改进的岩质边坡临界滑动场计算方法

针对岩体介质的不连续性的特点,将岩质边坡临界滑动场进行改进和推广.充分考虑结构面存在对岩质边坡稳定性的影响,对结构而采取新的处理方法,并基于岩体介质具有抗拉性的考虑,灵活设置张拉裂缝.用改进后的岩质边坡临界滑动场计算方法,编制相应的程序,对边坡进行数值模拟分析,使边坡在满足力与力矩平衡的条件下,按推力最大原则,快速、准确地找到岩质边坡临界滑动面并得出其相应的安全系数.并将此方法应用于5个算例和1个工程实例边坡的稳定性分析,和其他方法进行比较,结果说明改进后的该方法在岩质边坡稳定性分析中的准确性和高效性.     

强降雨条件下花岗岩残积土边坡的时变可靠度

通过研究给定湿润锋深度条件下花岗岩残积土边坡的系统可靠度,追踪湿润锋位置的变化,提出了考虑时变效应的花岗岩残积土边坡系统可靠度分析方法.研究表明,随着降雨时间的增加,边坡上层饱水层位置不断下移.当饱水层位置较浅时,边坡失效概率受最危险滑动面位置控制,且最危险滑动面位于非饱和土层中.随着饱水层厚度增加,边坡失效概率受两个分别位于饱水层和非饱和土层中的滑动面控制,系统效应明显.当饱水层厚度增加到一定程度时,边坡失效概率受位于饱水层中的最危险滑动面控制.对应地,边坡的时变可靠度的发展也分为3个阶段.提出的方法可以有效计算强降雨条件下花岗岩残积土边坡的系统可靠度.     

边坡稳定分析的三维剩余推力法

基于剩余推力法提出了一种边坡稳定分析的三维方法.该法可用于计算具有任意形状滑动面的边坡在复杂荷载作用下三维稳定安全系数.首先将边坡用铅直面离散为柱条,然后采用剩余推力法的原理,基于摩尔库仑准则,根据条柱的静力平衡条件,并考虑条柱间作用力的影响,推导出边坡稳定系数.算例验证了该方法的有效性和可行性.     

基于GIS的边坡三维稳定性计算

根据高速公路高边坡的钻孔资料,利用ArcMap建立进行三维边坡稳定性分析的TIN数据层和栅格数据层,将栅格数据模型的各层对应栅格块视为一个滑坡单元体,通过读取相应栅格值进行稳定性计算.针对顺层滑坡的特点,采用ArcGIS集成的VBA开发环境,提出了一种三维折线法分析边坡的稳定性.该方法通过对栅格数据的重采样,可以计算任意滑动方向三维边坡的安全系数,通过选择最小安全系数来确定边坡的主滑动方向.结合某高速公路大型岩质滑坡的工程实例,通过比较三维折线法计算结果与某典型剖面的二维不平衡推力法计算结果,讨论该方法对工程滑坡治理的指导意义.     

邻近水体多层地基深基坑整体稳定分析

针对渗流作用下基坑整体稳定性分析这个基坑工程中的难点,在考虑基坑邻近水体水位变化及其非稳定渗流基础上,同时考虑连续墙的影响,对常规边坡临界滑动场法进行改进,提出了邻近水体多层地基深基坑整体稳定分析方法。以合肥地铁1号线大东门站基坑工程为依托,分析了邻近水体水位变化及其渗流作用下基坑开挖过程中整体稳定性变化,并与圆弧滑动法计算结果进行了比较,可得如下结论：该方法可搜索出任意形状危险滑动面,相比于传统设计方法假定圆弧滑动面更合理,计算结果也更可靠;渗流作用是影响邻水基坑整体稳定性的主要因素之一,渗流场的变化会造成滑动面位置的改变。     

土石混合体边坡稳定性的三维颗粒离散元分析

为探究土石混合体边坡的稳定性和破坏机理,基于土工离心模型试验基本原理,结合已开发的不规则块石和土石混合体三维离散元建模方法建立土石混合体边坡细观结构的三维离散元模型.引入颗粒流强度折减法并提出基于能量演化的方法来判别边坡失稳破坏.利用提出的土石混合体边坡三维离散元建模方法和稳定性分析方法,分析不同块石含量、块石形状、空间结构、空间形态等因素对土石混合体边坡稳定性和破坏模式的影响,并揭示这些因素影响的细观机理.结果表明:随含石量增加,土石混合体边坡的安全系数逐渐增大;土石混合体边坡中呈现出多滑动面现象,且滑面较为曲折,具有明显的绕石特征,坡脚部位的部分大块石使得剪出口的位置发生明显的改变;随块石形状由球体、卵石到碎石,土石混合体边坡的安全系数逐渐增大;上覆堆积体相对较厚且坡度不是很大的二元结构边坡或一元结构边坡的破坏模式主要是堆积体内部发生的弧形滑动破坏,上覆堆积体厚度不大且基岩面相对平整的二元结构边坡的破坏模式主要是沿基-覆界面的整体平移滑动破坏;随土石混合体边坡空间形态由条带型、敞口型到锁口型,其安全系数逐渐提高,其中锁口型边坡具有显著的支撑拱效应,且含石量越大这种效应越明显.     

不同模式下抗剪强度参数对路堤稳定性的影响

基于Mohr-Coulomb准则,采用FLAC3D分析了抗剪强度参数(主要是黏聚力和内摩擦角)对高填方路堤边坡安全系数及滑动面位置的影响.同时,提出了降雨条件下路堤稳定性的分析方法,并对不同折减模式下安全系数的变化规律进行了分析.结果表明:黏聚力和内摩擦角对安全系数的影响规律类似,对滑动面位置的影响规律相反;降雨入渗条件下,对抗剪强度参数的折减会使边坡滑动破坏面由路堤深层向浅层发展,折减程度越大,安全系数降低的程度越明显.     

软弱基底排土场边坡稳定性三维反演分析

为揭示软弱基底排土场边坡变形破坏模式,以某露天铁矿废弃排土场为研究对象,对基底黏土进行三轴剪切和原位直剪力学测试,获取黏土的抗剪强度参数区间.建立排土场边坡的三维数值模拟计算模型,基于强度折减技术逐渐折减黏土强度参数,得到边坡处于极限平衡状态时的强度参数即为黏土的合理抗剪强度参数.三维反演得到排土场边坡的变形破坏演化过程.结果表明:基底软弱层和排土场内部扩展裂缝组合形成"Y"型滑面,滑面将滑体分割为上部主动楔体和下部被动楔体,形成双楔体滑动破坏.模拟结果反映了边坡滑动的三维效应且和现场调查的排土场实际滑坡情况相符.     

一种基于拉-剪破坏的边坡动力稳定性分析方法

为量化地震作用下边坡的稳定性,优化矢量和方法并计算出相应动态安全系数,基于边坡在地震作用下的破坏模式:坡顶拉裂缝和坡脚剪切裂组合形成的贯通滑动面,推导出拉-剪破坏下矢量和法的安全系数公式,通过自编程序得到边坡潜在滑动面曲线和动力安全系数,并通过算例验证方法的正确性.针对岩质边坡,利用新、旧两种矢量和方法进行动力稳定性分析,结果表明:边坡潜在滑动面会随着地震持续时间向边坡内部走移;两种方法得到的安全系数趋势一致,但拉-剪破坏模式的下滑趋势角度更大;在拉-剪破坏模式下,边坡的安全系数有所降低,其中,边坡的综合安全系数降低了3%,说明原先的方法高估了边坡的稳定性.优化后的矢量和法能够更具体地反应出边坡在地震过程中的稳定状态,为抗震设计提供更加准确的理论指导.     

基于DEM的三维微条柱法计算滑移型塌岸安全系数的研究

为了对边坡进行三维稳定性分析,在传统的二维条分法的基础上进行拓展,基于高分辨率DEM构建边坡三维模型,将二维条分法中的土条拓展为三维条柱法中的条柱,通过分析每个条柱上的受力状况,根据极限平衡理论,以GIS二次开发的方式,将三维毕肖普法引入GIS软件平台,实现了三维圆弧滑动面的构造和三维安全系数的计算,该方法实现了三维模...     

基于变形分析的3维边坡滑动面搜索新方法

针对3维强度折减法定量化确定滑动面的不足,提出了一种新的3维边坡滑动面搜索方法。边坡岩土体变形只有超过临界值后,才能产生滑裂破坏。因此可以根据3维强度折减法所得的位移场,采用临界位移等值面（即3维滑体与稳定体的分界面）定义临界滑动面。根据特定剖面边界的剪应变增量极大值点确定滑体剪出口位置,据此求解对应的临界位移值。采用自编的FISH程序将临界位移节点3维坐标和对应的位移值输出,通过离散节点网格化搜索滑动面。对不同实例进行分析,包括匀质边坡、坡顶荷载作用下的边坡、含软弱夹层的边坡以及凸面边坡等。研究表明,即使是匀质边坡,其滑动面形状都不能简单地假设为球面、椭球面或对数螺旋面。算例分析也进一步说明了3维强度折减法的优势,即不需要引入滑动面形状,更能真实地反映3维边坡破坏机制。     

基于位移变形分析的边坡滑移面分布规律

为了进一步探究土质边坡临界滑移面的分布规律,找到快速定位临界滑面的方法,首先基于强度折减法获得的临界位移场,提出了临界滑面位置点的概念,再从理论上研究临界滑移面在临界位移场中的分布概况,最后对采用不同方法定位临界滑面的6个算例进行分析,对理论分析的结果进行验证,并得出相关结论.分析结果表明:匀质土坡的临界滑面与水平位移等值线重合度较高,临界滑面位置点取值约为0.42,二维与三维情况均可借助临界滑面位置点快速定位临界滑面;具有各向异性特征的分层土坡的临界滑面与等值线的重合度相对较差,可用临界滑面位置点法定性分析临界滑面的分布特征,二维情况可借助临界滑面位置点,用光滑曲线近似表征临界滑面的位置.     

基于数值应力场的加固边坡临界滑动场

传统的极限平衡法广泛用于边坡稳定性,计算出的边坡安全系数在工程界普遍接受。但边坡加固后的受力较为复杂,由于极限平衡法假设条件较多,加上计算加固边坡安全系数的合理性受到质疑,所以较多地采用数值分析方法,但数值分析法不易获取工程意义上的安全系数。为此,利用数值分析法计算加固边坡应力分布,再利用临界滑动场理论搜索基于数值应力的临界滑面和计算最小安全系数。通过两种常用边坡加固方式（锚杆框格梁加固和抗滑桩加固）的分析,说明本方法在加固边坡分析中的优势和适用性。     

几种常用边坡稳定性分析方法的比较

基于仿真软件Geo-Slop,应用Morgenstern-Price法、Spencer法、Janbu法和Bishop法,分别对深圳外环高速公路某路堑边坡在天然状态和饱和状态下进行稳定性分析,计算得到最危险滑裂面以及相应的边坡安全系数。同时,根据现场调查,基于不平衡推力法分析出边坡最可能的滑裂面,并计算得到沿该滑裂面的安全稳定系数。通过数值分析和现场调查结果对比,得出以下结论:坡体在天然状态的安全系数大于1.0,接近1.2,边坡是稳定的,而在饱和状态下其安全系数小于1.0,坡体不稳定;数值计算分析得到的滑裂面位置与现场调查分析得出的滑裂面的位置一致,证明了结果的可靠性;最后,考虑到该地区雨水多发,坡体在饱和状态下安全系数小于1.0,建议及时对坡体进行支护,防止边坡失稳。     

Limit equilibrium method for slope stability based on assumed stress on slip surface

In the limit equilibrium framework, two- and three-dimensional slope stabilities can be solved according to the overall force and moment equilibrium conditions of a sliding body. In this work, based on Mohr-Coulomb(M-C) strength criterion and the initial normal stress without considering the inter-slice(or inter-column) forces, the normal and shear stresses on the slip surface are assumed using some dimensionless variables, and these variables have the same numbers with the force and moment equilibrium equations of a sliding body to establish easily the linear equation groups for solving them. After these variables are determined, the normal stresses, shear stresses, and slope safety factor are also obtained using the stresses assumptions and M-C strength criterion. In the case of a three-dimensional slope stability analysis, three calculation methods, namely, a non-strict method, quasi-strict method, and strict method, can be obtained by satisfying different force and moment equilibrium conditions. Results of the comparison in the classic two- and three-dimensional slope examples show that the slope safety factors calculated using the current method and the other limit equilibrium methods are approximately equal to each other, indicating the feasibility of the current method; further, the following conclusions are obtained: 1) The current method better amends the initial normal and shear stresses acting on the slip surface, and has the identical results with using simplified Bishop method, Spencer method, and Morgenstern-Price(M-P) method; however, the stress curve of the current method is smoother than that obtained using the three abovementioned methods. 2) The current method is suitable for analyzing the two- and three-dimensional slope stability. 3) In the three-dimensional asymmetric sliding body, the non-strict method yields safer solutions, and the results of the quasi-strict method are relatively reasonable and close to those of the strict method, indicating that the quasi-strict method can be used to obtain a reliable slope safety factor.     

土质边坡空间临界滑动面搜索的优化算法

将二维均质土坡作为平面应变问题,假定滑动面是一个圆弧,将滑弧圆心与半径转变为后缘剪入点、坡脚剪出点和过后缘点滑弧切线与x轴的交点等3个点的横坐标,然后以这3个参数为变量,给定合理的取值区间,应用黄金分割法搜索二维边坡的最小稳定系数及相应的临界滑动面。进一步假定均质土坡的三维空间滑动面为一旋转椭球体,旋转椭球体的竖向中轴面和二维的圆弧面一致,给定椭球体不同的水平轴半径值,采用以上二维滑动面搜索方法可求出不同水平半径所对应的三维最小稳定系数及相应的椭球面。结果表明:边坡的三维稳定系数没有极小值,但有极限值;对于横向延伸长的无限边坡,三维稳定系数逼近二维稳定系数,当旋转椭球长轴与短轴之比大于3时,二者很接近,边坡稳定性可简化为二维来分析;对于受地形、地下水等条件约束的短边坡,三维效应明显,在考虑实际边界条件的情况下按三维来分析。     

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.     

基于联合搜索法的3维土坡滑动面搜索方式及其程序实现

针对现阶段3维土坡滑动面搜索方式存在效率低、容易出现局部极值等问题,基于GIS栅格数据模型,提出以随机搜索确定初始滑动面、以模式搜索确定最终滑动面的3维土坡最危险滑动面搜索方式。结合该搜索方式,开发土坡稳定3维刚体法分析程序(Slope3D SCU),并通过算例对该程序的稳定性与合理性进行验证。研究表明：该搜索方法不仅避免了安全系数在临界滑动面搜索过程中出现局部极值的情况,同时能提高滑动面搜索效率;该程序计算精度高、稳定可靠。依托狮子坪水电站土石坝监测数据,调用渗透压力实时监测结果,利用该程序对其坝坡在运行工况下3维稳定性进行分析,揭示了该土石坝坝坡的3维稳定特性。研究结果表明,该坝坡在运行工况下安全系数较高,坝坡处于稳定状态。