非均质边坡稳定性有限元强度折减影响因素分析

强度折减有限元法在边坡稳定性分析中已得到广泛应用,但目前大多针对均质边坡,较少涉及非均质边坡。将强度折减有限元法应用于非均质边坡,仍有一些问题未解决。本文探讨了不同单元类型和网格大小对计算精度的影响,研究了初始地应力对计算结果的影响,分析了边坡失稳破坏的过程。结果表明:三角形二阶单元对网格大小要求低且精度较高;初始地应力对计算结果有一定影响,考虑初始地应力时计算结果偏小;以特征点位移突变结合塑性区贯通为失稳判据更能反映边坡真实的稳定性。最后,通过算例验证了结论的可靠性。     

基于不同失稳判据的黄土边坡稳定性数值计算分析

安全系数是边坡稳定性评价的一项重要指标,依据不同失稳判据计算得到的安全系数存在差异,会直接影响边坡稳定性状态的评价。以万花山治沟造地工程台阶型开挖边坡为对象,运用FLAC3D有限差分软件,采用强度折减法,选择计算不收敛判据、塑性区贯通判据、位移突变判据3种失稳判据,对黄土边坡安全系数进行数值计算。对比分析3种判据所得的分析结果及优缺点表明：3种失稳判据得出的安全系数大小排序为位移突变判据>计算不收敛判据>塑性区贯通判据。计算不收敛判据使用简便,求解快速,但不能展示折减过程坡体塑性区的变化情况;塑性区贯通判据不宜单独作为边坡失稳判据,需要结合不平衡力综合评估,但可以展示坡体剪切和拉伸塑性区;位移突变判据求解过程复杂,但能真实地反映坡体位移变化导致的临界破坏状态。建议类似工程优先选用求解过程快速的计算不收敛判据,然后结合塑性区贯通情况与坡体位移变化状态对边坡稳定性进行综合评价。     

反倾互层岩质边坡挖方稳定性的建模分析

现有反倾互层岩质挖方边坡的稳定性分析方法很难将动力载荷位移响应比参数控制在预警标准值以下,导致分析结果不够精准。分别从岩体强度、岩层组合结构、力学载荷作用、时间、不连续面力学特征等5个方面,分析影响反倾互层岩质边坡稳定性的要素条件,计算挖方边坡整体边坡角数值,根据损伤贯通区域发展原理分析失稳损伤破坏特征,计算挖方卸荷效应下的施工强度,构建反倾互层岩质挖方边坡的稳定性模型。实例测试表明,应用该稳定性建模分析方法后,随着边坡高度的不断增大,挖方动力载荷位移的响应比参数始终低于5.42,未超过预警标准值,可精准分析反倾互层岩质挖方边坡的稳定性。     

土质边坡归一化变形量失稳判据研究

为建立土质边坡失稳的微观机理和宏观位移之间的关系,应用有限元强度折减法,分析了失稳过程中土质边坡土体单元应力状态和整体稳定性的联系,定义了边坡渐进破坏时潜在滑动面上土体单元的应力差;分别采用塑性应变区贯通、特征点位移突变、应力差等不同失稳判据对均质土坡的稳定性进行判断分析,验证了不同边坡失稳判据间的一致性与统一性。通过单因素敏感性分析方法,分析了边坡几何参数(坡高、坡比)与物理力学参数(弹性模量、重度、黏聚力、内摩擦角和泊松比等)对极限状态下边坡坡顶水平位移的影响;结合归一化变量的变异系数法,构建了以变形量为基础,同时考虑几何因素与物理因素的土质边坡归一化失稳判据,提出了边坡稳定性的评价方法。     

基于动力强度折减法的地震边坡稳定性分析

目前关于动力作用下边坡稳定性的分析方法仍存在一些不足之处,如动力问题按静力处理、未充分考虑加载地震波的动力效应、仅考虑剪切破坏、未考虑边坡滑动面形成的渐进破坏过程等。鉴于此,本文同时考虑坡体拉剪强度参数的折减及边坡渐进破坏的过程,结合动力有限元强度折减法原理及边坡动力失稳判据,从监测点位移及加速度突变、计算数值收敛性及拉剪破坏面贯通情况3个方面,确定边坡的动力稳定安全系数及拉剪破坏面。结果表明:动力有限元强度折减法能够定量有效地进行地震作用下岩质边坡稳定性评价,并充分反映了边坡渐进破坏过程,其结果可为地震作用下岩质边坡的抗震设计及动力稳定性分析提供参考。     

水位升降与水下冲刷作用下边坡破坏试验研究

库岸边坡失稳与破坏往往造成严重的人员伤亡与巨大的经济损失,导致边坡失稳与破坏的因素多种多样。通过开展4种不同含砂量的下蜀黏土均质边坡失稳滑塌破坏室内模型试验,分析了水位升降与水下冲刷侵蚀对边坡失稳滑塌破坏产生的影响,进行了4种不同含砂量的下蜀黏土试样水下崩解试验。结果表明:边坡自身土体成分构成对边坡的稳定性有重要影响。在水位升降与水下冲刷作用下,纯下蜀土均质边坡稳定性最好,边坡土体含砂量越大,边坡抵抗水位升降与水下冲刷的能力越弱,边坡失稳滑塌破坏的时间越短;水位升降与水下冲刷对边坡稳定性的影响随边坡土体含砂量的不同存在很大差异,随着边坡土体含砂量的增大,水下冲刷作用对边坡失稳滑塌破坏的影响越来越小,水位升降作用对边坡失稳滑塌破坏的影响越来越大。不同含砂量试样在水中的崩解情况区别很大,含砂量小的下蜀土试样在水中的崩解较慢,随着土体含砂量的增大,试样崩解速度越来越快。     

基于块体单元法的白鹤滩左岸边坡稳定性分析

左岸边坡强卸荷块体系统的稳定问题是白鹤滩水电站题重要工程技术问题之一。针对左岸边坡地形地质条件、变形特征及变形机理的研究,表明结构面组合的三维块体滑动失稳为其主要的破坏模式。常规刚体极限平衡法和连续介质力学方法在求解复杂块体系统稳定时均存在一定的局限性。以块体单元自动识别方法为前处理程序,建立白鹤滩左岸边坡块体系统三维模型,基于弹黏塑性块体单元法(BEM)计算特定块体强度储备安全系数,进行边坡稳定性研究,分析边坡控制性结构面及其关键块体,研究结果与常规刚体极限平衡分析和地质力学模型试验基本一致。块体单元法的分析成果为左岸边坡加固处理提供了依据,同时对复杂块体系统岩体边坡的稳定性研究具有一定指导意义。     

塑性应变能判据在含组合软弱结构面岩质边坡动力稳定分析中的应用

由于地质构造作用,一处岩质边坡往往在几个软弱结构面的共同作用下发生失稳,其破坏形式与单一软弱结构面的破坏形式有较大差异,尤其是在地震的往复作用下,其稳定性分析十分复杂,需要合适的判据对其稳定状态进行判别。鉴于塑性应变能具有客观性强,能真实反映岩土体稳定性的特点,本文基于有限元软件ABAQUS 使用强度折减法建立某一实际水利工程含组合软弱结构面岩质边坡震后塑性应变能与折减系数的关系曲线,以震后塑性应变能突变为失稳判别准则对边坡在地震作用下的稳定性进行了分析,并将计算结果与常用特征点位移突变、塑性区贯通判据结果进行对比。结果表明：塑性应变能突变判据与特征点位移突变、塑性区贯通判据得到的结果相近,准确性有保证,且不受观测点选取等主观因素影响,得到的结果唯一,是在分析含组合软弱结构面岩质边坡动力稳定性时的较优选择。     

黄土-砂岩二元结构路堑高边坡失稳机制模拟分析

在地质背景复杂的西北地区进行路堑开挖的工程中遇到了大量以上部为黄土层、下部为砂岩层的典型二元结构路堑高边坡。为确定黄土-砂岩二元结构路堑高边坡的失稳变形机制,依托兰永线高速公路K35+092段工程,利用有限元分析软件GEO-studio建立了黄土-砂岩二元结构路堑高边坡开挖全过程的数值模型。通过对边坡在分步开挖卸荷过程中的坡顶水平位移、竖向位移、深层水平位移、边坡稳定性安全系数变化,以及边坡在开挖状态下应变模拟结果的分析,对黄土-砂岩二元结构路堑高边坡的破坏特征以及失稳破坏机制进行了较为系统的研究。研究结果表明:黄土-砂岩二元结构路堑高边坡的结构特点、地层岩性决定了其失稳变形机制,在开挖卸荷过程中,坡顶水平位移不断增大,土体内塑性应变累积,边坡稳定性逐渐降低;黄土-砂岩二元结构路堑高边坡中的软弱夹层充当“滑动垫层”,起到“润滑”以及“弱化边界”的作用,是边坡潜在的不稳定因素之一;随着路堑边坡的刷方卸荷,上覆黄土坡体发生滑移破坏并对下伏砂岩坡体产生巨大的冲击力,而下伏坡体顺层剪出破坏产生的“联动作用”再次引发上覆坡体的滑塌下错,致使边坡整体失稳。为避免类似黄土-砂岩二元结构路堑高边坡失稳滑塌的发生,可采用框架预应力锚杆支护结构对边坡进行加固。     

基于离散单元法的锚固岩质边坡动力响应研究

采用离散元单法和动力时程法,应用UDEC程序,计算某水电站厂房后方顺层块状岩体边坡动力响应,计算结果表明:动力荷载作用下未支护岩质边坡的破坏可划分成:未滑动、缓慢发展、加速发展和破坏4个阶段;边坡在地震荷载下的破坏是一个累积的过程;锚杆单元的轴力响应曲线与该单元附近的岩体的相对位移时程曲线相关性很好,表明锚杆周边单元之间相对位移是导致锚杆发挥加固作用的原因之一。研究了锚杆轴力分布规律,并据此提出了边坡加固优化方案,该加固方案对相似工程具有参考意义。     

整体与局部强度折减法在边坡稳定分析中的对比研究

基于FLAC3D建立边坡数值模型,分别开展整体强度折减法和局部强度折减法两种方法对边坡稳定性的对比分析,研究两者在不同本构基础、边坡体是否含软弱结构层等因素对边坡的稳定安全系数和极限位移值的影响。研究结果表明:局部强度折减法相对于整体强度折减法更适应于边坡稳定性研究,本构模型的选择对研究边坡稳定性也有着一定影响;软弱结构层是边坡失稳的重要因素,两种强度折减法对含软弱结构层边坡的折减对象是软弱结构层,且所得到的安全系数和位移值基本一致。     

复杂水工边坡稳定性研究方法探讨

在天然边坡中进行开挖、建造水工建筑物等人类活动,扰动了边坡原有的稳定性,改变了边坡原有的结构,形成更为复杂的水工边坡。水工边坡的稳定性直接关系到水工建筑物的安全,甚至会影响水电工程的安全建设与正常运行。分别采用刚体极限平衡法和有限单元法,对某水电站调压井边坡进行了二维和三维稳定分析。研究结果表明:对于这类有竖井开挖的水工边坡,研究其稳定性时,需进行三维稳定分析;若对这类有竖井的边坡进行二维稳定分析时,应考虑剖面选取的位置,需要综合研究穿过竖井的剖面及竖井周围剖面边坡的稳定性,如果只选取穿过竖井的剖面,则其研究结果往往会与实际出现较大的偏差,使得实际稳定性较好的边坡得出不稳定的结论。研究成果可为此类复杂水工边坡的稳定性分析提供参考。     

高喷阻滑桩在大坝滑坡处理中的应用

小型水库普遍存在坝基清基不彻底,其主河床段有较厚的软弱土层,该土层易造成坝坡产生深层滑动.本文根据实际工程案例,对坝体上游坡出现的滑坡加固处理方案进行分析,除采用常用的坝脚压重提高坝坡稳定性外,另沿上游坝脚纵向布置双排高喷桩,套孔相连,桩体切断坝基软弱土层,避免坝基软弱土层向库区蠕动变形,达到满足坝坡稳定设计的要求.     

基于 MIDAS／GTS 的黄土边坡稳定性分析方法及应用

针对凉泉隧道出口处上部黄土的稳定性和是否需要削方减载的问题,利用M IDAS／GTS对可能存在潜在滑动面的高边坡进行数值模拟。建立边坡的二维数值模型,并对其计算分析,力求结果接近真实情况。再采用强度折减、极限平衡折线型滑动面和极限平衡圆弧型滑动面三种边坡强度分析理论,对二维边坡进行模拟,得到边坡的应力应变危险部位和潜在滑动面位置以及边坡整体稳定系数。由此确定边坡的剪出位置以及相对薄弱带,客观反映边坡稳定性,为工程治理提供依据和参考。     

基于非饱和土渗流和强度理论的三维边坡稳定分析

在边坡稳定分析中,进行三维稳定分析时通常都是采用饱和土强度理论,事实上地下水位以上的非饱和区的基质吸力会影响边坡稳定的安全系数,所以有必要基于非饱和土强度理论进行边坡稳定性分析。因此,基于非饱和土强度理论,并结合三维简化Bishop法思想推导了三维非饱和边坡稳定安全系数公式来评价边坡稳定性,并编制了相应的程序。最后,基于所提方法对嘶马河道岸坡的稳定性进行了评价,结果表明利用非饱和强度理论的岸坡安全性能比利用饱和强度理论的安全性有所提高,能更客观地对岸坡稳定进行评价。     

考虑土层边界不确定性的边坡稳定性概率分析

目前,边坡稳定性的概率分析多数只考虑了单层土质边坡中的土体参数空间变异性,而忽略了多层土质边坡中土层边界不确定的影响。为此,提出了同时考虑这两类因素的边坡概率分析方法,利用随机有限元法和克里金插值方法同时表征了土体参数空间变异性和土层边界不确定性并考虑了静力触探测试对土层边界不确定性的约束。以某二维边坡为例,对比分析了仅考虑土体参数空间变异性和同时考虑两类因素的情况。结果表明,土层边界不确定性的影响在边坡稳定性分析中不可忽视。详细分析了边界深度变异系数、边界深度相关长度、静力触探布置密度对边坡稳定性的具体影响,并指出静力触探布置的合理密度与边界深度相关长度息息相关。因此,在设计边坡时能否获取边界深度相关长度的信息,是优化设计费用的关键。     

引江济淮工程江淮分水岭软弱夹层对边坡稳定的影响

引江济淮工程江淮分水岭局部存在顺坡向缓倾角夹层,施工期部分深挖方河渠因开挖时间长,已经出现了局部滑坡,初步分析结果表明这与夹层岩土体在大变形条件下强度已接近残余状态有关。为了分析夹层对边坡稳定的影响,对滑坡渠段的原状地层进行了取样,分析了渠坡软弱夹层的强度特性,并结合实际工程断面开展边坡稳定分析,提出了处理措施建议。研究表明,本工程渠坡稳定性取决于渠坡软弱夹层的位置、倾向和力学指标,滑坡部位软弱夹层在大变形的持续作用下已处于残余强度状态,并引发了局部滑坡。为此,对本工程深挖方渠段应结合渠坡岩土的分层结构及强度特性,采用抗滑桩和锚固等支档措施进行加固,同时应做好渠坡排水。     

基于SVM-GA方法的软土复合地基边坡稳定预测模型研究及应用

含有软弱夹层边坡稳定的影响因素错综复杂,为较好地模拟其因素之间的非线性关系,快速建立高精度边坡安全稳定预测模型,采用Autobank软件中的软弱夹层标记来模拟软土层的非圆弧滑动破坏,对比分析不同工况下的圆弧滑面与非圆弧滑面搜索所得计算结果差异。以某河道工程实例,进行迎水坡坡比、平台宽度及高程、堤顶宽度因素的边坡稳定敏感性分析,提出一种具有小样本、非线性、快速搜索特点的SVM-GA边坡稳定性预测模型,对此类边坡进行稳定性预测分析。结果表明:不同的滑面搜索方式对施工期边坡稳定结果影响最大;迎水坡平台宽度及平台以下坡比因素对含软土边坡安全稳定性影响较大;采用SVM-GA优化搜索预测模型预测的安全系数与采用Autobank软件计算安全系数的误差值仅为0. 003 8,搜索时间仅用约0. 32 s,表明该优化模型预测精度较高。     

基于对数螺旋破坏机制的三维边坡稳定性分析

为研究三维边坡在对数螺旋破坏机制下的稳定性,基于极限分析上限法提出了非相关联流动法则下的速度场及安全系数的求解方法,可有效的解决相关联法则中摩擦角过大可能导致速度场不收敛的问题。基于Michalowski构建了考虑体积应变的均质三维边坡的对数螺旋线破坏机制,并利用MATLAB编制计算程序计算不同内摩擦角φ、不同边坡倾角β工况下边坡的稳定系数,分析内摩擦角、边坡倾角对稳定系数和破坏模式的影响规律,引入强度折减技术计算边坡安全系数,通过与Michalowski方法对比发现计算结果接近。研究结果表明:在三维边坡对数螺旋破坏机制下相对于一定宽度的边坡适用,且经过计算稳定系数符合规律。研究成果为边坡的设计计算提供参考。     

正交设计在含砂层边坡敏感性分析中的应用

由于边坡稳定性受内外多因素的影响,为了更全面分析各因素的变异性对边坡稳定的影响,采用多因素正交设计方法,对影响某堤防边坡稳定性的多因素进行了敏感性分析,并首次尝试选择是否有含砂层作为敏感因素之一。用极差法和方差法对其结果进行分析,各因素对边坡稳定性影响程度由高到低顺序为黏聚力、内摩擦角、水位、含砂层、重度。坡脚的含砂层对边坡稳定性有一定的影响,影响程度低于水位。