地震作用下土石混合体边坡稳定性分析研究∗

目前对边坡进行的动力分析多是针对土质边坡或岩质边坡,忽略了土石混合体边坡这一特殊岩土体边坡,而少有的研究中都是将土石混合体边坡简化为等效均质土坡,忽略了块石的存在。利用数字图像处理技术,建立某一实际土石混合体边坡的细观结构模型,利用有限差分软件 FLAC3D 的动力分析模块分析对比了等效均质土坡与土石混合体边坡在地震荷载作用下的变形及稳定性。结果表明：土石混合体边坡在地震作用下首先在坡脚处出现剪切破坏,随作用时间增加逐渐在顶部产生拉裂破坏,最终形成完整的破坏带;土石混合体边坡的滑面受石块位置制约,具有“绕石现象”;在相同地震荷载作用下,土石混合体边坡破坏区贯通比等效均质土坡慢,最终产生的永久位移比等效均质土坡产生的永久位移小,块石的存在增加了土石混合体边坡的抗剪强度,提高了其稳定性。     

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。     

土质边坡稳定性分析向心条分法

根据极限平衡法基本假定和圆弧滑动机理,使用条分法中的径向条分模式,将滑动土体径向条分,结合径向条分特点对土条进行受力分析,求得一种新的土质边坡稳定安全系数迭代计算公式,最终得到新的边坡稳定性分析与计算方法——向心条分法。算例分析表明:向心条分法边坡稳定安全系数计算公式迭代收敛稳定快速,计算结果以及最危险滑动面与以往研究成果非常接近,可证明向心条分法的正确性;同时,分析了条间法向力作用位置对计算结果的影响,证明了条间法向力作用位置为土条侧边的下三分点处这一假定条件的合理性。     

土质边坡动力稳定可靠度计算方法研究

考虑爆破地震的时程效应,采用拟静力化的惯性力法,利用改进了的条分法来计算主动土压力,提出了土质边坡在爆破过程中的动力稳定性系数的计算方法,再用改进的JC法求出土坡最小稳定性系数和最小可靠度指标。实践证明,本方法是一种准确、实用的土坡稳定性计算方法。     

基于GIS的可视化土质边坡稳定性分析系统研究

结合GIS空间数据分析能力与极限平衡法开发了可视化的土质边坡稳定性分析系统GiSlope,介绍了边坡几何模型、外荷载与加筋结构模型、滑动面及地下水位线模型等分析模型的可视化建立过程,阐述了计算分析的设定、任意形状滑动面土条条分方法以及计算参数的确定方法。通过对几个典型实例的分析与国内外商业软件计算结果的对比,验证了系统计算的正确性和可靠性。     

降雨作用下基于电导性能的土坡基质吸力时空变化试验研究

降雨作用下土坡基质吸力随时空而变化,直接影响土坡的瞬态稳定性分析。为研究降雨作用下土坡电导性能与基质吸力的时空变化与联系,通过人工降雨滑坡物理模型试验,将电阻率作为监测量与常规的含水率、基质吸力相结合,并在边坡模型上种植马尼拉草,研究植草边坡在均匀降雨、前小后峰和前峰后小这3种动态降雨模式下的入渗特征。研究结果表明：动态降雨模式下,降雨强度变化对土体电阻率和含水率均能产生影响,但都存在一定滞后性。降雨前边坡土体基质吸力、电阻率较高,随着深度的增加逐渐递减。降雨后表层土体基质吸力、电阻率出现较大跌幅,分布上呈现由浅层到深层逐渐增大态势。结合Keller改进的Archie拓展模型与VG模型,得到基于电阻率的残积土基质吸力计算模型,并用试验数据进行验证,结果较为合理,为非饱和残积土基质吸力的测量提供一种快速便捷的方法。研究成果有助于探究非饱和残积土边坡在不同降雨模式下的渗流特征,揭示了降雨作用下坡残积土的电导性能演化规律与基质吸力空间分布特征。     

软质岩顺层边坡非典型溃屈型滑坡机制初探

以长沙商贸旅游职业技术学院工程边坡为研究案例,初步探讨了软质岩顺层边坡的非典型溃屈型滑坡机制。该滑坡是一种新型的溃屈破坏型式,将之命名为非典型溃屈型滑坡。非典型溃屈型滑坡的特征是:软质岩顺层边坡,滑动面不临空,坡趾前方一定距离处的坡底岩体弯曲-隆起、被损伤;尚未出现分阶段演化特征或暂时不能确定分阶段演化,可能的演化模式是弯曲-隆起带顶部剪断破坏;当坡底的岩体(板梁)达到屈服或屈曲时,即最先是弯曲-隆起带顶部剪断破坏时,滑坡可能再次失稳滑动。     

地震波斜入射下土质边坡的稳定性分析*

地震诱发的边坡失稳是重要的地质灾害类型之一,数值方法是对地震边坡进行分析的一项重要工具。基于黏弹性人工边界,通过将地震记录转化为等效地震荷载实现地震波在场地中的施加;并采用Mohr?Coulomb准则模拟土体的非线性特征。根据非线性有限元软件ABAQUS,建立了双面边坡的数值模型,通过分析地震波在不同角度入射下不同坡角边坡的地震响应,讨论了地震波入射角以及边坡坡角对破坏的影响。结果表明,地震波入射角和边坡形状改变了地震波在坡体内的传播规律,因此影响了边坡的破坏。随着地震波入射角的增加,靠近波源一侧坡面的滑动位移和滑动区域逐渐增加,而远离波源一侧的滑动位移和滑动区域逐渐减小。边坡坡度的增加引起坡面危害的逐渐加剧。本文讨论了不同尺寸边坡在不同地震作用下的破坏规律,从而为地震诱发边坡的失稳破坏提供了理论支撑,具有重要的现实工程意义。     

浅谈施工中地下水处理的应用

引言:基坑开挖施工首先应确保边坡稳定,即防止边坡滑动。土坡失稳常常是在外界不利因素的影响下触发和加剧,一般有以下几种原因.     

降雨入渗条件下双层非饱和土边坡渐进性破坏数值分析

为了研究降雨入渗引起的双层非饱和土边坡的破坏机理,提出了渗透变形水-土-气三相耦合的有限元数值分析方法。计算程序中通过采用合理的非饱和土弹塑性本构模型,使其可描述双层非饱和土边坡在降雨入渗时的渗透-变形耦合力学特性变化,进而更加清晰明了地阐述非饱和土边坡的破坏机理。以2层不同湿密度的非饱和砂土边坡的模型实验作为研究对象,采用所提出的数值计算方法对不同降雨强度(50、100 mm/h)与双层坡角(59°和68.3°)等4个工况进行了数值模拟分析。与试验结果对比可知,数值模拟结果可以很好地再现试验观测现象,包括不同工况下的孔隙水压力变化、破坏时间。计算结果表明：1)由于2个土层的透水系数有所差异,水在2个土层之间的水分迁移较为缓慢。2)坡角越小(59°)或者降雨强度越小(50 mm/h),边坡破坏所需要的时间越长。3)在降雨过程中塑性破坏是从边坡左侧的坡趾附近开始,逐渐延伸至坡顶,最后形成一条贯穿整个边坡的塑性剪切带。4)边坡左侧的土体整体沿着滑动带向下滑动。在降雨强度较大(100 mm/h)的情况下,边坡滑动的规模相对较小。     

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。     

路堑节理边坡开挖稳定性及影响因素分析

以某公路节理岩质边坡为工程背景,首先利用FLAC3D建立该边坡的数值分析模型,计算得到5台阶开挖的安全系数分别为2.62、2.39、1.61、1.06、0.67,并确定其破坏模式为双滑块平面剪切破坏;然后针对边坡的破坏模式建立理论计算模型,分别改变节理的倾角和力学参数(c,),分析它们对稳定性的影响。结果表明:变化下滑块节理面的倾角时,安全系数先变小,而后逐渐增大;变化上滑块节理面的倾角时,安全系数逐渐增大;当c1、c2取值较小时,两者的变化对于安全系数的影响基本相同,但随着取值的增大,c2的影响效果逐渐大于c1。     

土钉支护抗震性能的振动台试验研究

为研究土钉支护结构体系的抗震性能,设计并完成了土钉支护边坡1:12比尺的振动台试验,研究了土钉支护边坡的动力反应特征和规律。结果表明:土钉支护边坡坡面的最大变形主要发生在边坡坡腹处,坡顶与坡趾的变形相对较小;增大土钉倾角会增大边坡的侧向位移,增加土钉长度以及减小土钉间距则会减小边坡侧向位移;土钉支护最大作用带基本位于土钉支护区的中前部,呈折线形,与计算假设的圆弧形不同,而且该作用带与滑裂面的位置并不相同;边坡土体中部和下部的加速度放大系数较小而且比较接近,边坡上部土体的加速度放大系数则较大。     

边坡变形的分布式光纤监测试验研究及实践

布里渊光时域反射计(BOTDR)是一项新型光电传感仪器,可对沿光纤的轴向应变进行分布式监测。该技术采用光纤作为传感和传输介质,具有良好的抗干扰、长距离、可植入性和分布式监测等特点。本文总结了近几年来分布式光纤在边坡工程中监测的工程实践和试验研究结果。实践表明,将光纤传感器铺设在加固边坡的锚杆和框架梁中,在加固边坡的同时进行安全监测,可以取得良好的效果;而将光纤直接铺设在边坡浅层土体中进行监测,可以及时对边坡安全提供预警,但往往不利于长期监测。本文还介绍了将光纤传感器布设在用于加固边坡的土工织物中进行安全监测的室内试验研究。实验证明,不同的光纤类型、布设方法、土工织物性能等都会对监测结果产生影响。最后分析了分布式光纤监测在岩土工程监测中的应用前景,以及今后研究的关键技术问题。     

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。     

模型试验研究碎石土斜坡优先流机理

通过自制的试验装置,模拟天然降雨过程,研究碎石土斜坡优先流的形成机理以及优先流对碎石土斜坡地下径流的影响,为揭示降雨诱发碎石土斜坡变形破坏机理提供理论依据和数据支撑。研究了颗粒组成结构、降雨历程、地下水、干缩、冻融交替等因素对碎石土斜坡优先流的影响,以及优先流对碎石土颗粒组成结构、碎石土斜坡地下径流的影响,揭示碎石土斜坡优先流的形成机理。通过染色示踪试验,揭示了碎石土斜坡优先流的形态和分布特征,为碎石土斜坡优先流的进一步量化研究提供依据。     

某加筋土边坡稳定性系数影响因素的敏感性分析

加筋土边坡的稳定性不仅与地震影响系数和填土的粘聚力、内摩擦角、重度有关,而且与筋条铺设的间距、筋条的长度等因素有关。本文通过对某加筋土边坡工程的稳定性计算,分析了各因素对边坡稳定状态的影响程度,得到地震影响系数的敏感性为-1.47,填土粘聚力的敏感性为0.014,填土内摩擦角的敏感性为0.039,填土重度的敏感性为-0.01,筋条水平间距的敏感性为-0.02,加筋筋条长度的敏感性为0.033。这一研究结果为边坡设计提供了依据,具有一定的实用价值。     

下蜀土边坡地震稳定性的大型振动台试验研究(Ⅱ)——试验结果及分析

选用天然下蜀土,设计并完成了一几何相似常数为20、坡高为0.5 m、坡角为45°的模型边坡1 g大型振动台试验,通过对模型边坡动力特性、动力反应及宏观变形等三方面的研究,揭示了下蜀土边坡的地震反应机理。试验结果表明,下蜀土边坡有着稳定的一、二阶自振频率和阻尼比,随着地震动加载幅值(PGA)逐渐增大,其一阶自振频率逐渐减小,一阶阻尼比逐渐增大;坡高范围内,PGA放大系数均大于1,且自下而上逐渐增大,并在坡肩处达到最大,其在坡脚处的值小于水平方向其他位置处的值,输入El Centro波(经时间相似常数4.47压缩)时的值分别大于输入El Centro原波和Kobe波(经时间相似常数4.47压缩)时的值;随着输入PGA的增大,土体非线性特征逐渐增强,边坡也逐渐趋于失稳破坏状态;震后模型边坡坡脚、坡顶等部位出现了不同程度的裂缝,说明边坡中出现了通过坡脚的(潜在)滑动面。     

天山公路溜砂坡动力学特性及分形特征试验研究

溜砂坡动力学特性研究是寻求有效防治措施的关键。本文通过天山公路溜砂坡的动力学特性物理模拟试验,初步探索了其崩滑的动力学机制,发现溜砂坡堆积呈现分形结构,表明其堆积过程是一个典型的自组织临界过程,整个坡体是一个广延耗散动力学系统。试验中发现了一种新的崩滑动力学机制——滑塌式崩滑,其失稳过程中存在一个潜在的滑动面,坡体呈现整体失稳的特征,颗粒呈现类似冲洪积物互层现象的堆积特征。