基于各向异性随机场的黏土边坡可靠度分析

由于复杂的地质演化过程的影响,土体参数往往具有一定的空间变异性,因经历不同的地质作用使土体在水平方向和竖直方向的参数表现出各向异性.基于各向异性随机场,本文通过黏土边坡的随机有限元分析方法,揭示了不排水强度各向异性对黏土边坡可靠度及破坏机制的影响规律.参数分析结果表明:黏土边坡的安全系数均值不小于1.3时,若忽略各向异性的影响,则低估了边坡的失效概率,得到不保守的结果;同时,黏土边坡坡度越小,各向异性的影响越大,越不能忽略其影响.随机有限元程序得到的黏土边坡破坏机制显示,在各向异性条件下,边坡滑动面呈现部分的线性形状.     

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.     

成层土边坡可靠度计算算法研究

考虑土体参数空间变异性的边坡可靠度分析大多基于单一的"均质"土体,而实际中边坡土体呈现明显的层状分布特征,目前在考虑土体参数空间变异性的成层土边坡的可靠度研究方面远远不够。本文基于ABAQUS软件和Python语言,编写了成层土边坡可靠度计算的算法。该算法可以实现非侵入式随机有限元分析,用户输入土体的空间变异性参数后,程序即可自动计算出边坡的可靠度指标。通过算例对开发的成层土边坡可靠度计算算法进行了验证,并研究了模拟次数、土体参数变异系数等对于边坡可靠度指标计算结果的影响。结果表明:开发的算法可以高效精确地计算出成层土边坡的可靠度,模拟次数达到1000次时,得到的可靠度指标已基本稳定。边坡的失效概率随土体参数变异系数的增加而增加,当忽略土体的分层特性时,将得到较小的失效概率,使得设计的边坡更加危险。     

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.     

各向异性成层边坡的稳定性分析

为研究土体强度各向异性对成层边坡稳定性的影响,基于空心圆柱扭剪仪(HCA)试验得到的杭州软黏土不排水抗剪强度,并结合土体破坏微观机理,得到考虑土体各向异性的不排水抗剪强度公式,推导出与其对应的屈服准则;采用有限元强度折减法分析各向异性成层边坡稳定性。研究结果表明:随着上、下层强度比的改变,失稳破坏时会产生3种不同的滑动面形式;当土体呈现较强的各向异性时,不考虑强度各向异性的影响会使边坡安全系数计算结果不准确。     

应力路径对重塑黏土有效抗剪强度参数的影响

为探讨应力路径对黏土有效抗剪强度参数的影响,即临界状态线的惟一性问题,在确保试样的初始状态、应力历史、排水条件、加荷速率、试验仪器、破坏取值标准均一致的前提下,进行了常规三轴压缩与等p三轴压缩应力路径下同种重塑黏土的固结排水剪切试验.得到了两种应力路径下的有效抗剪强度参数和临界状态线参数,试验结果证实不同应力路径下重塑黏土有效抗剪强度参数有较大差别,临界状态线不惟一.定性分析表明:相对于常规三轴压缩路径,重塑黏土在等p三轴压缩路径下具有较低、有效内摩擦角的原因是剪切过程中围压的降低造成侧向卸荷引起的土体抗剪能力下降;产生凝聚力的原因是在排水剪切过程中存在超固结效应.     

考虑孔压消散时黏土的动变形研究

针对饱和黏土随时间的增加不断排水的情况,在不排水动剪切之后,实施了孔压消散阶段,并对不同消散程度土体的不排水剪切变形进行了研究.结果表明：完全固结后,饱和黏土刚度与动强度将会提高,再次保持原动应力水平不排水剪切时,土体轴向塑性变形基本不发生变化;当孔压消散与不排水动力剪切重复作用时,土体的变形主要来自于固结排水产生的轴向形变,且动剪切产生的动孔压与固结时的排水量随固结次数的增加而减小,并最终趋于稳定.随着固结度的增加,不排水剪切时的动变形不断减小.     

水力性质和降雨模式对黄土边坡变形规律的影响

服役期边坡破坏很大程度上取决于降雨与边坡土体性质。为明确土体水力特性和降雨模式的具体影响程度,以陕北地区降雨特征和抗滑桩边坡实例为背景,利用ABAQUS有限元软件建立地下水位深埋坡体降雨过程的数值计算模型。分析了Van Genuchten模型参数、饱和渗透系数、降雨强度、降雨类型与降雨持时对排水不同土质边坡位移场与渗流场的影响程度。研究结果表明:VG模型参数变化对排水不良土质边坡影响更显著。排水相同坡体最终变形量随VG模型参数a、参数n与饱和渗透系数k_s的降低而增高,随降雨强度与降雨持时的增大而增高。对于强降雨时排水不良土质边坡,外界渐强型降雨类型或者土体VG模型参数a与饱和渗透系数k_s较低时易发生失稳破坏,在滑坡灾害防治工作中应给予重视。