考虑堆石料软化的坝坡随机地震动力稳定分析

地震尤其强震作用下,土石坝筑坝堆石料会逐渐呈现出软化特性,影响坝坡安全。为有效评估堆石料软化对坝坡稳定性的影响,结合地震动随机性,考虑不同地震强度水平,提出了基于等价极值分布和广义概率密度演化方法的坝坡安全概率分析方法,并基于坝坡稳定最小安全系数、安全系数超限累积时间、累积滑移量3个物理量,对242 m高的面板堆石坝进行随机动力响应分析和概率可靠度分析。结果表明:地震作用过程中,随着地震强度的增加,考虑软化与不考虑软化的计算结果差别逐渐增大,因为地震作用下,堆石料软化特性逐渐显现;同时,在地震激励下,堆石料软化是一个渐进过程。因此,考虑坝坡堆石料软化,对高土石坝抗震性能分析具有重要的意义。此外,单纯从最小安全系数角度考察土石坝坡稳定性,是不合理的,需要结合安全系数超限累积时间和累积滑移量,全面评估坝坡的安全性。提出的随机概率分析方法,可以对土石坝坡的可靠度给出较为准确的评价。     

混凝土坝体防渗墙对坝坡稳定影响的有限元研究

在国内大规模实施的土石坝除险加固工程建设中,封闭式坝体混凝土防渗墙得到了大量应用,而关于土石坝除险加固工程中增建混凝土防渗墙后是否对坝坡稳定产生影响的研究较少,工程设计上也很少考虑。由于土石坝中建设防渗墙后,坝体的渗流场和应力场均会发生改变,因而也必然会对坝坡稳定产生影响。本文通过依托大型非线性有限元软件ABAQUS,运用有限元强度折减法计算,对增建防渗墙前后的上下游坝坡稳定安全系数进行比较分析,探讨防渗墙对坝坡稳定的影响机理和规律,并对计算收敛、土体位移、塑性区贯通等3种失稳判据的分析结果进行比较,说明各评价标准的差异、合理性及其适用性。通过上述分析可得:建设防渗墙一方面对于坝体渗流场具有明显的截流作用,另一方面可以提高下游坝坡稳定的安全系数,从而可以提高土石坝坝体的整体稳定性。本文的研究结果对实际工程中防渗墙的设计应用及工程运行管理具有重要意义。     

土石坝失稳的尖点突变模型与临界条件

土石坝是一个复杂的非线性系统,其失稳过程的力学行为是一个不可逆的非线性动力学演化过程。根据土石坝的特点,应用突变理论,建立了一个考虑坝体材料应变软化效应和水致弱化效应的尖点突变模型,通过对模型进行平衡分析,获得了坝坡失稳的力学判据。通过对失稳判据的分析得出,土石坝发生突变失稳的必要条件,取决于坝体材料特性、库水位及库水位变化情况,高洪水位或由高水位骤降时因坝坡上部材料刚度降低而容易发生突滑失稳,是坝坡稳定的控制工况。最后,根据系统突变条件得出了坝坡失稳的临界位移和临界几何—力学参数,为土石坝稳定分析和安全评价提供新的途径。     

填料分层对砂砾石坝渗流场的影响

利用非饱和土渗流理论,对沟后混凝土面板砂砾石坝进行瞬态渗流数值模拟。通过对均质坝体和坝料明显分层后坝体的渗流场进行对比分析,研究了两种情况下坝体渗流场随时间的变化特性以及水力参数的分布特性。指出填料严重分层后对坝体渗流场的影响以及对坝坡渗透稳定性的不利影响。     

小型土石坝筑坝材料统计分析及坝坡稳定分析

文中通过小型土石坝坝高和筑坝材料统计分析,了解筑坝材料不同物理特性的统计特征。针对某工程实例,进一步分析渗流和坝坡的稳定性,得到筑坝材料不同物理特性对坝坡稳定的影响规律。结果表明,筑坝材料相关物理特性统计数据相对离散,尤其是抗剪强度参数和渗透系数。抗剪强度参数对下游坝坡的稳定性起决定性作用,充分重视其离散性。渗透系数和湿容重对坝坡稳定也有一定影响,亦不容忽视。     

某水库大坝抗滑稳定性分析

根据对大坝安全鉴定的要求,对坝坡稳定进行了分析,使用软件采用瑞典圆弧法,对各工况下的坝坡进行了稳定性验算,并结合SL274-2001碾压式土石坝设计规范对计算成果进行了分析,得出各种水位下抗滑稳定安全系数满足规范要求。     

坡面条形荷载对边坡稳定性的影响

基于强度折减法,采用PLAXIS软件建立边坡计算模型,研究坡面条形荷载对边坡稳定性的影响。结合边坡各计算工况的安全系数、潜在滑裂面的形状与位置以及滑动方向,分析了坡面条形荷载作用下荷载大小和方向对边坡稳定性的影响。结果表明:坡面荷载倾角较小时,可以起到加固边坡的作用,但随荷载的增大,边坡滑动方向由向下转变为向上,潜在滑裂面的形状由圆弧形转变为近似折线形;荷载倾角较小时,潜在滑裂面的失稳范围随坡面荷载的增大先增大后减小,荷载倾角较大时,滑裂面范围随坡面荷载的增大逐渐减小。实际工程中,在坡面作用有较小倾角的适量荷载可以起到加固边坡的作用。     

高土石坝坝坡地震稳定分析研究

采用有限元动力时程稳定和变形分析方法,对不同高度大坝坝坡稳定进行分析,开展了最危险滑弧确定方法 、地震动持时对稳定和变形的影响、滑弧位置和深度以及坝坡加固范围的研究 。结果表明：拟静力法采用规范建议的加速度分布系数不能反映高土石坝实际地震反应规律,计算得到的最危险滑弧较深且滑动范围偏大,不利于确定坝坡的加固范围;坝坡在地震过程中,最小安全系数与最大滑动量对应的滑弧并不一致且是不断变化的,有限元动力法计算坝坡稳定时,应在每一时刻任意搜索最危险滑弧;地震持时对坝坡安全系数影响不大,但对滑动量有较大影响;不同滑弧深度对坝坡安全系数有较大影响,存在一个临界深度,当滑弧超过临界深度时,坝坡安全系数大于 1.0 ;坝坡稳定安全性评价需要综合考虑安全系数与变形的计算结果。根据计算结果,建议了坝坡加固的范围。     

非线性强度指标坝坡稳定可靠度分析有关问题讨论

基于邓肯非线性强度准则、简化毕肖普法和一次二阶矩法提出一种非线性强度指标坝坡稳定可靠度分析方法。对坝高200m、坝坡1∶1.4的均质堆石坝的坝坡稳定可靠指标β进行计算分析,结果显示:按安全系数和力矩两种方式构建功能函数得到的β差异甚微,一次二阶矩法和Monte-Carlo法的β计算值相差很小;最小可靠指标随非线性强度指标φ0和Δφ的相关系数的增大而增大,而临界滑弧到外边坡线的最大水平距离逐渐减小;β对φ0的均值、变异系数和分布类型的变化较为敏感。建议按力矩构建功能函数并采用一次二阶矩法计算坝坡稳定可靠度,同时应考虑强度指标相关性的影响和合理选用φ0的均值、变异系数和分布类型。     

考虑不排水抗剪强度空间变异性的条形基础极限承载力随机分析

目前有关抗剪强度参数随深度变化对地基稳定性影响的研究还不深入。为此,提出了考虑土体不排水抗剪强度均值和标准差随深度变化的地基稳定性随机分析方法。建立了表征不排水抗剪强度空间变异性的不平稳随机场模型,采用Karhunen-Loeve（KL）展开离散随机场。探讨了土体不排水抗剪强度参数空间变异性对地基极限承载力的影响规律,并比较了不排水抗剪强度参数平稳和不平稳随机场模型对地基稳定的影响。以不排水黏性地基稳定随机分析问题为例验证了所提方法的有效性。结果表明：考虑不排水抗剪强度参数空间变异性时,地基极限承载力均值和标准差随相关距离的增大而增大,地基极限承载力对竖直向相关距离更为敏感。地基极限承载力均值随不排水抗剪强度变异系数的增加而减小,标准差随变异系数的增加而增加。不排水抗剪强度变异性对地基失效概率有明显的影响,安全系数较大时,不排水抗剪强度相关距离越小,地基失效概率越小。与不排水抗剪强度参数的不平稳随机场相比,不排水抗剪强度的平稳随机场模型会高估地基极限承载力的变异性,在相同的安全度水平下,当地基的安全系数较低时,平稳随机场模型会导致对地基失效概率的低估;当地基安全系数较高时,平稳随机场模型会导致对地基失效概率的高估。     

A stability analysis of landslides based on random fields,part II: base circle slope

In this paper, the stability of base circle slopes is analyzed based on the theory of random fields. The closed-form solution of the safety factor and the failure probability of base circle slopes are obtained using the integration method. The effects of the spatial variation of the mechanical parameters of soils on the stability of base circle slopes are investigated. The mean values of the safety factor and the failure probability of base circle slopes are determined. The effects of spatial correlation length on the failure probability of base circle slopes are studied. The results show that for homogeneous slopes, the accuracy of the vertical integration model is greater than that of the horizontal integration model. For layered slopes, the effectiveness of the horizontal integration method is validated by a Monte Carlo simulation. Therefore, the horizontal integration model is more suitable for the layered slopes than the vertical integration model.

     

土坝渗透稳定可靠性分析方法及应用

采用确定性分析方法分析土坝渗透稳定的理论和方法已经较为完善,但它由于没有考虑坝体材料参数的变异性,因此得出的安全分析成果并不能完全可靠地表征其安全性。利用概率与统计的方法对土坝渗透稳定进行可靠性分析则可考虑坝体材料等一些不确定因素对土坝的渗透稳定影响。首先利用统计方法对坝体材料物理参数进行分析,得出了参数的概率分布类型,然后运用可靠性分析原理,构造土坝渗透破坏功能函数,分析土体有效重度、内摩擦角,坝体、坝基材料渗透系数对功能函数的影响,并采用几何法对坝体渗透破坏可靠指标进行计算,得出坝体发生渗透破坏的概率。利用上述方法对一土坝渗透稳定进行了分析。结果分析表明,坝体渗透破坏的概率随着土体有效重度和内摩擦角变异性的增加而增加,并且土体内摩擦角的变异性对坝体渗透破坏的影响较大,坝体渗透变异性对坝体渗透破坏的影响较大;另外,随着库水位的升高,坝体发生渗透破坏的概率也显著增加。     

Laboratory shear strength parameters of cohesive soils: variability and potential effects on slope stability

The study quantified laboratory geotechnical variability by analyzing compacted alluvial fine-grained soils commonly used to backfill exhausted quarries in Central Italy. Repeating the test 4 times and combining the relevant results, 256 pairs of friction angle and cohesion values were obtained, with mean values of 27.0° ± 0.8° and 19.22 ± 4.08 kPa, respectively in the shear stress range 100–250 kPa. The influence of the variability of laboratory drained shear strength parameters on the long-term stability of artificial saturated slopes was examined, taking into account both deterministic and probabilistic approaches. In many cases, when the deterministic approach indicates stability, the probabilistic one indicates a certain probability of instability, even for the lowest slope height (5 m) and a slope angle higher than 15°.     

基于随机场的岩石边坡三维稳定性分析

基于随机场理论,考虑了岩石材料属性的空间变异性对岩石边坡稳定性的影响,将边坡主滑面上的摩擦系数和粘聚力视为高斯随机变量,确定了主滑面上的摩擦系数和粘聚力的均值、方差和协方差,获得了两个随机量之间的相关系数和互相关长度。在此基础上,对岩石边坡进行了三维稳定性分析,确定了岩石边坡的稳定系数和失效概率。数值计算结果表明,摩擦系数和粘聚力的空间变异性对边坡稳定性有重要影响。     

强度参数统计特性对边坡稳定可靠性的影响

由于对边坡强度参数统计特性考虑不全面,使得边坡可靠性指标计算值偏小,对应的失效概率偏大,常常超过10％,设计中难以采纳,造成地基可靠度规范的制定和执行进展缓慢。以某高速公路全风化花岗岩土质高边坡为工程背景,在分析土质参数统计特性的基础上,采用极限平衡理论和蒙特卡罗模拟法,系统地分析了土质强度参数的均值不定性、变异性、相关性、区间特性和空间变化性等对边坡稳定可靠性的影响。结果表明：土性参数的各种统计特性对边坡稳定可靠性均具有不同程度的影响。可靠性指标计算值随抽样距离的减小而增加,随 c 或φ均值的增大而增加,随c 和φ的变异系数的增大而减小,随 c 和φ相关系数绝对值的增大而增加,考虑区间性后可靠性指标计算值也明显变大。即变异性对边坡稳定不利,而相关性、区间性和空间变化性对边坡稳定有利。因此,准确而全面地考虑土质参数的统计特性,尤其是在参数变异性和相关性的基础上加以考虑土性参数空间变化性和区间性会更加符合工程实际,且计算结果趋于安全,有利于地基可靠度规范的推广运用和边坡工程的安全评价。     

Microseismic monitoring and numerical simulation on the stability of high-steep rock slopes in hydropower engineering

For high-steep slopes in hydropower engineering, damage can be induced or accumulated due to a series of human or natural activities, including excavation, dam construction, earthquake, rainstorm, rapid rise or drop of water level in the service lifetime of slopes. According to the concept that the progressive damage(microseismicity) of rock slope is the essence of the precursor of slope instability, a microseismic monitoring system for high-steep rock slopes is established. Positioning accuracy of the monitoring system is tested by fixed-position blasting method. Based on waveform and cluster analyses of microseismic events recorded during test, the tempo-spatial distribution of microseismic events is analyzed.The deformation zone in the deep rock masses induced by the microseismic events is preliminarily delimited. Based on the physical information measured by in situ microseismic monitoring, an evaluation method for the dynamic stability of rock slopes is proposed and preliminarily implemented by combining microseismic monitoring and numerical modeling. Based on the rock mass damage model obtained by back analysis of microseismic information, the rock mass elements within the microseismic damage zone are automatically searched by finite element program. Then the stiffness and strength reductions are performed on these damaged elements accordingly. Attempts are made to establish the correlation between microseismic event, strength deterioration and slope dynamic instability, so as to quantitatively evaluate the dynamic stability of slope. The case studies about two practical slopes indicate that the proposed method can reflect the factor of safety of rock slope more objectively. Numerical analysis can help to understand the characteristics and modes of the monitored microseismic events in rock slopes. Microseismic monitoring data and simulation results can be used to mutually modify the sensitive rock parameters and calibrate the model. Combination of microseismic monitoring and numerical simulation provides a more objective basis for the numerical model and parameters and a solid mechanical foundation for the microseismic monitoring.     

基于变形控制标准的高土石坝地震可靠度分析

基于可靠度分析的设计方法是科学定量地研究和保证岩土工程安全性的重要手段之一。通过定量考察土石坝工程中的不确定性因素,综合评估地震失效概率,可为高土石坝抗震设计和风险评估提供参考。以坝顶震陷率作为地震安全控制指标,提出了同时考虑地震和筑坝料参数不确定性的高土石坝地震可靠度分析方法。首先,采用地震烈度作为地震危险性的宏观衡量尺度,通过引入地震烈度概率模型,将基于概率烈度的地震动峰值作为地震强度因子,调整规范谱人工地震波的幅值进行动力有限元计算。然后,采用适用于处理小样本和非线性问题的高斯过程响应面法,建立筑坝料参数与坝顶震陷率之间的非线性映射关系,结合蒙特卡罗法计算高土石坝地震失效概率。最后,以紫坪铺面板堆石坝为例,应用该方法考察了设计基准期内的地震失效概率。