐射注浆技术引起地表隆起变形分析

侧向辐射注浆技术是用于处治现役高速公路沉降变形的新技术,可在通车条件下对高速公路进行加固。在通车条件下对高速公路进行加固需要对施工效应进行分析,确保施工过程中高速公路通车安全。根据土体中的球孔扩张理论,将侧向辐射注浆假设为半无限体多球孔扩张模型,将几何条件复杂的侧向辐射注浆简化为多球孔几何模型,并引入有限边界球孔扩张理论,建立注浆压力和扩孔半径的关系,得到了土体注浆过程存在极限注浆压力,在极限注浆压力后存在软化效应的结果;确定注浆球孔扩张压力和隆起变形的关系,最终给出了同时考虑注浆压力和注浆量两个注浆施工控制指标的地表隆起位移计算方法。结合工程实测参数,计算并对比分析了不同注浆压力、不同注浆步距对地表隆起位移的影响,给出了侧向辐射注浆施工隆起位移的计算方法,能够对注浆设计和施工提供指导作用。     

岩体边坡地震稳定性动安全系数分析方法

在分析几位学者研究成果的基础上,提出一种适合于岩体边坡动安全系数非线性分析的方法,其主要步骤如下:1)确定介质非线性本构模型的参数;2)考虑边坡的外部及自身载荷,进行边坡静力有限元非线性分析,确定滑坡带单元的初始应力;3)在静力分析的基础上,进行边坡动力有限元非线性分析,确定滑坡带单元的动应力时程;4)根据滑坡带单元的初始静应力和动应力时程,计算每一时刻的边坡动安全系数,从而得到边坡的动安全系数时程;5)根据评价标准,进行边坡地震稳定性评价。 根据上述步骤,结合三峡重庆库区某典型滑坡进行了动安全系数分析,结果表明了该方法可行性。本文只是提出一种初步的边坡稳定性评价标准,由于这方面的震害资料尚少,对其可行性的研究还有待于进一步深入。     

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。     

浙北及邻近地区应力场数值模拟与地震危险区预测

根据构造地质学、地震地质学的考察和观测结果 ,结合构造单元、地震活动分区和研究区位置确定计算模型的范围 ,选定一个构造骨架 ,确定计算模型的边界形状和几何参数。然后参考地震震源机制解结果和新构造运动特征 ,选定模型边界条件 ;参考岩石力学实验结果 ,确定模型的物理参数。最后利用线弹性二维有限元程序计算了各节点位移、各单元应力应变及应变能增量。通过分析应力应变场和应变能增量划分出 2个地震危险区。     

套箍法加固钢筋混凝土轴压柱的设计参数研究

采用ANSYS建立有限元计算模型,对套箍法加固RC轴压柱的极限承载力影响参数进行了研究。先利用4根加固柱的试验资料对有限元模型进行了验证分析,结果表明:对于加固柱的极限承载力,有限元计算结果和试验结果吻合较好。然后结合工程实际选取其中一根试验柱为基本柱,通过变换参数取值,总共计算了43根柱的极限承载力,从而对核心柱初始应力水平、套箍层配筋率、套箍层纵筋强度、套箍层配箍率、套箍层厚度和套箍层混凝土强度这6种可控设计参数进行了研究,揭示了每种参数对加固柱极限承载力的影响规律,并对后5种参数的影响程度进行了分析。根据计算分析结果,给出了几点加固设计建议。     

液化对砂土场地地表加速度响应的影响

在饱和砂土场地振动过程中,孔隙水的发展会影响土体的有效应力和土骨架对地震波的传播。采用离心机动力试验和数值分析手段对不同强度振动作用下的砂土场地响应进行了研究,并利用观测和计算结果对现行液化评估简化方法进行了分析验证。结果表明:当振动强度较大时,土体的液化将导致加速度急剧衰减;采用完全耦合分析能再现超静孔压的发展和液化对加速度传播的影响,但总应力分析严重高估了地表的加速度;应用简化方法进行液化评估时,确定地表处水平加速度峰值应考虑场地对地震波的放大效应,但应忽略超静孔压的影响。     

基于动强度试验确定饱和砂土弱化参数的方法∗

对于可液化土层,若土体发生液化则认为土体强度完全丧失;而对于没有发生液化的土层,一般不考虑超孔隙水压力对土体强度的影响。实际情况下,具有超孔隙水压力的饱和砂土在地震荷载作用下强度会发生弱化,以往对于可液化土层中桩土相互作用问题的研究都是针对土体完全液化的情况展开的,忽略了液化过程中超孔隙水压力对其强度的影响。通过竖向-扭转双向耦合剪切仪对福建标准砂进行循环扭剪动强度试验,结合MohrCoulomb强度理论,计算得到不同孔压比下饱和砂土的弱化参数,并根据有效应力原理建立了弱化状态下土体弱化参数与孔压比之间的数学关系。结果表明:液化过程中超孔隙水压力对土体强度弱化的影响可以用土体弱化参数来表示;孔压比越大,土体强度弱化越严重,相应的弱化参数也越小,反之则越大。     

基于可靠度理论的边坡稳定性分析研究

考虑设计参数的不确定因素进行工程随机力学分析具有重要的理论和现实意义。以可靠度理论为基础，考虑土体材料的随机特性，提出了应用于边坡工程可靠度分析的随机有限元的基本思路，并导出了边坡稳定可靠度的计算公式，通过编制实用程序计算相应的可靠指标，并寻求失稳模式进行了边坡工程的整体稳定可靠度分析。最后对一工程实例进行了计算分析，结果表明，该方法用于边坡整体稳定可靠度分析是切实可行的，同时得到了随机变量选取对可靠指标影响的一些规律，可供相关工程技术人员参考。     

土体蠕变与桩锚耦合作用的土拱效应分析

桩锚支护是边坡加固的主要措施之一,从桩间土拱形成机理和土拱轴线形态出发,建立了土拱横截面抗剪切效应下土拱等效简支梁的挠度计算式,诠释了桩间土拱凸向桩后土体的特点。同时考虑了土体粘结力、内摩擦角和锚索拉力水平向分量及其时变特性对桩间土体应力状态的影响,并结合桩间土拱横截面Coulomb剪切准则和土拱横截面静力平衡条件,分别推导了正常土体、抗剪土体、土体蠕变属性和土体蠕变桩锚耦合作用等4种情况的拱轴线方程。比较分析了上述4种情况两相邻桩的最大跨度。结果表明第2种情况两相邻桩的最大跨度值为最大,其次是第4种情况和第3种情况,而第1种情况的跨度值为最小。研究结果验证了理论推导式的有效性,建议抗滑桩加固边坡设计中应以第4种情况进行桩中心距取值。所述结论可为了解桩间土拱蠕变弱化机理、拱轴线时变特征和桩锚工程设计参数取值提供有益参考。     

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。     

水位下降对某悬索桥桥基边坡稳定性影响分析

悬索桥桥基边坡由锚碇和桥墩构成复杂的的结构体系,其变形特点与天然边坡有很大区别。为深入研究水位下降对桥基边坡稳定性的影响,以某拟建悬索桥桥基边坡为例,采用有限元强度折减法计算了锚碇与桥墩耦合作用下水位下降不同高度边坡的位移、塑性点和安全系数变化规律。结果表明:随着河道水位逐渐下降,边坡发生主要水平位移的部位也随之下移,锚碇附近岩体位移受降水前期影响大;坡体内部塑性点主要分布在锚碇附近,分布范围随水位降低先增加后减少并最终趋于稳定;边坡安全系数随水位的下降先减小后增加,水位下降40 m后安全系数稳定在1.28;通过分析桥基边坡潜在滑裂面,确定了锚碇受拉是桥基边坡稳定性大小的控制性因素。计算成果可为大桥修建过程中边坡的稳定性评估提供参考。     

盾构施工引起周围土体位移的数值研究

盾构隧道施工会引起周围地层及地表变形并影响周围环境,为探索变形规律以进行预测,运用岩土数值软件FLAC3D建立三维模型,考虑天津地区软土特性,注浆体材料强度的时空变化特性及盾构施工中的各相关作用进行研究。首先建立标准模型进行分析,并与Loganathan公式计算及工程实测数据计算进行对比验证,然后就重要施工参数如超挖孔隙、注浆压力等的影响,不同土体本构关系对计算结果的影响,土体修正剑桥模型参数如超固结比、内摩擦角、压缩参数λ及回弹参数κ的影响进行了研究,将结果与已有的研究结果进行比较,具有较好的一致性。