土工袋参数对土质边坡加固效果及特性的试验研究

随着土工袋加固边坡技术应用愈来愈广,土工袋粗放式布置的弊端逐渐凸显,其优化应用研究势在必行。通过室内物理缩尺模型试验,进行不同土工袋尺寸大小及袋子形式的7种边坡加载破坏试验。通过分析边坡坡体破坏形态与破坏压力、墙后土压力的竖向分布及沿水平方向的传递规律和加载过程中土压力变化趋势等,探究土工袋墙体加固宽度(简称袋宽)、尾翼长度(简称筋长)等参数对土质边坡加固效果的影响及其规律。研究结果表明:土工袋有良好的边坡加固效果,土工袋墙体加固宽度越大加固效果越好;在保证经济成本不变的情况下,并不是筋长越长越好。     

有限长生态边坡客土稳定性分析

 生态边坡工程中植物赖以生存的基质(客土)的力学稳定性至关重要,而生态边坡工程初期时客土的稳定性主要取决于其抗滑动性。一般情况下,客土长度与厚度相比往往并非足够大。针对有限长客土的抗滑动性问题,利用模型试验及极限分析上限解进行讨论。试验结果表明,客土破坏时的滑裂面上部为沿金属网上表面的一条平行于原边坡坡面的直线滑裂面,下部为与之光滑连接的一条通过支挡结构上沿的曲线滑裂面。客土越长,客土越厚,失稳时的边坡坡角越小,即越容易失稳。基于试验结果建立许可的破坏机构及速度场,给出极限分析上限解并利用试验结果进行验证。     

天然边坡削坡工程中的稳定性研究

天然边坡在削坡工程施工阶段或竣工后,往往形成上下部不同坡度的边坡。离心模型试验与现场试验结果表明,这类边坡有两种破坏模式。一种是滑裂面始于坡顶,另一种是滑裂面始于坡面。利用极限分析上限法理论讨论并确定边坡发生不同破坏模式的条件,从而给出极限开挖深度、设计开挖深度小于极限开挖深度时的稳定安全系数以及设计开挖深度大于极限开挖深度时的土压力,为解决天然边坡削坡工程中的稳定性设计问题提供理论依据。     

土工袋柔性挡墙位移模式及土压力研究

用土工袋构筑而成的挡土墙具有一定的柔性, 在墙后土压力作用下,墙体能够发生一定的变形, 墙后土压力分布及大小与刚性挡土墙大不相同。设计并进行了土工袋柔性挡土墙模型试验,通过试验观测了墙体的位移模式和墙后填土的破坏模式,研究了土压力沿墙体高度方向及墙体水平方向的分布;运用水平微分单元法推导了主动平衡状态下土工袋柔性挡土墙土压力的计算公式,土压力理论计算值与模型试验实测值基本吻合;进行了模型试验用土工袋层间摩擦试验,建立了土压力与土工袋层间摩擦力的平衡关系式,分析了土压力沿土工袋墙体水平方向的传递规律。     

土工加筋结构的有限元边坡稳定分析

针对目前设计方法中忽略面板作用的问题，本文在采用极限平衡理论验证有限元边坡稳定分析方法的基础上，将此方法应用到土工加筋结构中，大量的计算表明，面板的型式，刚度对加筋结构的稳定性起很重要的作用，这些结果基本上同试验及现场观测资料相吻合，对土工加筋结构设计有一定的参考价值。     

加筋土破坏面的模型试验与数值模拟

通过加筋土模型试验得出的破坏面与有限元极限分析法模拟的破坏面对比,试验与数值模拟表明加筋砂土破坏面形态接近平面。破坏面与水平面夹角也基本一致,验证加筋土边坡采用有限元极限分析法是可行的。加筋后破坏面与水平面的角度比加筋前大8°,表明加筋效果明显。由于黏聚力与内摩擦角的影响因素不尽相同,因此目前国际通用软件中采用的计算模型与相关参数选取还有待改进。     

土工格栅加筋边坡坡顶条基极限荷载的预测

通过土工合成材料加固的边坡,承载能力显著提高,因而获得广泛应用。为了合理的评价加筋边坡的坡顶条形基础的极限荷载,制作了足尺寸模型并进行了试验,采用延性较好但强度较低的聚丙烯(PP)土工格栅对边坡进行了加固,在坡顶通过条形基础(钢梁)施加荷载直至边坡破坏,获得了极限荷载以及边坡的变形和破坏规律,通过细致的测试手段,详细地捕捉到模型的力学响应。在此基础上,通过校验的FLAC数值模型,对土工格栅加筋边坡的承载能力进行了预测,得到了满意的结果。     

双层均质边坡临界高度研究及其稳定性分析

基于边坡塑性极限理论，假定组合对数螺旋线破坏机构，直接推导出双层均质边坡的临界高度方程。通过强度折减法使边坡逐步处于极限平衡状态，进而获得边坡的稳定性安全系数。该方法直接进行外功率积分，无需采用数值方法解决外功率积分困难，并且显式表达边坡临界高度。针对强度折减过程中优化计算对初值的依赖性问题，基于均质边坡上限法的对数螺旋线优化参数，提出了层状边坡初值估算方法，通过重点空间重点搜索，使得边坡稳定性分析过程更加高效。通过算例的验证与对比分析，表明该方法具有较高的计算精度和稳定性，指出上限法在层状边坡局部稳定性分析中存在的问题，并重新构造出可以兼容整体与局部破坏模式的目标函数，解决该问题。最后，以兰州市某黄土边坡为工程背景，采用多种方法进行了稳定性分析，验证了所提方法的可靠以及初值的低依赖性,可快速有效的应用于工程实践。     

抗滑桩加固边坡变形破坏特性离心模型试验研究

抗滑桩加固边坡的增强作用与抗滑桩设置位置、桩头条件等密切相关,通过离心模型试验对不同桩位与桩头条件下采用抗滑桩加固边坡的变形破坏特性进行研究。试验表明,设在边坡中部的抗滑桩在边坡破坏前桩头水平位移最大,而在相同的破坏载荷作用下,设在中部的抗滑桩比设在上、下部以及桩头固定比桩头自由时边坡破坏后的位移矢量要小,这表明抗滑桩设边坡中部以及桩头固定对边坡土体的遮挡效果及边坡安全系数的提高最好。     

基于严格滑移线场理论临坡条形基础地基极限承载力分析

临坡地基极限承载力的计算是岩土工程中的常见问题,欲求得其精确解,必须同时满足静力平衡条件和机动许可条件。基于严格滑移线场理论,利用特征线方程和三类基本边值问题构造同时满足应力边界条件和速度边界条件的滑移线场,并提出临坡地基5种单侧破坏模式,最终求得相应的地基极限承载力。利用上述方法,分析了土体剪切强度、边坡几何形状以及基础与坡肩相对位置对临坡地基极限承载力和破坏机理的影响。研究结果表明:计算结果与已有模型试验结果较为吻合。同时,临坡地基极限承载力随土体剪切强度的增大而增大,但随边坡高度和坡角的增大而减小。当边坡高度达到临界高度时,地基极限承载力不再随之发生变化。此外,极限承载力随基础与坡肩相对距离的增大而增大,并最终达到稳定。当基础放置位置达到临界值时,边坡稳定性对极限承载力不再产生影响,此时临坡地基整体结构服从Prandtl地基承载力破坏。随着基础与坡肩相对距离的增加,临坡地基的破坏模式由坡面承载力破坏,逐渐过渡到坡面滑动破坏或深部滑动破坏,并最终达到Prandtl地基承载力破坏,在此过程中临界滑动范围不断增大直至服从平地地基破坏模式,从而导致了极限承载力先增大后保持不变的过程。     

Experimental and upper-bound study of the influence of soilbag tail length on the reinforcement effect in soil slopes

Soilbags have good reinforcement effect on soil slopes. In this paper, traditional soilbag is modified by adding a tail to it. Model tests have been used to study the influence of soilbag tail length on the reinforcement effect in soilbags reinforced slopes. Moreover, a permissive failure pattern and a corresponding velocity field have been established based on the experimental results. Then, the ultimate failure heights of the reinforced slopes are obtained by using the upper-bound solution theory and compared with the experimental results. Both the experimental and analytical results show that within a certain limit, the reinforcement effect improves with the increase of tail length. However, when the tail length is over a certain value, the increase of the tail length does not improve the reinforcement effect any more. This provides theoretical basis to the optimized design of soilbags reinforced slopes.     

Earth reinforcement using soilbags

This paper describes the method of earth reinforcement using soilbags and illustrates its application for case studies involving a pond and the expansive soil slope protection for a highway. The strength properties of soilbags were investigated using unconfined compression tests and bearing capacity tests on real soilbags containing either medium grained sands or gravels. The test results show that soilbags have high strength when subjected to an external load. This is primarily attributed to the mobilization of tensile forces in the bags. It is concluded that earth reinforcement using soilbags could substantially improve the bearing capacity of soft ground as well as minimizing deformation under working loads.     

无黏性土斜坡地基承载力模型试验研究

采用缩尺模型试验对砂土斜坡地基的土压力分布、变形机制、破坏模式进行探索,并研究了斜坡坡角、基础尺寸、相对密度、基础形状对斜坡地基破坏形态及极限承载力的影响。结果表明：斜坡地基的破坏模式与Choudhury提出的破坏模式相近,破坏区域由不对称楔体、辐射向剪切区、被动楔体组成。斜坡地基的破坏区域长度随斜坡坡角、基础尺寸的增大而增大,但不随相对密度的变化而变化;而斜坡地基的极限承载力随斜坡坡角的增大而减小,随基础宽度、相对密度的增大而增大。对相同尺寸的基础而言,方形基础下的地基极限承载力和破坏区域长度均大于圆形基础。试验研究成果对斜坡地基变形特征、破坏形态和斜坡地基承载力影响因素的探究具有一定理论参考价值。     

顺层岩质路堑边坡破坏模式及设计对策

 在对大量顺层边坡进行详细调查研究基础上,总结提出顺层岩质路堑边坡的分类及8种顺层边坡破坏模式,并对较为常见的滑移–拉裂和滑移–弯曲破坏模式的稳定性分析方法进行讨论。指出在实际工程中,对于滑移–拉裂型顺层边坡,其稳定性分析可通过计算失稳岩层临界长度进行,为避免开挖过程中边坡出现顺层滑动,宜先加固后开挖或边开挖边加固;对顺层清方边坡,可能出现滑移–弯曲破坏,宜采用弹性受压板稳定理论进行边坡稳定性分析后,确定分级高度和加固措施。水是诱发顺层边坡失稳的主导因素,设计中应加强防排水措施。     

不同锚固方式下软弱破碎岩质边坡渐进破坏特性的模型试验研究

在软弱破碎岩体中进行人工边坡开挖,往往因局部坡体应力集中或变形过大而导致边坡失稳破坏,为此需要采用大量的锚杆加固岩体。为进一步了解该类边坡的变形破坏机制及其支护加固效果,以 Ⅳ 类围岩为参照对象,将其等效为单一均质地层,并根据相似理论建立其地质力学模型,随后开展了不同锚杆加固方式下岩质边坡破坏特性的试验研究。试验结果表明,当不采取加固措施时,软弱破碎岩质边坡的塌方主要是由于坡顶岩体的张拉和坡脚岩体的压剪共同作用的结果,且往往呈渐进性破坏机制;当采取锚杆加固时,一方面,锚杆加固可有效提高边坡岩体的承载能力和抵抗变形能力,锚杆的作用主要体现在抗剪止裂和抗拉伸两个方面,另一方面,不同的锚杆直径、锚杆长度和锚固间距对边坡岩体的加固效果和最终破坏模式有较大影响。     

圆形凸坡的稳定性分析

通过三维数值分析表明圆形凸坡的破坏模式接近于轴对称破坏,采用一般的三维破坏模式会使计算结果偏于不安全,揭示了目前三维分析方法中滑裂面形状的假设并非总是合理。构建了轴对称条件下的容许速度场,得到了内摩擦角(=0时圆形凸坡临界坡高的上限解。同时提出了轴对称破坏模式下,计算圆形凸坡安全系数的极限平衡方法。比较了圆形凸坡和长直坡的稳定性差异,圆形凸坡的相对半径越小、土体越接近于纯黏性土时两者的差异越大,坡度较小时前者较稳定,坡度较大时则相反,进而纠正了以往认为平面应变模型计算圆形凸坡偏于不安全的错误认识。     

Design of soilbag-protected slopes in expansive soils

Slope failures and slope slides of expansive soils are usually characterized by shallow sliding along the surface crack. Soilbag is an effective method to prevent and control slope failures and slope slides of expansive soil. Currently, soilbag protection for expansive soil slopes has been commonly designed using empirical methods, which led to many failures of soilbag-protected slopes, or high-cost. In this paper, a new design method of the soilbag-protected slopes in expansive soils is proposed based on the balance between the soilbag friction and the active lateral earth pressure induced by the swelling pressure of expansive soils. Specifically, the friction between the soilbags is assumed to be in direct proportion to the soilbag heap-up height. The active lateral earth pressure acted on a layer of soilbag is calculated along with the total height of the slope. Moreover, the width of soilbag layers is calculated from the balance of the sum of soilbag friction and the total active lateral earth pressure along with the soilbag height and expressed by the height of slopes. For the convenience of soilbag construction, the heap-up unit of soilbags is proposed for different slope heights of expansive soils.     

坡面形态对边坡稳定性影响的理论与试验研究

 从失稳边坡资料统计分析、模型试验和理论计算3个方面,研究坡面形态对边坡稳定的影响(坡面形态效应)。通过对300个失稳边坡资料的统计分析,从宏观认识上得到凸坡的稳定性较差,而凹坡稳定性较好的初步结论。采用底抬升模型试验,研究凸坡、平坡和凹坡的极限稳定角,结果表明,凹坡的极限稳定角要比平坡的大,凸坡则比平坡小。并从理论上分析凸坡、平坡和凹坡之间的受力差异,对凹坡比凸坡更稳定的现象进行解释。采用严格极限平衡法,获得圆形凸坡和凹坡的安全系数解答,分析坡面形态效应的影响因素和变化规律,从工程应用角度制作圆形坡面形态边坡安全系数速查曲线,并建议考虑坡面形态效应的范围。研究成果可为合理评价不同坡面形态的边坡稳定性提供参考。     

Finite element limit analysis of load-bearing performance of reinforced slopes using a non-associated flow rule

This paper presents a numerical study on the load-bearing performance of reinforced slopes under footing load using a finite element limit analysis (FELA) method where a non-associated flow rule is assumed in the analysis. The method was validated against results from full-scale model tests and a limit equilibrium (LE) analytical method. A series of parametric analyses was subsequently carried out to examine the influences that the soil dilation angle, footing location, and reinforcement design (i.e. length, tensile strength, and vertical spacing) could have on the load-bearing performance of reinforced slopes. Results indicate that dilation angle has a significant influence on the predicted magnitudes of bearing capacity, slope deformation, and mobilized reinforcement load. The predicted values of bearing capacity using the FELA are smaller than those from the Meyerhof's analytical method for unreinforced semi-infinite foundation, especially for larger friction angle values. Additionally, the ultimate bearing capacity of the slope and its corresponding horizontal deformation increase with the reinforcement tensile strength. Finally, the slip planes under the applied footing load are found to be y-shaped and primarily occur in the upper half of the slope.