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。     

锚杆长度对边坡稳定性影响的数值分析

为了探讨边坡锚固及锚杆荷载传递机理,利用双弹簧单元,通过FLAC3D建立数值计算模型,分析锚杆长度变化对边坡安全系数和滑动面的影响以及锚杆的力学响应。表明:①锚杆加固边坡时,存在一有效锚固长度;随着锚杆长度的增加,边坡潜在滑动面逐渐往坡内移动,破坏模式由浅层滑动变为深层滑动;当锚杆长度达到有效锚固长度时,边坡的滑动面位置发生突变;②各层锚杆轴力沿杆体不均匀分布;当边坡岩土体受到外界扰动而劣化时,边坡下部锚杆轴力值最大;因此,对于永久性锚杆支护边坡,应适当加长底层锚杆长度。     

地形和土层参数对边坡屈服加速度及滑动面影响研究

采用有限差分软件FLAC 2D研究了不同地形和土层边坡的稳定性参数及滑动面特性。基于Mohr-Coulomb强度理论,通过拟静力法逐步增加水平向惯性力得到边坡屈服加速度,通过识别坡体最大剪应变增量位置确定边坡临界滑动面形状。分析不同坡高、坡角以及土体特性参数条件下边坡安全系数、屈服加速度及滑动面几何形状变化规律,得出了一些有意义的结论。     

预应力锚索加固边坡稳定性的有限元评价

进行边坡非线性有限元分析,探讨坡体变形的大小和分布状况,分析塑性区的扩展形态和滑动面的形成,从而确定合理的滑动面位置。根据确定的滑动面,采用极限平衡法计算边坡的安全系数,能够对边坡工程的稳定性进行评价。结合1个工程实例进行了分析说明。     

边坡地震动力响应规律及地震动参数影响研究

利用FLAC3D有限差分软件建立了一个边坡动力数值分析模型,用振动台模型试验对数值模拟效果进行了验证。在此基础上,分析了地震作用下边坡的动力响应规律,以及地震动参数对边坡动力响应的影响。结果表明,边坡对输入地震波存在垂直放大和临空面放大作用,边坡土体对输入地震波低频部分存在放大作用,对高频部分存在滤波作用。坡面加速度峰值放大系数随输入地震波振幅、频率的增加而减小,持时对加速度峰值响应的影响不大;坡体位移随振幅、持时的增加而显著增大,随频率的增大而减小。强震作用下剪应变增量最大区域的位置和形状表明,单一均质土层边坡的破坏模式仍是沿着某一弧形潜在滑动面失稳。研究结果有助于进一步揭示边坡在地震作用下的失稳机制。     

汶川地震中国道G213左侧某典型高山河谷场地地震滑坡响应分析

 以国道G213左侧一处包含河谷地形的高陡边坡为原型,采用新型离散元计算方法--基于连续模型的离散元方法(CDEM),对高烈度地震作用下高陡边坡上的堆积体滑坡由变形累计到破坏滑动的全过程进行模拟,并结合振动台试验结果,对该高陡边坡上堆积体的地震滑坡响应进行研究。研究结果表明,在地震力和重力作用下,堆积体顶部先出现应力集中,造成堆积体沿基岩–堆积体结构面后缘产生变形,进而造成该处出现拉伸、剪切破坏点,之后随着地震动的持续,基岩–堆积体结构面上的剪切破坏点逐渐向堆积体中前部的锁固段扩展,同时伴随着堆积体表面拉伸破坏点的增加,最终造成锁固段发生渐进性破坏,堆积体从剪出口滑出形成滑坡。滑塌发生的时间与地震动峰值加速度到达的时间同步或稍微有所滞后。在高陡边坡地形中,以输入地震波为基准,不论是坡面还是坡体内,不同位置的峰值加速度沿坡高均有所放大,表现为竖向峰值加速度的放大效应＞水平峰值加速度的放大效应,坡面峰值加速度的放大效应＞坡体内峰值加速度的放大效应。在河谷地形中,以输入波为基准,不论是河床还是河岸两侧的斜坡,不同位置的峰值加速度沿高程均具有不同程度的放大;河谷对加速度放大效应的影响具有一定范围,且在该范围内水平加速度的放大效应＞竖向加速度的放大效应,与坡面处加速度的放大效应刚好相反;加速度的放大效应具有一定的方向性,且该方向性与河岸两侧斜坡的坡度有关;加速度放大效应在河谷底部的分布具有不均匀性,距离河岸越近,加速度放大效应越强烈。     

地震动特性对边坡动力响应影响的研究

利用时程分析法对均质岩石高陡边坡进行数值模拟研究地震波的周期、持时和幅值三要素对边坡坡面水平和竖直方向峰值加速度放大系数与相对高程之间关系的影响。针对不排水条件下的线弹性边坡得到的结果表明:在相对高程一定的情况下,周期越大,坡面水平峰值加速度放大系数越大,而幅值越大,坡面水平峰值加速度放大系数反而越小;同时在相对高程一定的情况下,周期或者振幅越大,坡面竖直峰值加速度放大系数越大。持时对于边坡坡面水平和竖直峰值加速度放大系数与相对高程的关系无明显影响,只是影响不同高程位置两个方向上的变化速率,但对其整体的变化趋势和变化值影响不大。     

交界面形态特征对边坡滑移面的影响研究

二元结构边坡中交界面形态特征对边坡潜在滑移面位置及型式影响较大。交界面形态特征包括表面形态及交界面与边坡坡面之间的空间交接关系,本文通过数值模拟再现了交界面形态特征对二元结构边坡潜在滑移面位置及滑面型式的影响。研究结果表明:交界面与边坡坡面之间的空间交接关系一定时,交界面表面形态越光滑平直,二元结构边坡潜在滑移面位置受交界面的控制越大,滑移面沿着交界面滑动的可能越大;当上交界面一定(在圆弧下方)时,随交界面表面粗糙度的增大,上部滑移面从沿着交界面发生破坏转变成上部发生旋转滑移,下部沿着交界面破坏,滑移面的型式由"折线"型变成"圆弧+直线"型;分析讨论了当下交界面一定时,上交界面型式与摩擦系数对潜在滑移面位置的影响。     

复杂工况下成层土坡的稳定性研究

为研究地震和地下水位骤降对成层土坡稳定性的影响,应用有限元软件Geostudio对其进行数值模拟。研究结果表明,地震加速度越大,边坡安全系数越小,且二者之间可用二次函数很好的拟合。边坡安全系数受地下水位变化的初始位置影响较大,初始位置越高,边坡安全系数越低,并且当上土层(土性较差)厚度大于坡高时,滑动面出口从坡脚向坡底移动,入口基本保持不变,滑动体体积增大。     

反倾层状结构岩质边坡动力响应特性及破坏机制振动台模型试验研究

 采用物理模型试验,研究强震作用下反倾层状结构岩质边坡动力响应特征及破坏过程。试验结果表明：(1)加速度放大系数具有随坡高而增大,且越接近坡顶放大越明显的非线性高程效应及越接近坡表放大越强烈的非线性趋表效应。(2) 基本以3/4坡高为界,此高度以上,边坡水平加速度放大效应明显高于垂直加速度,而此高度以下,垂直加速度放大效应较明显。(3) 地震波频率对加速度放大系数影响最大,当地震波频率越接近坡体自振频率时,加速度放大越明显,且边坡出现波动特性的坡高越低。(4) 加速度峰值不改变动力加速度放大系数在坡体内的分布,但加速度峰值越高,边坡动力加速度放大系数越大。(5) 反倾层状结构边坡在地震力作用下的破坏过程主要为：地震诱发→坡顶结构面张开→坡体浅表层结构面张开→浅表层结构面张开数量增加、张开范围向深处发展,且坡体中出现块体剪断现象→边坡中、上部及表层岩体结构松动,坡体内出现顺坡向弧形贯通裂缝。试验中出现的变形分带现象进一步证明了动力加速度放大系数在坡体内分布的非线性。     

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。     

核电厂边坡地震动力响应研究

 将大型、复杂条件核电厂边坡简化为含结构面的单自由面柱体模型和多自由面斜坡模型,研究地震波前处理和输入、人工透射边界设置,模拟简谐波和地震波的传播、反射、振荡和衰减规律,比较理论解和数值解的吻合性,采用强震记录分析边坡地震时程响应规律。研究表明：地震波在柱体模型的单自由面上产生放大效应和反射,在软弱夹层处产生反射和透射。约束边界反射地震波,设置黏滞吸收边界和自由场透射边界则有效消除反射现象。地震波在斜坡模型的斜面上产生多次自由面放大效应,且放大效应随着高程增大而增大。地震作用下各向异性斜坡的自由面放大效应较之各向同性斜坡强烈,软弱夹层处产生较大的相对滑移和永久变形,各向异性条件下更不利于边坡的抗震稳定。     

浸润面位置的确定方法对涉水边坡稳定性分析的影响

 水库蓄水后将形成大量的涉水边坡,库水水位的变化将对其稳定性产生影响,目前关于这类边坡的稳定性分析,一般都是首先确定坡体内浸润面的位置,然后再进行稳定性分析。因此确定浸润面位置的方法正确与否,对稳定性分析的结果是否准确至关重要。由于实际工程中通常采用经验概化的方法来粗略地确定岸坡坡体内稳态浸润面的位置,因此该方法计算结果的可靠性究竟如何已经成为一个急需解决的问题。通过对比分析渗流计算和经验概化这两种浸润面位置的计算方法对水边坡稳定性分析结果的影响,从而确定按经验概化的方法计算到底存在有多大误差。从算例所得到的结果看,按经验概化法所确定的稳态浸润面位置进行稳定性分析,其结果将偏于危险,且误差在10%以上,应予以重视。     

确定岩质边坡地震安全系数的简化方法

 作为岩质边坡地震稳定性评价的规范方法,拟静力法忽略岩体的动力特性和地震动大部分特性的影响,而地震时程分析法考虑的因素较全面,却相对费时费力。目前岩质边坡地震稳定性评价缺乏较好地考虑岩体的动力特性和地震动特性的简化方法。为此,综合利用时程分析法和拟静力法的各自优点,建立地震安全系数与拟静力安全系数间的关系,提出2种岩质边坡地震稳定性评价的简化方法：(1) 对于重要边坡,建立边坡地震安全系数与地震动峰值、边坡拟静力安全系数的统计经验公式;(2) 对于一般边坡,统计边坡地震安全系数与拟静力安全系数的修正系数,建议相应的修正方案。以典型岩质边坡为例,采用显式波动有限元–极限平衡法,阐述所提出的简化方法的详细实施步骤,初步证明所提出方法的可行性和合理性。所建议的简化方法为重要工程岩质边坡震后快速评估和一般工程岩质边坡抗震稳定性评价提供有益的思路和重要参考。     

应变软化边坡稳定性分析方法研究

对于具有应变软化特性的岩土质边坡,如果按照峰值强度进行设计与分析,会遗留安全隐患;如果取残余强度分析,则会增加工程成本,造成不必要的浪费。因此考虑应变软化的边坡稳定性分析方法对于此类边坡的评价与治理具有重大的意义。首先基于岩土体的应变软化本构借助FLAC软件实现了边坡的渐进性破坏过程模拟;其次基于最大剪应变增量确定了边坡的滑面;基于滑面上强度参数的时空分布规律借助Matlab软件平台实现了基于矢量和法的应变软化边坡稳定性分析;然后基于材料参数沿滑面的空间分布规律提取了等效黏聚力和等效内摩擦角,并借助极限平衡法分析了边坡在渐进性破坏过程中滑面及安全系数的变化过程,用于补充上一种方法在坡体未产生明显破坏时的不足;最后将两种不同的应变软化边坡稳定性分析方法对应计算结果进行对比分析,验证了两种方法的合理性及可靠性,同时两种方法形成相应的互补关系,很好地解决了应变软化边坡稳定性的分析问题。     

基于Plaxis强度折减法的开挖边坡稳定分析

利用Plaxis有限元软件,针对某开挖高边坡地质地形特征,采用有限元强度折减法对边坡无支护的情况和采用预应力锚索加固两种方案进行了模拟,模拟结果表明,无支护边坡其安全系数小于1,稳定性较差,无法满足规范要求;采用预应力锚索加固后,安全系数增加,且边坡潜在滑裂面从浅层风化岩体向下部岩体移动,边坡稳定性增加。同时,对计算结构的精度做了对比,与极限平衡Bishop法结构相比其误差在2%以内,且潜在的危险滑裂面形状和位置基本一致,论证了其准确性和工程实用性。     

Stability analysis of stratified rock slopes with spatially variable strength parameters: the case of Qianjiangping landslide

Jurassic strata prone to slope failure are widely distributed in the Three Gorges Reservoir region. The limit equilibrium method is generally used to analyze the stability of rock slopes that have a single failure plane. However, the stability of a stratified rock mass cannot be accurately estimated by this method because different bedding planes have variable shear strength parameters. A modified limit equilibrium method is presented with variable water pressure and shear strength used to estimate the stability coefficient of a sloping mass of stratified rock and to identify the potential sliding surface. Furthermore, an S-curve model is used to define the spatial variations of the shear strength parameters c and ? of the bedding plane and the tensile strength of the rock mass. This model can also describe the variation of strength parameters with distance from the slope surface, which depends on the reservoir water level. Also, it is used to evaluate the stability of the Qianjiangping landslide, located at Shazhenxi Town, Zigui County, Three Gorges Reservoir area, China. The results show the most probable sliding surface is the interface between a slightly weathered layer and subjacent bedrock. When reservoir water rises above the elevation of the slide mass toe, the stability coefficient of the slope declines sharply. When the reservoir water level is static at 135 m, the stability coefficient decreases gradually as the phreatic line changes as a result of heavy rainfall.     

中巴喀喇昆仑公路顺层岩质边坡受力分析

为了深入研究中巴喀喇昆仑公路洪扎河以北地段的顺层岩质边坡弯曲失稳机制,采用材料力学压杆稳定及刚性体平衡原理,在D.S.Cavers的基础上考虑地震力作用,分析得到岩质边坡的三种弯曲模型(平面边坡的柔性弯曲、平面边坡的三铰梁模型、曲线边坡的三绞铰模型)的失稳公式,将地震与非地震作用下平面边坡的柔性弯曲进行对比分析。研究结果表明:当内摩擦角φ_j处于0°~15°范围时,若水平地震加速度方向与岩体弯曲方向相反,平面边坡柔性弯曲模型在地震作用下不易发生弯曲变形;若水平地震加速度方向与岩体弯曲方向一致,地震作用下平面边坡柔性弯曲模型的临界状态总长度l总比非地震作用下的l小,平面边坡在此方向的地震作用下更易发生柔性弯曲变形。