考虑参数空间变异性的边坡系统可靠度分析

在考虑土体参数空间变异性基础上,提出了基于多重随机响应面法的边坡系统可靠度分析方法,同时建议了一种新的代表性滑动面搜索方法.采用Karhunen-Loève展开方法离散二维相关非高斯随机场,通过Hermite随机多项式展开近似代表性滑动面安全系数与土体参数间的非线性隐式函数关系,在此基础上采用直接蒙特卡洛模拟计算边坡系统失效概率.研究了所提方法在考虑参数空间变异性的边坡系统可靠度分析中的应用.结果表明,提出的基于多重随机响应面法的系统可靠度分析方法为考虑参数空间变异性的边坡系统可靠度问题提供了一条有效的分析途径.提出的代表性滑动面确定方法具有较高的计算精度和效率,无需单独计算滑动面安全系数间的相关性,而且能够有效地计算低概率水平的边坡系统可靠度.边坡系统失效概率随着抗剪强度参数变异性和垂直相关距离的增大而增加、随着抗剪强度参数间负相关性的增加而减小.此外,忽略土体参数空间变异性会明显高估边坡系统失效概率.     

考虑参数空间变异性的不排水边坡可靠度分析

采用验算点法和随机有限元法对不排水边坡进行可靠度分析,研究边坡坡度、安全系数和强度参数相关性对边坡可靠度的影响.数值分析结果表明,由于随机有限元法恰当地考虑了土性参数的空间变异性,因而当土体抗剪强度参数变异系数超过临界值时,边坡失效概率计算结果更为合理.     

考虑土性参数空间变异性对堤防安全性的影响

采用基于谱表示法的蒙特卡洛模拟,建立了不排水抗剪强度的随机场模型,并与二维平面应变模型结合探讨了考虑土体参数空间变异性对堤防安全性的影响.结果表明,堤防边坡的安全系数受土体参数(不排水抗剪强度)的空间变异性影响,若不考虑堤防土体参数空间变异性时,会高估堤防边坡的安全性.堤防滑动面位置与土体参数的空间分布有关,滑动面的位置具有不确定性,但滑动面往往会经过土体不排水抗剪强度较薄弱的区域,导致堤防的破坏.     

贯通结构面抗剪强度尺寸效应研究

目前,岩土工程界普遍采用Barton和Bandis建议的公式,计算具有一定规模岩体结构面的抗剪强度,但经分析发现并不适用于规模大于5m的结构面.因此,借助二维离散元软件UDEC,提出了一种基于现场实测结构面粗糙度系数JRC(长10 cm)和结构壁面回弹试验的结构面抗剪强度尺寸效应分析方法,并通过实例验证了方法的准确性.     

基于颗粒流法的含软弱结构面岩质边坡稳定性分析

软弱结构面的分布情况对岩质边坡失稳破坏的形式有较大影响,主要是因为软弱结构面的存在一定程度上影响了岩质边坡抗剪强度薄弱面的分布。采用颗粒流法对岩质边坡的失稳破坏过程进行模拟,并预加不同分布形式的软弱结构面,研究了软弱结构面的分布深度及倾角对边坡破坏形式的影响。研究结果显示,浅层软弱结构面对边坡稳定性威胁最大,随着分布深度的增加,其影响也越来越小;随着预加软弱结构面与坡体中部初始滑裂面夹角的增大,岩质边坡失稳破坏的程度也在增大,由局部的破坏转变成崩塌破坏。     

Barton经验公式在岩质边坡稳定性分析中的应用

由于岩质边坡的失稳几乎都是沿着结构面发生的,而岩体结构面的抗剪性能并不完全满足莫尔-库仑准则,因此在岩质边坡的稳定性分析中采用莫尔-库仑准则会带来较大误差.本文用Barton经验公式代替莫尔-库仑准则进行岩质边坡的极限平衡稳定性分析,以更好地反映岩体结构面的抗剪性能,并通过简单算例阐明了莫尔-库仑公式及Barton经验公式在岩质边坡稳定性分析中的差异.     

基于颗粒流法含软弱结构面岩质边坡稳定性分析

软弱结构面的分布情况对岩质边坡失稳破坏的形式有较大影响,主要是因为软弱结构面的存在一定程度上影响了岩质边坡抗剪强度薄弱面的分布。采用颗粒流法对岩质边坡的失稳破坏过程进行模拟,并预加不同分布形式的软弱结构面,研究了软弱结构面的分布深度及倾角对边坡破坏形式的影响。研究结果显示,浅层软弱结构面对边坡稳定性威胁最大,随着分布深度的增加,其影响也越来越小;随着预加软弱结构面与坡体中部初始滑裂面夹角的增大,岩质边坡失稳破坏的程度也在增大,由局部的破坏转变成崩塌破坏。     

考虑水力模型参数空间变异性土石坝边坡可靠度分析

土石坝边坡可靠度分析中大多只考虑了坝体材料抗剪强度参数的空间变异性,忽略了非饱和水力模型参数空间变异性的影响.本文发展了土石坝边坡可靠度非侵入式随机分析方法,探讨了水力模型参数空间变异性对土石坝边坡可靠度的影响规律,解释了土石坝边坡失效概率随水力模型参数n的变异系数增大而减小的原因.结果表明:非侵入式随机分析方法计算效率远远高于传统的蒙特卡洛模拟方法.参数敏感性分析表明土石坝边坡失效概率与坝体材料黏聚力、内摩擦角及饱和渗透系数的变异系数之间呈正相关关系,其中黏聚力变异性的影响最大,饱和渗透系数变异性的影响最小.此外,a的变异性对边坡失效概率基本没有影响,相反边坡失效概率随着n的变异系数增大而越小,这是因为当n的变异系数取值越大模拟得到的n值越接近于下限值(1.05),进而导致土石坝渗透系数越小,通过坝体的渗流量越小,从而土石坝边坡更安全.     

基于Copula函数的土石坝三维坝坡稳定可靠度分析

不完备概率信息条件下边坡稳定可靠度评价是岩土工程新兴的热点问题之一,其关键难点在于如何在不完备概率信息条件下有效地建立符合抗剪强度参数分布特征的联合概率分布模型.在考虑堆石料非线性强度参数不完备概率信息条件下,采用Copula函数建立非线性强度参数联合分布模型,结合径向基神经网络(RBFN)提出了土石坝坝坡稳定系统可靠度分析智能响应面法,并通过实例验证了其可行性与有效性.最后,基于所建的智能响应面,系统研究了Copula函数类型与样本数量对土石坝坝坡稳定系统可靠度的影响规律.     

考虑参数互相关性的滑坡抗剪强度参数可靠度反演分析

鉴于传统的确定性抗剪强度参数反演方法未能考虑岩土参数的随机性和不确定性对边坡稳定性的影响,文中将可靠度分析方法和极限分析上限法相结合,提出一种简单、实用的滑坡强度参数可靠度反演新方法,并通过工程应用实例验证了该方法的可行性和有效性.结果表明,该方法不仅考虑了岩土参数的随机性和不稳定性,还可解决单一滑动面的强度参数反演计算问题.同时,文中还分析了相关系数对滑坡抗剪强度参数反演结果及可靠度的影响,发现抗剪强度参数的互相关性会导致可靠度指标趋于保守.     

岩体不连续面的几何特性与剪切强度的关系

利用新开发设计的三维非接触式激光表面形状测定仪,在精确测定岩体不连续面的表面形状的基础上,建立了新的岩体不连续面的分形几何模型,模型中的两个分形参数定量表述了岩体不连续表面形状的几何特性（一级倾斜度和高级次起伏度）,并进一步提出了由这两个分形参数组合出的代表岩体不连续面表面粗糙特性的平均粗糙角Ｕ的概念和计算方法。最后,结合岩体不连续的剪切强度实验,建立了剪切强度与分形参数有及平均粗糙角Ｕ间的定量关     

复合岩石层面剪切试验的研究

本文在不同粗糙度和不同正应力的条件下,对复合岩石层面的剪切试验进行了讨论,建立了复合岩石层面抗剪强度的准则及复合锯齿状层面的抗剪强度准则。实验表明:光滑层面的初剪与复剪抗剪强度具有峰值转换性;剪切位移具有弹性回复位移,并存在着剪切法向收缩现象;剪切滑移造成层面两侧岩石的张裂破坏。     

基于无人机贴近摄影的高陡边坡结构面识别

岩体结构面的产状和位置信息是分析高陡边坡稳定性及确定支护形式的重要依据.为解决传统接触式勘测手段存在的风险高、效率低等问题,提出了基于无人机贴近摄影和聚类算法的高陡边坡结构面自动识别方法.首先采用M210-RTK无人机获取高分辨率数字图像,并利用运动恢复结构算法(Structure From Motion,SFM)生成细节丰富的高陡边坡三维模型和三维点云;再通过K近邻算法(K-Nearest Neighbor,Knn)及PCA主成分分析法,筛选出共面点云集合并确定了结构面的边界范围;最后采用最小二乘法拟合出共面点云的最佳平面方程,以平面方程的法向量方向确定结构面的产状参数.验证实验表明:基于无人机贴近摄影所建立的三维模型精度优于2 cm,倾向和倾角的误差分别小于3°和2°.本方法应用于长沙丁字镇某高陡边坡的结构面识别,成功识别出其优势结构面,并就其对边坡稳定性的影响进行了分析,可为边坡评价和治理提供重要依据.     

节理岩质边坡稳定性概率分析

为合理评价某节理岩质边坡稳定性,将节理网络有限元(JFEM)与Rosenbluth点估计法相结合建立边坡节理网络概率模型。计算结果表明:天然状态下该边坡整体稳定性较好,但浅表部有部分岩体由于风化以及结构面相互切割的影响,易形成不稳定块体以“滑移-拉裂”的形式失稳。本文的分析方法考虑了结构面非贯通、随机发育的特性以及岩体强度参数(内摩擦角和黏聚力)的变异性,使得评价结果更加合理、可靠。     

反倾层状岩质边坡变形破坏的颗粒流模拟研究

基于颗粒流程序对反倾层状岩质边坡变形破坏过程进行模拟,并考虑岩体结构面参数(岩层倾角、层厚及层理剪切强度)对其变形破坏机制的影响。数值模拟结果表明:边坡岩层的主要变形破坏方式为弯曲变形、折断破坏,变形首先发生在坡顶,而破坏是从坡脚开始,边坡的变形破坏过程具有明显的悬臂梁特征;岩层倾角对反倾岩质边坡整体性失稳破坏方式有较大影响,随着岩层倾角的增大,边坡后期整体性破坏方式由滑移型逐渐过渡为倾倒型破坏,坡体内部岩体出现变形及破裂损伤的深度也逐渐增加;随着岩层厚度增加,坡脚岩体抗折断能力增强,破坏方式由折断破坏向剪切破坏发展,边坡后期的整体性破坏方式也由滑移型向倾倒型过渡;岩层层面剪切强度是影响边坡变形的重要因素,层面剪切强度越小,边坡发生弯曲变形的程度越大。     

赣南花岗岩风化带岩土体强度特征及边坡破坏模式分析

为研究赣南地区花岗岩风化带岩土体强度特性及边坡破坏模式,采用室内岩矿鉴定、X粉晶衍射试验和电镜扫描等方法对原岩和全风化花岗岩进行矿物成分和微观结构分析,同时通过全风化花岗岩三轴固结不排水剪切试验,中风化花岗岩单轴和三轴试验对风化带岩土体的强度特征和破坏模式进行了研究。结果表明:随着围压增大,全风化花岗岩应力-应变关系发生了转型,破坏模式为先鼓胀再剪切破坏;中风化花岗岩在单轴压缩条件下经历了四个破坏阶段,三轴试验得到岩块的抗剪强度参数,经虎克布朗准则反演得到了岩体的强度参数。结合野外特征,赣南花岗岩风化带岩土体边坡失稳破坏模式主要有5种,其中坡面冲刷破坏占比较大。     

剪切作用下节理表面形貌变化

 岩石不连续面的粗糙度对节理岩体的剪切力学性质有重要影响。为研究剪切作用下节理表面形貌变化,对5组节理试样进行了2次剪切试验,借助三维非接触式高精度激光形貌仪(Talysurf CLI 2000)对每次剪切前后节理表面进行扫描测试,从微观和宏观方面分析了节理表面形貌在剪切作用下的变化,得出如下结论：(1) 节理峰值抗剪强度与节理表面形貌有较大关系;(2) 经过2次剪切试验,节理表面较高高度范围内峰点数量减少,较低高度范围内峰点数量增加;(3) 经过2次剪切试验,节理表面最大高度降低,凸起体高度普遍下降,中间高度凸起体分布增加;(4) 经过2次剪切试验,节理表面轮廓线的包络线呈下降趋势,平均轮廓线也呈下降趋势,下降高度与法向应力有关。     

名山组泥岩顺层边坡原位直剪试验及开挖模拟

为研究川西名山组泥岩顺层边坡在坡脚开挖后的卸荷特征,通过原位直剪试验获取了名山组泥岩的岩体破坏及强度特征,并进一步采用有限元模拟分析了坡脚开挖后顺层边坡的卸荷松动特征。结果表明:名山组泥岩的剪切破坏可分为弹性受荷阶段、裂缝发展阶段和剪切面贯通后阶段;岩体结构面强度显著低于岩石,且强度曲线特征受上覆荷载影响较大;岩石的应变软化特征较结构面更为显著,剪切面贯通后强度急剧衰减,且降幅远高于结构面;坡脚开挖卸荷后,顺层边坡的卸荷松动区主要分布于基覆界面、风化界面和临空面附近的岩层层面处,卸荷深度与切层厚度线性正相关;设计采用的边坡防护方案能有效控制位移及应力,桩前土体开挖时需注意信息化施工。