边坡侧向荷载计算方法讨论

《建筑边坡支护技术规范》(GB 50330—2013)采用了极限状态设计法来计算直线滑动模式下的边坡侧向岩土荷载,首先根据库伦土压力原理来计算滑体的剩余下滑力标准值,然后再乘以一个安全系数进行支护结构设计。这种设计方法不满足边坡工程的稳定安全系数设计要求,会造成边坡稳定安全系数为1.0时得到的侧向岩石压力为0。笔者以考虑稳定安全系数的锚杆锚固力计算为例,指出基于强度折减安全系数的侧向岩土荷载计算方法能满足边坡工程的稳定安全系数设计标准,使得支护后的边坡的稳定系数正好是设计安全系数。由此,提出了一个实用计算方法,即仍可采用《建筑边坡支护技术规范》(GB 50330—2013)第6章的计算公式,只是需要对滑面岩体强度c和tan φ按稳定安全系数设计标准进行折减,然后将折减后的参数代入公式计算边坡侧向岩土荷载设计值。     

考虑岩土体力学特性自然劣化规律的双折减系数强度折减法研究

强度折减法为边坡稳定分析提供了较好的思路,在传统的强度折减法中,对边坡岩土体的黏聚力和内摩擦角采用相同的折减系数,但岩土体力学参数在劣化过程中有其自然规律,不一定是同步折减的,也就是说同步折减的思路不一定满足岩土体参数本身的劣化规律。基于此,以黏性土边坡为研究对象,以含水率变化导致其力学参数劣化规律为例,收集整理了大量试验资料,分析得到了含水率变化情况下黏性土的黏聚力和内摩擦角劣化统计规律,并基于此提出了一种考虑岩土体力学参数自然劣化规律的双折减系数强度折减法和综合安全系数计算方法。标准边坡和实例边坡的计算结果表明,所提出的双折减系数强度折减法可以较好地反映边坡的实际安全稳定情况。     

用有限元强度折减法求边坡稳定安全系数

利用有限单元法 ,通过强度折减来求边坡稳定安全系数。通过强度折减 ,使系统达到不稳定状态时 ,有限元计算将不收敛 ,此时的折减系数就是安全系数。安全系数的大小与所采用的屈服准则有关 ,本文对几种常用的屈服准则进行了比较 ,导出了各种准则互相代换的关系 ,并采用莫尔 -库仑等面积圆屈服准则代替莫尔 -库仑准则 ,算例表明由此求得的边坡稳定安全系数与传统方法的计算结果十分接近     

基于ANSYS的边坡稳定性强度折减有限元分析

介绍了一种基于有限元强度折减法的边坡稳定性分析方法,讨论了该方法的基本原理、安全系数的物理意义、屈服准则和流动法则的选用及边坡破坏的判据等。算例通过不断折减边坡强度参数,代入有限元程序进行边坡稳定性计算,直至计算不收敛时的折减系数即为边坡的安全系数。结果表明：随着折减系数的不断增大并达到某一数值时,边坡内塑性应变自坡底向坡顶逐渐贯通,边坡达到极限状态,此时的折减系数即为安全系数,有限元强度折减法对边坡稳定性分析具有良好的适用性。     

有限元重力加载比例法与强度折减法对比研究

针对强度折减法在边坡安全系数分析中的不足以及应用范围的局限性,建议采用基于改变重力加速度的重力加载比例法,同时指出超载储备安全系数相当于折减黏聚力c值的强度储备安全系数的结论不能成立.计算分析表明,当坡角大于60°时,两方法在一定程度上可相互换用.当坡角小于45°时,对单层岩土高边坡计算深度过大时,两种方法均不宜采用;对两层岩土边坡而言,重力加载比例法计算的边坡安全系数随坡角增加而递减的速率要远大于强度折减法;对三层岩土边坡而言,重力加载比例法的分析结论比强度折减法的更符合工程实际.此外,重力加载比例法在保留了有限元强度折减法不需要假定滑动面优点的基础上极大的简化了计算过程,在计算耗时上仅为强度折减法的3/10～1/7,并且随着岩层层数的增加,该效率还有上升的趋势.     

强度折减有限元法研究开挖边坡的稳定性

用强度折减有限元方法对开挖边坡的稳定性进行了较为全面的研究。分析结果表明 :当折减系数达到某一数值时 ,边坡内一定幅值的广义剪应变自坡底向坡顶贯通 ,认为边坡破坏 ,定义此前的折减系数为安全系数 ;和强度指标相比 ,弹性模量、泊松比、剪胀角和侧压力系数对边坡的安全系数影响不大 ;开挖边坡和天然边坡具有相似的破坏形式 ,表明强度折减有限元方法适用于开挖边坡的稳定性分析。最后指出 ,强度折减有限元法具有广泛的适用性和良好的应用前景     

基于动态和整体强度折减法的边坡稳定性分析

 基于强度折减法的边坡稳定性评价只能获得静态单一的安全系数。为获得边坡渐进失稳过程中的稳定性状况,提出基于动态和整体强度折减法的边坡动态稳定性评价方法,利用动态强度折减法搜索出渐进扩展的滑动面,并结合整体强度折减法计算安全系数的优势,在边坡渐进失稳过程中计算动态安全系数,从而实现对边坡失稳全过程的分析和调控。首先,利用动态强度折减法确定出一系列扩展的滑动面,然后,在每一步折减中降低滑动面的强度参数,随后采用整体强度折减法计算此刻的安全系数。最后进行滑动面扩展–安全系数的对应分析,根据安全系数的动态变化规律对边坡进行稳定性评价和支护。两实例计算表明,动态强度折减法获得的滑动面与实际监测数据相吻合,合理反映边坡(滑坡)的变形破坏特征。利用动态和整体强度折减法的各自优势,获得边坡渐进失稳过程中的一系列动态安全系数,更利于边坡的稳定性判断及支护措施建议。相比于极限平衡法,动态强度折减法也更适合于非均质边坡的稳定性评价,能搜索出正确的潜在滑动面。     

地下洞室群整体安全系数计算方法与工程应用

为解决大型地下洞室群整体稳定安全系数量化这一难题,吸取超载系数法和强度折减法评价边坡稳定的技术优点,提出了基于两种方法评价地下洞室群整体稳定安全系数的计算方法和评价指标。超载系数法不受岩土体力学本构模型的限制,可以通过放大数值模型某一个方向上的荷载来进行不同超载水平下的洞室稳定及安全系数分析;强度折减法一般基于Mohr-Coulomb等理想弹塑性的力学假定,通过不断折减岩土体的强度指标来计算得到洞室安全系数。地下洞室群稳定评价指标采用最大剪切应变增量是否贯通、变形速率是否收敛、锚索伸长率是否超设计标准等特征综合判断。超载系数法和强度折减法在以色列Kokhav Hayarden抽水蓄能电站地下厂房洞室群整体稳定安全系数分析的工程应用实例表明,洞室群整体稳定安全系数可以通过两种方法快速获得,并能考虑支护锚索的安全度特征。可为大型地下洞室群整体稳定安全系数求解和支护设计提供参考。     

基于动态和整体强度折减法的边坡稳定性分析

基于强度折减法的边坡稳定性评价只能获得静态单一的安全系数。为获得边坡渐进失稳过程中的稳定性状况,提出基于动态和整体强度折减法的边坡动态稳定性评价方法,利用动态强度折减法搜索出渐进扩展的滑动面,并结合整体强度折减法计算安全系数的优势,在边坡渐进失稳过程中计算动态安全系数,从而实现对边坡失稳全过程的分析和调控。首先,利用动态强度折减法确定出一系列扩展的滑动面,然后,在每一步折减中降低滑动面的强度参数,随后采用整体强度折减法计算此刻的安全系数。最后进行滑动面扩展–安全系数的对应分析,根据安全系数的动态变化规律对边坡进行稳定性评价和支护。两实例计算表明,动态强度折减法获得的滑动面与实际监测数据相吻合,合理反映边坡(滑坡)的变形破坏特征。利用动态和整体强度折减法的各自优势,获得边坡渐进失稳过程中的一系列动态安全系数,更利于边坡的稳定性判断及支护措施建议。相比于极限平衡法,动态强度折减法也更适合于非均质边坡的稳定性评价,能搜索出正确的潜在滑动面。     

用有限元强度折减法求滑(边)坡支挡结构的内力

滑(边)坡体的破坏属于破坏力学范畴，当滑面上每点都达到极限应力和极限应变状态时，材料进入破坏，此时岩土体抗剪强度得到充分发挥，这就是破坏力学中的破坏准则。通常当有支挡结构与岩土介质共同作用时，滑面上土体一般不处于极限平衡状态，而可能处于弹性平衡或者局部塑性极限平衡状态。这种受力状态不足设计情况下的受力状态。多年来，岩土工程设计一直采用极限状态设计方法，即传统方法中计算得到的支挡结构上的岩土侧压力是在坡体整体破坏且岩土体强度充分发挥时的岩土侧压力，也就是土体处于极限平衡状态且支挡结构有充分位移时作用在支挡结构上的岩土压力，按此设计既能保证坡体安全，又能最大限度地节省经费。因此，采用有限元强度折减法来考虑岩土介质与支挡结构的共同作用时也应遵循这一原则，即要求作用在支挡结构上的岩土侧压力与传统方法计算得到的岩土侧压力大体相当，在此条件下根据岩土介质与支挡结构的共同作用米确定支挡结构的内力。按照此原则，采用有限元强度折减法，不但得到了滑坡推力的大小和分布，而且通过有限元桩-土共同作用模型计算得到了抗滑桩的弯矩和剪力，并与传统方法进行了比较。算例表明采用有限元强度折减法来计算抗滑桩的内力是可行的，该方法增火了支挡结构设计的可靠性和经济性。     

边(滑)坡工程设计中安全系数的讨论

不同的安全系数定义会引起计算得到的边（滑）坡安全系数与作用在抗滑桩上推力设计值的不同，造成边（滑）坡设计的混乱，因而有必要对边（滑）坡安全系数作出统一的定义。探讨几种不同安全系数定义形式，不同的安全系数定义对安全系数的数值与滑坡推力设计值都是不同的，指出按照传统的计算方法与目前国际上采用的边（滑）坡安全系数的定义，采用强度储备安全系数是较合理的，也符合边（滑）坡破坏的实际情况，因此建议一般情况下采用强度储备安全系数作为边（滑）坡的安全系数，在特殊情况下，采用超载储备安全系数更能符合设计情况。下滑力超载安全系数不符合工程实际，因为随着荷载的增大，抗滑力也会增大，实际上不会出现这种情况，不宜采用。     

关于有限元边坡稳定性分析中安全系数的定义问题

在边坡稳定性分析的极限平衡法中存在3种安全系数的定义:定义1将安全系数定义为剪切强度比剪应力;定义2将安全系数定义为强度储备系数,当土体抗剪强度除以安全系数后,边坡将处于临界平衡状态;定义3将安全系数定义为沿某一特定滑面的抗滑力比滑动力。讨论了定义3与定义1之间的关系,给出了在进行有限元边坡稳定性分析时确定对应于定义3和定义2的临界滑面的统一算法,最后通过算例证明了一般情况下基于定义3所求得的安全系数和临界滑面不同于基于定义2所求得的结果,同时指出基于定义3的计算结果会表现出一些不合理的现象。     

一种分析小桩距抗滑桩加固边坡稳定的新方法

讨论了基于塑性变形理论的桩侧极限侧压力计算公式的适用条件,发现当桩距较小时塑性变形理论不适用,由此分析出实际抗滑力与土坡位移有关,即与边坡稳定安全系数有关。建立了小桩距抗滑桩的侧压力计算公式,结合极限平衡条分法推导了小桩距抗滑桩加固边坡时安全系数的计算公式。结合某泵站工程边坡不同的设桩方案进行了计算,研究结果表明,利用抗滑桩加固边坡时,当桩距较小时采用本文的方法进行分析是合理的。     

边坡稳定分析的一些进展

本文介绍近年在用极限平衡法与有限单元法 ,分析边坡稳定性方面的一些进展 ,在基于极限平衡的解析法上 ,我们导出了多阶斜坡的稳定安全系数与滑裂面角度的计算公式。这对岩质边坡的设计有很高的实用意义。导出了目前采用的各种条分法的统一计算公式。对于非严格条分法 ,用一个平衡方程并假设条间力的作用方向 ,即能求得安全系数 ;对严格条分法 ,用二个平衡方程 ,并假设条间力的作用方向或条间力的作用点位置 ,就能求出安全系数。统一式是一简单的迭代式 ,因而计算简便 ,并有很高精度。提出了两种用有限元法求边坡稳定安全系数的方法 :一种基于极限平衡法 ,对土质边坡采用圆弧搜索法 ,对岩质边坡采用在滑移面上布置节理单元的方法。另一种采用有限元强度折减法 ,便于采用大型软件 ,是一种很有前途的求边坡稳定安全系数的新方法。     

传递最大推力的不平衡推力法

不平衡推力法因其计算模型简便,计算过程可以显式完成,并且可以计算边坡整体的滑坡推力,在边坡分析与设计领域应用较广。条分法力学模型是一静不定模型,经各种简化而产生现有的各种条分方法,其中包括不平衡推力法。而作为静不定模型,条分法理论上有无数个满足平衡条件的解。而从这无数解中,应有更加合理和更有代表性的解存在,如具有较小安全系数的解。根据不平衡推力法的思路,遵循极限状态法设计计算的原则,拟通过找到条间传递最大条间力也即最大推力作为解答。本文的解答在边坡取整体安全系数的前提下,确保条间剪力不超出其条间的抗剪强度,让条块之间以最大条间力进行传递。通过理论分析和算例计算表明:相较于传统不平衡推力法,本文方法在满足极限平衡条件的前提下,可求得边坡对应滑动面的更大的滑坡推力,并获得较传统方法更小的安全系数。本文工作是对传统不平衡推力法的一个重要和有益的改进。     

阻滑桩加固土坡稳定性分析与桩基的简化设计

基于极限分析上限定理与土的抗剪强度折减系数概念,建立了土坡稳定的极限平衡状态方程,以此确定土坡稳定的安全系数及相应的潜在破坏模式。通过针对典型算例所进行的对比计算与分析,验证了该方法的可靠性。进而针对潜在失稳土坡,建立了阻滑桩加固土坡的极限平衡状态方程,将桩侧有效土压力作为目标函数,运用数学规划方法确定了极限平衡状态时的临界桩侧有效土压力,以此进行土坡预加固中阻滑桩的简化设计。最后,根据最大、最小值原则,探讨了阻滑桩的最优桩位问题,并通过变动参数比较计算对影响加固力的有关因素进行了分析。     

有限元强度折减法在边坡三维稳定分析中的应用

将强度折减法应用于边坡二维、三维稳定性分析中,并与传统极限平衡分析法的计算结果做了比较,得出强度折减法三维有限元分析边坡稳定性是可行的,对影响边坡稳定的因素进行了研究分析,并分析了三维边坡在面荷载大小相同但作用面积不同时的安全系数,指出边坡稳定具有三维效应,对边坡稳定分析有一定的指导意义。     

坡面形态对边坡稳定性影响的理论与试验研究

 从失稳边坡资料统计分析、模型试验和理论计算3个方面,研究坡面形态对边坡稳定的影响(坡面形态效应)。通过对300个失稳边坡资料的统计分析,从宏观认识上得到凸坡的稳定性较差,而凹坡稳定性较好的初步结论。采用底抬升模型试验,研究凸坡、平坡和凹坡的极限稳定角,结果表明,凹坡的极限稳定角要比平坡的大,凸坡则比平坡小。并从理论上分析凸坡、平坡和凹坡之间的受力差异,对凹坡比凸坡更稳定的现象进行解释。采用严格极限平衡法,获得圆形凸坡和凹坡的安全系数解答,分析坡面形态效应的影响因素和变化规律,从工程应用角度制作圆形坡面形态边坡安全系数速查曲线,并建议考虑坡面形态效应的范围。研究成果可为合理评价不同坡面形态的边坡稳定性提供参考。