水平成层土坡破坏机理及稳定性分析

采用室内模型试验及极限分析上限法对水平成层土坡破坏机理与稳定性进行研究。首先,构建室内模型分别模拟不同边坡高度与不同分层厚度条件下的水平成层土质边坡,分析在坡顶条形荷载作用下坡顶与坡面位移-荷载变化规律、极限承载力及破坏面形态和位置。基于极限分析上限法基本原理,针对水平成层土质边坡圆弧+直线的破坏模式建立机动容许速度场,推导该类边坡在坡顶条形荷载作用下极限承载力的求解公式,并将室内试验结果与数值分析结果进行对比分析。研究结果表明:水平成层土质边坡在坡顶条形荷载作用下的破坏模式为圆弧+直线组合式,其滑动面由凹向边坡体内部的圆弧曲面和平面2部分组成,圆弧曲面上端位于加载梁后缘处,下端处于填土分层处,平面为填土分层交界面;上限法在求解水平成层土质边坡稳定性问题上具有一定的合理性。     

均质边坡稳定状况快速辨识及参数反演的一种实用方法

基于塑性极限分析的运动单元法(kinematical element method)提出一种边坡稳定状况快速辨识方法.研究岩土体参数组合(坡高H、黏聚力c、内摩擦角φ和重度γ)与安全系数F和滑动面位置间的内在联系.在此基础上,绘制边坡稳定分析图,求解不需要任何迭代,可快速求解安全系数和滑动面位置.根据边坡稳定分析图,提出一种新的参数反演方法.结果表明,无量纲参数λ=c/(γH tanφ)控制着滑动面位置和F/tanφ.λ不变,则滑动面位置和F/tanφ保持不变;λ越大,边坡失稳模式由浅层破坏变为深层破坏,滑动面坡顶滑出点离坡肩越来越远.当λ＞0.2时,λ与F/tanφ符合线性关系,可用拟合公式快速计算安全系数.根据原始边坡形态和滑动面坡顶滑出点离坡肩的距离,即可快速反算滑带岩土体的黏聚力和内摩擦角.     

渗流条件下具有张裂缝边坡的稳定性分析

针对渗流条件下具有张裂缝边坡的稳定性,将流网合理简化,采用以土体(总应力法)或土骨架(有效应力法)为研究对象的2种方法,基于直线、圆弧和任意曲线3种滑动面型式,推导出折线型和台阶型边坡的安全系数计算公式.通过算例分析比较这些方法的异同,并研究张裂缝位置与张裂缝水位对边坡稳定性的影响.研究结果表明:从计算所得的安全系数来看,直线滑动面最大,任意曲线滑动面与圆弧滑动面相接近,但比之较小,说明任意曲线滑动面所得结果更偏于安全;当采用同种类型滑动面时,以土体和土骨架为研究对象的2种计算方法所得的安全系数和临界滑动面均接近,但以土骨架为研究对象的计算方法所得结果偏小一些,因而,以该种计算方法分析所得边坡状态更偏于安全;曲线滑动面(包括圆弧和任意曲线)计算认为张裂缝位置离坡顶距离越近,边坡稳定性越小,而直线滑动面计算认为张裂缝对边坡稳定性影响最大的位置存在特定值;当张裂缝水位升高时,各方法计算所得的安全系数均减小,说明张裂缝水位越高,边坡状态越不稳定.     

城市建筑边坡稳定性有限差分法数值模拟分析

基于理想的弹塑性本构模型和莫尔库伦准则,运用有限差分法、岩体力学理论及强度折减原理,对城市建筑边坡在坡顶荷载作用下不同开挖阶段的应力、变形及边坡的稳定性问题进行了数值模拟分析.分析结果表明:由于坡顶荷载作用,边坡潜在滑动面比理论值倾斜度高,坡体出现两个明显的应力集中的破坏带,一个在开挖的坡脚,一个在已建建筑的外侧,且在坡顶荷载以下,位移趋势出现突变,迅速增大,数值模拟很好反应了建筑边坡在开挖及支护的各个阶段的安全稳定状态,模拟显示,此加固措施效果较好.     

考虑坡顶超载情况下的边坡剪胀效应分析

为了研究剪胀角ψ对边坡稳定性的影响,利用FLAC3D软件建立均质边坡模型,分析不同工况下ψ与安全系数F和滑动面之间的关系.研究结果表明:无坡顶超载p时,随着ψ的增大,F表现出先增大后减小的二次抛物线样式,滑动面上缘与坡顶的距离越来越小;随着内摩擦角的增大,由关联与非关联流动法则得到的安全系数的差值同样符合二次抛物线规律;有坡顶超载p时,随着p的增大,由非关联流动法则得到的F逐渐减小;内摩擦角增大引起ψ对F的影响不断滞后;p越大,滑动面越陡,上缘越靠近坡顶.     

基于倾斜变形的边坡临界滑动面确定方法研究

采用强度折减法寻找三维边坡临界滑动面是边坡稳定性分析工作中的重要问题。本文基于对边坡临界状态位移场的分析,提出一种三维边坡临界滑动面的确定方法,即认为当边坡处于临界状态时,滑动面上的点是空间倾斜角度最大的位置点。通过强度折减计算使边坡达到临界状态,沿边坡表面及坡体内部等距布置测线和离散点,并计算各离散点的空间倾斜角度,提取每条测线上离散点空间倾斜角度最大值的坐标点;然后利用局部加权回归散点平滑方法做平滑处理,并将曲面在边坡范围外的多余部分进行裁剪即可得到三维边坡的临界滑动面。最后,探讨了倾斜变形计算长度大小和离散点布置的疏密程度对滑动面的影响,结果表明,倾斜变形计算长度对滑动面形状影响较小,离散点间距对滑动面形状存在一定的影响。     

基于极限分析理论坡面荷载作用下三维边坡稳定性分析

基于极限分析上限法理论,考虑坡面荷载作用的影响,研究了三维土体边坡的稳定性.通过求解土体内耗功率、重力功率、坡面荷载功率,推导三维土体边坡在坡面荷载作用下的稳定系数计算表达式.编制了稳定系数计算程序,分析了内摩擦角、坡角、坡面荷载、宽高比对边坡稳定的影响规律.坡面荷载边坡稳定系数随着坡面荷载的增加几乎呈线性增加,在较小宽高比时,边坡表现出明显的三维特性,在较大宽高比时,可以忽略边界的约束作用,用二维分析结果代替三维分析结果,为坡面受荷载作用边坡稳定性分析提供理论基础.     

锚索支护参数对荷载作用下边坡潜在滑移面的影响研究

锚索支护参数对荷载作用下边坡潜在滑移面的位置、形状及安全系数影响不容忽视,利用极限平衡法对荷载作用下锚索在不同长度,不同角度和不同排列方式下的潜在滑移面位置及安全系数进行了研究.分析结果表明:①锚索长度存在一个临界值,在该长度下边坡安全系数达到最大值;②预应力锚索有一个能提供最大抗滑力的倾斜角度,边坡按这个角度支护时稳定性最佳;③在边坡坡顶存在荷载时,锚索总长度相等的情况下采用上短下长排列时边坡安全系数更大.研究结果对于坡顶存在荷载时边坡的锚固设计具有借鉴意义.     

考虑填料与土地基差异性的填方边坡稳定性上限分析

考虑到填方边坡中填方部分填料与地基土体力学特性存在差异性,表现出明显的"两层土结构"特征,基于上限法推导适用于填方边坡稳定性计算式,并通过与已有的研究成果进行对比分析。同时,分析土体黏聚力比、内摩擦角以及边坡坡度对填方边坡稳定性及其滑动面参数的影响。研究结果表明:本文计算式所得稳定性系数N_(cr)更小,验证了所推导的即计算式的可靠性;随着黏聚力比增大,滑动面出口角度β′、临界高度H_(cr)与比黏聚力比为1时的临界高度H_(cr0)之比(即H_(cr)/H_(cr0))均呈非线性增大,β′最后稳定在边坡坡度;内摩擦角、边坡坡角对H_(cr)/H_(cr0)的影响与黏聚力比有关,即地基土与填方填料的差异性明显影响填方边坡稳定性及其滑动面形状;地基土强度提高可使地基所需加固深度降低。研究成果可为填方边坡填料选取、地基加固设计提供参考。     

冰雹作用下土质边坡模型试验方法

为研究冰雹灾害对土质边坡稳定性的影响，自主设计了一套冰雹降落装置，采用自制冰球对模型边坡进行加载. 共进行了3组试验，通过高灵敏度动土压力监测系统获得土压力，拟合冲击力；通过摄影测量技术（PIV）监测冰球冲击坡面时的速度向量，计算法向和切向恢复系数，同时监测加载过程中位移变化规律；通过含水率监测系统监测坡体含水率，分析试验前后的水分迁移规律. 试验结果表明：在加载密度和加载次数较大时，冲击会使边坡产生浅层滑动，落于坡顶面的冰球重新分布形成堆积，逐渐融化，向下形成渗流；加载瞬时形成冲击荷载，可将其拟合为衰减的半正弦波形；法向恢复系数较小，切向恢复系数较大，冰球在冲击过程中倾向于沿坡面运动；含水率传感器从上到下依次响应，边坡后端融水渗流速度比前端更快，融水主要影响坡顶平台，坡顶平台中层水分迁移速度最快；静土压力与坡顶堆载和冰球融化渗流有直接联系；坡体整体变形较小，最大变形位于坡顶转角处；试验结果反映了冰雹降落对边坡稳定性影响的3个方面：冲击作用、堆载作用、渗透作用，可为冰雪极端灾害条件下的边坡安全预警提供参考和依据.     

岩溶地区陡峭岩质高边坡动力稳定性分析

以长沙冰雪大世界矿坑工程为例,采用现场测量和室内数值分析相结合的方法,展开了对陡峭岩质高边坡动力稳定性的研究,研究结果表明:(1)边坡爆破开挖下,无溶洞相比有溶洞坡顶沉降小;(2)边坡爆破开挖下,边坡内溶洞直径越小,边坡的稳定系数越高,边坡越稳定;(3)溶洞距离爆破坡面越远,边坡稳定性越好,但超过一定范围对边坡稳定性无影响;(4)若溶洞正好穿过滑动面,不利于边坡爆破开挖的稳定,边坡稳定系数会降低。     

基于量子遗传算法的边坡稳定性分析

目的以量子遗传算法为基础,分析斜边坡的最危险滑动面与其稳定系数,为露天矿安全生产提供理论保障.方法以滑动面稳定系数最小为目标函数、以简化的Bishop法确定的稳定系数的递推方程为约束条件,建立边坡稳定性分析的非线性多目标优化数学模型,设计求解该模型的量子遗传算法步骤,利用MATLAB编程求解.结果实例1求得的最危险滑动面圆心坐标为(-11.91,37.126)m,半径为38.83 m,稳定性系数为1.314,迭代次数为30,迭代更少,但是计算结果与遗传模拟退火算法结果相近;实例2求解的稳定性系数为1.715,计算结果与改进遗传算法结果相近,迭代次数为15,迭代次数更少.结论设计的边坡稳定性评价多目标优化模型合理,设计的量子遗传算法迭代次数更少,收敛速度更快,计算结果可靠.     

基于有限元极限平衡法的建筑荷载对土质边坡稳定性影响分析

边坡坡顶建房可能会导致边坡失稳从而威胁人员生命财产安全。为分析建筑荷载及建筑物至坡顶距离对边坡稳定性的影响,以一均质土质边坡为例,将有限元极限平衡法与九种极限平衡法对天然状态边坡稳定性的分析结果进行了比较。将有限元法和极限平衡法相结合,计算不同建筑荷载与建筑物至坡顶距离组合下的边坡稳定系数,并对相关计算结果进行了相关性分析,确定了安全建筑距离范围。结果表明:有限元极限平衡法可以反映边坡土体真实的应力分布,计算的边坡稳定系数比九种极限平衡法更符合实际;建筑荷载与边坡稳定系数为负相关;在一定范围内,建筑物至坡顶距离与边坡稳定系数为正相关。本文分析结果为安全建筑距离设计提供参考。     

坡面形态和含水率对三维细砂边坡失稳影响的模型试验研究

受周围土体约束的空间效应,边坡破坏常呈现三维特征。采用模型试验对顶部压载下三维边坡的破坏机制和滑动面特征进行研究。试验考虑了坡面形态(平、凸、凹)和坡体初始含水率的影响,通过坡顶加载分力板,触发边坡模型失稳破坏。采用位移计和土压力盒分别记录坡顶位移和坡内土压力的变化。利用白砂层测量方法找到临界滑动面位置,获取滑面立体形态,分析了边坡破坏的产生、发展、失稳。试验结果表明:坡面形态对滑动特性影响很大,相同坡角下凹坡能承受最大的顶部荷载,平坡次之,凸坡最小。边坡均为浅层破坏,凹坡滑面深度最浅,平坡最大,破坏有明显的三维效应。含水率高的边坡承受的顶部荷载和滑面深度均小于含水率低的边坡。     

基于改进极限平衡法的边坡位移分析

传统的极限平衡法,在假定滑面上各点的安全系数一致前提下,进行边坡稳定性分析,而无法进行边坡滑面上各点的位移分析。改进的Janbu条分法首先基于极限平衡理论和邓肯-张的应力-应变模型构建剪应力-剪切位移双曲线模型,提出位移协调方程;其次推导相关公式,并利用Visual Basic语言编程计算,得到滑面上各点与位移有关的信息(如局部应力安全系数、局部位移安全系数、剪切位移及坡顶位移等),从而弥补传统极限平衡法无法进行边坡滑面上各点位移分析的不足。最后,通过算例对坡顶有无堆载两种工况进行计算分析,其结果表明坡顶和坡脚最易破坏,与实际情况一致,证明该方法可行。     

深圳市地铁8号线车辆段高边坡稳定性研究

根据深圳地铁8号线车辆段高边坡地质资料,采用赤平投影法和有限单元法对边坡的稳定性及影响因素进行了分析。该场地存在5条小规模的断层,这5条断层对于边坡整体稳定性不起控制作用。但是会在局部造成危岩和落石等坡面病害。该边坡的节理裂隙主要有三组,经过分析该边坡内存在一组缓倾角节理面,为该边坡的不利结构面,其余组节理裂隙对边坡坡体存在切割作用。利用大型有限元模拟软件采用强度折减法对该边坡的应力场及应变场进行了分析。该边坡的安全系数为1．55,此时塑性区贯通。该边坡的滑动面为岩土体分界面。整个边坡的破坏模式是岩土体分界面的顺层滑动或土体的圆弧滑动。     

抗滑桩加固边坡稳定性及影响因素的有限元分析

通过Fortran95语言编制边坡在抗滑桩加固情况下的稳定性程序(FPS),并与商业软件FLAC3D的计算结果进行对比,以验证程序的正确性及优越性;然后,通过抗滑桩支护参数对边坡稳定性的影响进行分析.研究结果表明:(1)当桩长较小时,抗滑桩设置在边坡中下部对稳定性最有利,当桩长较大时,抗滑桩设置在边坡中间对稳定性最有利;(2)桩长对于边坡安全系数的影响程度与抗滑桩布置的位置有关,当抗滑桩位于坡顶或者坡脚时,桩长的变化对于安全系数的影响很小;而抗滑桩位于边坡坡面中央时,在桩的长度达到临界桩长之前,边坡的安全系数与桩长呈显著的线性关系;(3)随着桩长的不断增大,潜在滑动面逐渐向边坡内部移动,破坏模式由浅层滑动变为深层滑动,安全系数也不断增大;但当桩长达到一定程度后,边坡的临界滑动面转移到临坡面位置.     

基于改进水压分布下临河岩质边坡倾覆稳定性分析

基于改进的水压分布假设,建立了临河岩质边坡在坡顶荷载、地震作用、冻胀作用、锚固效应、静水压力和流水淘蚀等多因素影响下失稳的概化理论模型,并利用极限平衡理论推导出了临河岩质边坡倾覆稳定性的一般表达式。重点分析了各影响因素对边坡倾覆稳定性的影响。算例分析表明:出流缝未堵塞边坡的倾覆稳定性随着临河水位的升高先减小后增大,而出流缝堵塞边坡的倾覆稳定性仅随临河水位的升高而增大;而且,kh越大、kV越小、流水淘蚀和冰雪冻胀作用越强,对边坡倾覆稳定性就越不利,但边坡超载、增大锚固力和锚固位置的同时以最优的锚固角设置锚杆(索)有利于边坡的稳定。     

边坡临界滑动面与临界可靠度滑动面对比分析

针对2个典型均质土坡,采用不平衡推力法计算滑动面的安全系数,从而构建了边坡可靠度分析的功能函数,随机产生一系列潜在可行滑动面;假定了不同的强度变异参数,分别利用蒙特卡罗法计算其可靠度指标,并与其确定性分析的安全系数进行了对比.研究结果表明：当滑动面的安全系数与其可靠度指标存在显著的单调对应关系时,临界滑动面与临界可靠度滑动面基本重合;而当两者之间不存在显著的单调对应关系时,临界滑动面与临界可靠度滑动面存在显著区别,对于均质土坡,两者的可靠度指标相差10%左右,而对于两层土坡而言,二者的可靠度指标相差高达70%.     

能量法结合径向条分法求边坡稳定性

采用对数螺旋破坏面,对边坡滑动面及其上部土体进行分析。根据能量守恒原理,假设滑动面上部土体绕极点的虚拟转角位移为dθ,结合径向条分法,建立边坡的稳定性计算模型。基于虚设的转角位移dθ,计算土体重力做功、滑动面抗滑力做功以及条分后滑动块体内部各分界面上由于自适应变形而产生的内部能量耗散,使用强度折减法计算安全系数F_S。通过算例,并与极限分析法的计算结果进行比较,表明能量法与极限分析法的计算结果较为接近,且前者稳定系数更低。对模型中的主要参数进行稳定性计算,分析各参数对边坡稳定性的影响,对边坡的稳定性评估及设计施工有一定的参考价值。