基于透明土技术土岩边坡滑移机理的模型试验研究

随着工程技术的飞速发展,土岩边坡滑移机理的研究具有重要的意义和工程应用价值。通过透明土模型试验研究坡顶荷载作用下土岩界面接触滑移机理和规律,实现了土岩边坡内部滑移变形的可视化。考虑了岩体Barton节理粗糙度系数、坡体角度和坡体高度等因素对土岩边坡稳定性的影响。利用粒子图像测速(PIV)和激光散斑技术,获得了土岩边坡在坡顶荷载作用下内部变形的特征。试验分析表明,土岩边坡的滑动可分为3个阶段:初始阶段、匀速阶段和加速阶段;在土岩边坡滑移过程中减小岩体Barton节理粗糙度系数、增大坡体高度、增大坡趾角度将引起边坡土体内部较大的位移,进而引发土岩边坡的失稳。采用双排抗滑桩的边坡防护措施后,有效地延缓边坡土体内部位移的发展,提高土岩边坡的稳定性。文中研究成果为揭示土岩边坡滑移机理及其工程防护的有效性提供了重要的理论依据,通过跟踪透明土颗粒的运动轨迹实现土体内部变形可视化的土岩边坡滑移提供了试验依据。     

两级抗滑桩对坡顶建筑物的安全控制研究

采用两级抗滑桩对边(滑)坡进行治理过程中,当坡顶存在建筑物或者规划建设建筑物时,除了考虑边坡的整体稳定性,还必须良好控制坡顶土体位移量,从而保障坡顶建筑物的安全和稳定。该文通过建立有限元计算模型,分析了两级抗滑桩对坡顶土体位移的控制效果,探讨了浅基础离边坡的安全距离及深基础对边坡稳定性的影响。得到以下结论:坡顶土体位移主要受到二级抗滑桩的控制,且二级抗滑桩距离坡肩越近,坡顶土体位移越小；当坡顶存在浅基础时,坡顶土体位移越大,建筑物所需的安全距离(离边坡的距离)越大；当坡顶存在深基础时,桩基距离边坡坡肩越近,对边坡的稳定性越不利；相对于桩基所受垂直荷载,水平荷载对边坡的稳定性影响更显著。在此基础上,对广西某滑坡进行了优化设计,最终实测结果表明两级抗滑桩对桩顶土体位移控制效果良好。     

隧道开挖位置对边坡稳定性的影响研究

在有限元程序的基础上,建立了边坡隧道平面应变数值模型,对比分析了隧道不同开挖位置对边坡稳定性的影响。研究表明:隧道在边坡上部开挖,其扰动对隧道本身以及边坡影响不大,当隧道开挖至边坡中部,边坡出现明显位移变化。随着隧道开挖位置向坡底移动,对边坡以及隧道周边土体迅速产生较大扰动,甚至产生破坏。由此,确定隧道开挖位置的合理范围,为此类隧道建设提供了定性或定量分析结果,使实际工程设计更加合理。     

济南地区土岩二元结构边坡加固设计及稳定性研究

我国城市化建设不断发展,出现了大量覆盖土+下覆风化岩的二元结构边坡,但对于此类结构边坡的整体稳定性分析及支护设计理论体系方面研究较少。为此,以济南地区蒋山山体加固项目为研究对象,在分析现场施工条件、边坡高度及周边环境的基础上,提出了桩板式挡墙+预应力锚索+岩石锚喷的组合结构工程设计,成功地解决了济南地区土岩组合边坡土体易失稳、支挡结构变形较大和施工过程安全性差等支护难题。同时结合MIDAS/GTS有限元软件,对既有边坡的稳定性进行了分析,并从应力场、位移场及整体稳定性系数3个方面研究了土岩二元结构边坡滑移面位置及破坏机理。研究结果表明：既有边坡整体稳定性系数为1.22,属于基本稳定状态;随着施工工况进行,下覆灰岩薄弱面发生应力集中现象,边坡潜在滑移面的工程规模则随着加固措施的进行得到了有效的抑制;坡顶及坡脚位置处位移逐渐减小,而最大位移量位于边坡中部的土岩交界面附近,位移值14.64mm;通过边坡加固设计方案,土岩二元结构边坡整体稳定性系数提高至1.55,属于稳定状态,达到了规范要求。     

抗滑桩加固失稳边坡稳定性分析研究

目前针对既有潜在失稳边坡的加固设计分析,没有考虑边坡长期的变形效应或后期周围环境变化等支护边坡稳定性的影响。以某一抗滑桩加固失稳边坡为例,采用PLAXIS3D有限元软件建立三维模型进行了边坡稳定性分析,利用考虑桩-土相互作用的强度折减法,研究了抗滑桩支护的原边坡变形破坏特点。研究结果表明,原边坡破坏属于地表拉裂而非深层潜在滑移面滑移,位移过大且处于临界稳定状态但安全储备不足;卸载坡顶2m高、13m宽土体后,可以有效控制边坡变形,保证边坡稳定,而在后续兴建的弃土场荷载作用下,边坡受到的影响有限。     

基于滑移线场理论的边坡滑裂面确定方法

发展了一套基于滑移线场理论,并根据有限单元法的计算结果来确定边坡滑裂面的数值模拟方法,在此基础上研究了流动法则对边坡稳定分析的影响。该方法可以考虑弹性区与塑性区的区别,并可以考虑不同的流动法则。给出了滑移线方向场数值模拟的具体方法和由滑移线方向场追踪滑移线的方法,提出安全系数最小的滑移线即为边坡的滑裂面。算例证明了方法的有效性。研究结果表明,对于无约束的天然边坡,自重作用下其安全系数受流动法则的影响较小,而滑裂面的位置随流动法则的不同而不同;当坡顶有荷载作用时,尤其是边坡的稳定性主要由坡顶荷载决定时,无论是安全系数还是滑裂面,流动法则的影响均很大,采用相关联流动法则可能会高估边坡的稳定性。     

位移突变判据中监测点的位置和位移方式分析

选择边坡内某些监测点的位移突变特征作为强度折减法的材料破坏判据。为分析监测点的位置和位移方式选取的合理性,分别对均质土坡和节理岩质边坡建立数值模型。在坡体内布置若干点,记录这些点在3种位移方式下位移和折减系数的关系。根据关系曲线的特征,建立双曲线拟合方程,结果表明:①相关系数接近1,拟合效果较好;②临界滑移线内及滑移线上各点均可作为突变判据的监测点;由于坡顶位置较容易确定,且必位于滑移线内,建议在一般边坡中选取坡顶作为监测点;③3种位移均可作为监测的位移方式。     

桩锚支护结构在高边坡治理工程中的应用

边坡的加固形式及稳定性分析一直是边坡工程研究的重点。以某地铁停车场开挖形成的高边坡为例,采用强度折减法,运用有限元计算软件,计算边坡在加固条件下的稳定性安全系数、潜在滑动面以及桩身的受力变形情况。计算结果表明：边坡在加固条件下的稳定性安全系数能满足《建筑边坡工程技术规范：GB50330—2013》要求;边坡失稳破坏时,桩顶边坡形成了浅层滑移面,排桩能有效限制边坡出现深层滑移;桩后土体及锚索作用下,排桩最大弯矩及位移发生在嵌固点位置,桩身弯矩呈“鼓肚子”形态,桩顶位置设置预应力锚索,不仅可以增大桩的抗弯能力,还可以有效限制桩顶位移。     

地震作用下双排抗滑桩支护边坡振动台试验研究

利用大型振动台试验研究双排抗滑桩支护在地震荷载作用下的抗震性能。通过对比上部锚杆+下部双排桩共同支护与单一桩支护的破坏过程,分析两种情况下坡体的动力响应与破坏机制。试验表明在桩+锚杆共同支护下,桩后边坡坡脚首先发生剪切破坏,当地震动作用增大到一定范围,坡顶出现张拉裂缝,两者贯通时边坡发生越顶破坏;单一桩支护条件下,首先在坡顶出现张拉裂缝,裂缝随着地震动作用增大向下扩展,当同下部剪切滑移带贯通时,边坡失稳破坏。通过坡体裂缝发展过程、位移及加速度监测数据表明,前者的抗震性能显著优于后者;在地震动作用下,边坡破坏是张拉–剪切复合作用的结果。试验研究为双排抗滑桩抗震设计奠定了坚实的基础。     

弹模取值对路堤边坡地震稳定的影响分析

本文采用动力分析方法，输入不同类型的地震波，取不同的路堤土体弹性模量，然后采用动力有限元法对路堤边坡进行地震荷载下的动力反应分析。计算分析不同的路堤土体弹性模量对路堤边坡坡顶的位移、加速度以及加速度放大系数的影响。     

土质边坡建筑桩基水平荷载试验研究

结合工程实际，在土质边坡进行桩基水平荷载试验，研究在水平力作用下的桩体变形特征及承载力。试验结果表明：（1)由位移控制的该工程下部结构设计是安全的；(2)试桩因离土质边坡坡脚距离不同而力学响应有明显的不同，在水平位移一定的条件下，离坡脚愈近，水平承载力愈大，这表明了在坡内土体竖向分力作用下，桩体本身受到较大的球应力作用，整体抵抗能力提高；(3)对于土质边坡建筑桩基础，桩体的承载能力与荷载施加方向是否和坡向一致未见有明显关系，显示了土质边坡均匀性特点，这与岩质边坡地质结构有明显的方向性有很大的不同。     

连拱隧道浅埋偏压段的受力和变形机制研究

 以安景高速双河口隧道为工程背景,针对连拱隧道洞口浅埋偏压段特殊的地形情况,探讨围岩在地应力和边坡滑动共同影响下的应力分布情况。为满足工程应用的需要,在监测数据分析的问题上提出对监测数据进行非线性分离的方法,并以其中的线性趋势项为依据建立围岩的应力与变形之间的映射关系,来指导隧道设计和施工,用分离出来的波动项来分析施工过程中出现的异常情况。结果表明：连拱隧道洞口浅埋偏压段受到上覆荷载和边坡滑动的共同作用,其中最危滑动面和洞口上部坡角处的围岩和支护结构受边坡滑动的剪拉作用影响最为明显,消除施工等因素影响的监测数据趋势项可以更直观地说明这一点,因此在隧道工程中如果穿越岩体最危滑动面附近的围岩时有必要考虑边坡滑动的影响。     

金沙江支流冲江河巨型滑坡及其局部复活机理研究

中国西南三江活动构造带是大型滑坡的高发区。笔者在滇西北金沙江支流冲江河螺丝湾电站一带发现的巨型滑坡——冲江河滑坡,位于区域性活动断裂带的阶区,属于古地震造成的巨型古滑坡或坐落体,体积可达5.8×10⁸ m³。该巨型古滑坡在后期演化中经历了趋稳和局部再复活的过程,其内部存在若干次级滑坡,且表现出级序越低、稳定性越差的特点。在野外调查的基础上,对复活次级滑坡的滑带土进行了环剪试验研究,获得了不同部位滑带土在较大剪切位移条件下的抗剪强度变化规律,认为活动构造带斜坡岩体破碎软弱、坡脚处于应力集中区是冲江河巨型滑坡局部复活的重要因素;在剪切作用下,饱和或近饱和的滑带土因超孔隙水压力而发生液化作用,促进了坡体大变形的发生。试验结果很好地解释了公路坡脚部位,即使少量开挖就可以引起缓慢、持续发生的大变形现象。从滑坡复活机理角度,加强坡面排水和坡前采用抗滑桩技术可以有效控制坡体稳定性。     

谈高速公路膨胀土路堑边坡处理

针对膨胀土边坡的防护问题,结合湖北荆宜高速公路膨胀土路堑段实例,因地制宜地提出防止膨胀土边坡溜坍和滑坡等病害的边坡处理技术,为类似膨胀土边坡处理提供指导。     

土体含水率对边坡动力破坏模式及动力响应影响的振动台试验研究

正确认识地震作用下边坡的破坏模式及动力响应特征可以为边坡抗震设计提供理论指导。为了探讨边坡土体含水率的变化对边坡破坏模式及动力响应的影响,针对该问题展了室内振动台模型试验,分析了不同含水率边坡失稳破坏的物理过程,以及在地震荷载作用下边坡动力响应规律。试验结果表明土体含水率对边坡破坏模式有较大影响,含水率6.8%和10%的砂土边坡分别表现为震裂–溃滑型和震裂–溃散型滑坡破坏形式,含水率18.1%和24.6%的黏土边坡分别表现为震裂–溃散性和震裂–蠕滑型滑坡破坏形式;在参数考虑的范围内含水率较大的边坡比含水率较小的边坡更稳定;在水平动力载荷作用下,边坡表面的土体位移变化规律能够反应出边坡失稳破坏特征;对于该文讨论的砂土和黏土边坡而言,含水率大的边坡加速度放大效应弱于含水率小的边坡;从土体阻尼角度解释了含水率变化对边坡失稳影响的机理。     

干湿循环效应对南宁外环膨胀土抗剪强度的影响

针对膨胀土边坡滑坍多呈浅层破坏的现状,选取南宁外环膨胀土原状样与重塑样开展对比试验,精心设计试验方案,改进常规直剪试样制备条件和试验方法,使模拟土体季节性干缩湿胀过程更接近实际,探究了2种土样经历多次干湿循环作用后抗剪强度的衰减规律。结果表明：试样制备中有上覆荷载作用,实测土样经历同样干湿循环次数后的强度衰减幅度比无荷条件下的小,再次验证荷载对抑制强度衰减作用明显；不管原状还是重塑样经干湿循环后的强度衰减主要是c值大幅降低,其值虽也减小但降幅都不大；此外,计入边坡浅层破坏时滑面的低应力条件开展试验并分析测试结果,得到做边坡浅层稳定性分析时合理的抗剪强度参数,研究结果可供工程设计参考。     

前后排抗滑桩加固滑坡桥基的振动台试验研究

 设计并完成前后排抗滑桩加固滑坡桥基的振动台模型试验。通过输入不同频率、加速度峰值的正弦波,分析振动时桥墩基桩、抗滑桩的受力变形规律,以及PGA放大系数变化特性。试验结果显示,当滑体为可塑的粉质黏土时,后排抗滑桩桩后土压力峰值分布随台面加速度峰值变化,由三角形逐渐变为倒三角形;由于桥墩、后排抗滑桩间距很小,两者相互作用增强,桥墩基桩受到较大的动力荷载影响,随着台面振动加速度峰值增加,桥墩基桩的应变最大值从桩顶下移至滑面附近;当正弦波加速度峰值相等时,频率越高,土体黏滞阻尼越小,滑坡的PGA放大系数越大,相应云图呈层状分布,同时高频振动波使土体产生较小的位移和变形,导致滑坡推力也较小;振动波在向上传播时,土体存在滤波效应,自振频率附近的频谱幅值会被放大。     

基于2.5维有限元法分析横观各向同性地基上列车运行引起的地面振动

 根据2.5维有限元原理,从横观各向同性土体弹性本构方程出发,推导出横观各向同性土体2.5维有限元弹性波动方程。轨道简化成铺设在横观各向同性地基上的Euler梁。在轨道方向的垂直截面上,将轨道结构和地基进行有限元离散,采用八节点单元,每个节点包含3个自由度,从而使复杂的三维问题转化为平面应变问题,再通过FFT逆变换转换为沿轨道方向三维空间中的时域振动响应。分别基于上海和北京地区的典型土质参数,进行场地动力响应分析。结果表明：列车运行引起的北京地区场地的加速度响应幅值及位移响应幅值均分别大于上海地区场地的加速度响应幅值及位移响应幅值;随着距轨道中心处距离的增加,两地区土体的动力响应频率均衰减到简谐荷载的自振频率周围,反映出横观各向同性土体的滤波作用;应力波在软土层中传播所消耗的能量大于在硬土层中传播;列车运行引起的地面振动衰减曲线会出现反弹增大的现象,其反弹特性及出现的位置与地基土体参数及列车运行速度密切相关。     

公路堆载诱发型滑坡稳定性分析

依据上三公路1#滑坡的地质勘探剖面建立数值分析模型,进行弹塑性材料接触模型的数值模拟研究,研究了堆载诱发型滑坡变形破坏的特点,揭示了滑坡变形破坏发生、发展的力学机理。研究结果表明:在松散堆积体边坡上堆载,直接改变了边坡的稳定性和地下水的渗流条件,降低了坡体的稳定性,最终导致滑坡的发生。