直线破坏模式下加筋边坡的地震稳定分析

以拟静力法的理论框架分析了土工合成材料加筋边坡直线破坏模式下的地震稳定性,整个计算过程采用极限分析的动力学理论,推导出的表达式能够容易地计算出地震荷载作用下为阻止边坡破坏所必需的加筋力和屈服加速度系数的闭合解。     

加筋土坡动态稳定性拟静力分析

 加筋土工结构被广泛采用的原因不仅是其具有良好的静力性能,且也在于出色的动力稳定性能,现有研究较少考虑竖向地震效应对加筋土坡动态稳定性的影响。基于塑性极限分析上限理论,假定不同的破坏面,同时考虑水平和竖向地震影响并结合不同加筋模式,采用拟静力分析方法推导一定加筋强度条件下的边坡临界高度和一定边坡高度条件下的临界加筋强度计算公式,并对所导公式采用序列二次规划法进行了优化计算,数值计算与分析表明：简单静态和动态条件下,该结果与现有研究成果有较好的一致性,可以证明该方法的正确性;水平和竖向地震、岩土材料强度特性、边坡倾斜度均对加筋土坡的动态稳定性有重要影响,特别当边坡较陡,岩土填筑材料质量较差和地震影响强度较大时,忽视竖向地震影响将会导致设计偏于不安全;最后针对工程实际,提出相应的工程建议。     

基于离心模型试验和断裂理论的加筋边坡合理布筋方式研究

利用离心模型试验研究了下部加密、中间加密 ,全断面均匀加密三种布筋方式的加筋边坡的坡面侧向位移及位移场等变形性态。结果表明 ,中间加密布筋是加筋边坡经济合理的布筋方式。结合离心模型的试验成果 ,用断裂理论分析和解释了加筋在边坡土体剪切破坏过程中的阻裂机理 ,素土边坡和不同布筋方式加筋边坡的变形破坏机理 ,加筋边坡与素土边坡滑动面形状不同的机理 ,以及中间加密布筋是加筋边坡合理布筋方式的机理 ,得出了边坡中下部H/ 3 H/ 2范围内加密布筋是加筋边坡最经济合理的布筋方案的结论     

地震边坡破坏机制及其破裂面的分析探讨

 地震作用下边坡破坏机制是边坡动力稳定性分析的前提,目前主要采用拟静力与动力有限元时程分析的方法进行分析,认为地震边坡破坏机制为剪切破坏,并以极限平衡法计算得到的剪切滑移面作为地震动力作用下的破裂面,而不考虑地震荷载作用下的拉破坏,从而使地震边坡稳定性分析失真。汶川地震边坡调研发现,滑坡上部多数发生拉破坏,甚至有些岩土体被抛出,这是一个很好的启示,为此,采用FLAC动力强度折减法,结合具有拉和剪切破坏分析功能的FLAC3D软件对地震边坡破坏机制进行数值分析。计算表明,地震边坡的破坏由边坡潜在破裂区上部拉破坏与下部剪切破坏共同组成,而不是剪切滑移破坏,通过多种途径给出地震边坡破裂面位置的确定方法,为边坡动力稳定性分析提供更加准确的基础。     

某加筋碎石土边坡变形破坏模式分析

通过某加筋碎石土边坡的工程实例,现场踏勘初步分析其变形破坏的主要原因,判断其可能的几种破坏模式;采用野外钻探、原位试验及室内土工试验等手段获取边坡各岩土层的物理力学指标,利用Geo-Studio软件建立二维地质模型,并进行边坡渗流和边坡稳定性计算。从正常工况和最不利工况两个角度来验证该边坡产生变形破坏的原因及模式,最后得出结论,并预测未来边坡变性破坏的发展趋势,以期为同类型加筋碎石土边坡的设计和施工提供一些参考。     

加筋砂土边坡渐进性变形破坏的数值分析

利用非线性弹塑性有限元方法对加筋砂土边坡的模型试验从加载开始到破坏的全过程进行数值分析,并与无加筋砂土边坡的状况进行比较.为研究边坡的面板效应,对带面板的加筋砂土边坡的变形破坏进行弹塑性有限元分析.在有限元分析中,砂土的本构关系选用应变硬化软化弹塑性模型,该模型可以考虑砂土的应变局部化、强度的各向异性以及应力水平相关等特性.结果表明,建议的非线性弹塑性有限元分析可以较好地模拟加筋砂土边坡的局部应力-应变分布以及剪切带发生、发展状况,有助于定量化地把握加筋砂土边坡的渐进性变形破坏特点以及加筋条带的加固机制和边坡的面板效应.     

土工格栅加筋边坡优化设计研究

基于加筋材料的拉拔试验结果和极限平衡理论,针对具体边坡工程进行了不同加筋方案的计算与分析,对比了计算模型和设计方法的适用性,给出了满足边坡稳定条件的最佳设计方案。计算结果表明:采用改进瑞典法或荷兰法的计算结果相近且较原瑞典法有明显的提高,更能体现加筋效果;地震效应和地下水对加筋结构有较大影响;水利法应用于稳定地基上加筋边坡目的性强,能获得满足稳定性条件的合理布筋量;当地下水位较高时,筋材宜通铺。双层加筋效果较单层加筋有明显提高,但并非后者的简单叠加。单层加筋时,铺设位置对于边坡稳定性的影响有限,若铺设于坡身更能减少布筋量,降低造价。对比分析还表明,无论采用何种加筋方式,加筋前后的最危险滑弧位置均会发生改变,后者会向边坡中心和地基深处发展,对于提高其稳定性有明显作用。     

条形荷载下加筋土边坡破坏机制的数值模拟

为了克服模型的尺寸效用,获得加筋与不加筋边坡在条形荷载下的各种性状参数和边坡的破坏机制,建立用于分析和模拟3个大型室内足尺加筋与不加筋边坡破坏机制的数值计算模型。边坡回填材料采用级配较差的粗砂,土体的非线性弹性响应采用Duncan-Chang双曲线模型E-B模式加以描述,破坏准则采用Mohr-Coulomb屈服准则,并采用与屈服条件不相关联的流动法则。加筋材料采用两节点的弹塑性锚索结构单元进行模拟,并采用无厚度的弹簧-滑动系统来模拟筋土之间的相互作用和相对运动。数值计算采用基于有限差分的连续介质快速拉格朗日分析方法(FLAC),分别对与破坏面位置和形态密切相关的节点位移速度向量、塑性区和剪应变速率分布3个参数进行了计算,获得了3个边坡在条形极限荷载下的双楔体破坏机制和极限承载力,与试验结果吻合较好,验证了模型的可行性。在此基础上,对不同的条形荷载位置及不同填土材料强度下边坡破坏机制进行了数值模拟和分析。研究结果表明,无论加筋与不加筋边坡,当条形荷载位置距坡肩的距离减小时,边坡破坏面形态由双楔体过渡到圆弧形;当填土材料强度降低时,破裂面形态转化为圆弧形或对数螺线形。     

地震引起的边坡灾害风险分析实用技术

 提出和讨论在由地震引起的边坡灾害风险分析中的一些实用技术和方法,给出频度分析和影响分析中的具体步骤。为使蒙特卡罗(Monte Carlo)模拟法更加容易和更加有效,首次提出“临界线”这一新的概念。在计算边坡破坏概率时,只要求计算模型的“临界线”,不用对每一个随机采样点进行安全分析。在评价边坡破坏后可能引起的经济损失影响分析中,关键在于如何正确估计从边坡流下的土石运动速度、到达范围及堆积形状等数据。提出用DDA模拟来解决这一问题,因为DDA模拟不仅可以计算复杂边坡模型的破坏概率,而且可以得到该边坡破坏后从边坡流下的土石运动特性。对一些已破坏边坡的DDA模拟结果表明,计算出的土石运动特性与实际结果基本吻合。因此,提出的方法可适用于地震引起的边坡灾害风险分析。     

地震载荷作用下岩质边坡应力状态调整与破坏规律分析

地震载荷导致岩质边坡内部应力状态调整,引发溃崩、抛射等多种破坏形式。通过对静态与地震载荷作用下岩质边坡内部单元体及结构面应力状态分析,研究了边坡内部应力状态调整规律。以岩石抗拉强度准则和摩尔-库伦强度准则为判据,推导出用于描述完整岩石和含结构面岩体破坏规律的公式。结合地震动力学理论,得到了边坡在地震作用下坡肩拉破坏与坡脚剪破坏的破坏机制,讨论了含结构面边坡的启滑条件与动态滑移过程。地震载荷施加于单元体上的附加应力正负交替,主平面轴动态旋转,边坡不同部位岩体出现拉、压不同的应力状态,破坏形式具有成层性,地震载荷扩大了诱发滑坡的结构面倾角范围。实例分析表明,应力状态分析方法能较好地反映边坡震害演化过程,为边坡震害分析与防治提供新思路。     

土体含水率对边坡动力破坏模式及动力响应影响的振动台试验研究

正确认识地震作用下边坡的破坏模式及动力响应特征可以为边坡抗震设计提供理论指导。为了探讨边坡土体含水率的变化对边坡破坏模式及动力响应的影响,针对该问题展了室内振动台模型试验,分析了不同含水率边坡失稳破坏的物理过程,以及在地震荷载作用下边坡动力响应规律。试验结果表明土体含水率对边坡破坏模式有较大影响,含水率6.8%和10%的砂土边坡分别表现为震裂–溃滑型和震裂–溃散型滑坡破坏形式,含水率18.1%和24.6%的黏土边坡分别表现为震裂–溃散性和震裂–蠕滑型滑坡破坏形式;在参数考虑的范围内含水率较大的边坡比含水率较小的边坡更稳定;在水平动力载荷作用下,边坡表面的土体位移变化规律能够反应出边坡失稳破坏特征;对于该文讨论的砂土和黏土边坡而言,含水率大的边坡加速度放大效应弱于含水率小的边坡;从土体阻尼角度解释了含水率变化对边坡失稳影响的机理。     

Failure behavior and mechanism of slopes reinforced using soil nail wall under various loading conditions

Soil–nailing technology is widely applied in practice for reinforcing slopes. A series of centrifuge model tests was conducted on slopes reinforced with a soil nail wall under three types of loading conditions. The behavior and mechanism of failure process of the reinforced slopes were studied using image-based observation and displacement measurements for the slope, nails, and cement layer. The nailing significantly increased the stability level and restricted the tension cracks of the slopes. Increasing the nail length improved the stability of the reinforced slopes with deeper slip surfaces. The reinforced slope exhibited a significant failure process, in which slope slippage failure and cement layer fracture occurred in conjunction with a coupling effect. The deformation localization was induced by the loading within the slope and ultimately developed into a slip surface. The nailing reinforced the slope by significantly delaying the occurrence of the deformation localization within the slope. The failure of nails was recognized as a combination of pull-out failure and bend deformation. The loading conditions were shown to have a significant effect on slope deformation and nail deflection, and they consequently influenced the failure behavior and its formation sequence.     

中巴喀喇昆仑公路顺层岩质边坡受力分析

为了深入研究中巴喀喇昆仑公路洪扎河以北地段的顺层岩质边坡弯曲失稳机制,采用材料力学压杆稳定及刚性体平衡原理,在D.S.Cavers的基础上考虑地震力作用,分析得到岩质边坡的三种弯曲模型(平面边坡的柔性弯曲、平面边坡的三铰梁模型、曲线边坡的三绞铰模型)的失稳公式,将地震与非地震作用下平面边坡的柔性弯曲进行对比分析。研究结果表明:当内摩擦角φ_j处于0°~15°范围时,若水平地震加速度方向与岩体弯曲方向相反,平面边坡柔性弯曲模型在地震作用下不易发生弯曲变形;若水平地震加速度方向与岩体弯曲方向一致,地震作用下平面边坡柔性弯曲模型的临界状态总长度l总比非地震作用下的l小,平面边坡在此方向的地震作用下更易发生柔性弯曲变形。     

Simplified method for analyzing soil slope deformation under cyclic loading

Reasonable assessment of slope deformation under cyclic loading is of great significance for securing the safety of slopes. The observations of centrifuge model tests are analyzed on the slope deformation behavior under cyclic loading conditions. The potential slip surface is the key for slope failure and follows two rules: (i) the relative horizontal displacement along the potential slip surface is invariable at an elevation, and (ii) the soil along the slip surface exhibits the same degradation pattern. These rules are effective regardless of the location of the potential slip surface throughout the entire deformation process of a homogeneous slope, ranging from the initial deformation stage to the failure process and to the post-failure stage. A new, simplified method is proposed by deriving the displacement compatibility equation and unified degradation equation according to the fundamental rules. The method has few parameters that can be determined through traditional element tests. The predictions from the proposed method agree with the centrifuge test results with vertical loading and shaking table loading. This result confirms that the proposed method is effective in predicting the full deformation process of slopes under different cyclic loading conditions.     

Shaking table tests on gravel slopes reinforced by concrete canvas

The behaviour and performance of different reinforced slopes during earthquake loading were investigated through a series of shaking table tests. Concrete-canvas and composite reinforcement (geogrid attached to concrete-canvas) were proposed for reinforcing slopes. By considering the effects of different reinforcement methods, the seismic responses of the reinforced slopes were analysed, along with the accelerations, crest settlements, and lateral displacements. The failure patterns of different model slopes were compared using white coral sand marks placed at designated elevations to monitor the internal slide of the reinforced slopes. Both the concrete-canvas and composite reinforcement could increase the safety distance, which ranged from the slide-out point to the back of the model box. The composite reinforcement decreased the volume of the landslide and increased the failure surface angle as a result of the larger global stiffness in the reinforced zone. These results indicate that the recently developed concrete canvas has a better effect on restricting the slope deformation during seismic loading than the nonwoven geotextile reinforcement, and that the use of composite reinforcement could improve the seismic resistance of slopes.     

高频次微小地震下顺倾软硬互层边坡动力稳定性研究

三峡库区(TGR)自蓄水以来微震活动加剧、强度增大,频发微震会对库区边坡产生一定影响。采用振动台模型试验和UDEC数值模拟方法,对库区顺倾软硬互层边坡在不断微、小地震作用下的破坏失稳演化过程及动力稳定性进行了研究。研究成果如下:在不断地震作用后,边坡自振频率下降、阻尼比上升,自振频率下降的速度随加载次数和加载幅值的增加而增大;在不同加载阶段,边坡坡面PGA放大系数不断降低,动力响应呈现减弱趋势;弱层成为顺倾软硬互层边坡变形破坏的优势区域;边坡的破坏失稳演化过程为分段式的滑移破坏过程,上部软、硬层滑落后,剩余滑体沿着由上部弱层剪切裂缝、中部硬层次级节理拉裂缝和下部弱层剪切裂缝贯通形成的滑移面滑移破坏;UDEC数值模拟表明顺倾软硬互层边坡的累积永久位移随微震作用次数的增加而增加,稳定性系数则呈现递减趋势。研究成果对库区滑坡形成机制的认识和减灾、防灾有一定的价值。     

地震作用下锚固土质边坡稳定性解析

极限分析上限方法在边坡地震稳定性评价中受到了广泛关注,但已有研究成果均针对某一类具体边坡,获得的解析解往往不具有普遍适用性。以上限定理为基础,基于组合对数螺线的旋转破坏机制,采用拟静力法,推导了具有任意坡面几何特征、任意土层分布和多排锚加固的复杂边坡外功率与内能耗散率平衡方程。在此基础上,结合强度折减技术和最优化方法,提出了地震作用下多排锚加固复杂边坡的稳定性安全系数和屈服加速度系数解析式,并结合Newmark法求解了边坡的永久位移,发展了锚固土质边坡地震稳定性的通用极限分析上限方法。通过典型算例验证与对比分析,表明本文方法具有较高的精度和广泛的适用性,最后将这一方法应用于实际工程。     

管网渗流系统对含碎石粘性土边坡的稳定作用

坡脚开挖或坡面堆载时,含碎石粘性土边坡经常发生滑坡。此类滑坡的发生机理不仅与边坡力学条件的改变有关,还与水文地质条件的改变有关。在含碎石粘性土边坡中常常发育有地下水管网渗流系统,它对控制坡体地下水位上升有重要的作用,是保持边坡稳定的重要因素。当坡脚开挖或坡面堆载引起坡体局部破坏时,原有的地下水管网渗流系统可能遭到破坏,从而导致坡体地下水位明显上升而产生滑坡。通过滑坡地质调查和稳定性计算分析,揭示了管网渗流系统的发育特点及其对边坡稳定性的影响,并通过物理模型试验再现了地下水管网渗流系统的形成过程及其对边坡渗透性的作用。     

现今斜坡工程安全设计理论的根本缺陷与灾难后果

滑坡及其灾难在世界各地、经现代岩土工程设计施工的斜坡中不断地发生。论文提出、分析和论证了造成工程斜坡滑坡的一个本质原因。它就是现代斜坡工程安全设计理论存在根本缺陷。这个缺陷表现在3个方面。第一,土体抗剪强度参数（有效黏聚力和有效内摩擦角）在斜坡安全设计中假定为常数,不随土体孔隙和含水率的增大而减低到零,孔隙水对土体剪切强度的影响仅体现在孔隙水压强对有效应力的影响。第二,经典岩土力学理论（特别是有效应力原理和排水固结理论）仅能预测外部加载产生土体压剪、孔隙率减小、土体强度增大的岩土稳定工况过程。它们不适用于外部卸载造成土体拉张、孔隙率增大、土体强度减少的岩土破垮工况过程。第三,斜坡安全系数是土体抗剪强度与施加剪切应力的比值。由于土体强度本值（品质）很低,加固工程增加这个比值安全系数达到设计最小值时所能够提供的强度本质（品质）增加量也就不高。斜坡工程岩土体的强度和品质没有得到能够防治岩土体拉张变形和滑垮的根本改善和增强。从而,工程人员必须精心全力地确保低品质斜坡工程岩土不破垮和滑塌。可是,又由于工程斜坡众多和它们的降雨、场地和环境变化较大,上述3个方面现代斜坡工程安全设计理论的根本缺陷可以导致：达到安全设计标准的工程斜坡,在施工和营运过程中,能够发生滑垮、产生灾难后果。本论文特别认为,经典岩土力学理论是仅适用于完全压剪的,应称为压剪岩土力学理论。提出了应该建立既适用压剪又适用拉剪的、新的土力学理论和防抗岩土灾害设计方法。