水力条件下具有张裂缝临河边坡稳定性分析

 临河边坡由于多种因素可引起坡顶面出现张裂缝,而在水力条件下坡体则变得越不稳定,以致可能发生失稳,因此对水力条件下张裂缝临河边坡的稳定性分析具有重要意义。基于直线滑动面方法、圆弧滑动面方法和滑动面搜索新方法,对此类边坡进行稳定性分析。在考虑渗流作用的情况下,将流网进行合理简化,且以土体、土骨架为研究对象及采用等效容重法对滑动体进行受力分析。直线滑动面时,推导出折线型和台阶型边坡的安全系数计算公式。通过算例分析,并分别研究坡外水位和张裂缝积水深度变化对边坡稳定性的影响,可得到如下结论：(1) 对于最小安全系数的计算,直线滑动面方法偏大,滑动面搜索新方法与圆弧滑动面方法相接近,但比圆弧滑动面方法小;(2) 采用相同类型滑动面搜索方法时,以土体与土骨架为研究对象分析得出的结果一致,以土骨架为研究对象和等效容重法分析得出的结果等效;(3) 坡外水位在一定高度及以下时,不同类型滑动面方法均表明边坡将处于不稳定状态;(4) 随张裂缝积水深度的升高,采用不同类型滑动面搜索方法计算得到的安全系数都将减小,说明张裂缝积水深度越高,边坡状态越不稳定。     

框架预应力锚杆边坡支护结构稳定性计算方法及其应用

基于土体边坡滑动面的破坏模式及极限平衡理论,采用圆弧滑动条分法,在考虑支护结构、锚杆对土体边坡稳定性影响的情况下,建立了边坡最危险滑移面的搜索模型,推导了边坡滑移面圆心位置与稳定系数之间的函数关系。通过计算机动态设定滑移面圆心所在区域,并在圆心区域内采用网格法搜索最危险滑移面的圆心,实现了基于计算机搜索的框架预应力锚杆边坡支护结构稳定性计算方法。最后,开发了框架预应力锚杆稳定性计算软件,并结合具体工程实例进行了验算。     

考虑参数空间变异性的无限长边坡可靠度分析

目前有关土体参数空间变异性对边坡稳定性影响的研究没有考虑抗剪强度参数随深度变化的影响。为此,提出了考虑土体抗剪强度参数均值随深度变化的无限长边坡稳定性概率分析方法。采用Karhunen-Loeve展开建立了表征土体空间变异性的随机场模型。探讨了考虑土体抗剪强度参数空间变异性时边坡失效概率和最危险滑动面的变化规律。最后,以无限长边坡稳定性概率分析问题为例验证了所提方法的有效性。结果表明：土体抗剪强度参数的空间变异性对无限长边坡失效概率有明显的影响,边坡失效概率随土体抗剪强度参数相关距离的增加而减小。对于不排水黏性边坡来说,边坡不排水抗剪强度随深度变化越明显,边坡失效概率越小。边坡最危险滑动面大部分都位于边坡底部。对于摩擦/黏性边坡来说,随着边坡抗剪强度随深度变化的增强,边坡失效概率有先减后增的趋势。抗剪强度参数随深度变化不同趋势对最危险滑动面分布规律有明显的影响。不考虑抗剪强度参数均值随深度变化将会导致最危险滑动面最可能出现在边坡底部。     

锚固边坡稳定性分析有限元模型及锚固效应的探讨

锚固边坡具有锚固结构与土体变形协调的特点,而用条分法分析边坡稳定性时因土体刚体假设无法考虑结构与土体共同作用的本质,存在低估锚固效应的问题。提出了一种有限元法分析锚固边坡的方法,考虑在有限元模型中采用点锚式和全长粘结式杆单元模拟实际锚固结构的自由段和锚固段,注浆加固体采用接触单元,在土体和结构共同作用和接触变形协调的应力计算的基础上,结合条分法稳定性系数概念,对锚固结构考虑粘结强度或抗拉强度,对土体考虑剪切破坏强度,可得出工程分析所需的锚固边坡稳定性系数。研究结果表明:有限元法所得滑动面深度较条分法更深,稳定性系数更大,其有效锚固长度也存在一定的差异。     

直线形滑面边坡的识别与稳定性及支护力计算

在实际边坡工程中,土层广布、岩质部分有外倾结构面的土岩组合边坡常常视为有土层超载的直线形滑面边坡,甚至填土沿基岩面滑动的土岩组合边坡、无外倾结构面的土质边坡和岩质边坡也视为直线形滑面边坡;直线形滑面边坡稳定性及支护力计算也常常只采用单块极限平衡法。该文对这些做法存在的问题进行了分析并提出建议。     

基于余力矩的边坡临界滑动场方法及应用

基于常规极限平衡条分法的瑞典法、Bishop法以及不平衡推力传递法的条间力假定,将圆弧滑动面整体的滑动力矩与抗滑力矩之差定义为余力矩,在给定的安全系数下,利用简单有效的和声搜索算法寻求余力矩最大的滑动面作为给定安全系数下的危险滑动面,变化安全系数直至找到的危险滑动面的余力矩为零,该危险滑动面即为边坡的临界滑动面;鉴于取矩中心对计算结果的影响,对于非圆弧滑动面,采用滑面滑出端的余力替代余力矩作为控制指标,采用与圆弧滑动面下类似的寻找步骤即可得到非圆弧滑动面下的临界滑动面.通过两个典型土坡的算例分析证明了本文方法的可行性.     

争岗滑坡堆积体滑面强度参数反演分析

边坡滑面强度参数的确定是岩土工程领域的难题之一.结合澜沧江古水水电站争岗滑坡堆积体工程地质条件,依据堆积体稳定性受暴雨工况控制的实际情况,对三维滑面及边界条件采用栅格控制和克里格插值法构建了争岗滑坡体的三维滑块模型,并对堆积体的稳定性现状进行合理的假设,利用三维极限平衡方法反算出底滑面综合抗剪强度参数.研究结果表明:该参数可反映滑坡体的总体稳定性及失稳破坏模式,与现场勘察的结果相吻合,证明了反算方法的有效性,在此基础上提出了滑坡堆积体治理的基本思路.相应参数反算方法可为相似工程中参数的确定提供有益参考.     

顺坡渗流条件下土质边坡浅层稳定分析

从斜坡土体应力状态出发,结合Mohr–Coulomb破坏理论,开展了降雨入渗形成顺坡渗流条件下的无限长土质斜坡浅层稳定分析,提出了边坡浅层失稳呈现上缘张拉区、中段主滑区和下缘挤压区三段滑动区域组成的"顺坡曲线"破坏模式;基于定积分元素法,论证了上下缘滑动区域土体的破裂面具有对数螺旋线形态特征,建立了考虑渗透力作用、采用有效应力表达、能较好反映入渗深度wz和主滑区长度L2等因素影响的"顺坡曲线"组合滑面浅层稳定分析方法。研究表明:边坡浅层土体稳定性随L2增大逐渐降低,最终趋近于无限长斜坡稳定分析结果;随wz增加直到最大入渗深度fz,处于极限平衡状态下的滑体L2逐渐减小至零,浅层局部失稳的"顺坡曲线"破坏模式将退化为深层整体失稳的对数螺旋线型曲面破坏模式;wzfz时,对边坡浅层稳定性若采用整体曲面滑动法进行分析将得到偏于危险的结果。     

考虑土体强度随深度变化的土坡稳定性研究

自然界中土体强度随深度变化情况普遍存在。通过数值方法对2层黏性土坡的稳定性进行了模拟,重点分析了土体强度随深度变化以及土层厚度对土坡安全系数和失稳滑动面位置的影响。结果表明,与采用上下土层性质平均值的均质土坡相比,考虑土体强度随深度变化的土坡安全系数更小;此外,土层厚度对土坡滑动面的位置具有重要影响,当上层土层厚度小于坡高,随着土体强度系数k的增大,滑动面出口向坡脚移动,入口向坡肩移动。     

利用条分法验算基坑的稳定性及确定基坑开挖方案

基坑支护体系稳定性验算的目的就是要防止基坑支护结构与周围土体整体滑动失稳破坏,在基坑支护设计q-是经常考虑的一项验算内容。本文通过某工程实例利用条分法验算基坑稳定性,确定基坑开挖施工方案。     

膨胀土边坡的稳定性分析

根据膨胀土边坡失稳破坏现象，将其破坏类型归结为表层溜塌、浅层破坏和深层破坏，同时对其破坏发生机理进行探讨。然后在考虑膨胀土工程特性和环境因素影响的情况下，对南阳一中等膨胀土边坡进行稳定性分析。进而在此基础上，对上述3种破坏类型的滑面进行研究，提出该实例边坡的合理坡率和浅层破坏滑面位置。     

非均质边坡上限分析的离散机构及应用

 针对非均质边坡,尤其是内摩擦角非均匀边坡的上限分析问题,提出一种新的上限机构。该机构基于滑动面离散的基本思想,采用点到点的方式生成速度间断面,并满足相关联流动法则要求以及几何均匀性条件。推导该机构内外功率的计算方程,并采用序列二次规划(SQP)算法和二分法联合求解边坡的临界高度。利用Matlab编制程序进行求解。将该机构结果与已有文献以及数值模拟结果进行对比,证明该机构在均质、各向异性、非均质等多种工况下均有良好的适用性。最后利用该机构分析内摩擦角随深度线性变化边坡的临界高度变化规律,结果表明内摩擦角非均匀系数对临界高度有显著影响。     

均质土坡滑动面的变分法分析

土坡稳定性分析的方法和结果尚没有统一的结论。因此,以下滑总力与抗滑总力之差为评价指标,利用变分法寻找该指标达到最大值的极值曲线,则指标最大值为0的极值曲线就是可能的滑动面。研究结果表明,可能的滑动面都通过坡脚,临界坡高可以由土的黏聚力c、重度γ、内摩擦因数μ和坡度k明确给出。如果土坡稳定设有安全系数,则将黏聚力c和内摩擦因数μ按比例折减即可。由于直线是圆弧的特例,圆弧是连续曲线的特例,相应的临界坡高依次递减;不过对于垂直边坡这三者差别不大,而对于一般的斜坡,极值曲线最低点低于坡底以增大坡肩附近的下滑力,接近坡脚时逆坡的阻滑力由于坡面降低作用较小,因而临界高度远小于平面滑动得到的数值。     

基于遗传算法的土坡三维可靠度分析

 边坡稳定分析的三维安全系数方法和三维可靠度分析方法一般均需人为给定一个与滑坡体宽度相关的参数或仅针对固定三维滑面进行分析计算。由于这样计算得到三维安全指标并不是最小值，因此难以反映边坡真正的安全度水平。引入随机场局部平均计算模型，考虑土性参数的空间相关性，边坡存在一个最小可靠指标对应的三维滑坡形态，这为采用优化方法进行土坡稳定三维可靠度分析奠定基础。对最小三维可靠度指标与三维临界滑面存在的缘由进行分析。遗传算法是一种优秀的全局寻优算法，可以有效解决边坡稳定分析临界滑面搜索问题。引入土性参数的空间相关模型，结合边坡稳定的三维简化毕肖普方法，直接以边坡稳定的三维可靠度指标为优化目标，建立基于遗传算法的边坡稳定三维可靠度分析方法。该方法无需滑坡宽度的假定，可以得到真正的边坡稳定三维可靠指标及对应的三维临界滑面。算例说明该方法的有效性。     

加筋土坡动态稳定性拟静力分析

 加筋土工结构被广泛采用的原因不仅是其具有良好的静力性能,且也在于出色的动力稳定性能,现有研究较少考虑竖向地震效应对加筋土坡动态稳定性的影响。基于塑性极限分析上限理论,假定不同的破坏面,同时考虑水平和竖向地震影响并结合不同加筋模式,采用拟静力分析方法推导一定加筋强度条件下的边坡临界高度和一定边坡高度条件下的临界加筋强度计算公式,并对所导公式采用序列二次规划法进行了优化计算,数值计算与分析表明：简单静态和动态条件下,该结果与现有研究成果有较好的一致性,可以证明该方法的正确性;水平和竖向地震、岩土材料强度特性、边坡倾斜度均对加筋土坡的动态稳定性有重要影响,特别当边坡较陡,岩土填筑材料质量较差和地震影响强度较大时,忽视竖向地震影响将会导致设计偏于不安全;最后针对工程实际,提出相应的工程建议。     

土质边坡极限平衡状态及临界滑动面的判定方法

 开展边坡失稳判据及临界滑动面确定方法的理论与数值实现研究。应用分叉理论的研究成果,证明满足关联流动法则的理想弹塑性材料,在平面应力或平面应变条件下的失稳模式为应变局部化模式,由此类材料构成的边坡模型的失稳过程为局部带渐进扩展过程。基于以上证明,提出局部化带贯通判据,认为表征边坡整体失稳的充要条件是局部化带在边坡内部的完全贯通。基于数值模拟,发展一种局部化带路径追踪技术,根据每个增量时步土体单元的局部化状态信息,通过后处理显式追踪局部化带的形成、扩展、汇合直至贯通的过程,直观、方便地判断边坡的极限平衡状态,同时确定临界滑动面的位置。并开展强度折减和位移加载算例研究,验证局部化带贯通判据及数值实现方法的适用性。     

降雨强度对松散堆积土斜坡破坏的模型试验研究

通过在室内构建泥石流源区松散堆积土体斜坡模型,采用三种不同降雨强度对其稳定性进行研究。得出了不同降雨强度下斜坡土体流失规律与斜坡的失稳方式。结果表明：在低雨强（26mm/h）作用下,松散斜坡的土体流失量最少,并以坡面侵蚀为主;在中、高雨强（51mm/h,68mm/h）作用下,首先表现为坡面侵蚀和沟道侵蚀,进而是大规模土体流滑破坏,在土体累积流失量与时间曲线上有突变点;在高雨强作用下,形成了阵性泥石流。     

边坡稳定性的解析计算

对于边坡的平面和圆弧形滑裂面，采用解析方法建立了边坡安全系数的正确的解析表达式。对于平面滑动，给出了边坡的临界滑裂面和最小安全系数的解析算式：对于圆弧滑动，利用函数取极值的条件，提出了通过求解一个二元代数方程组来获得边坡的临界滑裂面和屉小安全系数。作为算例，对于纯粘性土边坡(φ=0)，建立了确定边坡临界滑裂面的迭代算式，并计算了某些边坡的临界滑裂面和最小安全系数。     

堆积层边坡开挖致滑的原位监测试验研究

近年来，随着高速公路、大型水利工程、深基坑工程的兴建，人为开挖边坡引起的工程事故越来越突出，尤其是在以堆积覆盖层为主的西部山区，人类的工程活动已经成为地质灾害的主要诱发因素。为了对切坡开挖诱发下的堆积层边坡的失稳机制有较深入的了解及研究边坡性状随时间变化的一些重要特性，在贵州晴隆选取一个典型的堆积层边坡进行现场开挖试验和原位综合监测。研究结果表明：堆积层边坡在切坡开挖影响下多发为浅层牵引式破坏，滑动变形区为坡面以下0～4m之内，变形量以坡面最大，变形形态为从坡面到坡面以下逐渐减小的松弛变形；此类堆积层边坡切坡开挖的警界临空高度为3m，临空高度超过3m的边坡应采取适当的防范措施；边坡开挖后裸露的堆积层边坡，在强降雨的影响下易发生滑塌事故，应提高警惕。