土工格室加固边坡稳定性参数分析

土工格室边坡防护是一种绿色、经济、高效的防护方式。针对土工格室加固边坡的稳定性问题,结合浅层稳定性和深层稳定性两方面综合评价土工格室加固效果。首先考虑土工格室、铆钉及植物根系的作用,重点围绕裸坡、仅铺设格室和格室植草三种工况开展研究,建立了降雨条件下土工格室加固边坡浅层失稳模型和深层数值模拟模型。进一步进行参数敏感性分析,全面研究了边坡坡度和坡长、土工格室尺寸和强度、植物根系密度等参数对浅层抗滑安全系数和深层稳定安全系数的影响。研究结果表明,仅铺设格室和格室植草分别能提高浅层抗滑安全系数1.07和1.33,效果十分显著,对深层稳定性提高效果相对不明显;各参数中,坡角、格室高度、格室焊距和植草密度对土工格室加固边坡稳定性有着重要影响,研究可为土工格室加固边坡优化设计提供参考。     

基于模型试验和数值模拟的土工格室加固高填路堤稳定性：以新疆G216线民丰段为例

为研究土工格室加固高填路堤的稳定性,通过开展室内模型试验,分析了在持续荷载作用下素土边坡和土工格室加固高填路堤边坡的沉降量和最大水平位移;基于室内模型试验,建立有限元模型,分析了不同加固条件下的坡顶沉降量、最大水平位移及土工格室应变,研究了土工格室高度、铺设间距以及不同铺设部位对高填路堤稳定性的影响。结果表明:铺设土工格室能降低边坡土体的沉降量和最大水平位移,进而提高边坡的承载力;素土边坡剪应变自坡顶至坡脚形成贯通的滑移带,铺设土工格室后,滑移带的位置由边坡表层深入坡体内部,且滑移带未完全贯通;增加土工格室的高度,边坡的沉降量和最大水平位移先减小后趋于稳定,安全系数先增大后逐渐平缓;边坡的沉降量、最大水平位移随土工格室铺设间距的增大而增大;减小土工格室铺设间距0.6~0.7倍,最大水平位移降低1.5~2倍,坡顶沉降量减小1.5~1.8倍,安全系数增大1.1~1.3倍。高填土路堤的侧向位移主要发生在边坡底部H/3处,在边坡底部H/3处减小土工格室的铺设间距、增加土工格室的高度能更好约束侧向位移和沉降量,是提高路堤稳定性更为经济合理的加筋方案。     

土工织物加筋法加固软基边坡的效果分析

通过构造软基边坡概化模型,利用有限元软件PLAXIS分析土工织物在不同软基深度下边坡中的加固效果,主要将整体安全系数、竖向位移与水平位移进行对比分析,分析结果表明土工织物加筋法,可明显提高边坡的整体稳定性、减小地基的不均匀沉降和限制侧向变形.当软基厚度较薄时,土工布的铺设可大大提高边坡的整体稳定性,但是位移的减小程度不明显;对于软基厚度较大,加固效果与软基厚度较薄时恰好相反;而且,多层土工织物的铺设对于边坡稳定性的提高并不明显.     

考虑降雨入渗的非饱和土边坡流固耦合数值分析

针对降雨入渗作用下非饱和土边坡的变形和稳定问题,运用ABAQUS有限元软件,建立二维非饱和土边坡流固耦合数值模型,对边坡渗流场、应力场和位移场进行分析,分析降雨入渗后边坡的孔压、饱和度、位移、塑性区扩展和安全系数的变化规律.结果表明:降雨入渗引起边坡孔压、饱和度、等效应力和位移增大,降雨强度减小和无降雨下,边坡孔压、饱和度、等效应力和位移减小回弹,边坡表层响应早于坡体内部;边坡坡脚最先出现塑性区,塑性区沿坡面浅层向上扩展,形成连续的塑性区贯通面;边坡安全系数在持续强降雨下持续减小,降雨强度减小和无降雨下,边坡安全系数增大回弹.研究结果可为非饱和土边坡的变形与稳定分析提供参考.     

基于加筋路基中筋材应力性状的土工格室改进铺设方法

确定土工格室加筋路基中筋材内部的应力性状是控制工程成本、有效发挥土工格室加筋作用的关键因素。首先通过室内试验确定高强土工格室材料的应力-应变关系并以此确定其本构模型,而后基于ABAQUS有限元软件,采用分离式分析法分别建立土工格室及路基的计算模型,对多层土工格室加筋路基进行有限元分析。通过添加土工格室前后情况对比,改变土工格室的加筋层数进行分析,研究不同铺设层数的土工格室对路基沉降及侧向位移的影响。通过分析多层土工格室加筋路基内部筋材的拉应力性状,提出一种改进的铺设方法,并建立了有限元模型进行验证。结果表明:添加土工格室能够有效限制路基沉降及侧向位移,使路基的整体稳定性得到提高,具体表现为铺设1层土工格室时,路基中线处的竖向位移可减小36.2%,坡脚处的水平位移可减小74.8%,且路基的稳定性与土工格室铺设层数呈正相关。土工格室筋材内部拉应力由路基中线向路基两侧呈逐渐减小的趋势,在路基边缘位置已趋于零。采用多层土工格室加筋时,最底层的土工格室和最上层的土工格室承受较大的拉应力。在此规律的基础上,采用改进的土工格室铺设方法,在最大节约30%筋材的前提下,可取得大致相同的加筋效果。     

持续暴雨作用下排土场层状碎石土边坡稳定性

为了研究排土场层状碎石土边坡在持续暴雨条件下的入渗过程及稳定性,推导了土体天然含水率、天然重度与天然体积含水量的换算公式,作为快速确定边坡土体初始基质吸力分布的依据。建立算例排土场有限元分析模型,进行降雨条件下饱和-非饱和渗流、孔压-应力耦合以及边坡稳定分析。结果表明：持续暴雨作用下排土场会在透水性最强的边坡浅层形成集中渗流通道,当坡底存在弱透水性土层时会切断渗流通道,导致雨水从坡脚涌出;排土场边坡位移在降雨期间不断增长,但增长速度越来越慢,雨后边坡位移立即开始减小;降雨初期边坡稳定性系数下降较快,边坡浅层渗流稳定后基本保持不变,雨后缓慢增大。排土场层状碎石土边坡在持续暴雨作用下容易在降雨中后期失稳。     

水-气耦合下的土质边坡稳定系数场分析

传统边坡稳定性分析方法仅对潜在滑动面进行整体稳定性评估,无法获取各点的安全系数,为了准确分析边坡稳定性,基于稳定系数场理论,综合考虑水-气耦合作用对降雨条件下边坡稳定性进行分析。结果表明：1）稳定系数场法能够直观地体现水-气耦合作用下边坡的具体破坏区域,得到各点的安全系数;2）孔隙气压力对边坡降雨入渗有一定阻碍作用,并且随降雨时间的推移阻渗效果愈明显,相同条件下降雨40 h时,两相流湿润锋深度较单向流减小了28.6%;3）相同条件下,考虑水-气耦合作用会降低边坡稳定性,以降雨40 h为例,两相流边坡失稳面积约为单向流的1.7倍。因此,在实际工程中对边坡稳定性分析时应考虑水-气耦合作用,工程偏于安全。     

降雨条件下拓宽路堤稳定性数值分析

基于非饱和渗流理论,在有限差分软件FLAC3D渗流模块的基础上,采用内置FISH语言自编程序实现了降雨条件下拓宽路堤上饱和-非饱和渗流过程的模拟,进而分析了降雨入渗对拓宽路堤孔隙水压力和饱和度的影响,以及土工格栅加筋和填料渗透系数对降雨条件下拓宽路堤稳定性的影响.研究结果表明:降雨初期路堤土体基质吸力迅速降低,边坡最先达到饱和状态,形成暂态饱和区;考虑降雨入渗影响时,拓宽路堤安全系数明显减小,土工格栅加筋可有效减小降雨入渗对拓宽路堤稳定性的影响;新路堤填料渗透系数对降雨条件下拓宽路堤稳定性的影响较大,实际工程中应保证路堤填土的压实度并采取边坡防护措施以减小雨水入渗的影响.     

降雨入渗条件下多层顺层软弱夹层土坡稳定性分析

为了分析降雨入渗条件下多层顺层软弱夹层土坡的稳定性,基于饱和-非饱和渗流理论和稳定性分析理论,以京珠高速(长沙-湘潭段)左侧某含多层顺层软弱夹层土坡为研究对象,建立了相应的多层顺层软弱夹层边坡数值分析模型,分析了该类边坡在降雨入渗条件下的渗流特性及稳定性变化规律。研究结果表明,边坡软弱夹层内基质吸力在降雨入渗条件下的减小速率较快,在降雨停止后的回升具有一定的滞后性;边坡软弱夹层内体积含水率在降雨入渗条件下逐渐增加至饱和,然后维持在饱和状态,形成暂态饱和区;降雨停止后,暂态饱和区在短暂的维持后开始慢慢消散,整体呈现"凸"型分布;边坡湿润锋主要沿坡前软弱夹层向边坡内部扩展,并在软弱夹层内形成锋面,整体形成波浪状分布;边坡安全系数随降雨历时的增加而逐渐减小,减小速率具有突变性。因此,在降雨入渗条件下,多层顺层软弱夹层土坡的破坏发育形式往往具有一定的牵引性和突变性。     

基于根系形态的根系固坡作用数值分析

将土体、根系作为一个复合的整体,选择典型护坡植物夹竹桃为对象,利用非线性有限元计算方法研究在雨水侵蚀力和坡面径流侵蚀力作用下,不同分布密度和不同侧根数量的根系对边坡表层土体稳定性的影响。结果表明,在降雨条件下,植物根系的存在能有效提高边坡表层土体整体刚度,随着根系的侧根数量和植株分布密度的增大,边坡表层位移量逐渐减小,雨水对边坡表层土体的侵蚀也逐渐减小,从而使边坡表层土体稳定性提高。     

基于蠕变试验下高边坡稳定性模拟研究

为研究黄土高边坡在蠕变作用下长期稳定性问题,以支党河特大桥的黄土高边坡为研究对象,开展天然状态下黄土蠕变剪切试验,利用数值模拟方法模拟高边坡治理和未治理两种情况,分析2,5,10,30,50和70 a边坡塑性区和位移场分布特征。结果表明：随着剪应力的增大,蠕变速率先减小后增大,试件进入等速蠕变阶段所需的时间越长;坡体开挖治理前在蠕变作用下塑性区持续发展,至30 a后基本保持稳定,在2～30 a间位移量持续增大,坡体发生加速蠕变,位移量最大达到63.6 cm,坡体发生失稳破坏;开挖治理后塑性区面积明显减小,从10 a开始出现新的塑性区,直至发展到30 a,之后保持稳定,在2～30 a间位移量最大27 cm,蠕变至70 a位移量几乎不变,坡体也未发生失稳破坏。利用蠕变模型与数值模拟相结合的方法可为高边坡稳定性研究提供思路。     

高强格室和格栅格室加筋地基的试验对比

分别对纯砂地基、整体插接式高强土工格室加筋地基和格栅格室加筋地基进行了室内模型试验.通过对比荷载-沉降曲线、地表位移曲线、格室变形以及破裂面的滑移等,研究了整体插接式高强土工格室和格栅格室对加筋地基受力性能的影响,初步分析了2种格室加筋地基的加固机理和破坏模式.试验结果表明,与纯砂地基相比,整体插接式高强土工格室和格栅格室均能有效提高加筋地基承载力,减小地表位移,均化地基中的应力分布,其中格室的最优加筋宽度约在4倍基础宽度.对整体插接式高强土工格室和格栅格室加筋地基进行对比发现,格栅格室组成的筋土复合结构的整体性更好,刚度更大,能更好地约束砂土的侧向滑移,延缓地基中破裂面的出现,进而能更好地提高地基承载力,减小沉降.虽然整体插接式高强土工格室条带的强度较大,但容易在节点处出现沿次要受力方向上的撕裂性破坏,因此需要进一步加强节点强度,改进节点形式.     

降雨入渗对三维刚架桩边坡渗流稳定性的影响

开展降雨入渗对三维刚架桩边坡渗流稳定性影响的数值分析研究,考虑长时小雨及短时强降雨,从土体位移、坡体孔压及边坡稳定性演变角度,重点讨论降雨入渗条件下刚架桩边坡的合理桩间距,以期为雨水充沛的福建山区刚架桩边坡设计提供参考。结果表明：三维刚架桩边坡土体位移受降雨条件影响显著,随着降雨强度和持续时间的增加,土体水平位移和竖向位移依次增加;降雨条件下三维刚架桩边坡坡体内孔隙水压力分布具有明显的时空效应,短时强降雨条件下,坡顶孔压增幅最大,降雨强度的持续增加导致刚架桩边坡安全系数降幅也增大;桩间距对刚架桩边坡的渗流稳定性有显著影响,无降雨时边坡的安全系数随桩间距增大而减小;基于研究区降雨特点及暴雨频次呈现逐年递增现象,应将桩间距设为3倍桩宽,以充分发挥短时大雨情况下刚架桩的抗滑效果。     

土工格室加筋砂土试验颗粒流分析

为了进一步分析土工格室在土体中的加筋作用,以高强土工格室作为研究对象,采用室内3轴试验和颗粒流模拟的方法,研究土工格室加筋砂土的特性,并通过3维颗粒流分析程序(three dimension particle flow code, PFC~(3D))模拟加筋砂土在不同工况下的应力-应变特性、接触力分布情况、位移场分布规律等.结果表明,用PFC~(3D)能够较好地模拟加筋砂土的应力-应变特性;随着土工格室焊距的增大,加筋砂土模型的承载力也增大;土工格室的高度越高,加筋砂土的承载力越大;随着围压的升高加筋砂土的承载力也增大.最后,分析了在荷载作用下的加筋砂土的位移情况,得出在土工格室中间及其影响区域内土体颗粒在位移方向排列比较集中和整齐,且土体颗粒基本上沿着主应力方向,在土工格室影响区域外围向外扩散.     

极端环境下工程边坡运行稳定性模拟分析

利用有限元软件ADINA对某水电站进口建筑物边坡在极端环境(降雨工况、地震工况、降雨地震组合工况)下进行了数值模拟,分析其变形和应力发展规律,并对边坡稳定性进行评价.得出如下结论:在降雨和降雨地震组合工况下,处于第一开挖平台处的岩体水平位移较大,处于第二开挖平台处的竖向位移较大,在该处易引起边坡失稳,但在地震工况下位移分布规律较好,故在开挖平台处需对边坡采取以排水为主的防范措施;在3种工况下边坡基本都处在受压状态下,受拉区域较小,但受拉最大值发生在同一位置,需对该位置进行重点监测;通过塑性区分布图的对比可发现地震是影响该边坡稳定的最关键因素,降雨地震组合工况为最不利于边坡稳定的工况.     

岩质陡高边坡稳定性评价与防治措施

以典型工程实例为背景,借助surfer软件生成实际地形曲面。以此为基础,采用有限元软件建立较为接近实际的计算模型。计算分析了强降雨和地震作用对岩质高边坡的影响。研究表明:不同影响因素作用下,边坡均表现为开挖面以上近山顶坡面向临空面滑动,并形成浅层局部贯通的塑性区;降雨和地震作用对边坡产生了显著的影响,安全系数较自重作用分别减小11.3%和14.5%;边坡形成了贯穿的塑性区,处于稳定状态,说明塑性区贯通是边坡失稳的必要条件;坡顶局部几乎临近极限平衡状态,在地震和降雨诱发因素作用下易产生局部失稳破坏。基于分析结果,制定了边坡防治措施,计算表明措施有效可行。     

降雨和地震作用下碎石土边坡稳定性及支护方式研究

 依托四川省汶川至九寨沟段高速公路第06标段（川主寺至九寨沟段）边坡工程,采用FLAC软件模拟,考虑降雨与地震作用,以水平位移、塑性区和滑移面为边坡失稳评价指标,研究了高海拔、高烈度地区碎石土边坡在降雨及降雨-地震共同作用这两种工况下支护前后的稳定性,提出了合理的支护方案。结果表明：强降雨导致的边坡浅层面溜滑主要发生在黏土与碎石土交界面处,滑动面为平面型,采用锚杆框架梁支护可保证边坡稳定;降雨-地震共同作用下边坡的破坏范围扩大,碎石土边坡沿土体内部约12 m深处出现圆弧型滑动面,主要发生在黏土与碎石土交界面处,采用复合抗滑桩和锚杆框架梁组合支护方式可以保证边坡稳定。     

基于强度折减法的土工格室加筋路堤稳定性分析

由于加筋复合路堤分析中难以直观看到筋材的参数改变对整个工程的稳定性贡献,为了更加深入了解土工格室加筋的效果,设计用有限元分析软件结合强度折减法(strength reduction method,SRM)对一个二级公路路堤进行数值计算.首先,对三维建模的不加筋路堤进行SRM计算,再用极限平衡方法验证,两种方法得到的结论吻合.这表明更接近实际情况的三维路堤边坡建模分析方法适合在复杂的加筋工况中使用.然后,用此方法分析了铺设土工格室后的路堤稳定性,通过改变土工格室的焊距、埋深、高度、铺设层数来探究材料参数因素与边坡安全系数之间的规律.结果表明,土工格室材料可以起到提高路堤整体稳定性的作用,其中焊距较小、高度较高的土工格室的加筋效果较明显;多层加筋的路堤被破坏时会形成多弧段的破裂面.     

不同降雨类型对粗粒土高路堤边坡稳定性影响分析

为了深入研究不同降雨类型下粗粒土高路堤边坡的稳定性,提出了一种能同时考虑路堤边坡内部饱和度、孔隙水压力及软化效应的稳定性分析方法;拟定了小雨、中雨、大雨以及暴雨4种降雨类型,设定一级坡高8m、二级坡高12m的A类和一级坡高10m、二级坡高10m的B类两类典型边坡,通过分析A,B两类方案填筑的路堤边坡在不同降雨工况下安全系数和塑性区的变化规律,提出了路堤边坡最佳填筑方案,探讨了最佳方案填筑的路堤边坡稳定性。研究结果表明,相同降雨类型下,A类方案填筑的边坡稳定性比B类边坡更好,表明依托工程高路堤边坡最佳填筑方案为A类;降雨0~12h内边坡安全系数下降较快,随着降雨持时的增加,安全系数下降趋势减缓;在相同的降雨持时下,边坡安全系数随着降雨强度的增加而逐渐减小,当降雨强度超出一定范围后,其安全系数下降趋势相差不大;降雨初期,水位线上升较快,但存在一定的滞后性,随着降雨持时的增加,水位线上升速率减慢并呈规律性上升;小雨对边坡塑性区分布影响较大,但随着降雨强度的增加,降雨强度不再是影响边坡塑性区分布的主要原因。     

川北某变电站堆积体边坡稳定性及加固措施分析

为解决山区变电站建设过程中基坑周边的堆积体边坡稳定性和设计优化问题,以川北某变电站基坑高边坡为例,结合监测数据,采用FLAC^3D对该边坡各阶段暴雨工况进行数值反演,揭示其应力、塑性区、位移和稳定性规律,定量评价支护措施的作用效果,并模拟改进的支护方法,以期选取最优方案。结果表明：降雨入渗堆积体及后缘拉裂缝,加剧了软弱滑动面的贯通趋势;于露空区增设抗滑桩与腰梁,最大位移监测值与模拟值较初期支护分别减小74.7%和67.8%,其挠度曲线存在明显拐点;采用预应力锚杆加固土体,安全系数从1.06回升至1.41,支护效果提升较明显。对于堆积体边坡,降雨是其失稳的主要影响因素,可施加预应力锚杆以改变边坡牵引破坏模式,提供抗拉承载力,降低雨水入渗影响,有效控制坡体变形。