基于有限元强度折减法的降雨入渗基岩型边坡可靠度分析

边坡土体在自然状态下呈现出不确定性,内摩擦角和黏聚力表现为一定的变异性。为探究降雨入渗条件下边坡的稳定性和失效概率,结合强度折减法和二次响应面分析方法,建立了考虑内摩擦角和黏聚力变异性的概率分析模型。针对四川省阿坝州松潘县一基岩型层状边坡,探讨了内摩擦角和黏聚力的相关系数、变异系数以及降雨强度对该边坡失效概率的影响。结果表明:该边坡在天然条件下为中等危险状态;边坡失效概率与降雨持时及强度呈现正相关关系;当边坡失效概率小于50%时,变异系数越大,失效概率越大;当边坡失效概率大于50%时,变异系数越小,失效概率越大;黏聚力的变异性对边坡失效概率的影响小于内摩擦角的变异性。     

基于强度双折减理论的粉土边坡稳定性研究

通过标准直剪试验结果,分析干湿循环对粉土强度指标的影响,提出粉土强度随干湿循环次数变化的关系式以及符合粉土边坡实际强度变化的安全系数计算方法,在此基础上建立ANSYS边坡模型分析粉土边坡的稳定性。研究表明,随着干湿循环次数的增加,重塑粉土的强度指标黏聚力和内摩擦角是以不同速率进行折减的,黏聚力折减幅度达30%,内摩擦角折减了12%;双折减方法所得到的安全系数小于传统折减方法,说明传统折减方法的计算结果偏安全,强度双折减方法更加符合实际。     

基于ANSYS的边坡稳定性关键参数分析

基于ANSYS有限元分析,采用不同边坡综合安全系数进行数值模拟分析,即假定黏聚力和内摩擦角按不同折减系数进行强度折减,依据算例结果探讨黏聚力和内摩擦角对边坡安全系数计算的影响规律,结果表明:①黏聚力c与内摩擦角φ的折减系数之间不存在惟一确定的函数关系,且黏聚力的变化对岩质边坡的影响较小,内摩擦角φ对岩质边坡的稳定性影响较大;②通过假定黏聚力c和内摩擦角φ按某一比例进行强度折减的处理方法可以为提高边坡支护设计效率;内摩擦角φ值对边坡稳定性分析有较大影响,准确测量φ值对边坡稳定性设计与节约成本具有重要意义。结果可为实际工程的支护设计提供参考。     

冻融作用下多年冻土区路堑边坡稳定性评价

为阐明冻融作用对多年冻土区路堑边坡稳定性的影响，首先建立粉质黏土黏聚力、内摩擦角与冻融次数之间的定量关系，其次探索冻融作用对粉质黏土抗剪强度的影响机制。最后，建立考虑冻融界面强度参数变化的边坡安全运营预测模型。研究发现:随着冻融次数的增加，粉质黏土的抗剪强度、黏聚力和内摩擦角均呈现下降趋势，黏聚力对冻融作用相对更敏感。冻融15次后，边坡安全系数降幅达４7％。当边坡冻融影响深度从2．70ｍ增加至3．20ｍ时，边坡安全系数降低12％。基于室内、外冻融环境转换关系，将室内冻融试验数据直接应用于现场冻融条件下的边坡安全运营年限预测，为边坡稳定性定量化预测提供参考。     

边坡稳定性影响因素显著性分析

利用正交设计试验和方差分析方法,对影响陡边坡稳定性土体的内摩擦角、黏聚力和重度3个因素进行了对比分析。利用基于强度折减法的有限差分软件对各种水平下的边坡安全系数进行了分析求解,并对模拟结果进行方差分析。结果表明,土体内摩擦角对边坡安全系数影响最为显著,土体黏聚力对安全系数影响较小,土体重度对安全系数影响最小。     

基于粘塑性理论的不同降雨强度下土质边坡稳定性分析

以粘塑性理论为基础,利用VG非饱和理论和修正的M-C理论,采用有限元法对不同降雨强度下黏土、粉质黏土和粉土3种渗透性不同的非饱和土质边坡进行数值模拟,研究3种边坡在不同降雨强度下孔隙水压力和安全系数的变化规律。结果表明,在3种降雨强度下,粉土边坡孔隙水压力的增加大于黏土和粉质黏土边坡;降雨对黏土边坡的稳定性影响较小,安全系数基本维持在2.63左右,降雨前后相差0.02;在低降雨强度下,粉质黏土边坡安全系数随着降雨时长的增加下降速度最快,其次是粉土和黏土边坡。     

降雨条件下黄土边坡的稳定性分析

降雨是影响边坡稳定性的重要因素,雨水入渗使土体饱和度增大、含水量增加、抗剪强度下降,当降雨强度和持续时间超过临界值时,便导致边坡失稳。结合兰州某滑坡治理工程,根据降雨强度和持续时间计算边坡浅层土体在不同时刻的含水量,运用非饱和土抗剪强度理论,对降雨条件下的黄土边坡的稳定性进行了分析。结果表明:持续降雨条件下边坡的变形破坏主要是边坡土体含水量增加引起的;把含水量作为抗剪强度的主要控制指标,建立边坡土体的黏聚力和内摩擦角与降雨持续时间的关系,进行有限元模拟分析,得到边坡安全系数,可为持续降雨条件下黄土边坡的防护和失稳预测提供参考;传统的有限元强度折减法得到的安全系数不能准确反映边坡稳定性的强弱,只能说明边坡是否破坏。     

植物根系对边坡加固效应数值模拟研究

为了研究植草护坡固坡效应,通过有限元数值软件对有植物根系土体及边坡进行模拟,并计算得出能够运用于有根系边坡模型的土体材料抗剪强度参数,最后计算出对应因素下的有根系边坡模型安全系数,由计算结果得出:土体里有根系将会增加根-土复合体的抗剪强度,并且边坡中有根系护坡将会提高其安全系数;随着根系长度的增加,根-土复合体的黏聚力与内摩擦角均逐渐增加,对应边坡的安全系数也逐渐增大;随着土体里根系分布密度的增大,根-土复合体的黏聚力和内摩擦角也逐渐增大,其边坡模型的安全系数也相应增大;而根-土复合体中根系的倾斜角度只对其黏聚力有影响,对内摩擦角的大小不产生影响,而且随着根系倾斜角度的增加,根-土复合体的黏聚力逐渐降低,而对应边坡模型的安全系数也将逐渐减小。     

边坡坡面浅层加固稳定性分析及设计参数探讨

基于有限差分的强度折减法,探讨坡面浅层土体加固边坡的稳定性,并针对地基与边坡土质相同和采用岩石地基2种工况,综合分析边坡加固区宽度和土体黏聚力、加固区进入地基土深度和边坡几何参数等因素对稳定性和滑动面的影响。结果表明:当地基与边坡土质相同时,不同加固宽度下边坡安全系数随加固区土体黏聚力增加均呈先减少后增加的趋势,且当土体黏聚力达到临界值时安全系数趋于稳定;随着加固区土体黏聚力的增大,边坡由浅层滑动变成深层滑动并最终完全不通过加固区,通过将加固区适当深入地基土可以提高边坡安全系数;当采用岩石地基时,随加固区土体黏聚力增加,安全系数总体上呈现先减少后近似线性增加,相同几何尺寸和土质条件下边坡安全系数比地基与边坡土质相同时整体上提高了0.5~1倍,加固区土体黏聚力越大即抗剪强度越高时,边坡安全系数越高。     

基于冻融循环试验的季节性冻土区边坡稳定性分析

内蒙古包头地区属于典型的季节性冻土区,冻胀和融沉是冻土危害产生的主要原因,也是人们面临的重大难题。通过建立非饱和粉砂土黏聚力、内摩擦角与冻融循环参数之间的定量关系,探索冻融循环对粉砂土抗剪强度的影响规律。通过对不同含水率、不同干密度的土样进行不同次数的冻融循环分析并总结其变化规律,研究发现:不同干密度、不同含水率的土样,黏聚力都会随着冻融次数的增加不断减小;内摩擦角会随着冻融次数的增加逐渐趋于稳定,波动的幅度在5°之内;抗剪强度的变化趋势受黏聚力的影响较大。最后,用岩土工程软件进行有限元分析,利用折减系数法计算边坡的安全系数,以此为包头地区季节性冻土的研究提供更好的理论基础。     

基于灰色关联度的红黏土边坡稳定性因素敏感性分析

基于灰色关联分析理论,运用有限元强度折减法计算红黏土边坡稳定性安全系数,并通过计算和比较贵州地区红黏土边坡的黏聚力、内摩擦角、容重、弹性模量、泊松比、坡角、坡高等7个不相关因素对边坡安全系数的灰色关联度,进行了红黏土边坡稳定性敏感性分析。结果表明,内摩擦角的变化对红黏土边坡稳定性的影响最敏感,其次是黏聚力、坡高、泊松比、坡角、容重和弹性模量。研究成果可为贵州地区类似红黏土边坡的防护治理和设计提供重要参考。     

黄河下游堤防边坡多因素敏感性分析

采用多因素正交直观敏感性分析方法,对影响黄河下游堤防边坡稳定性的基本因素及其交互作用(黏聚力与内摩擦角的交互作用)进行了研究.结果表明:土体黏聚力和内摩擦角之间呈现负相关性,黏聚力和水位对堤防边坡稳定性的影响高度显著,内摩擦角的影响显著,容重的影响较小,在边坡稳定性分析中可以忽略黏聚力与内摩擦角的交互作用.     

考虑降雨入渗条件的植被边坡稳定性评价

为了研究降雨对植被边坡稳定性的影响,利用改进的Green-Ampt模型,在考虑植被水力作用和饱和区径流基础上,推导出了降雨入渗条件下植被边坡的湿润锋深度计算公式,并采用极限平衡法计算出了植被边坡不同潜在滑动面上的抗滑稳定安全系数,对多层非饱和土植被边坡稳定性进行分析评价。结果表明:考虑植被水力影响和饱和区径流的多层非饱和土植被边坡的入渗模型,更加实用,可更加准确地对降雨作用下植被边坡进行稳定性评价;湿润锋深度随着降雨的持续时间增加而增大,浸润锋经过土层交界处时出现突变现象,根系粉质砂土层的湿润锋深度增幅小于粉质砂土层的湿润锋深度增幅的1.5%~11.8%;4个潜在滑动面处的抗滑稳定安全系数在降雨早期随着降雨持续时间的增加而逐渐减小;粉质砂根土复合层的抗滑稳定安全系数比粉质砂土层的抗滑稳定安全系数提高了12.3%~35.5%;根土层与土层交界面处不易发生失稳破坏,而土层与土层交界面处的抗滑稳定安全系数会出现急剧变化,易发生失稳破坏。     

降雨入渗边坡非饱和渗流过程及稳定性变化研究

天然降雨和高坝泄洪雾化雨入渗对大坝下游边坡有两方面影响,一是升高含水率使土体重度增加,导致其下滑力增加;二是升高土体含水率,降低土抗剪强度和阻滑力。因此,降雨入渗引起的滑坡时有发生。对此设计了室内人工降雨物理模型试验,分析研究砂土质边坡降雨入渗情况下,边坡内部水分扩散过程和规律以及暂态饱和区扩展过程,计算各入渗时刻边坡的安全系数,分析入渗发展对边坡稳定性变化过程及其特征的影响。试验分析结果表明:降雨入渗率先在边坡表面形成暂态饱和区,随着降雨持续,暂态饱和区逐渐扩大;雨强越大,降雨期间形成的暂态饱和区越大,边坡稳定安全系数的降幅就越大;试验得到了降雨入渗深度随降雨历时和强度变化的经验式。增大降雨强度会使试验砂土的含水率更接近于饱和含水率,但无法使砂土完全饱和。降雨入渗对边坡稳定性的影响不仅仅发生在降雨过程中,降雨停止后,水分入渗过程延续,边坡稳定性持续降低,水分入渗在一定的延后时间内继续威胁边坡安全。雨强为144 mm/h条件下边坡稳定安全系数在6 h时降到了最小值1.196,最大降幅达38.2%。     

岩质边坡稳定坡角影响因素及其确定方法

目前研究岩质高边坡稳定性的方法很多,但研究边坡开挖后稳定性及边坡坡角与结构面倾角的关系却较少,且多运用数值分析方法确定岩质高边坡的稳定性,很少用解析解的方法。基于块体的极限平衡理论,岩质高边坡发生整体破坏,其滑移面为顺层直面,推导出岩质高边坡受结构面控制的最小安全系数解析解。分析解析表达式中各个参数对确定影响边坡稳定性的敏感性因素,表明受结构面影响的岩质高边坡安全系数与岩体的黏聚力、内摩擦角成线性正比关系,与岩体重度、边坡高度和边坡坡角成反比,随着结构面倾角的增加而呈先减后增的趋势,据此得出在既定的安全系数下岩质高边坡稳定坡角的解析解,分析得出受结构面控制的岩质边坡稳定坡角与黏聚力、内摩擦角、边坡坡高和安全系数等的关系曲线。通过对已有工程实例的计算分析,比较理论公式和数值模拟计算结果的差异,证明理论公式可以应用于实际工程之中。     

考虑含水率变化影响的红黏土边坡双强度折减法研究

针对双折减系数法分析红黏土型滑坡过程中的两个关键问题:(1)如何确定黏聚力和内摩擦角两个折减系数的比例关系;(2)如何通过两个不同的折减系数确定边坡的综合安全系数。考虑到含水率变化对红黏土黏聚力与内摩擦角的折减效应,提出一种基于含水率变化影响的双折减系数法。通过拟合含水率控制下红黏土黏聚力与内摩擦角衰弱曲线,设计对应配套折减方案,并以抗剪强度参数衰减的程度作为权重定义综合安全系数,表征边坡整体安全储备。借助FLAC 3D平台自编FISH折减程序,通过均质算例与实际边坡验证了方法的可行性。结果表明,该方法有效地解决了双折减系数法如何确定折减路径与折减比例的问题,计算综合安全系数较同步折减法更为合理,与极限平衡法相比误差更小。同时,为双折减系数法应用于边坡防治工程提供了一种新思路。     

裂隙膨胀土边坡模型降雨变形破坏过程数值分析

为研究多裂隙膨胀土边坡在降雨浸水作用下变形及滑动破坏特征,对裂隙膨胀土边坡在降雨浸水条件下滑坡的离心模型试验进行计算对比分析;并利用放大裂隙侧向水压力法近似模拟膨胀力的作用,分析探讨在不同降雨历时和降雨强度下,不同的膨胀土边坡裂隙的分布位置和深度、膨胀力的大小等对边坡的变形破坏过程及稳定安全系数变化的影响规律。结果表明:膨胀土边坡的破坏由坡脚开始,随着降雨历时的增加逐渐向坡顶发展,最终表现出坡脚膨胀隆起、坡顶塌陷的破坏特征。同时,膨胀力是分析膨胀土边坡稳定性问题不可忽略的因素,不考虑膨胀力时往往会高估膨胀土边坡的稳定性;膨胀土边坡的安全系数受降雨强度、降雨历时影响较大;坡中存在裂隙的膨胀土边坡比坡顶存在裂隙的膨胀土边坡更危险。     

SEEP/W与SLOPE/W耦合的边坡稳定分析

为更准确地分析降雨条件下边坡的稳定性,以大连变电站拟开挖边坡为实例,运用SEEP/W分析了不同持时和降雨强度条件下边坡内部孔隙水压力的变化规律。结果表明,降雨强度越大,空隙水压力上升越快;相同降雨量条件下,降雨强度越小,空隙水压力上升越大。随后将SEEP/W所得结果耦合到SLOPE/W中进行稳定性计算,计算结果表明降雨导致边坡安全系数下降;相同降雨量条件下,持时越长,安全系数越低。相应结果为利用SEEP/W和SLOPE/W耦合分析解决降雨条件下边坡稳定性问题提供了参考案例。     

傍山公路高边坡抗滑桩加固技术研究

以宁波奉化市浒溪线边坡“灿鸿”台风水毁治理工程为研究对象，通过建立多种抗滑桩加固边坡有限元模型，探讨了桩长、桩间距、桩截面等因素对边坡加固效果的影响；基于矢量和法推导了边坡安全系数的理论解析解，编写了求解矢量和法边坡安全系数的程序，研究了节理面性质对含节理边坡稳定性的影响规律。结果表明:桩长越长，加固效果越好，但桩长增加到一定长度时，加固效果增强不明显；桩间距越大，边坡加固效果越差；桩截面对边坡加固效果最为明显，随着桩截面增大，边坡安全系数明显提高；节理面黏聚力、内摩擦角参数越大，边坡安全系数越大。研究成果可为类似边坡工程的设计和施工提供参考。     

富水工况下公路高边坡稳定性数值模拟分析

采用FLAC3D有限元软件，构建雄信高速TJ2标软土路基换填路段红砂土高边坡的有限元模型，采用有限元强度折减法获取该边坡的稳定系数，模拟分析不同支护条件下富水高边坡失稳应力峰值。结果表明，无外部因素干扰的情况下，富水高边坡Y方向位移严重，稳定性差；富水高边坡内摩擦角和黏聚力越大，边坡稳定系数越高；枯水期富水高边坡稳定系数是1.54,涨水期是1.15,易出现滑坡灾害；在富水高边坡上采用抗滑桩支护的边坡位移始终低于允许位移量。