边坡坡面浅层加固稳定性分析及设计参数探讨

基于有限差分的强度折减法,探讨坡面浅层土体加固边坡的稳定性,并针对地基与边坡土质相同和采用岩石地基2种工况,综合分析边坡加固区宽度和土体黏聚力、加固区进入地基土深度和边坡几何参数等因素对稳定性和滑动面的影响。结果表明:当地基与边坡土质相同时,不同加固宽度下边坡安全系数随加固区土体黏聚力增加均呈先减少后增加的趋势,且当土体黏聚力达到临界值时安全系数趋于稳定;随着加固区土体黏聚力的增大,边坡由浅层滑动变成深层滑动并最终完全不通过加固区,通过将加固区适当深入地基土可以提高边坡安全系数;当采用岩石地基时,随加固区土体黏聚力增加,安全系数总体上呈现先减少后近似线性增加,相同几何尺寸和土质条件下边坡安全系数比地基与边坡土质相同时整体上提高了0.5~1倍,加固区土体黏聚力越大即抗剪强度越高时,边坡安全系数越高。     

滑移线积分变换在土坡稳定性中的应用

根据边坡变形潜在滑体势能变换的特点,用 Bishop 法、耗散能法和有限单元法分别对双层和 3 层土质边坡进行了稳定性分析。首先通过对边坡滑移线积分公式的转化和推导,建立了以势能耗散能量表示的改进极限平衡法求解安全系数的计算式。结合平面应变两类型边坡算例分析,并利用 VC ＋＋程序语言编制简易的安全系数和滑移线方程的求解程序,对双层和 3 层土质边坡稳定性进行计算分析。计算结果显示：耗散能法得到的潜在滑移线解析式满足指数方程,且在层面附近间断; Bishop 法得到的潜在滑移线经过坡脚,其解析式满足圆方程;耗散能法所得安全系数介于 Bishop 法和有限元法之间,为研究边坡稳定性和工程加固的合理范围提供了借鉴,这对极限平衡法求解边坡稳定性也是一种有益的补充。     

非饱和-饱和状态变化对土质边坡稳定性的影响研究

土质边坡在降雨条件下发生的破坏失稳与土体的非饱和-饱和状态变化存在必然的内在关联。考虑土质边坡的非饱和-饱和状态变化,以此建立非饱和土抗剪强度与基质吸力之间的函数关系,并结合基质吸力的理论分布规律,运用非饱和土边坡的稳定性分析方法研究边坡安全系数,分析土体由非饱和状态向饱和状态的转变过程中边坡安全系数的变化规律。结果表明,雨水入渗使得土体由非饱和状态向饱和状态进行转变;在坡脚处最先出现塑性区,并逐渐向坡顶发展,直至形成贯通塑性区而使土体破坏;土质边坡的滑移面由浅层滑移向深层滑移发展;结合不同的入渗深度下边坡的瞬态安全系数值的变化规律,能够量化计算边坡失稳的临界入渗深度值,为实际工程提供合理的判断依据。     

基于溶蚀速率的灰岩边坡服役寿命研究

边坡服役寿命的预测能够定量、精确地评价灰岩边坡的长期安全性,但其预测模型尚未成熟。因此,为解决计算灰岩边坡服役寿命这一难题,提出基于溶蚀速率的灰岩边坡服役寿命优化计算方法。将灰岩边坡服役寿命作为目标函数,根据溶蚀速率和抗剪参数衰减速率计算灰岩边坡服役若干年后结构面贯通段和非贯通段的有效长度以及结构面的抗剪参数;结合滑体的平衡方程以及结构面贯通段和非贯通段的屈服条件,建立灰岩边坡长期服役的稳定性非线性数学规划模型,使用“序列二次规划法”求解数学规划模型,获得边坡的服役寿命。经验证,本文算法得出的边坡安全系数与有限元法数值模拟计算结果的平均相对误差为2.47%,表明本文算法能较为精确地预测灰岩边坡的服役寿命。     

非饱和土边坡稳定性不同计算方法比较

实际工程中,存在安全隐患的土质边坡大多数为非饱和土边坡。采用不同非饱和土抗剪强度公式,边坡稳定性计算结果差别较大。故本文选用四种常用抗剪强度公式采用Morgenstern-Price法计算不同含水量边坡安全系数,分析比较不同抗剪强度公式下的边坡安全系数,结果认为党进谦公式更加适合非饱和黄土边坡稳定性分析。     

极限平衡有限元在边坡稳定性分析中的应用

以数值计算所得的应力场为基础进行边坡极限平衡有限元稳定性分析,弥补了滑体条间应力假设的不足,克服了刚体极限平衡分析不满足应力变形协调原理的缺陷。算例分析表明,极限平衡有限元法计算耗时短,且与刚体极限平衡法计算结果一致。该方法可有效地确定出边坡最危险滑面位置及安全系数,可用于复杂应力状态下的边坡稳定性分析与评价。     

BP神经网络在卸荷岩体强度参数反演中的应用

金川水电站泄洪洞进口自然边坡高陡,岩层发生明显倾倒变形,岩体质量差,对边坡的稳定不利,采用BP神经网络方法对其强度参数进行反演分析。根据边坡的重要性和规范确定边坡的最低安全系数,由边坡目前的变形情况确定反演工况和滑带。利用极限平衡法组织神经网络训练样本,将安全系数作为网络输入,黏聚力和内摩擦角作为网络的输出,并将其代入极限平衡和有限元强度折减模型进行检验,结果表明:BP神经网络与极限平衡法计算的安全系数的误差在1%以内,有限元强度折减法计算边坡浅层变形体的平均抗剪强度参数和安全系数,也与BP神经网络计算得到的结果相符,说明BP神经网络进行参数反演是可靠的。     

考虑初始应力场的强度折减有限元法高边坡稳定分析

针对高边坡形成和开挖的特点,采用分层加载法模拟其初始应力场的形成过程,并用移除单元法模拟先期岩层开挖过程.运用温控参数强度折减有限元法计算高边坡在渗流、地震等荷载作用下,给定岩体有、无初始应力的边坡稳定安全系数.从计算结果看,考虑初始应力作用情况下的安全系数小于不考虑初始应力的安全系数,且二者塑性破坏发展过程有明显差异,因而在用强度折减有限元法分析高边坡稳定时考虑岩体初始应力是必要的.     

降雨入渗条件下边坡的稳定性分析

把降雨入渗条件下的边坡稳定性问题转化为图论中的最短路问题,基于饱和-非饱和渗流有限元计算得到的应力场和渗流场来计算边坡的最危险滑动面及其安全系数,在降雨入渗过程中,考虑基质吸力对滑动面抗剪强度的影响,采用修改的Mohr-Coulomb破坏准则来计算非饱和边坡的抗剪强度。降雨入渗过程及其对边坡力学行为的影响采用一个二维的有限元渗流-应力耦合程序进行分析,研究降雨入渗过程对边坡的孔隙水压力、位移以及安全系数的影响,计算结果表明,在降雨入渗过程中,边坡的安全系数在不断减小,降雨停止之后,边坡的安全系数还会持续减小一段时间,随着排水的不断进行,边坡的安全系数又会逐渐增大。     

水工岩质边坡力学参数概率分布研究及可靠度分析

针对水工岩质边坡,本文采用曲线拟合方法得到了不同岩石各力学参数概率密度方程。根据岩石力学参数,采用ABAQUS对边坡进行强度折减,同时对岩石抗剪强度参数进行正交实验,得到了边坡安全系数概率分布情况,结合结构可靠度理论分析了边坡的可靠度并最终确定了边坡的安全系数。结果表明该分析方法可行,可为类似工程提供参考。     

基于FLAC~(3D)软土路堤稳定性分析

在软土路基修筑高速公路时路堤填筑至极限高度后经常出现路堤失稳情况。结合四川省遂宁-资阳-眉山高速公路软基监测项目,采用FLAC3D强度折减分析方法对典型路段进行路堤分级加载稳定性分析,结果表明:该法能模拟路堤塑性区发展过程,塑性应变自堤趾到堤肩贯通,呈带状分布,随填土高度的增加,塑性区向路堤中间及路基深部逐渐扩大,该塑性应变带即为相应的最危险潜在滑动面,呈圆弧形,其符合均质软土地基的滑动模式;该法考虑了模型的边界约束条件、初始地应力情况、岩土体的弹塑性变形及屈服,较刚体极限平衡完善,对边坡应力变形状态的综合稳定性分析比只给定安全系数更加重要。     

小南海水电站左岸溢流坝抗滑稳定分析

小南海水电站左岸溢流坝坝基内发育有层间剪切带、地层挠曲、顺河向的长大裂隙等,使其存在抗滑稳定问题。经分析该坝段的工程地质条件,确定坝基中可能出现的深层滑动破坏模式后,分别运用刚体极限平衡法和基于FLAC 3D的强度折减法计算坝基抗滑稳定安全系数,对比分析两种方法的计算成果。由强度折减法计算所得的安全系数均高于混凝土重力坝设计规范中规定的安全系数1.10,表明坝基的可能破坏模式不会发生,而刚体极限平衡法所得安全系数较强度折减法偏小,表明坝基的双斜滑动失稳模式可能发生,需要引起注意。但是对于不同的下游反向缓倾角裂隙倾角,两种方法所得安全系数的关系曲线变化趋势是一样的,倾角为40°时安全系数最小。     

白格堰塞湖泄流对上游岸坡稳定性的影响

2018年10月11日,位于西藏江达县和四川白玉县交界处的金沙江沿岸发生了大型山体滑坡——白格滑坡,造成金沙江堵塞并形成堰塞湖;2018年11月3日该处发生二次滑坡,再次堵江并造成堰塞湖蓄水量增加。为了研究白格堰塞湖在人工挖槽泄流阶段对上游岸坡稳定性的影响,以堰塞体上游某天然岸坡为例,采用有限元软件PLAXIS研究了该边坡在水位下降过程中的变形特征及稳定性变化规律。结果表明:①随着堰塞湖水的逐渐泄流,坡体表面位移变形逐渐增大,坡体后缘部位最大位移达到8.5 cm,中部和前缘变形相对较小;②水位下降过程中,坡体后缘的塑性区向下扩展,但未形成贯通的塑性区,同时安全系数也逐渐减小,最终为1.16;③各降水阶段坡体的最不利滑裂面相同,滑弧剪出口位于滑坡体高程3 150 m处,距坡脚约250 m,确定了该岸坡潜在的滑坡形式为高位滑坡。研究成果对后期该区域滑坡灾害的预防和控制有一定参考价值。     

基于试验和有限元法获取滑面强度参数

在滑坡稳定性计算和工程设计中滑带土的内聚力(C)和内摩擦角(ψ)取值对工程至关重要.首先采用有限元法,对滑带土进行应力仿真分析,再结合滑带土室内试验的相关物性指标及强度特征,得到滑动面的强度参数,其结果与室内直剪试验所得到的滑带土强度参数值以及刚体极限平衡法反演得到的参数值十分接近.该方法不仅可作为该滑坡稳定性计算参数...     

基于局部稳定场系数法的含水率变化诱发滑坡稳定性分析

为准确评价由降雨及泄洪雾化导致的岩土体含水率上升所诱发的滑坡的稳定性,引入局部稳定场系数法,并对其相关的基础理论及求解过程进行了说明。最后基于此法对具体实例开展了稳定性分析,并与基于滑动面假定的刚体极限平衡法所得结果进行了比较。结论如下:对同一滑坡开展稳定性分析,采用局部稳定场系数法所求结果与现场调查及传统的刚体极限平衡法所得结果吻合;结合Geostudio-Seep/W-Sigma/W、Excel VBA、Surfer等程序可实现局部稳定场系数法,该法无需指定滑动面,且充分考虑斜坡体应力环境,适于评价由降雨及泄洪雾化引起的斜坡失稳问题。     

反倾岩质边坡弯曲倾倒-剪切滑移破坏分析方法研究

目前反倾岩质边坡弯曲倾倒破坏分析方法仍以基于极限平衡理论的悬臂梁模型为主,但大多未考虑坡脚岩层的剪切破坏。为准确评价该类边坡的稳定性,建立考虑坡脚岩层剪切破坏的分析计算方法。首先,根据岩层变形破坏特征,将边坡分为后缘稳定区、中部弯曲倾倒区和前缘剪切区3个区域;其次,建立弯曲倾倒-剪切滑移破坏模式的稳定性分析方法;最后,通过工程实例验证,并进行参数分析。研究结果表明:提出的分析方法与工程实际符合性较好;边坡在倾角较陡、坡角较大时稳定性最差,坡角对边坡稳定性影响大于岩层倾角的影响;岩层厚度及层面内摩擦角增加有利于边坡稳定性,且会扩大坡脚剪切区范围。研究成果对反倾岩质边坡破坏的防治具有实践指导意义。     

基于ABAQUS的降雨条件下鄂东南崩岗侵蚀分析

以研究崩壁在地下水抬升与不同类型降雨联合作用下的失稳模式与渗流场特性为目标,基于野外勘查和相关物理分析获取的鄂东南崩岗区典型风化岩土体剖面各层次基本指标数据,尝试从崩壁渗流场与应力场两场耦合的角度,运用数值试验探讨单次降雨诱发下水力因素影响崩岗侵蚀的过程与机理。结果发现:长期小雨环境下,崩壁破坏方式属于崩壁中下部土层局部被淘空与砂土层上覆土体整体滑移相结合;短时强雨环境下则表现为坡面浅层（分层）流滑破坏。但无论何种降雨类型都存在一个促使崩壁砂土层被水蚀并退去后形成凹腔(龛)的降雨前期阶段,直到龛深达到一极限值,龛体积不再扩大,转为历时较短的崩壁失稳前的降雨后期阶段。强降雨入渗产生的渗流区域主要分布在崩壁浅层地表,引起浅层土体持续软化,剪应力明显增大。伴随降雨历时的延长,坡面浅土层出现暂态饱和区且湿润峰(零压面)逐渐向崩壁深处推移,地下水位线逐渐抬升并以出露泉方式对砂土层下部造成机械潜蚀。分析结果与野外观测现象较为一致。     

考虑地面局部荷载的基坑抗隆起稳定性分析

针对传统基坑抗隆起稳定性计算不能考虑地面局部荷载的不足,本文在圆弧滑动法的基础上,结合Boussinesq解,建立了考虑地面局部荷载的基坑抗隆起安全系数计算方法。并建立考虑土的塑形和应变硬化特征的数值分析模型,分析基坑支护结构的位移情况。结果表明:地面局部荷载在圆弧滑动法假定的滑裂土体上部范围作用时,基坑抗隆起稳定安全系数及支护结构位移变化明显,工程中应重点关注。     

基于强度折减法的伯斯阿木水库边坡稳定性分析

伯斯阿木水库的联合进口段岩石高陡,风险较大。本文基于强度折减法,使用有限元对边坡的天然工况、开挖工况进行稳定分析,得到安全系数和不利滑裂面。结果显示,此边坡塑性区从坡底开始产生并向上扩展,未达到完全贯通之前就发生局部失稳。两种工况的安全系数都满足要求,但开挖工况的安全系数较小,且滑裂面有所不同。对比三种失稳判据,计算不收敛和位移突变具有一致性,塑性区贯通在局部失稳的情况不适用。     

含水率及坡度对红壤丘陵区崩岗崩壁重力侵蚀影响规律的有限元分析

花岗岩崩岗区崩壁的坍塌、崩落,主要是由于崩壁岩土体存在裂隙,在雨水作用下,由重力作用引发崩壁失去稳态而崩塌,含水率和坡度是影响崩壁重力侵蚀( 稳定性) 的重要因素。为系统探索不同坡度的崩岗崩壁剖面在降雨或干旱环境下的稳定性情况,结合对湖北省通城县室内浸泡或风干不同时间的崩壁土体进行直剪试验得出的强度初始参数,选取 8 种分析坡度,采用 Abaqus 有限单元强度折减法计算了不同坡度的崩壁在不同含水率下的安全系数和潜在滑动面。结果表明: 在同一含水率下,随着崩壁坡度的增大,坡度对临界滑动面位置变化的影响程度减小,安全系数非线性降低; 在同一坡度下,随着崩壁含水率的增大,安全系数先增大后减小,含水率对临界滑动面的影响程度先减小后增大再减小,且影响比较显著。通过数据描点发现安全系数与整体含水率之间存在三次函数关系,与坡度之间呈对数型函数分布,并建立了安全系数与整体含水率和坡度之间的一般定量关系式。综合分析崩壁的破坏方式可知,当崩壁较缓时,崩壁滑动面呈圆弧滑移状,失稳类型属于滑移破坏型; 当崩壁较陡( 尤其＞60°) 时,滑动面近似直线状,失稳属于崩塌破坏型。坡度越大,张拉破坏区向土体内部延伸的深度越大,越易崩塌。通过查阅文献并与前人的研究成果做对比,来验证数值计算结果的合理性与适用性。成果可为崩岗灾害的防治体系建设提供借鉴。