岩质边坡生态防护研究现状及发展趋势

随着城市建设的快速发展,城市空间中形成大量裸露岩质边坡,严重影响城市景观,对裸露边坡进行生态防护研究显得尤为重要。该文介绍了边坡生态防护的发展历程,选取了3种具有代表性的岩质边坡生态防护技术手段,详细论述了植被混凝土、三维植被网、客土喷播技术的研究现状及存在的问题,最后对岩质边坡生态防护提出几点展望。     

“树根桩+化学灌浆”技术在边坡加固中的数值分析

“树根桩+化学灌浆”加固边坡是树根桩与化学灌浆两种边坡加固技术的有机结合。树根桩对边坡土体产生抗滑和锚固作用,而化学灌浆能有效地提高边坡土体的抗剪强度。传统极限平衡方法分析“树根桩+化学灌浆”加固边坡的稳定性,因存在诸多假设,评价结果准确性不高。根据“树根桩+化学灌浆”加固边坡的工作机理,在现场测试浆土复合体抗剪强度的基础上,采用有限元强度折减法对“树根桩+化学灌浆”新技术加固边坡的效果进行模拟,结果表明:采用有限元强度折减法,能有效计算出“树根桩+化学灌浆”加固边坡的安全系数和极限状态滑动面,而且从计算出的安全系数和现场情况还表明,“树根桩+化学灌浆”技术可以运用于复杂边坡的加固和修复。     

边坡稳定性分析的有限元法

本文把强度折减理论用于有限元法中,成功地解决了有限元在边坡稳定分析中的应用问题.有限元法不但满足力的平衡条件,而且考虑了材料的应力应变关系,计算时不需做任何假定,使得计算结果更加精确合理,而且可以很直观的得到坡体的实际滑移面.本文结合工程算例,对边坡加锚杆前后的稳定性进行了分析,并与传统的求稳定系数的方法进行了比较,表明有限元法解决边坡问题是可行的.     

基于强度折减安全系数的边坡岩土侧压力计算方法探讨

对边坡岩土侧压力计算方法进行讨论,指出《建筑边坡工程技术规范》(GB50330–2002)中边坡岩土侧压力计算方法没有与边坡稳定安全系数建立直接联系。传递系数法中的滑坡推力计算安全系数并不是支挡后边坡要达到的稳定安全系数。提出基于强度折减安全系数的岩土侧压力计算新方法,计算时将滑面强度除以一个折减系数,然后再根据力的平衡关系直接计算支挡结构承担的相应荷载。按照此方法,支挡后边坡的稳定安全系数就正好等于侧向岩土压力计算时的强度折减系数。由此得出的岩土侧压力计算安全系数就是指边坡治理后要达到的稳定系数,算例表明该方法的可行性。     

考虑地形与降雨因素的植被混凝土边坡侵蚀量研究

利用室内模型植被混凝土边坡冲刷试验数据54组,建立BP神经网络模型,输入层采用3节点,对应3个受制因子(降雨强度、坡率、降雨历时),隐含层节点数4,输出层为1节点,输出侵蚀模数。样本数据随机分成44组训练样本与10组测试样本,通过建立的神经网络训练学习,对测试样本的计算值与真实值比较,验证计算模型的合理性;同时根据权值矩阵分析受制因子的影响显著性。研究结果表明,大部分样本数据真实值与计算值相对误差小于10%,决定系数R~2=0.960,说明BP神经网络能很好应用于植被混凝土边坡泥沙侵蚀模型的计算预估中;受制因子显著性排序为降雨强度降雨历时坡率,其中降雨强度显著性为2,远大于降雨历时与坡率。该结果在一定程度上能够对植被混凝土边坡施工与设计提供参考。     

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。这些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。     

有限元强度折减法在涉水岸坡工程中的应用

随着大中型水库的陆续兴建,形成了大量的涉水岸坡,库水水位的波动将影响这些岸坡的稳定性,可能诱发水库滑坡,甚至形成地质灾害.库水水位的变化将引起岸坡体内地下水的非稳态渗流,因此其稳定性分析变得十分复杂.目前,设计人员大都采用经验概化,或者照搬规范的方法,使设计中主观性和定性的成分比较高.本文重点介绍了作者近几年围绕涉水岸坡的稳定性分析所取得的一些研究成果.其中,包括库水水位变化过程中浸润面位置的求解、有限元强度折减法在涉水岸坡稳定性分析及埋入式抗滑桩治理工程中的应用.     

地基承载力的有限元计算及其在桥基中的应用

有限元强度折减法在边坡稳定性分析中的应用已取得了一定的成果, 但在地基承载力稳定分析中是否适用尚不得而知。本文采用有限元分析软件ANSYS求得了无重土地基的极限承载力, 并与传统的Prandtl解进行了对比, 两者误差在5%以内, 且其滑移线与Prandtl解相近, 说明了采用有限元法求解极限荷载是准确可靠的。文中详细列出了两种方法得到的塑性区和滑移线的异同点。进一步应用于桥基承载力安全系数的计算, 并与经验解进行了比较。     

路堑边坡施工顺序对边坡稳定性影响数值模拟分析

边坡的开挖、支挡施工顺序对边坡的稳定性有较大影响，本文采用有限元强度折减法对深挖路堑边坡的不同施工方案进行了有限元数值模拟分析。结果表明，开挖一级，锚固一级，可控制边坡的变形，有利于边坡的稳定，但是另一方面锚索的受力会随着往下逐级开挖而逐渐增大，有时甚至会超过其设计强度。边坡的稳定最好是依靠其自身就能基本自稳，加固处理仅作为安全储备，最好的办法是一方面既要确保边坡工程的稳定，同时也要允许边坡开挖后有一定的变形，释放一部分应力，充分发挥边坡的自稳定能力，以减少支护受力，即将所谓的“新澳法”原理应用于边坡工程。     

基于Drucker-Prager准则的边坡安全系数定义及其转换

探讨了基于D-P(Drucker-Prager)准则的边坡稳定安全系数定义形式,提出了各D-P准则之间的安全系数转换关系,并据此建立了基于D-P准则的边坡稳定安全系数与传统莫尔–库仑准则条件下安全系数的关系表达式。目前,ANSYS有限元软件采用的岩土材料屈服准则为莫尔–库仑六边形外接圆D-P准则,在利用有限元强度折减法计算边坡稳定安全系数时,可以先求出外接圆D-P准则条件下的安全系数,然后利用所提出的安全系数转换公式就可直接计算出各D-P准则条件下的安全系数。对于平面应变条件下的强度问题,平面应变莫尔–库仑匹配D-P准则(分关联和非关联两种情况)与莫尔–库仑准则等效,因此,通过转换就可以在ANSYS程序中实现莫尔–库仑准则,而不需要进行二次开发。这样就解决了基于D-P准则的有限元强度折减安全系数与传统工程中采用的安全系数(基于莫尔–库仑准则)间的接轨问题。大量算例结果表明:在平面应变条件下采用平面应变莫尔–库仑匹配D-P准则求得的安全系数与传统极限平衡条分法中用Spencer法求得的安全系数非常接近,且误差在1%～2%,已经具有相当高的计算精度,也同时证明所提出的方法是可行的。