顺层边坡稳定性分析及优化设计研究

顺层边坡稳定性分析一直是山区铁路工程建设最为关心的难点问题之一.由于顺层边坡滑动面的位置分布复杂,往往不能够准确定位,缺乏一套科学合理的稳定性分析及滑动面搜索的方法.为此,论文建立了考虑多级平台几何特征和岩层产状的顺层边坡滑动分析模型,实现了对顺层边坡安全系数的计算及潜在滑动面分析的过程.同时,论文通过编程计算将理论方法转化为操作便捷的程序,研究成果较好地应用于靖宇至松江河铁路路基边坡设计工作中,有效地提高了该顺层边坡设计精度及效率.     

SLIDE和FLAC在某水电站边坡稳定性分析中的应用及对比

为比较SLIDE和FLAC这2款软件在分析边坡稳定性、计算边坡安全系数时的差异,利用这2款软件对福建省关公凹水电站某开挖边坡进行稳定性分析并求解安全系数。模拟过程中发现,SLIDE软件需要预先设定滑动面的形态和滑动面圆心的范围,滑动面形态和滑动面圆心范围设置的不同将会导致计算得到的安全系数有很大的差异,这使得SLIDE软件求解安全系数时受主观性影响大,导致误差增大。通过计算发现,运用SLIDE软件进行计算时,设置集中搜索框与否对计算所得的安全系数影响很小。与SLIDE软件不同,FLAC考虑了岩体的应力应变关系,能通过模仿材料性能找到破坏面,无需人为设置破坏面,得到的滑动面比SLIDE软件中假定的圆弧滑动面更加合理,强度折减法得到的安全系数更加准确。所得结论对其他类似工程具有一定指导作用,对使用这2款软件的业内人士有一定帮助。     

边坡稳定性条分法和容重增加法的耦合分析

结合有限元方法或有限差分法和极限平衡法各自的优点详细分析边坡稳定性,提出了基于条分法和容重增加法耦合分析的基本原理及边坡安全系数的计算程序。利用有限元软件ANSYS和有限差分软件FLAC得出边坡最危险滑动面以及坡体内的应力和应变,然后,通过极限平衡条分理论求得边坡安全系数。算例表明耦合分析求得的边坡稳定安全系数与其它方法的计算结果相近,而且精确分析了强度指标c、φ对边坡稳定的影响,为边坡加固设计提供了依据。     

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。     

边坡强度参数对于稳定性影响的极限平衡法分析

为了研究岩土体抗剪强度参数对边坡稳定性的影响,通过理论推导和Bishop极限平衡法计算,分别改变岩土体的粘结力c和内摩擦角,探讨边坡安全系数和滑动面的变化.结果表明：粘结力或内摩擦角改变时,边坡的安全系数将发生变化,而滑动面的变化受函数η-c的影响,η-c与粘结力和内摩擦角有关.当η-c为定值时,滑动面不随抗剪强度参数的变化而变化;当η-c增大时,边坡的滑动面从近坡面逐渐向边坡内部移动;反之,η-c减小时,边坡的滑动面从边坡内部向近坡面移动.研究结果为边坡稳定性分析的理论和实践研究提供了参考.     

土袋技术加固膨胀土边坡数值模拟研究

为提高膨胀土边坡的稳定性,采用了土袋技术加固方法.利用FLAC3D软件,基于强度折减法,对边坡稳定性进行分析.结果表明,未经处理的膨胀土边坡,安全系数很低,滑移量大,边坡处于失稳状态,若采用土袋技术加固膨胀土边坡,边坡整体稳定性得到较大提高,滑移量大大减小,滑弧形态由浅层滑动过渡到深层滑动,边坡处于稳定状态,考虑土袋与土袋之间的接触,与不考虑土袋之间的接触效果相比,最大水平位移明显减小,安全系数增大,处理前与处理后膨胀土边坡滑动破坏位置没有发生变化,就在坡脚附近,说明土袋技术可用于加固膨胀土边坡.     

黏土边坡稳定性分析的一种快捷方法

为减少黏土边坡稳定性分析手工试算的工作量,提出一种快捷方法,先通过最危险的平面滑动面来确定滑动体的大小,在保持滑动体大小不变的情况下,通过简单的迭代计算将平面滑动面调整为实际滑动面,如圆弧滑动面等,并求出相应的稳定安全系数,用以判断边坡的稳定性．结果表明,本法所求得的边坡稳定安全系数均接近或小于文献所给出的结果．     

基于人工蜂群算法的边坡地震可靠度分析

通过输入埃而森特罗波(EL Centro)地震波对边坡进行有限元瞬态分析,得到边坡在各个时刻的应力值.然后利用Mohr-Coulomb破坏准则,得到对应某一起始点的滑动面.并用瑞典条分法计算边坡安全系数的公式,使其作为目标函数,经过人工蜂群算法进行优化得到起始点,从而确定了滑动面并计算出边坡安全系数.最后,对各个时刻的边坡安全系数进行统计分析,得到边坡失效概率.     

不同失稳判据下边坡稳定性的规律性

以塑性区贯通、位移增量突变、计算不收敛3种边坡失稳判据为依据,采用强度折减有限元法和重度增加有限元法对简单边坡进行了分析。结果表明：以边坡潜在滑动面上某点位移增量突变作为边坡失稳判据是准确的;对于不同土体强度参数下,以位移增量关系曲线突变为判据得到的边坡的安全系数较另外两种方法稳定;对应于塑性区贯通、位移增量曲线突变和计算不收敛的3种判据,边坡潜在滑动面依次向深层发展,边坡的安全系数依次增加。     

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。     

Stability and reinforcement analysis of rock slope based on elasto-plastic finite element method

The rigid body limit equilibrium method(RBLEM) and finite element method(FEM) are two widely used approaches for rock slope's stability analysis currently. RBLEM introduced plethoric assumptions; while traditional FEM relied on artificial factors when determining factor of safety(FOS) and sliding surfaces. Based on the definition of structure instability that an elasto-plastic structure is not stable if it is unable to satisfy simultaneously equilibrium condition, kinematical admissibility and constitutive equations under given external loads, deformation reinforcement theory(DRT) is developed. With this theory, plastic complementary energy(PCE) can be used to evaluate the overall stability of rock slope, and the unbalanced force beyond the yield surface could be the identification of local failure. Compared with traditional slope stability analysis approaches, the PCE norm curve to strength reduced factor is introduced and the unbalanced force is applied to the determination of key sliding surfaces and required reinforcement. Typical and important issues in rock slope stability are tested in TFINE(a three-dimensional nonlinear finite element program), which is further applied to several representatives of high rock slope's stability evaluation and reinforcement engineering practice in southwest of China.     

基于滑面应力场修正的改进极限平衡法

结合极限平衡条分法和有限元法的各自优点,提出从有限元法的分析结果中提取出滑动面上的应力分布,然后通过转化求得滑动面上的正应力分布,以此正应力作为边坡滑动面上的初始应力。引入两个未知参数对滑动面上的正应力进行修正,把修正后的滑动面正应力带入极限平衡方程组中,经简单迭代计算,求出未知参数和边坡的安全系数。通过对工程实例的稳定性计算,对比分析该方法和其他常用方法的计算结果,验证了该方法的合理性,其计算结果能够真实反映边坡的稳定状态。     

渗流-应力耦合效应对非饱和土边坡稳定性影响分析

基于VG模型得到土-水特征曲线与渗透系数函数曲线,通过建立有限元数值分析模型,采用有限元软件SIGAM/W与SEEP/W分别进行渗流-应力耦合分析与只考虑渗流的非耦合分析,将得到的渗流场与应力场导入SLOPE/W计算安全系数并对土坡内应力应变进行分析,研究耦合效应对边坡稳定性影响的相关规律。结果表明,渗流-应力耦合效应使得土体中雨水下渗速度更快,土中基质吸力消散更快;降雨对土坡稳定有不利影响,耦合分析土坡安全系数比非耦合分析小,耦合效应对非饱和土边坡稳定性影响不可忽略;降雨入渗条件下,土坡浅层出现应力集中现象,湿润锋深度处出现应力集中带,土坡易发生浅层破坏;坡脚水平位移比坡顶大,土坡失稳多从坡脚开始。     

有限元强度折减法在边坡稳定性分析中的应用

采用有限元强度折减法与极限平衡法对边坡的稳定性进行分析,并对两者所确定的安全系数以及滑动面的情况进行比较,解决了极限平衡法不能反映坡体塑性变形趋势以及模拟的滑动面与实际不吻合的问题。     

不同随机场模拟对斜坡失稳风险评估结果的影响

使用不确定性分析方法定量评估斜坡失稳风险结果受到学者们的日益重视。针对现有斜坡失稳风险评估中仅采用平稳随机场模拟土体抗剪强度参数分布特征的问题,以一不排水饱和粘土斜坡为例,结合有限元极限分析、强度折减法和蒙特卡洛模拟,讨论了使用非平稳随机场模型和平稳随机场模型模拟土体抗剪强度参数对计算斜坡失稳风险评估结果的影响。结果表明：使用传统的平稳随机场计算斜坡失稳风险的方法会高估斜坡失稳风险,使工程造价增加;安全系数高的斜坡滑面不一定是浅层滑面;斜坡竖直相关距离对采用非平稳随机场计算其失稳风险结果影响较小,而斜坡竖直相关距离对采用平稳随机场计算其失稳风险结果影响显著;斜坡竖直相关距离对滑动面位置和形状的影响较弱。     

小湾电站进水口边坡稳定分析与加固方案优化

采用三维刚体极限平衡法对小湾电站进水口边坡进行了稳定分析与加固方案优化.首先,采用三维块体系统的自动识别方法,找出了危险滑动块体组合,计算出不加固时的安全系数,并通过对地质参数的敏感性分析,找出了控制性的滑动面和块体组合.其次,计算了最小锚固力并指出了较优的加固范围,对纯锚固方案和联合加固方案(预应力锚索加抗剪洞)的加固效果进行了比较,得出了联合加固方案较优的结论.最后,根据开挖现场最新揭露的地质产状,对边坡的稳定性重新进行分析,并调整了加固方案.研究结果对设计和施工具有较大的参考价值,对其他工程也有一定的借鉴作用.     

有限元法在土石坝渗流稳定及抗滑稳定分析中的应用

基于渗流有限元分析的基本原理,以某土石坝工程为例,对土石坝的典型断面进行二元渗流分析,应用有限元法对典型坝坡进行渗流稳定及抗滑稳定计算与分析,为土石坝的安全评价提供依据.     

一种基于拉-剪破坏的边坡动力稳定性分析方法

为量化地震作用下边坡的稳定性,优化矢量和方法并计算出相应动态安全系数,基于边坡在地震作用下的破坏模式:坡顶拉裂缝和坡脚剪切裂组合形成的贯通滑动面,推导出拉-剪破坏下矢量和法的安全系数公式,通过自编程序得到边坡潜在滑动面曲线和动力安全系数,并通过算例验证方法的正确性.针对岩质边坡,利用新、旧两种矢量和方法进行动力稳定性分析,结果表明:边坡潜在滑动面会随着地震持续时间向边坡内部走移;两种方法得到的安全系数趋势一致,但拉-剪破坏模式的下滑趋势角度更大;在拉-剪破坏模式下,边坡的安全系数有所降低,其中,边坡的综合安全系数降低了3%,说明原先的方法高估了边坡的稳定性.优化后的矢量和法能够更具体地反应出边坡在地震过程中的稳定状态,为抗震设计提供更加准确的理论指导.