高填方路基稳定性的FLAC-3D分析

受地形条件的限制，高速公路建设中出现了大量的高填方路基。建设这类填方很高路堤时，路堤的稳定就成为一项直接影响公路建设质量的因素，本文采用三维显式有限差分法程序FLAC-3D模拟了长沙某段高填方路基的三维力学行为。通过现场取样试验得到该段高填方路基土体的材料属性，采用强度折减法对该段路基进行稳定性分析，并计算影响高填方路基稳定性的路基压实度等指标，作为路基稳定性计算的验证。     

常吸力下非饱和粗粒土率相关力学特性试验研究

为研究山区高填方路基的时效变形特性,针对路基粗颗粒填料,开展了粗颗粒填料持水特性和一系列常吸力作用下的率相关力学特性试验,采用三种不同剪切速率对试样进行剪切,分析围压、基质吸力及剪切速率对土体强度和变形特征的影响。试验结果表明：粗颗粒填料的土水特征曲线未出现残余吸力值;不同围压下粗颗粒填料的峰值强度可表示为基质吸力的函数,基质吸力越大,非饱和粗粒土的剪切强度越高,且体积剪缩变形越小;非饱和粗粒土的强度与体积变形均受剪切速率的影响,且变化趋势表现出高度一致性,剪切速率越大,试样强度越高,对应的体积变形越小。     

非饱和土刚性挡墙抗倾覆临界嵌固深度研究

基坑周围土体实际处于非饱和状态,忽略基质吸力的饱和土挡墙抗倾覆设计不合理。基于非饱和土的平面应变抗剪强度统一解,考虑非饱和土强度的中间主应力效应和非线性,利用力矩相等推导基质吸力均匀和线性2种分布下基坑刚性挡墙的抗倾覆临界嵌固深度方程,给出工程应用步骤,并得到新提出的抗倾覆临界嵌固系数的参数影响特性。所得结果为系列化的有序解答,具有广泛的理论意义和很好的适用性。研究表明：基坑刚性挡墙抗倾覆设计的强度理论效应明显,考虑中间主应力效应可以更加发挥非饱和土体的强度潜能;基质吸力及其分布对抗倾覆临界嵌固系数具有显著影响,应合理假定基质吸力分布并采取工程措施确保其稳定存在;处理非饱和土强度非线性影响有2种方法,采用稳定较小吸力角的方法1简单偏保守,采用分段双曲线吸力角的方法2精确稍复杂,应正确认识高基质吸力对非饱和土强度及其结构设计的双重影响。     

粉粒含量对高吸力作用下非饱和土力学行为的影响

常年处于寒-旱交替、蒸发远大于降水地区的路基边坡土体,大多数时期呈现高吸力非饱和状态。为研究粉粒含量对高吸力非饱和土的土-水特性及强度的影响规律,利用饱和盐溶液蒸汽平衡法对不同粉粒含量土样施加高吸力并进行非饱和土三轴试验和劈裂抗拉试验。结果表明：粉粒含量对非饱和土进水值影响显著,两者呈负相关,粉粒含量升高,土样持水能力下降;粉粒含量和吸力均对抗拉强度具有劣化作用,双因素同时作用引起土体的开裂深度增大。吸力对土样变形具有抑制作用,吸力越高,吸力提供的黏聚力越大。粉粒含量升高对土体弹性模量劣化作用显著,从模量角度定义脆性指数,对粉粒含量影响下高吸力非饱和土的脆性特征进行评价,发现粉粒含量主要通过影响峰后割线模量改变高吸力非饱和土的脆性。     

基于GEOSTUDIO分析吸力对非饱和土边坡稳定的影响

基于非饱和土渗流和抗剪强度理论,分析了降雨条件下土体基质吸力对边坡稳定性的影响,探讨了考虑吸力和不考虑吸力条件下边坡的稳定安全系数,指出非饱和土坡稳定性与基质吸力有密切关系,基质吸力随含水量增大而减小,引起土体强度下降,土坡趋于不稳定。     

一个考虑结构性的非饱和土边界面本构模型及其验证

天然土体大都兼具非饱和特性和结构性,建立考虑结构性的非饱和土本构模型,对于分析非饱和土力学特性具有重要意义。基于饱和结构性土的体变方程,在结构性参数中引入基质吸力的影响,结合BBM模型的LC屈服曲线,建立了结构性非饱和土体变方程,引入解构规律来考虑常吸力下各向同性压缩过程中结构性的衰减,引入结构强度及其衰减规律来考虑结构性对非饱和土抗剪强度的影响,采用边界面塑性理论对三维状态下非饱和土的变形特性进行描述。利用Gorgan地区的非饱和原状黄土和西安Q₂非饱和原状黄土的试验数据,进行了模型的参数标定和验证,结果表明,所建立模型能够有效预测结构性非饱和土的变形特性。     

非饱和土力学的分形理论

室内试验确定非饱和土的力学性质有许多困难,特别是非饱和土的渗透系数,非饱和土渗透系数量级小,随吸力变化幅度大。非饱和土的孔隙结构与非饱和土的力学特性有关,非饱和土的孔隙结构用分形模型表示,分形理论可以用于研究非饱和土的力学特性。本文采用分形理论描述土体孔隙特性,导出非饱和土的水份特征曲线、渗透系数、剪切强度、膨胀变形和压缩变形的表达式。非饱和土的吸力与孔隙的关系由Young-Lapalace方程表示,将孔隙与非饱和土力学性质联系起来。文中非饱和土的理论公式与试验结果符合得很好。     

分形理论在研究非饱和土力学性质中的应用

试验室内确定非饱和土的力学性质有许多困难,土体结构与其力学性质密切相关,土体结构可以用分形模型描述,分形理论能很好地用来估算非饱和土的力学参数。文中由非饱和土孔隙分布的分形模型导出了非饱和土的水分特征曲线、渗透系数、剪切强度的表达式,并与已经有的经验公式和试验数据进行了比较,验证了本文的理论结果。     

考虑抗拉强度剪断的非饱和土无限边坡稳定性分析

基于Fredlund强度理论提出了抗拉强度包线部分截断的非饱和土非线性强度准则(C-F准则)。该准则允许土体破坏过程中产生剪切破碎。然后建立无限边坡在稳定渗流作用下,考虑抗拉强度部分剪断的无限边坡稳定性分析方法框架,给出非线性强度包线下安全系数的求解方法。该方法可以考虑抗拉强度部分剪断和渗流作用对边坡稳定性的影响规律。分析结果表明,C-F准则较Fredlund强度准则所得安全系数会有降低,对渗流高陡非饱和土边坡稳定性分析的影响会更加显著。     

基于ABAQUS非饱和膨胀土边坡降雨入渗分析

降雨是诱发边坡失稳的主要原因之一,研究降雨引发滑坡机理分析具有重大现实意义。文章基于ABAQUS有限元软件模拟非饱和土边坡降雨入渗分析,结合滤纸法试验推导出适用于贵州省某区域非饱和膨胀土的土水特征曲线拟合公式;结合流固耦合理论和强度折减理论探究了降雨入渗下非饱和土边坡渗流场、位移场及稳定性的变化规律。结果表明:非饱和土基质吸力与含水率呈负相关;降雨入渗过程边坡地下水位差异抬升产生水平渗流力作用以及土体吸力减小强度降低是引发边坡失稳的主要原因。     

成层软土地基上土堤填筑稳定性的塑性极限分析

针对成层软土地基上土堤填筑的稳定性分析问题,考虑地基土体的不排水抗剪强度既随土层变化又随深度任意线性变化,根据工程实践中揭示的堤基深层破坏模式,基于塑性极限分析的上限理论,构建满足运动许可的对数螺旋线与圆弧组合的转动破坏机制,建立了便于快速评估成层软土地基上土堤填筑稳定性的临界高度、无量纲化的稳定数、稳定图、最小安全系数和临界滑动面的分析计算方法,并将计算结果与2个土堤失稳现场试验工程案例的实测结果进行了对比。结果表明,采用本文方法计算得到的土堤最小安全系数接近于土堤失稳时的最小安全系数的理论值1.0,计算确定的临界滑动面也与实测的临界滑动面比较接近,从而验证了本文方法的适用性。     

预压理论在强夯处理山区高填方地基中的应用

该文将堆载预压加固非饱和土理论运用到强夯处理山区高填方地基中,提出上部强夯有效加固土层对下部弹性区域土层的预压作用,通过工程实践证明该理论在一定条件下能有效提高强夯法的可加固深度,从而扩大强夯法在山区高填方地基处理中的应用范围。     

The mechanics of reinforcede bankments on soft soils

The mechanics of reinforced embankments on soft foundation soils are examined to try to establish appropriate methods for their analysis and design. The focus is the bearing capacity of the foundation under the combined vertical and shear loading derived from the embankment fill. Lower bound plasticity solutions exist for this case, and indicate the magnitude of the reduction in bearing capacity due to outward shear stresses, compared to the ‘smooth’ case, and the improvement due to inward shear stresses. The improvement is greatest for soil with strength increasing with depth, or relatively thin layers of soft soil.

The action of the reinforcement can be described in terms of the reinforcement firstly acting to carry the outward shear stresses generated by the embankment fill, and secondly providing inward shear stresses to restrain the foundation soil from lateral displacement.

The slip circle analysis for an embankment on soft soil can now be examined using the plasticity solutions as the benchmark. To calculate foundation stability the slip circle is used only in the foundation, with vertical and shear stresses applied on the foundation surface. In the unreinforced case the outward thrust in the fill must be included for the assessment of overall stability, and it is suggested that the thrust is besst calculated directly rather than with the same slip circle used in the foundation carried through the fill.

The conclusion is that the slip circle analysis is satisfactory in the case of deep deposits of soil with strength increasing with depth. Where the depth of the soft soil is limited, however, the slip circle analysis appears to overestimate stability and the use of the plasticity solutions as a basis for design is recommended.     

高填斜坡段狭窄填石路基的强夯处理施工小结

在分析高填斜坡段狭窄填石路堤沉降变形原因的基础上,提出对高速公路填石路堤进行强夯处理的压实施工新工艺,指出对高填斜坡狭窄地带高速公路填石路堤进行一定次数的强夯处理能从根本上减少路堤沉降隐患,保证其稳定性和耐久性。     

不同浸水时间黄河堤防土体强度特性试验研究

 土体抗剪强度参数在堤防边坡稳定性分析中是十分重要的,现行堤防设计规范没有涉及堤防土体浸水后强度特性变化情况。考虑黄河下游堤防洪水历史和堤防临水状况,进行堤身土体的固结压缩、直接快剪和不固结不排水三轴试验,特别是土样浸水后的强度特性试验,研究堤防土体浸水后强度指标的变化及其机制。试验结果表明：黄河下游堤防堤身土体浸水5 d后黏土压缩系数增大1.46倍,黏聚力最大降低72.6%;粉土压缩系数增大0.64倍,黏聚力最大降低62.8%,而2种土的内摩擦角变化较小。试验结果为黄河下游堤防标准化设计和堤坡稳定性分析提供了科学依据,并对黄河堤防的管理提出了建议。     

雨水·洪水渗透时河堤的稳定性

雨水、洪水渗透时河堤的稳定性问题是一个牵扯到饱和- 非饱和状态水分的渗透和水分变化时非饱和土的强度低下的复杂的工学问题。研究雨水、洪水渗透时河堤内部的水分移动以及土的力学性质变化有利于搞清河堤的破坏机理,以便于合理地进行河堤加固并能够进行有效的抗洪抢险工作。本文通过两个大型河堤渗透试验的结果对河堤的渗透破坏机理进行了分析和阐述     

考虑降雨影响的非饱和土基坑边坡突变失稳分析

降雨入渗往往是非饱和土基坑边坡失稳的主要诱发因素之一,同时边坡失稳又具有突发性。基于突变理论提出了考虑降雨入渗影响的非饱和土基坑边坡稳定性分析方法。根据分析边坡稳定性的塑性极限方法的上限理论建立了边坡失稳尖点突变模型,并得出边坡突发式滑坡的特征关系式,用突变理论对非饱和土边坡稳定进行了初步研究。研究表明,基坑边坡失稳是一种突发性的破坏,外界环境的变化(如降雨入渗导致土体抗剪强度的降低)是基坑边坡发生突发性破坏的决定性因素。     

非饱和土强度公式的比较研究

 非饱和土力学的基本理论已经确认了基质吸力的存在有利于非饱和土的强度提高,但是对于强度提高的机制到目前为止没有统一的结论,非饱和土强度理论中存在着单应力状态变量公式和双应力状态变量公式2种基本的理论表达式,并在此基础上产生了许多实用的强度公式。通过珞珈山土样的土–水特征曲线试验和非饱和三轴剪切试验对非饱和土强度公式进行比较研究。结果表明,珞珈山土样的进气值和残余含水量分别为237.7 kPa和4%;珞珈山土样非饱和强度在低吸力范围内,与吸力基本成线性增长关系,验证了非饱和土双变量强度公式的适用性;珞珈山土样的非饱和抗剪强度参数约为20.7°;现有的非饱和土实用公式精确性较差,非饱和土抗剪强度理论的应用有待进一步的研究与完善。     

高填方加筋新旧路堤现场试验与数值模拟分析

 结合山区高速公路拓宽工程,对土工格室处治高填方新旧路堤进行现场试验,分析加宽高填方路堤侧向位移、沉降及土压力变化规律,研究格室处治效果。在现场试验的基础上,采用三维薄膜单元模拟土工格室的立体加筋性能,建立三维弹塑性模型,分析土工格室受力特点,通过对相关参数的敏感性分析,揭示高填方加宽路堤的变形规律。结果表明,采用三维薄膜单元,能较好地反映土工格室处治现场高填方新旧路堤的规律。与现场试验相比,利用数值试验不仅能得到现场的加筋效果,而且还能通过分析筋材与填料参数的变化和筋材铺设间距来研究格室处治高填方路堤的规律,从而可进一步探讨格室加筋的机制。高填方路堤在加宽路基自重荷载作用下沉降主要集中在加宽路堤的中上部,侧向位移从路基顶面到底部依次逐渐减少。土工格室所在层位起到扩散荷载、减少侧向变形和不均匀沉降的作用。填料与筋材模量愈高,加筋间距愈小,加筋效果愈好,较为合理的铺设间距为2～3 m。该研究成果对高填方路堤加筋处理和新旧路基结合部处理均有借鉴意义。     

降雨条件下边坡入渗及稳定性分析

使用SWMS_2D模拟了降雨人渗条件下边坡含水量分布的变化过程,并将非饱和土体强度理论应用到强度折减法中,利用基于FLAC^2D的强度折减法对边坡稳定性进行了分析计算。以某公路边坡为例,模拟了不同时刻降雨人渗条件下的含水量分布,采用基于FLAC^2D的强度折减法进行计算,结果显示：降雨过程中边坡内土体含水量上升,非饱和土基质吸力减小,孔隙水压力值上升,边坡稳定安全系数明显降低,降雨结束1500min（25h）后边坡安全系数达最小为1．09。