强度储备安全系数不同定义对稳定系数的影响

在极限平衡的双安全系数分析中,安全系数有c、tanφ的安全储备（定义1）和岩土参数α、k的安全储备（定义2）2种定义,分析了在应用有限元强度双折减系数法计算边（滑）坡安全系数时,强度储备的不同定义对计算结果的影响。2种安全系数定义得到的安全系数是不一样的,但是,强度参数c,tanφ按一定比例折减的同时,岩土参数α,k同时也在按相同的比例进行折减。Drucker Prager准则与参数α和k的选取直接相关,若采用外接D P准则,对于各种土体定义1和定义2得到的边（滑）坡的安全系数比较接近;若采用平面应变匹配D P准则及等面积圆D P准则,对于结构性黏土,定义2得到的安全系数略小于定义1,但对于滑体和滑带土为很粗的碎石土时,定义2得到的安全系数与定义1得到的安全系数要小得多。     

边坡稳定安全系数计算方法探讨

计算边坡稳定安全系数的方法主要有四种：超载计算法、强度折减计算法、基于滑动面应力分布的计算法以及矢量和计算法。针对四种安全系数的定义,采用理论分析方法明确了每类方法的原理,并且指出了每类方法的优势和不足,可供工程人员在计算边坡稳定安全系数时参考。研究表明,下滑力超载储备安全系数只考虑增加下滑力而忽略抗滑力的作用明显不符合力学规律,现有规范已不推荐采用该方法进行边坡稳定性分析。在强度储备法分析中,虽然存在对岩土体材料黏聚力和摩擦因数同比例折减与两者在抗滑稳定分析中所体现的力学特性不符合的缺陷,但是该方法已在工程实践中得到合理性检验,不管是在理论研究还是在工程应用,该方法都将会是主流方法。基于滑面剪应力的有限元法分析中,其安全系数定义滑面为非直线或非圆弧情况下没有明确的物理力学意义。矢量和法基于力的矢量特征,在下滑方向上求解边坡的稳定安全系数,具有一定的优势,但是该方法也存在几个关键问题亟待解决,比如下滑方向的确定、评判标准的应用及下滑推力的计算等,若能有效解决这些问题,该方法在边坡稳定性分析才能有强大的生命力和发展应用前景。     

坡顶超载下边坡稳定性极限上限分析

边坡的安全稳定目前仍是工程的重要问题。文中假定土体符合理想的弹塑性本构模型,建立了坡顶超载下的二级边坡计算模型,运用极限分析上限定理和强度折减法,确定边坡安全系数的上限解,同时探究边坡不同参数对安全系数的影响情况,结果表明坡顶超载的增大导致边坡安全系数的减小;边坡倾角越大,安全系数随坡顶荷载增大而降低的速度越慢;内摩擦角的减小和宽高比的增大,影响边坡安全系数逐渐减少;随着荷载至坡肩水平距离的增大,坡顶超载的影响不断减弱,当此距离足够远时,超载强度对边坡稳定性基本没有影响,说明坡顶荷载对边坡的稳定性影响具有一定的作用距离。分析结果对坡顶超载下的边坡稳定性评估及设计施工具有一定参考价值。     

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.     

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。     

有限元与极限分析法计算桩后推力的分析与比较

极限分析法是常用的计算桩后推力的方法,但计算中无法考虑桩的变形因素,这种方法假定桩后岩土体变形不受限制,抗滑力充分发挥,计算出的推力是主动土压力。当桩变形受限制而使抗滑力不能充分发挥时,计算结果与实际有偏差。有限元用于计算桩后推力时,遵循桩–土共同作用的原则,它不是极限分析法,算出的推力依据桩的变形,可能是主动土压力,也可能不是主动土压力,此外还可以得到相应的推力分布。当滑坡设计安全系数较小时,岩土体抗滑强度未得到充分发挥,有限元与极限分析法有一定差距;随着设计安全系数的增大,岩土体逐渐达到极限情况,有限元与极限分析法算出的推力趋于一致。依据经验,在一般桩设计安全系数下,两者计算得出推力一致,表明有限元用于计算桩后推力是可行的。本文对影响有限元计算推力的几种因素进行了分析,并与极限分析法(不平衡推力法、Spencer法)进行了比较,说明了两种方法何种情况下计算结果一致,何种情况下不一致。     

边坡工程安全等级的划分及应用

目前边坡工程安全等级划分与应用存在安全等级级数不清、安全等级划分困难、安全等级变化不连续、同一地段安全等级有两个、安全等级应用范围不足、安全等级应用不规范、高于一级的安全等级无法应用等问题。对此进行了分析并建议:1边坡工程安全等级、破坏后果严重性、坡顶建(构)筑物重要性划分原则与不位于坡顶的房屋等其它建设工程一致;2通过稳定性计算确定边坡抗失稳支护力和放坡所用稳定坡率;3重力式挡墙抗滑移和抗倾覆稳定安全系数与地基承载安全系数对不同安全等级取不同值;锚杆设计计算中各种强度均采用标准值。最后对塌滑区范围确定方法进行了讨论。     

高土石坝坝坡地震稳定分析研究

采用有限元动力时程稳定和变形分析方法,对不同高度大坝坝坡稳定进行分析,开展了最危险滑弧确定方法 、地震动持时对稳定和变形的影响、滑弧位置和深度以及坝坡加固范围的研究 。结果表明：拟静力法采用规范建议的加速度分布系数不能反映高土石坝实际地震反应规律,计算得到的最危险滑弧较深且滑动范围偏大,不利于确定坝坡的加固范围;坝坡在地震过程中,最小安全系数与最大滑动量对应的滑弧并不一致且是不断变化的,有限元动力法计算坝坡稳定时,应在每一时刻任意搜索最危险滑弧;地震持时对坝坡安全系数影响不大,但对滑动量有较大影响;不同滑弧深度对坝坡安全系数有较大影响,存在一个临界深度,当滑弧超过临界深度时,坝坡安全系数大于 1.0 ;坝坡稳定安全性评价需要综合考虑安全系数与变形的计算结果。根据计算结果,建议了坝坡加固的范围。     

坡面条形荷载对边坡稳定性的影响

基于强度折减法,采用PLAXIS软件建立边坡计算模型,研究坡面条形荷载对边坡稳定性的影响。结合边坡各计算工况的安全系数、潜在滑裂面的形状与位置以及滑动方向,分析了坡面条形荷载作用下荷载大小和方向对边坡稳定性的影响。结果表明:坡面荷载倾角较小时,可以起到加固边坡的作用,但随荷载的增大,边坡滑动方向由向下转变为向上,潜在滑裂面的形状由圆弧形转变为近似折线形;荷载倾角较小时,潜在滑裂面的失稳范围随坡面荷载的增大先增大后减小,荷载倾角较大时,滑裂面范围随坡面荷载的增大逐渐减小。实际工程中,在坡面作用有较小倾角的适量荷载可以起到加固边坡的作用。     

岩土材料屈服与破坏及边(滑)坡稳定分析方法研讨——“三峡库区地质灾害专题研讨会”交流讨论综述

在中国力学学会岩土力学专委会主办的“三峡库区地质灾害专题研讨会”上,与会专家以边（滑）坡引发的地质灾害为背景,集中讨论边（滑）坡工程治理中的力学问题。第一个中心议题关系到岩土材料的屈服与破坏准则,指出屈服与破坏的不同、屈服准则的不同形式,尤其是提出岩土材料统一强度理论、摩擦能的概念与岩土能量屈服准则以及基于三剪强度理论的智能岩土屈服准则;探讨岩土材料破坏准则及其可以表述的各种形式,提出应变表述的破坏准则,并研究砂土剪切带形成与渐进破坏进程;介绍我国应用能量原理研究岩石破坏机制及岩体水力劈裂机制的进展。第二个中心议题重点讨论边（滑）坡稳定分析方法中的有关问题,如边（滑）坡安全系数定义的分析与选用,提出c,？的双安全系数（双折减系数）的定义及其计算方法;讨论边（滑）坡传统稳定分析方法与数值方法的进展,提出多种新的解法,并进行相互比较。在传统稳定分析方法中给出简化Bishop法的解析解、边坡三维分析准严格极限平衡法以及用滑移线对边坡滑动区划分单元的运动单元法,并用于分析研究边坡在干湿循环条件下的长期稳定性,进一步扩展边坡传统分析方法。数值分析方法中,除应用有限元、离散元、有限差分等方法外,土体渗流分析与有限元强度折减法结合的边坡稳定分析方法正在迅速发展,并在边坡稳定分析中从经典弹塑性力学扩展到非平衡态弹塑性力学,从岩体变形理论扩展到岩体变形控制与加固理论。这表明数值分析在边坡稳定分析与边坡加固中将逐渐起主导作用。肯定有限元强度折减法的可行性、优越性与实用性,提出在其应用中需要解决的一些问题及应用中的一些经验,并把强度折减法应用到离散元法与岩石破裂过程分析方法中。研究讨论有限元强度折减法中岩土结构失稳破坏的判据,提出多种判据,主要有滑面上塑性应变或位移出现突变、有限元数值计算不收敛及从坡角到坡顶塑性区贯通等。但至今尚无一致的意见,认为各种判据的结果相差不大,与传统方法接近。最后,提出边坡三维分析的准严格传统方法与基于强度折减的数值分析方法,向三维分析迈进一大步。     

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。     

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...     

A simplified approach for stability analysis of slopes reinforced with one row of embedded stabilizing piles

Embedded stabilizing piles are new anti-slide structures that are unlike traditional stabilizing piles. The pile heads are embedded at a certain depth below the surface of a slope. The piles do not need to support the thrust of the entire upslope sliding mass, and it is, therefore, possible to reduce the sliding thrust on the piles. The embedded depth of the pile heads is an important parameter to maximize the anti-sliding function. Based on an analysis of the stability mechanism of a reinforced landslide with one row of embedded stabilizing piles, a calculation method for the embedded depth of a pile head using limit equilibrium theory is proposed. The related calculation formula is derived in detail using the transfer coefficient method. The proposed method features a close correlation between the embedded depth of a pile head and the design factor of safety of a slope to be reinforced. Additionally, the method can quantitatively demonstrate the relationship that the factor of safety of the slope for the failure mode of the surpassing pile head decreases as the embedded depth of the pile head increases. For a given factor of safety, the range of the maximum bending moment, the maximum shear force on a pile and the lateral displacement at the pile head also can be approximately predicted. Several calculation examples that are closely related to practical engineering applications are examined to show the convenience and rationality of the proposed method. In addition, the theoretical analysis is compared with the results of the numerical simulation of an actual accumulation landslide control engineering project. The results further demonstrate that the proposed theoretical analysis method is reasonable and applicable.     

高速公路滑坡稳定性评价及其治理模拟

 对一高速公路由于路基开挖引起的滑坡进行现场考察和工程地质勘察的基础上,详细分析了该滑坡的工程地质条件及其变形特征,认为该滑坡系路基切方致使坡体阻滑力降低,并形成滑动变形的临空面,导致坡体沿板溪群强风化硅化砂岩顶部与上伏震旦系江口组全强风化硅化砂质板岩不整合接触部位产生滑动。通过FLAC3D对滑坡稳定性的数值模拟,证明该滑坡是由于滑带强度低和开挖坡脚造成的,提出先压脚支护再继续开挖的施工方案。采用基于强度折减法和FLAC3D中的桩结构单元,对不同开挖深度及抗滑桩支护后开挖到设计路基时的安全系数进行了计算。计算结果表明,支护后开挖到设计路基的安全系数是1.33,可满足工程安全的需要。     

不平衡推力法与Sarma法的讨论

不平衡推力法是我国独创的边坡稳定性分析方法,在滑坡的分析治理中得到了广泛应用,然而对其精度的分析却廖廖无几。目前在与其他方法的对比分析中,发现在某些情况下其误差非常大,如果不加限制地使用该方法,可能会给工程带来巨大的隐患。针对该方法存在的问题,通过理论分析和算例比较,认为折线形滑面的计算精度与滑面控制点处滑面倾角的变化密切相关,通过控制该变化角度可以控制其精度,工程中建议将滑面控制点处的倾角变化小于10°作为该方法的使用条件,超过该限制应对滑面进行处理使它满足使用条件或采用其他的分析方法。针对Sarma法所给条间剪力方程存在的问题,给出了一个新的条间剪力方程。新的条间剪力方程不但符合边坡稳定性问题的合理性要求,且能正确表示任意条块的条间剪力。基于新的条间剪力方程对Sarma法进行了改进。改进后的Sarma法认为条块界面和滑动面上的剪切强度具有不同折减系数。算例分析表明,改进后的Sarma法优于Sarma法,应用它能够得到更合理的安全系数值,即使条块形状是变化的,也能够给出一致的安全系数值,而且能够保证迭代过程稳定收敛。     

考虑层间作用的多层滑坡分析方法

对于发育多层滑面的复杂滑坡,工程中较少考虑各滑面之间的相互影响,而所提出的分层计算方法,考虑了各滑面之间的相互影响。各层分别核算其滑坡稳定性,抗滑结构物设计中的滑坡推力及其分布形式。上层滑体按照一般的传递系数法计算,下层滑体按照考虑上层滑体在上层滑面处的作用力传递系数法计算。算例分析表明,分层计算方法将使多层滑面的复杂滑坡抗滑结构物的设计更为合理。     

差别定义下边坡传递系数法计算差异分析

边坡传递系数法是边坡工程设计中的重要计算方法,边坡传递系数法中边坡剩余下滑力计算的准确性和合理性决定了边坡工程治理的长期稳定性与治理的整体效果。然而现今许多文献及规范中根据不同边坡稳定性定义提出的计算方法,导致计算得到的剩余下滑力结果存在差异。本文通过对现有不同传递系数法稳定系数定义下推导出的稳定性系数及边坡剩余下滑力进行对比分析,得到了造成计算结果差异的理论依据,并通过实例证明了在实际工程运用中剩余下滑力的差异及其对设计计算造成的影响,针对计算差异提出了适用意见与建议。     

传递系数法在滑坡治理削坡方案设计中的应用

 削坡减载设计的关键在于何处削坡使得削坡方案最为经济而又达到预期稳定效果,在工程实践中,一般采用不平衡推力法计算滑坡条块的下滑力和剩余下滑力,依据剪出口剩余下滑力小于或等于0这一条件来搜索最优的削坡规模及位置,一般情况下计算工作量较大。针对此问题,利用传递系数法思想,引入剩余抗滑力概念,逆向计算各条块的剩余抗滑力,不需进行优化搜索即可根据剩余抗滑力得到最优条件下削坡规模及位置,概念简单,计算方便。计算过程概括如下：根据预期安全系数从最后一个条块出发,逆向计算各条块的剩余抗滑力,剩余抗滑力依次在条块间向上传递,当剩余抗滑力为负值时,下一轮计算取为0,直到算出所有条块的剩余抗滑力,剩余抗滑力为负值的条块即为应削坡的条块,条块剩余抗滑力的负值即为应消除的荷载。     

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。