基于强度折减法的二元结构边坡潜在滑动面位置分析

边坡工程中,潜在滑动面位置与边坡支护、治理措施密切相关。为确定二元结构边坡潜在滑动面位置变化规律及影响因素,基于强度折减法重点研究了二元结构边坡底面与土层交界面相对位置、土层黏聚力c和内摩擦角φ的相对大小对边坡滑动面位置的影响。研究结果表明:当二元结构土体黏聚力c1、c2一定时,两层土体内摩擦角比值φ2/φ1存在临界值k,即当内摩擦角比值逐渐增大且超过该临界值时,二元结构边坡滑动面将由同时通过上下两层土体转变为仅通过上层土体;同时,内摩擦角临界值k随土体黏聚力比值c2/c1的增大而减小,说明二元地基两层土体抗剪强度比值大小能够改变潜在滑动面位置,对边坡稳定性产生较大影响。更多还原     

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。     

根系长度对边坡稳定性影响规律分析

为了深入分析植物根系的护坡机理,文中结合相关工程,通过MIDAS有限元软件研究了不同根系长度对根-土复合体抗剪强度的影响规律,基于计算结果建立根-土复合体加固边坡表层土体模型,探究不同根系长度对边坡位移场安全系数的演化规律。研究结果表明,根系加固土较素土体抗剪强度更高;随着根系长度增加,复合体的黏聚力有明显的提升,摩擦角的变化不大。在边坡表层设置根-土复合体可以控制边坡的位移,提高边坡稳定性。分析结果对植物护坡实际工程应用有一定指导意义。     

土水特征曲线对降雨条件下边坡稳定性影响分析

基于多孔介质饱和-非饱和渗流理论和非饱和土抗剪强度理论,采用极限平衡法与降雨渗流有限元相结合的方法,研究土水特征曲线对降雨边坡渗流场和稳定性的影响。采用不同的土水特征曲线对边坡渗流场和安全系数的计算影响较大,其影响程度随土体亲水性能的增加而增加,黏土类类边坡安全系数下降幅度为24.4%。安全系数的降低主要是由于边坡土体基质吸力的丧失而引起,同时,滑动体的形状也与基质吸力下降的情况有很大关系。黏土类类边坡在强降雨之初容易发生浅层破坏,随着降雨入渗的继续,滑动面由浅层转为深层。     

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。     

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。     

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。     

非饱和-饱和状态变化对土质边坡稳定性的影响研究

土质边坡在降雨条件下发生的破坏失稳与土体的非饱和-饱和状态变化存在必然的内在关联。考虑土质边坡的非饱和-饱和状态变化,以此建立非饱和土抗剪强度与基质吸力之间的函数关系,并结合基质吸力的理论分布规律,运用非饱和土边坡的稳定性分析方法研究边坡安全系数,分析土体由非饱和状态向饱和状态的转变过程中边坡安全系数的变化规律。结果表明,雨水入渗使得土体由非饱和状态向饱和状态进行转变;在坡脚处最先出现塑性区,并逐渐向坡顶发展,直至形成贯通塑性区而使土体破坏;土质边坡的滑移面由浅层滑移向深层滑移发展;结合不同的入渗深度下边坡的瞬态安全系数值的变化规律,能够量化计算边坡失稳的临界入渗深度值,为实际工程提供合理的判断依据。     

基于GA-BP算法的岩质边坡稳定性和加固效应预测模型及其应用研究

针对岩质边坡稳定性预测及加固效应具有的非线性和非明确性等特征,为了准确的预测稳定安全系数和加固效应,采用在实际工程中较为常见的二折线滑动面边坡概化模型,以边坡潜在滑块高度、上下滑动面倾角、坡面倾角、滑块面积,以及上下滑动面的黏聚力和摩擦系数作为影响因素,进行基于强度折减法的数值计算获得安全系数,得到足够数量的样本。然后利用遗传算法GA优化BP神经网络的权值和阈值,建立边坡稳定性的安全系数GA-BP预测模型,将其预测结果与标准BP神经网络进行对比分析。在此基础上,建立混凝土置换加固和锚索加固的方案优化方法。最后,将该方法应用于白鹤滩水电站泄洪洞出口边坡典型剖面在天然和开挖状态下的安全系数预测,并分别对混凝土置换加固和锚索加固进行了方案优化。结果表明:GA-BP神经网络模型精度更高,收敛速度更快,比使用标准BP网络模型的效果更优。研究成果对边坡稳定性评价和加固方案优化具有参考意义。     

复杂地质水库边坡滑动带的强度参数反演及其稳定性研究

复杂地质水库边坡因其覆盖层厚、地质岩土层多等特点一直成为边坡治理的难点。采用Morgenstern-Price法对长江中下游某水库复杂地质边坡滑动带强度参数进行反演,基于反演参数,分析蓄水深度、抗滑桩加固形式及开挖削坡减载等工况对边坡稳定性影响。研究结果表明:①该复杂地质水库边坡滑动带强度反演参数内摩擦角为10.4°,黏聚力为22 kPa,内摩擦角的敏感度要比黏聚力更高;②边坡稳定安全系数随着水库蓄水深度增加而降低;③设立抗滑桩对该边坡的安全加固作用没有显著效果,而开挖削坡对提高该边坡安全稳定作用效果明显,开挖削坡后的边坡安全系数达到1.262,处于安全稳定状态。研究成果可为复杂地质水库边坡的加固治理研究提供参考。     

背河坑塘水力条件对河道边坡稳定性的影响

靠近渠堤的坑塘是影响和危害河渠工程安全的严重隐患之一。以引江济淮工程中涉及坑塘和膨胀土的某一河道为例,运用GeoStudio软件建立了耦合渗流和稳定性分析的河道边坡计算模型,并对该边坡提出了相应的支护方案,分析了边坡支护前后的抗滑稳定性,并研究了填塘范围、坑塘水深及土体渗透性对边坡渗流和稳定性的影响。研究结果表明:按支护方案进行支护后,各种工况下的渠道边坡稳定性均满足规范要求;填塘处理能够显著降低坑塘渗流在坡面的出溢点高程、减小渗漏单宽流量,进而提升河道边坡的稳定性;不同河道水位工况下,坑塘水深对坑塘水分在边坡内渗流和边坡稳定性的影响均较小;膨胀土渗透系数越低,坑塘渗流在坡面的出溢点高程越低,渗漏单宽流量也越低,安全系数越高,膨胀土渗透性对坑塘水分在边坡内渗流和边坡稳定性的影响均十分显著。研究成果可为类似河道边坡的支护设计、填塘处理提供参考和借鉴。     

两种植物根分布特征及其对露天矿边坡表层的加固效果

为研究露天矿排土场边坡植物根的分布特征及加固效果,以海州露天矿西排土场为研究地点,以杠柳(灌木植物)和小蓬草(草本植物)为研究对象,每种植物选择5个样本,采用图片像素换算,确定不同深度(2、4、6、8、10、12和14 cm)土壤剖面上根面积比(RAR)分布;并采用拉力计测量两种植物根的抗拉力学特性;进一步通过纤维束模型计算,量化不同深度土壤剖面上根的附加黏聚力;并建立排土场理想边坡模型,研究两种植物根对边坡浅层稳定性的影响。研究结果表明,两种植物的RAR均值随着土壤剖面深度的增加而减小,每一个物种的RAR在不同深度土壤剖面存在显著性差异;两种植物根的抗拉力与根直径呈现幂律函数关系,且根直径相同时,小蓬草根的抗拉力高于杠柳;两种植物根附加黏聚力随深度的增加而减小,每一种植物根附加黏聚力在不同深度上存在显著性差异;RAR与根附加黏聚力随着根深度的增加,其数据离散性减小;两种植物根系对边坡起到明显的加固效果,杠柳和小蓬草根系加固后,安全系数分别提升了5.4%和9.0%。     

动态规划法在搜索加筋土坡最危险滑动面的应用

本文采用非线性有限元法计算加筋土坡的应力场和位移场，依据剪应力法定义的安全系数，应用动态规划法搜索土坡的最危险滑动面。根据计算结果，对比了加筋前后土坡应力场和位移场的变化，分析了加筋对土坡侧向位移和最危险滑动面的影响。指出因加筋材料承担了部分剪应力，约束了土体的侧向位移，从而减小了土中的水平应力，扩散了剪应力，增大了土坡的安全系数。同时，计算分析了加筋材料摆放位置不同时，对土坡抗滑能力的影响效果。提出当将加筋材料贯穿于土中塑性区时，加筋效果最明显。对于较弱地基的土坡，筋材放置在坡底，有利于坡身荷载在地基土中的应力扩散，对限制地基土的侧向位移，提高土坡的安全系数有明显的效果。     

考虑卸荷带和岩体软化特性的某桥址边坡稳定性研究

为了综合分析卸荷带以及凝灰岩泥化夹层对某桥址边坡稳定性的影响,通过不同岩体强度加权计算得到凝灰岩及其泥化带综合强度,结合现场勘察结果,对凝灰岩及其泥化夹层的分布取上限值、平均值和下限值并确定了卸荷带岩体强度参数。在对岩质边坡破坏模式分析的基础上计算了自然工况、地震工况、桥基荷载作用工况、桥基荷载和地震荷载共同作用工况四种不同条件下桥基所在典型边坡的稳定性状况。结果表明:自然工况和地震工况下,桥址边坡最危险滑面的剪入位置为前缘卸荷带,桥基荷载作用下边坡滑面剪入口移至中缘桥基所在位置;桥基荷载作用工况相较于自然状况,桥基处坡体稳定性降幅最大达到23％,最小安全系数为1．526,大于工程边坡稳定性规定的1．350,综合判断该桥址边坡稳定。     

植物根系吸水对边坡稳定性的影响

植物蒸腾作用导致根系吸水对边坡稳定性起着至关重要的作用。为了量化根系吸水的影响效果,采用有限元方法模拟了均布形、三角形、指数形、抛物线形4种植物根系的吸水作用,同时分析了根系形态、深度对于孔隙水压力分布的影响,并对边坡稳定性进行了定量计算。研究结果表明:随着根系吸水的不断进行,浅层孔隙水压力逐渐减小,基质吸力增大,非饱和土体剪切强度增加,边坡安全性逐渐提高;4种形态植物根系的孔隙水压力及安全系数比的包络线与根系分布形函数基本相同;指数形根系的地表孔隙水压力最小,安全系数比最大,对于边坡加固效果最明显;在根系总量一定时,植物根系深度越大,其影响范围(深度)相应增大,而对于地表根系土剪切强度增量的作用越小,相应边坡安全系数增量也越小。     

某路堑高边坡稳定性评价及优化设计

镇清高速回龙寨服务区Ｋ９＋７００左侧属于典型破碎顺层软岩路堑高边坡,由于坡体岩质复杂,出现坡顶变形开裂和小型浅层土质滑坡等问题,施工过程中面临整体滑坡风险,由此产生边坡下部开挖及加固问题。以此高边坡工程为研究对象,利用历史和现状地面勘察的方法定性分析了潜在安全问题以及关键技术难题,基于坡体目前临界稳定状态,结合现场地质调查及参数反分析方法综合确定了现有条件下的边坡岩土力学参数,结合实际情况设计３种开挖及加固方案,并基于数值模拟方法综合评价了该边坡的稳定性。主要结论:不施加加固措施直接开挖和按初始加固设计的两种情况均不满足边坡稳定性安全控制标准;通过不同开挖及加固方案的费效性对比,开挖方案２在保证稳定的基础上最经济,为最优开挖加固设计方案。     

断层力学与几何参数对岩质边坡稳定性的影响

采用FLAC^3D强度折减法并对比slide极限平衡法,分别研究断层破碎带岩土体的泊松比、抗拉强度、内聚力和内摩擦角等力学参数及断层的断距、厚度、倾角、相对临空面的距离等几何参数对岩质边坡破坏模式和稳定性的影响。结果表明:边坡的稳定性随内聚力的增大而增大,且基本不受泊松比和抗拉强度的影响,2种方法得出的内摩擦角对边坡的稳定性影响规律有所不同;断层的几何参数对边坡的破坏模式和稳定性有较大的影响,并且影响程度大于其力学参数的影响。