均质软土地基上土堤稳定性的极限分析方法

为评估均质软土地基上土堤的稳定性,假设地基土体沿圆弧形滑动面破坏,不排水抗剪强度随深度线性增加,并假设土堤材料沿对数螺旋线形滑动面破坏,采用黏聚力和内摩擦角描述其抗剪强度,基于上限定理,建立了一种稳定性分析方法,用于计算得到土堤的无量纲化的稳定数和稳定图,并确定土堤的最小安全系数和临界滑动面。采用本文方法对土堤失稳现场试验工程案例开展了计算分析,结果表明,所得到的最小安全系数与土堤的实测失稳条件吻合,最小安全系数与临界滑动面的计算结果也与变分极限平衡法和条分极限平衡法所得到的计算结果吻合良好。     

临界滑动场理论在围垦海塘工程中的应用

用临界滑动场理论对某大型围垦工程海塘的稳定性进行了计算,得到了外坡的临界滑动面及其最小安全系数。计算结果表明,对于成层软土地基,其滑动面并非圆弧状。将计算结果与常用的瑞典圆弧法计算结果进行了分析比较。     

边坡全局临界滑动场(GCSF)理论及工程应用

在边坡稳定性分析时,通常采用单一的最小安全系数及其对应的临界滑动面表示边坡稳定性程度和潜在破坏范围,而忽略了安全系数稍大但潜在破坏范围更广或工程意义更重要的滑动面。临界滑动场方法不仅能够方便准确地逼近出任意形状临界滑动面,而且将所有其它危险滑动面同时显示出来,以剩余推力表示其稳定程度。本文在此基础上进行改进,提出边坡全局临界滑动场理论与建立方法。所有出口的任意形状局部临界滑动面及其安全系数都能在全局临界滑动场中反应出来,这样有利于全面合理地评价边坡的稳定性。文中将此理论验算了试验路堤,与实测结果吻合很好。最后给出工程应用实例,表明边坡全局临界滑动场理论具有一定的工程实用性。     

基坑抗隆起稳定分析的临界宽度法

为了提高深基坑抗隆起稳定设计的可靠性,根据Terzaghi地基承载力理论,针对基坑隆起破坏均为单面滑动失稳的实际情况,推导了新的计算抗隆起稳定安全系数方法--临界宽度法,提出了对应抗隆起稳定最小安全系数的临界宽度概念,给出了均质地基的临界宽度的理论解答。对影响基坑抗隆起稳定问题的因素进行了参数分析,并建议了相应的抗隆起稳定安全系数允许值。通过初步工程应用对比分析,证明了所建议新方法有可行性和工程实用意义。     

加筋高填石路堤填筑过程动态稳定性分析与监测

为揭示陡坡上高约72 m的高填石路堤填筑过程中的动态稳定性,为施工质量控制提供参考,通过对斜坡上高路堤破坏模式和施工中地基处理措施分析,确定高路堤在填筑过程中的潜在滑动面为圆弧滑动面形状.在分析筋-土相互作用和借鉴前人三轴试验结果的基础上,阐述土工格栅提高路堤稳定性的机制.基于极限平衡理论中瑞典圆弧法,将高路堤填筑过程分为72步,研究不同填筑层位路堤潜在滑动面的特征,搜索出最危险滑动面的位置,计算相应的最小安全系数.结果表明:随着路堤填筑高度的增加,最危险滑动面表现为向路堤堤身和路堤坡脚移动的趋势;最小安全系数随路堤填筑高度和地表坡度增大逐渐减小,最小安全系数发生在路堤填筑完成的层位,路堤整体稳定性要求满足规范要求;受陡坡地形变化影响,在32～48 m范围内,路堤最小安全系数的变化最大.因此,施工填筑过程中应注意填筑高度和地形变化对路堤安全系数的影响,并结合监测结果采取相应的稳定性控制措施.     

软土地基堤围稳定性计算方法

在软土地基上采用整体稳定分析方法确定的安全系数可能会存在偏大的危险,当堤身强度高于堤基软土的强度过多时,可能存在堤基软土失稳的安全系数小于整体稳定安全系数的情况,因此,对于软土地基的堤围稳定计算,除进行整体稳定计算外,还应复核堤基软土的稳定性.并通过案例证明了该观点的正确性,同时提出了软土堤基稳定计算的方法,并以该方法为基础,提出了堤脚受冲刷情况下的整体稳定性计算方法.可为软土地基的堤围安全提供更合理安全的设计计算方法.     

基于有限圆弧和强度折减方法的渠道开挖临界坡度研究

 基于有限差分法,得到单元应力、应变和位移计算结果,建立以极限平衡理论为基础的有限圆弧法和以变形变化趋势为破坏标准的强度折减法,搜索出边坡临界滑动面和最小安全系数,通过算例验证及参数对计算结果的影响分析,证明所建方法应用于边坡工程的可行性。文中方法结合极限平衡方法共同应用于南水北调工程大型渠道土质边坡开挖临界坡度研究中,选取高边坡、填筑边坡、深挖方边坡3种典型的渠道边坡模式,得到安全系数随开挖坡度的变化曲线,对比分析确定出渠道边坡的临界开挖坡度。研究表明,渠道高边坡和填筑边坡对开挖坡度要求较高,相对挖方卸载,填筑加载对边坡的稳定性影响较大,文中方法具有较高准确性和合理性,弥补现存方法的不足,不但可解决大型渠道边坡设计问题,也可为类似边坡工程提供参考。     

地基承载力的新计算方法

根据理论及工程实际经验发现,地基破坏时土体影响范围的大小与传统理论的对数螺旋线相比,更接近于圆弧形滑动面。通过假定一系列圆心在基底的圆弧形滑动面,根据安全稳定系数最小确定出圆心在基底边缘时的圆弧面为地基整体失稳时的最危险滑动面;运用极限平衡方法,通过建立力矩平衡方程求解出了一种新的基于条形基础的地基极限承载力计算公式,并与现有的几种地基承载力计算方法进行了比较分析,验证了作者提出的方法远比经典的理论公式结果合理,并与现行常用查表方法结果最为接近,表明作者提出的新方法具有理论上的合理性,通过工程实例验证了其工程价值。     

考虑弧长和法向应力修正的基坑抗隆起稳定计算方法

目前抗隆起稳定计算方法多是基于均质土推导得出安全系数计算公式,将其应用于分层土地基时,通常将各土层的抗剪强度指标按土层厚度加权平均,这种方法既没有考虑滑动面实际经过各土层的弧长也没有考虑滑动面上法向应力大小。分析了分层土地基中土层分布影响抗隆起稳定性的因素,针对均质土中的抗隆起稳定验算公式提出了两种修正方法,按弧长加权平均法和按弧长与滑动面法向应力加权平均法。通过工程实例计算分析表明,传统层厚加权平均法得到的安全系数与精确解法得到的安全系数相差较大,不能合理反映各土层的抗隆起贡献;而两种修正方法,尤其是第二种,所得到的安全系数接近精确解法得到的结果,可以合理地反映不同深度土层对抗隆起稳定的贡献及基坑抗隆起稳定安全系数随土层分布变化的变化规律,并且计算简便,易于工程技术人员使用。此外,针对土层分布变化对抗隆起稳定的影响研究得出,滑动面下部土层对基坑稳定性影响最显著,因此在工程实践中,应尽可能将全部或部分支护结构的底端嵌入较好的土层中。     

山区顺坡填筑边坡稳定的强度折减有限元分析

为分析山区顺坡填筑时,岩基坡度及填筑体与岩基界面粗糙度对边坡稳定性的影响,用强度折减有限元法,对完整基岩斜坡上顺坡填筑边坡的稳定性进行计算分析。给出了边坡安全系数、最危险滑移面及其与简化Bishop法计算结果的差异随岩基坡比及界面粗糙度的变化情况。结果表明:完整岩基上顺坡填筑边坡的失稳滑移面在有些情况下与圆弧差异较大,简化Bishop法给出的安全系数会有较大误差;当界面非完全粗糙时,随岩基坡度变大,则有原较强斜坡地基的"限制"作用和较弱界面的"弱化"作用使滑移面变化,前者使体系安全系数增大,而后者则相反;将强度折减有限元法应用到山区岩质斜坡地基上高填方的稳定性分析中,能避免按圆弧滑移面搜索所计算安全系数误差较大以及按复杂滑移面搜索的困难。强度折减限元法不仅简便且计算效率高,应用前景比极限平衡法更广阔。     

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。     

饱和黏性地层中基坑坑底抗隆起稳定验算方法

针对饱和黏性土地层中基坑坑底抗隆起稳定性验算,首先建议其强度指标取原状土样在有效自重应力下预固结的不固结不排水抗剪强度cu,随后考虑该不排水抗剪强度随深度近似线性增大的特点,给出相应地基承载力的计算公式。进而在作者此前所提出的坑底抗隆起稳定性验算方法基础上,给出饱和黏性土地层中深基坑坑底抗隆起稳定安全系数的计算方法,包括挡土构件嵌深较小情况下按地基承载力的验算方法,嵌深较大情况下按圆弧滑移面的验算方法和识别过大嵌深的临界嵌深计算公式,并通过与精细数值方法计算结果的对比,对所提出方法及公式的正确性和精度进行了检验。文中还给出两个工程实例,展示了实际分层地基,特别是既有黏性土也有无黏性土层时按所提出方法的坑底抗隆起验算。     

Effect of reinforcement force distribution on stability of embankments

The effect of reinforcement force distribution on the stability of reinforced embankments is studied. The stability of reinforced embankments is analyzed using the extended generalized method of slices by incorporating the effect of reinforcement. The proposed method is capable of handling features such as a tension crack in the embankment, a varying soil strength profile in the foundation soil and a general slip surface. The method allows the tensile force distribution along the reinforcement to be varied. The stability analysis of reinforced embankments is solved using a spreadsheet optimization tool. The versatility of the proposed method is demonstrated through several cases of reinforced embankments. The results obtained from the proposed method are in good agreement with those obtained from other analytical or numerical methods. The assumed force distribution along the reinforcement appears not to affect the embankment stability in undrained condition. In drained condition, it has some effect on the location of the critical slip surface, but small effect on the factor of safety.     

Effect of graph generation on slope stability analysis based on graph theory

Limit equilibrium method （LEM） and strength reduction method （SRM） are the most widely used methods for slope stability analysis. However, it can be noted that they both have some limitations in practical application. In the LEM, the constitutive model cannot be considered and many assumptions are needed between slices of soil/rock. The SRM requires iterative calculations and does not give the slip surface directly. A method for slope stability analysis based on the graph theory is recently developed to directly calculate the minimum safety factor and potential critical slip surface according to the stress results of numerical simulation. The method is based on current stress state and can overcome the disadvantages mentioned above in the two traditional methods. The influences of edge generation and mesh geometry on the position of slip surface and the safety factor of slope are studied, in which a new method for edge generation is proposed, and reasonable mesh size is suggested. The results of benchmark examples and a rock slope show good accuracy and efficiency of the presented method.     

The mechanics of reinforcede bankments on soft soils

The mechanics of reinforced embankments on soft foundation soils are examined to try to establish appropriate methods for their analysis and design. The focus is the bearing capacity of the foundation under the combined vertical and shear loading derived from the embankment fill. Lower bound plasticity solutions exist for this case, and indicate the magnitude of the reduction in bearing capacity due to outward shear stresses, compared to the ‘smooth’ case, and the improvement due to inward shear stresses. The improvement is greatest for soil with strength increasing with depth, or relatively thin layers of soft soil.

The action of the reinforcement can be described in terms of the reinforcement firstly acting to carry the outward shear stresses generated by the embankment fill, and secondly providing inward shear stresses to restrain the foundation soil from lateral displacement.

The slip circle analysis for an embankment on soft soil can now be examined using the plasticity solutions as the benchmark. To calculate foundation stability the slip circle is used only in the foundation, with vertical and shear stresses applied on the foundation surface. In the unreinforced case the outward thrust in the fill must be included for the assessment of overall stability, and it is suggested that the thrust is besst calculated directly rather than with the same slip circle used in the foundation carried through the fill.

The conclusion is that the slip circle analysis is satisfactory in the case of deep deposits of soil with strength increasing with depth. Where the depth of the soft soil is limited, however, the slip circle analysis appears to overestimate stability and the use of the plasticity solutions as a basis for design is recommended.     

拓宽黄土路基湿化破坏机制模型试验研究

 为研究拓宽黄土路基浸水湿化破坏机制与模式,在土工离心机上设计并安装位移量测系统,以西安—潼关高速公路拓宽工程为研究载体,建立与实际应力相符的离心试验模型;针对浸水湿化后黄土拓宽路基的沉降变形规律和破坏形式进行研究,基于试验结果开展高填方黄土路堤破坏机制的讨论。研究结果表明,拓宽路基坡脚处高含水量对拓宽黄土路基稳定性影响极为显著,在地下水位较浅处的地带,强降雨天气或地下水位骤升所引起的拓宽路基荷载下黄土地基的局部失稳会极大威胁上部拓宽路基的安全,浸水破坏滑裂面的形成是一个渐进破坏过程。由于地基局部湿软,抗剪强度降低,地基的起始剪切破坏发生于老路坡脚处,一旦产生过大的变形量将会引起整个路基自上而下的滑移。地基破坏时的滑动面近似为圆弧状,建议采用裂隙圆弧法对拓宽荷载下地基进行稳定性评价。试验结果还表明,新老路基拼接带土体中的加筋材料起到裹附作用,可增强路基的板结效果,形成有效的土拱效应,这样就充分利用路堤填料本身的刚度,调整地基的沉降变形。     

软土桩基上拓宽路堤的变形破坏离心模型试验

采用离心模型试验手段,以广州高速公路改扩建工程为背景建立模型,设计相应尺寸的模型试验方案,模拟软土桩基上的新路堤拓宽过程,研究软土桩基的变形破坏规律与机理。结果表明:旧路堤主要发生竖向位移,新路堤发生沉降和一定量水平位移; 新路堤坡肩区域出现向坡脚滑动趋势,导致新路堤施工过程中路堤和软基产生滑动破坏; 新路堤中的滑裂面首先出现,从新路堤坡肩到短桩顶端自上而下逐渐形成; 在新路堤滑裂面形成过程中,软基中的滑裂面从旧路堤下的地基表面至新路堤坡脚下地基部分自内向外逐渐形成,2条滑裂面几乎同时达到贯通状态; 管桩发生一定程度的倾斜,在滑裂面出现之前的某一时刻倾斜角度迅速增加; 在局部滑裂面附近位移出现较快增长,变形较为集中; 变形局部化导致了局部发生破坏,而局部破坏促进了变形局部化的进一步发展,二者的耦合发展最终导致土体发生破坏。     

桩基码头岸坡整体稳定分析的修正

针对桩基码头的岸坡稳定问题,在考虑了桩本身的特性和桩土相互作用的条件下,提出一种修正基桩抗滑效应的桩基码头岸坡整体稳定的计算方法,同时,采用了遗传算法确定最危险滑动面及其对应的最小安全系数,由此对现有规范中的相关规定提出了修正。该方法考虑圆弧滑动面,采用简化Bishop法计算岸坡稳定的安全系数,并在其中考虑基桩的抗滑作用;采用一种基于极限分析理论的方法确定滑动面以上的土体对桩的侧推力,对不同的圆弧位置,由各基桩的埋置深度及其与岸坡具有不同的安全系数确定其所能发挥的最大抗滑力;通过相关工程算例的计算与比较,表明本方法简便、快捷,且结果良好。