Limit analysis on seismic stability of anisotropic and nonhomogeneous slopes with anti-slide piles

This study employs the limit analysis method to evaluate the seismic stability of anisotropic and nonhomogeneous slopes stabilized with anti-slide piles. The pseudo-static approach is used to simplify the earthquake load. The yield seismic acceleration factor is obtained from the optimization procedure and the results are verified with the published data. Then, the seismically-unstable slope is reinforced with anti-slide piles, and the seismic stability of the reinforced slope is explored. The results show that the anisotropy and nonhomogeneity of soils have significant effects on the stabilizing force required from the anti-slide piles and the optimal location of the pile is near the toe of the slope.     

抗滑桩加固边坡稳定性3维极限上限拓展分析

抗滑桩作为常用的边坡加固手段,被广泛应用于工程实践中,其影响下的边坡稳定性分析,具有较高的理论和实践价值。采用极限分析上限法,通过引进参数拓展了边坡3维计算模型,建立了内外功率平衡的边坡安全系数计算框架,并通过优化计算得到一定参数条件下边坡的安全系数上限解和最危险破坏机构形状。在此基础上,分析了抗滑桩加固后边坡破坏模式和稳定性受抗滑桩位置、桩距、坡角、机构限宽等参数的影响规律,并讨论了不同参数条件下破坏面形状的变化规律和边坡稳定性变化的内在机理。结果表明：最安全抗滑桩位置不受机构限宽影响,位于坡面中点与坡顶间的某一位置;当机构限宽较小且抗滑桩位置靠近坡趾时,边坡破坏面通过坡面。抗滑桩位置距离坡趾越远,破坏面越靠近坡面且曲率越大。当桩距较小时,边坡倾向于在抗滑桩位置上方发生次级滑动;边坡整体安全系数随桩距的增大而降低。随着机构限宽的增大,边坡安全系数逐渐降低,并逐渐接近2维破坏机构的安全系数。边坡破坏机构随桩距和机构限宽的增大而增厚。当坡角较小时,边坡破坏面通过坡趾下方。本文方法不仅对边坡破坏机构类型的拓展具有理论意义,而且实现了计算结果的进一步优化。     

基于强度折减法的抗滑桩加固边坡可靠度分析

抗滑桩是一种常用的边坡加固方法。由于天然土体存在不确定性,导致抗滑桩加固边坡的稳定性也存在不确定性,采用可靠度方法可定量考虑上述不确定性。为更加真实地反映不同抗滑桩加固位置下边坡的滑动面,采用强度折减法来计算边坡的安全系数。基于可靠度理论提出一种抗滑桩加固边坡的稳定性评价方法,采用一阶可靠度与响应面法相结合的方法计算边坡的失效概率。为方便应用,开发了基于FLAC^3D的抗滑桩加固边坡可靠度分析程序。采用钢管混凝土桩加固边坡的算例计算结果表明,抗滑桩的加固位置和桩间距对加固边坡的可靠度有重要影响,在相同的桩间距条件下,边坡可能存在一个最优抗滑桩加固位置。     

微型桩群加固边坡受力特性离心模型试验研究

采用黏土为边坡介质,土压力盒、位移计、应变片等为测试手段,进行了裸坡与微型桩群加固边坡的离心模型试验,研究微型桩群加固边坡的受力机理。试验结果表明,加桩边坡模型的坡面水平位移远比裸坡模型小,且桩间距越小,坡面水平位移越小。加桩模型中第一排桩桩侧土压力随时间逐渐减小,土压力总体上沿深度方向逐渐增大,第二排桩桩侧土压力时程曲线与第一排桩土压力的时程曲线有一定的相似性;试验开始阶段,坡体产生的土压力第二排桩承担比例较第一排桩大,随着试验的进行,第一排桩承担比例会逐渐增大,试验结束时,桩间距为2.0cm模型中第一排桩与第二排桩的土压力分担比为：1：0.8,桩间距为3.0cm模型中第一排桩与第二排桩的土压力分担比为：1：0.6,且桩间距越大,第一排桩所承担的土压力越大。桩体上各测点弯矩随时间呈复杂的非线性关系,弯矩数值由正值单调减小为负值,弯矩变化的梯度随时间减小;第一排桩桩身正弯矩最大值出现在9.5cm附近,负弯矩最大值出现在底部的12.5cm位置;第二排桩桩身正弯矩最大值出现在7.5cm附近,负弯矩最大值出现在5.0cm附近;第一、第二两排桩在5.0～10.0cm深度区间内由于边坡内土体滑动带的影响,造成弯矩变化剧烈。研究结果可为微型桩的设计提供一定的科学依据。     

高切坡超前支护桩作用机制研究

超前支护桩能在边坡开挖前对危险性高切坡进行超前加固,可以有效地降低边坡开挖施工期间的破坏,是边坡工程的新思路.为了对高切坡超前支护桩的作用机制有更清楚的认识,为超前支护桩的设计提供理论支持,采用有限差分软件FLAC3D,分析了超前支护桩与高切坡相互作用中超前支护桩上土压力的大小、分布特点及其影响因素,并与其它理论计算的结果进行比较分析.研究结果表明,FLAC3D的计算结果比较合理,施加在超前支护桩上的土压力荷载与坡体岩土性质和支护桩的相对刚度有关,大致呈梯形分布.     

预应力锚索加固土质边坡的稳定性极限分析

预应力锚索在边坡工程中应用广泛。针对预应力锚索加固边坡的稳定性分析问题,基于极限分析上限定理,把锚索锚固作用简化为边坡表面上的外力,推导了预应力锚索加固土质边坡的安全系数计算公式,计算结果合理。锚索的作用后改变了边坡临界破坏面的位置,如果不予考虑计算结果将偏于危险。根据分析结果,锚索可以有效地提高边坡的稳定性,锚索的最有效作用位置在边坡中部到坡脚附近。     

Effects of nonlinear strength parameters on stability of 3D soil slopes

Actual slope stability problems have three-dimensional(3D) characteristics and the soils of slopes have curved failure envelopes. This incorporates a power-law nonlinear failure criterion into the kinematic approach of limit analysis to conduct the evaluation of the stability of 3D slopes. A tangential technique is adopted to simplify the nonlinear failure criterion in the form of equivalent Mohr-Coulomb strength parameters. A class of 3D admissible rotational failure mechanisms is selected for soil slopes including three types of failure mechanisms: face failure, base failure, and toe failure. The upper-bound solutions and corresponding critical slip surfaces can be obtained by an efficient optimization method. The results indicate that the nonlinear parameters have significant influences on the assessment of slope stability, especially on the type of failure mechanism. The effects of nonlinear parameters appear to be pronounced for gentle slopes constrained to a narrow width. Compared with the solutions derived from plane-strain analysis, the 3D solutions are more sensitive to the values of nonlinear parameters.     

阻滑桩加固土坡的极限设计方法

对日本学者Tomio基于塑性变形理论法计算滑面以上部分桩的侧向力计算公式的适用性进行了简单讨论,应用该公式计算桩的阻滑力,将简化Bishop法推广到用阻滑桩加固土坡的情况,同时假设实际发挥的阻滑力与土坡的安全系数有关,该方法能够同时反映因设置阻滑桩而引起土坡安全系数和最危险滑面位置的变化;最后,以一需要加固的码头岸坡为例,采用按上述方法编制的程序讨论了土坡中利用单排阻滑桩进行加固时桩径距比、布桩位置对码头岸坡安全系数的影响,提出了土坡中考虑桩土相互作用的阻滑桩设计方法的具体步骤。     

GIS-based 3D limit equilibrium analysis for design optimization of a 600 m high slope in an open pit mine

1. Introduction An economical and safe plan of slope angle is an important issue for the slope designing of an open pit mine. In the practice of geotechnical engineering, a two-dimensional (2D) limit equilibrium method is gen- erally employed to calculate the safety factor against failure for a slope. Assuming a plane-strain condition, the safety factor is commonly assessed through a 2D idealization of the slope, for example, an “equivalent” plane-strain problem is postulated and analyzed […     

基于数值应力场的加固边坡临界滑动场

传统的极限平衡法广泛用于边坡稳定性,计算出的边坡安全系数在工程界普遍接受。但边坡加固后的受力较为复杂,由于极限平衡法假设条件较多,加上计算加固边坡安全系数的合理性受到质疑,所以较多地采用数值分析方法,但数值分析法不易获取工程意义上的安全系数。为此,利用数值分析法计算加固边坡应力分布,再利用临界滑动场理论搜索基于数值应力的临界滑面和计算最小安全系数。通过两种常用边坡加固方式（锚杆框格梁加固和抗滑桩加固）的分析,说明本方法在加固边坡分析中的优势和适用性。     

Ito塑性变形理论的抗滑桩临界桩间距分析

日本学者Ito与Matsui（1975）提出的塑性变形理论,在抗滑桩加固边坡分析中得到了广泛的应用.该理论不但考虑了桩径和桩间距,而且很好地考虑了滑坡中桩-土的相互作用,但是对临界桩间距没有明确的界定.实际情况表明滑坡推力是通过桩间土拱向桩传递的,桩间成拱效应又受桩间距的影响,因此研究抗滑桩在支挡边坡工程中的土拱效应和临界桩间距有其理论与现实意义,本文将结合此理论桩间的破坏形式,对临界桩间距进行分析,给出合理的临界桩间距以指导抗滑桩加固边坡设计.     

大理西站支护边坡振动台试验及数值模拟

以云南省大理西站支护边坡工程为依托,开展边坡振动台试验和数值分析,得到双排抗滑桩的弯矩、锚杆轴力、坡面加速度响应规律及边坡的最终破坏情况. 试验表明：坡面加速度响应规律与测点相对位置有关,测点相对位置越高,加速度响应越明显;坡体裂缝影响岩土体动力特性,在裂缝出现后坡体加速度响应规律会发生显著变化;在地震下抗滑桩弯矩分布接近抛物线形状,弯矩的最大值靠近岩土分界线的下方,抗滑桩弯矩随输入地震波幅值增大成非线性增长;锚杆在4 m/s²地震峰值时刻的动轴向力大于静轴向力的3倍,地震作用是锚杆受力大小的决定因素;由于锚杆的作用,边坡的最终破坏面位于边坡2#的深部,此破裂面位置由边坡2#的中上部土体的滑移破坏与下部土体的越顶破坏组成.     

Upper bound analysis of slope stability with nonlinear failure criterion based on strength reduction technique

Based on the upper bound limit analysis theorem and the shear strength reduction technique, the equation for expressing critical limit-equilibrium state was employed to define the safety factor of a given slope and its corresponding critical failure mechanism by means of the kinematical approach of limit analysis theory. The nonlinear shear strength parameters were treated as variable parameters and a kinematically admissible failure mechanism was considered for calculation schemes. The iterative optimization method was adopted to obtain the safety factors. Case study and comparative analysis show that solutions presented here agree with available predictions when nonlinear criterion reduces to linear criterion, and the validity of present method could be illuminated. From the numerical results, it can also be seen that nonlinear parameter m, slope foot gradient β, height of slope H, slope top gradient α and soil bulk density γ have significant effects on the safety factor of the slope.     

水力效应对裂缝边坡稳定性影响的上限分析

为了解决地下水位变化对裂缝边坡稳定性的影响,基于极限分析上限法及强度折减技术,将孔隙水压力以外力的形式参与能耗计算,分析了水力效应对裂缝边坡稳定性影响,重点研究了临界裂缝深度和最不利裂缝位置随地下水位、边坡坡角的变化规律。研究结果表明：地下水位、边坡坡角对最不利裂缝位置及临界裂缝深度的影响显著;当地下水位较低时,最不利裂缝随地下水位的增大逐渐靠近坡顶缘;在裂缝位置已知及裂缝深度、位置均未知的情况下,临界裂缝深度受地下水位的影响呈现出不同的规律性。所得成果为研究复杂条件下的边坡坡顶临界裂缝深度及最不利裂缝位置提供了一种新思路。     

长短组合双排桩基坑支护体系分析及应用

结合邯郸市某支护工程在处理基坑深度变化时的设计过程,针对双排桩中前后排桩不同的受力特性,提出了长短组合双排桩设计思路,通过理正软件对各种工况进行分析计算,得出了在安全可靠以及该基坑现状条件能够实施的前提下,较为经济的长短组合双排桩解决方案。实践结果表明,长短组合双排桩支护体系能够充分发挥前后排桩的不同作用,可用于解决基坑深度变化后既有支护桩嵌固深度不足的问题,也可以在正常基坑支护设计时采用。     

Theoretical analysis of a row of piles as passive barriers and an equivalent in-filled trench model

A theoretical study on the ground vibration isolation efficiency by a row of piles as passive barrier in a three-dimensional context was presented. The analysis was accomplished with the aid of integral equations governing Rayleigh wave scattering, used to predict the complicated Rayleigh wave field generated by a number of irregular scatters embedded in an elastic half-space. Then, the passive isolation effectiveness of a row of piles for screening Rayleigh wave was studied in detail. The effects of relevant parameters on the screening effectiveness were investigated and analyzed from the perspective of equivalence with in-filled trench. The results show that using a row of rigid piles as wave barrier is more effective than that of flexible ones, and an optimum reduction of vibration can be achieved either by increasing the size of piles or by decreasing the net spacing between the piles. Finally, based on the derived integral equation for Rayleigh wave scattering, the principle of equivalent modeling of the barrier of piles by an in-filled trench is put forward, which simplifies the analysis of vibration isolation by a row of piles.     

基于RFPA3D不同加载方法的边坡渐进破坏分析

以锦屏一级左岸边坡为例,建立简化、含软弱结构面的三维地质模型,采用RFPA3D基于离心加载法（Centrifuge）和强度折减法（SRM）模拟边坡渐进破坏过程,通过再现边坡渐进破坏过程,探讨RFPA3D不同加载方法在边坡稳定性分析中的适用性。模拟结果显示:与FLAC、离散元等有限元数值计算方法相比,RFPA3D模拟的边坡渐进破坏过程更加简单直观高效;渐进破坏过程分析表明,在自然工况下左岸煌斑岩脉X、断层F5、F8、F2是控制边坡整体破坏模式的关键因素,在进行边坡开挖时应予以重点关注。稳定性分析表明,采用Centrifuge法计算得到的边坡安全系数为1.75,比采用SRM法计算得到的安全系数1.52高,且Centrifuge法模拟得到的边坡破坏模式与实际工程勘察结果更为一致;因此,分析边坡破坏模式时,推荐采用RFPA-Centrifuge法。     

土石混合体边坡稳定性的三维颗粒离散元分析

为探究土石混合体边坡的稳定性和破坏机理,基于土工离心模型试验基本原理,结合已开发的不规则块石和土石混合体三维离散元建模方法建立土石混合体边坡细观结构的三维离散元模型.引入颗粒流强度折减法并提出基于能量演化的方法来判别边坡失稳破坏.利用提出的土石混合体边坡三维离散元建模方法和稳定性分析方法,分析不同块石含量、块石形状、空间结构、空间形态等因素对土石混合体边坡稳定性和破坏模式的影响,并揭示这些因素影响的细观机理.结果表明:随含石量增加,土石混合体边坡的安全系数逐渐增大;土石混合体边坡中呈现出多滑动面现象,且滑面较为曲折,具有明显的绕石特征,坡脚部位的部分大块石使得剪出口的位置发生明显的改变;随块石形状由球体、卵石到碎石,土石混合体边坡的安全系数逐渐增大;上覆堆积体相对较厚且坡度不是很大的二元结构边坡或一元结构边坡的破坏模式主要是堆积体内部发生的弧形滑动破坏,上覆堆积体厚度不大且基岩面相对平整的二元结构边坡的破坏模式主要是沿基-覆界面的整体平移滑动破坏;随土石混合体边坡空间形态由条带型、敞口型到锁口型,其安全系数逐渐提高,其中锁口型边坡具有显著的支撑拱效应,且含石量越大这种效应越明显.     

某露天矿陡帮边坡稳定性分析与加固设计

根据某露天矿陡帮边坡的工程实际,采用极限平衡方法等进行了露天矿陡帮边坡的稳定性分析,提出了合理而有效的加固方案,并进行了加固后的边坡稳定性分析和评价.结果表明：该露天矿陡帮边坡长期暴露在自然条件下稳定性会逐渐降低,如遇饱水或渗流,边坡可能会发生失稳.采用预应力锚索框架梁加固后,边坡的稳定系数显著提高,边坡处于稳定状态,从而保证了矿区的安全生产.     

接触带土层软化对排土场边坡稳定性的影响分析

针对排土场上部渣土层和下部基岩面接触处的软化接触带对其稳定性的影响问题,采用有限元极限分析法构建了含软化接触带的排土场边坡的数值模型,系统分析了堆填角度、基岩倾角、软化接触带厚度及软化度对排土场边坡稳定性的影响规律,并通过具体的排土场边坡实例验证了该分析方法的可行性。研究结果表明,同等条件下,接触带软化和堆填角度对排土场边坡稳定性的影响很大,而基岩倾角和接触带厚度的影响相对较小;随着接触带软化度的增大,排土场边坡下、上限安全系数的绝对衰减率可达50%左右;随着接触带土层的不断软化,排土场边坡滑动面穿过软化接触带的长度逐渐变大,滑坡总体积不断增大;因软化接触带土层的存在,排土场边坡中下部土体推挤坡脚前缘及牵引后部坡体滑动,最终形成由软化接触带到坡顶的贯通滑裂面。