强降雨条件下非饱和双层土质边坡稳定性有限元分析

结合实际边坡工程项目,利用非饱和土的渗流理论和强度理论,建立非饱和双层土质边坡的二维有限元模型,分析非饱和土边坡在强降雨条件下孔隙水压力场的分布规律和稳定性变化规律,研究表明:非饱和土边坡的孔隙水压力场的分布与降雨持续时间有关,在降雨初期,边坡坡脚的孔隙水压力有所增加,随着降雨时间的增长,边坡的斜坡面和顶面的正孔隙水压...     

变质岩坡顶超载条件下的边坡稳定性评价

变质岩在江苏连云港地区广泛分布,由于其特殊的岩体结构与力学性质,边坡稳定性评价方法无法沿用传统的极限平衡方法.文章通过对变质岩岩体结构的精细描述,在建立边坡岩体三维多尺度地质结构的基础上,运用模拟退火算法搜索考虑坡项超载务件下的结构面-岩桥组合滑动面.在斜条分中,划分出结构面条块单元与岩桥条块单元,进一步判别岩桥条块单元的破坏形式及作用于下一条块的力的方向,对所有条块建立平衡方程,并求解最下一条块的稳定性,从而获得超载边坡稳定性的全局解,为类似高陡边坡的稳定性分析提供一种新的分析方法.     

雨水入渗引起土质路基边坡失稳分析

雨水入渗是影响土质路基边坡稳定性的重要因素。通过分析孔隙水压力对潜在滑动面土体应力状态的影响,认为孔隙水压力减小了土体的强度指标,使滑动面上一点最终的应力状态由临界稳定状态变为非稳定状态。采用基于刚体极限平衡理论的传递系数法计算滑动面的稳定系数,认为孔隙水压力作用下,边坡稳定系数存在先降低后增加的变化过程,但降低了滑坡初期的稳定性仍然是滑坡事故的重要因素。最后结合工程实际对防止雨水对路基的稳定性影响提出了一些防治措施。     

岩质边坡水力驱动型顺层滑移破坏机制分析

顺层边坡的稳定性主要取决于滑动面的物理力学性质和地下水对边坡岩体的水压力。在分析顺层边坡水力驱动型滑移破坏的形成与演变的基础上,探讨了地下水对顺层边坡稳定性的影响机制;指出地下水在边坡后缘张裂隙和滑动面形成的渗流通道中运动时,对滑体将产生3个方面的力学作用:张裂隙静水压力、滑动面扬压力和拖曳力;推导了边坡极限平衡状态下张裂隙临界充水高度和临界降雨强度的计算公式。分析结果表明,边坡后缘张裂隙充水高度直接决定了3种水压力的大小,当张裂隙充水高度达到临界值后,边坡在水压力作用下发生滑移破坏;且张裂隙充水高度与降雨强度呈线性关系。最后建立了顺层边坡水力驱动型滑移破坏判据。     

平面滑动边坡稳定性的解析计算

根据极限平衡原理，采用解析方法，即利用函数求极值的条件，对折线形与台阶形边坡、具有张裂缝和静水压力边坡以及考虑地震力影响的边坡，分别建立了最不利滑动面倾角和最小安全系数的解析计算公式。     

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。     

膨胀土路基边坡等厚式封面层稳定性计算方法研究

 对膨胀土路基边坡进行封面处理, 是保证边坡稳定工作的常用工程措施之一。由于封面土与膨胀土路堤间的界面成为整个路堤的薄弱环节, 由此会导致封面土本身产生稳定性丧失问题, 需要对封面土层进行稳定性计算分析。对于等厚式封面土层, 目前常用的分析方法均是根据无限长平行坡的假设来进行的, 但实际路基边坡是有限长的, 这种方法所假定的滑动面与实际不符。按笔者通过实验所得的滑动面位置, 对膨胀土路基边坡等厚式封面土层的稳定性计算公式进行了推导, 确定了稳定性系数的分析计算公式。     

类土质边坡特性及其锚固设计理论研究

对类土质边坡的性质、锚固特性及锚固边坡稳定性计算方法进行了系统研究。首先通过大量的现场调研完善了类土质边坡的地质模型，给出了该类边坡的分类和破坏方式及破坏机制；对锚索加固边坡的离心相似模型进行了研究：在离心模型试验中对锚索预应力进行了测量，并对其扩散进行了研究。通过现场试验与离心模型试验相结合，对锚索框架的受力模式进行了研究：对预应力锚索加固边坡的稳定性计算方法分锚固体与坡体的耦合和解耦两个阶段进行了研究：最后采用FLAC^3D对类土质边坡锚固效应、铺索预应力的损失、框架梁的内力分布及类土质边坡的开挖效应进行了数值模拟，取得了以下主要结论和成果：（1）提出了类土质边坡较为完善的概念，即由岩体风化而成的保留或部分继承了原岩的结构面等其他岩体特征且未经二次堆积的土体物质或破碎岩体物质构成，稳定特性明显区别于均质土边坡及岩质边坡的一类边坡。并将类土质边坡按风化前原岩的软硬程度及其组合情况划分为3种类型：软岩全～强风化边坡、软、硬岩相间的全～强风化边坡、硬岩全～强风化边坡。分析了类土质边坡的破坏方式及破坏机制。（2）采用离心相似模型试验对预应力锚索及锚索框架加固类土质边坡进行了系统研究，为此类试验提供了理论依据。研究了离心模型试验中锚索力及框架弯矩、锚固力自坡面向坡体内传递规律的测试方法。通过花岗岩残积上边坡的离心模型试验研究，得出在无结构面时，边坡的坡角与极限边坡高度的关系与马斯洛夫给出粗粒土边坡的坡度与稳定坡高的关系基本一致，可以用马斯洛夫方法指导此种边坡的设计。（3）在研究现有锚固段锚上界面模型的基础上，阐述了基于锚固段土体位移的交界面模型，随着锚固力的逐渐增大，锚固段土体位移可以分为3个阶段：土体颗粒间的相对移动，土体的剪切应变，土体的整体移动。以此模型为基础，分析了锚固预应力的损失机制。（4）针对无框架和有框架两种情况，分别推导了锚固力的传递范围，为锚索间距的大小提供了依据。并进行了离心模型试验及现场试验，得出的结果与理论推导的结果基本一致。（5）推导了框架梁内力的变形梁法计算方法，进行了现场试验和离心模型试验。由结果可以看出，变形梁法能使框架的设计得到较大的优化。变形梁法计算模式能较好地反映锚索框架的实际工作状态，可以认为该计算模式计算锚索框架的内力比较合理。（6）将预应力锚索加固类土质边坡的稳定性计算分为铺固体与坡体的耦合和解耦两个阶段进行。给出了耦合阶段将锚索预应力作用点移至坡面的边坡稳定性计算方法。针对解耦阶段的边坡稳定性分析，提出了以岩土体沿潜在弱面位移为基础的边坡稳定性计算方法。将该阶段边坡所受的锚固力分为原锚索预应力的剩余值和岩土体与灌浆间的剪切阻力，并给出了后者的计算公式。（7）对类土质边坡的锚固效应、锚固力的损失规律、框架梁的内力分布以及类土质边坡的开挖效应进行了数值模拟。通过对类土质边坡开挖效应的模拟，得出多级边坡在开挖过程中将对已开挖坡面产生附加应力和附加位移，在边坡的岩土工程支挡设计中应充分考虑这一点，应使支挡结构的承载能力可以满足多级边坡开挖形成的附加应力的要求。     

基于滑面正应力修正的边坡安全系数解答

首先，对边坡滑动面正应力分布作初始假设：然后，用含有2个待定参数的修正函数对其修正，使滑体整体满足所有力与力矩平衡条件，推导出边坡安全系数计算公式。该法计算过程简单，无需迭代，适合任意形状滑动面，且为严格的极限平衡解，值得在工程中推广应用。     

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。     

考虑结构面震动劣化的岩质边坡动力稳定分析

 通过试验获取结构面震动劣化效应的数学表达式,并将之运用于岩质边坡的动力稳定性分析中。采用3DEC作为计算引擎,在每一动力计算时步内根据动力响应值实时刷新结构面的强度参数,同时由网格净节点力的矢量计算获取该时刻作用于边坡岩体上的地震惯性力。根据极限平衡理论计算该瞬时岩质边坡的稳定性系数,通过动态计算获取整个地震历时过程的稳定性系数时程曲线,以最小平均安全系数作为最终动力稳定性评价指标,从而提出一种考虑结构面震动劣化的岩质边坡动力稳定性计算方法。将该方法运用于汶川地震区岩质边坡实例研究中,稳定性分析结果与实际地质调查情况相符,验证该方法的可行性和工程实用性。     

岩质边坡侧压力问题初探

在岩土工程界确定岩质边坡侧压力主要是根据国标《建筑边坡工程技术规范》( GB 50330-2002)的有关规定分有外倾结构面和无外倾结构面两种情况分别计算取其大值作为边坡支护侧压力,这种侧压力确定方法存在与岩质边坡破坏模式、与库仑理论的前提条件(特别是达到主动状态时的位移量)、与边坡稳定性(安全度)不符等诸多问题,通过...     

加锚岩质边坡稳定性评价的极限分析上限法研究

基于极限分析上限法的基本原理,考虑岩石锚杆的支护效应、地震作用力和裂隙水压力的影响,提出加锚岩质边坡稳定分析计算模型。通过该岩质边坡极限分析上限法计算模型,可以将滑体按照滑裂面和侧向结构面离散为不同的滑体单元,并可构建一个机动许可的速度场。根据相关联流动法则和位移协调条件,相邻滑体单元的移动不能导致它们重叠或分离,进而可以得到应变速度场的数学表达式。应用该计算模型,不仅可以合理计算出由滑体自重、地震力、裂隙水压力和锚固力所做的外力功率,而且可以得到产生于滑体底滑裂面和侧向结构面的内能耗散。根据滑体处于极限状态时两功率相等(虚功率方程)的条件,可以推导得到加锚岩质边坡的极限分析上限法稳定系数计算公式。通过典型算例的稳定性分析计算表明,考虑裂隙水压力和地震作用力的边坡稳定系数将会减小,而合理加锚后稳定系数将会得到提高。     

长江三峡库区黄腊石边坡地下水作用规律与动态稳定性评价

以黄腊石滑坡为例，针对地下水在边坡失稳过程中的关键作用，定量研究地下水渗透力对滑坡稳定性的影响。采用更接近于实际地下水位的渗透力计算方法，计算了黄腊石边坡地下水渗流场在地下水位变化时的水头分布情况；并对渗透力进行了计算，从而定量地分析了地下水对滑坡的作用，发现渗透力的峰值分布在应力集中的前缘段。在此基础上，在剩余推力法中引入渗透力的算法，根据地下水的月平均观测水位，得出考虑渗透力和未考虑渗透力情况下稳定性系数与时间的关系。发现考虑渗透力的情况下黄腊石边坡稳定性系数有随时间逐渐减小的趋势，最大降幅可达0．2020，且出现在地下水位迅速降落之时。这说明地下水位突降时，其引起的渗透压力最大，且渗透力对黄腊石边坡稳定性的降低作用随时间有增大的趋势。根据地下水的作用机理和渗透力分布的计算分析结果，结合该边坡的实际情况对黄腊石边坡的防治提出了相应的建议。     

基于剪切位移的层状岩质边坡稳定性预测预报模型

在阐述了层状岩质边坡的工程特性和控稳因素后，揭示了层状岩质边坡内地下水的分布特征。针对包气带裂隙水对边坡稳定性的重要影响，提出了将其概化为经水力折减后的面力的模拟方法，并将包气带水力折减系数作为反演参数，采用三维非线性有限元法和可变容差优化方法，建立了基于潜在滑裂面剪切位移实测值的边坡稳定性预测预报模型，该模型在江阴大桥等工程实践中取得了满意的效果。     

地震作用下预应力锚索对岩石边坡稳定性影响的模拟方法及锚索优化研究

以西部某水电岩石高边坡为背景,采用杆单元和杆单元节点集中力的方法模拟边坡自由式预应力锚索,通过有限元模拟和拟静力法分析相结合的分析方法,由有限元软件计算在地震作用下的锚索内力分布、边坡位移,并通过自编后处理程序计算出最不利结构面组合下的边坡整体稳定性安全系数。在此基础上,研究预应力锚索的锚固角度、预应力大小、锚固深度、锚索排间距与结构面之间的空间关系对地震作用下边坡变形和整体稳定性的影响规律,并以此为依据提出预应力锚索优化设计方法。     

节理岩质边坡的块体元塑性极限分析下限法

结合块体元和塑性极限分析,并利用数学规划的方法,提出了一种新的岩石边坡稳定分析方法-块体元塑性极限分析下限法。针对节理岩体的力学特性,将岩体离散为块体–结构面组成的块体系统,假定块体为刚体;以结构面应力为未知量,根据塑性极限分析下限定理,构造了满足平衡方程、边界条件和屈服条件的静力许可应力场;建立了边坡稳定的下限法数学规划模型,并通过非线性规划方法寻求问题的下限解。最后对三个典型的算例进行分析,结果表明:采用本方法不需要逐个计算可能的滑动形式,而直接得到边坡稳定安全系数,结果同刚体极限平衡法十分接近。     

岩锚解耦测试及其边坡稳定性计算

通过分析边坡坡体在锚固预应力作用下的受力特点，认为应将边坡稳定性计算分为锚固体与坡体的耦合和解耦2个阶段进行，并分析了解耦阶段、锚固力的组成及其作用特点。分析结果表明，解耦阶段的锚固力大小与边坡不稳定体沿潜在的弱面位移有直接关系。结合预应力锚索框架加固边坡的实际特点，进行锚索拉力及梁底土压力的长期观测，验证解耦阶段的实际存在。将锚固体与坡体解耦阶段边坡所受的锚固力分为原锚索预应力的剩余值和岩土体与灌浆体间的剪切阻力，并假设边坡土体均匀、锚固边坡体系是一个平面应变问题，从而导出以岩土体沿潜在滑面位移为基础的解耦阶段边坡稳定性计算方法。该方法考虑边坡和锚索的实际工作状态，故计算结果较以往算法更切合实际，并给出实际算例加以验证。     

平面滑动型边坡极限倾角的研究

对于平面滑动型的岩质边坡,结构面对边坡的稳定性起着控制作用。在边坡设计分析过程中,如果边坡内没有确定的滑面,或者对坡体内结构面情况不明的情况下,通过对最不利滑面的极限倾角进行估算,可以作为边坡稳定性分析的依据。对传统的估算公式进行了改进,综合考虑到重力和地震的影响,分别通过极限坡高和极限安全系数给出边坡最危险滑面的极限倾角的计算公式。经过对比与分析,得出两种方法各自的适用条件。     

考虑破坏面转移和垃圾坝作用的边坡稳定分析

垃圾坝是山谷型填埋场和横向扩建填埋场中常采用的增稳措施;破坏面在衬里结构不同界面间发生转移也是被证实的规律,考虑破坏面转移和垃圾坝作用的垃圾体边坡稳定分析方法尚未见报道。通过将衬里结构中破坏面转移点作为分界点,将滑动垃圾体分成5个楔体,利用极限平衡条件建立了五楔体边坡稳定分析方法。研究结果表明,五楔体极限平衡分析方法能够分析考虑破坏面转移和垃圾坝影响的填埋体稳定性;考虑破坏面转移计算得到的安全系数低于不考虑考虑破坏面转移的计算结果,考虑破坏面转移的计算方法能够发现更危险的情况;填埋场安全系数随垃圾坝高度的增大而增大;垃圾坝的背坡有一最优坡度,垃圾坝的背坡小于这一坡度时,发生“坝背破坏”模式;垃圾坝的背坡大于这一坡度时,发生“坝底破坏”模式;最危险破坏面通过填埋场的背坡和底坡的衬里,再通过垃圾坝的坝背衬里界面或坝底。