地震拟静力效应下双组节理顺层岩质边坡稳定性分析

基于极限分析上限法理论,并考虑地震荷载效应,对双组节理顺层岩质边坡的稳定性进行分析.结合强度折减技术给出了岩石边坡安全系数的计算公式,采用序列二次规划法(SQP)对安全系数F_s的目标函数进行优化计算;在不同地震荷载作用下,将极限分析上限法计算的结果与离散元数值模拟的结果进行对比验证,二者所计算出的安全系数较为接近,最大误差不超过4%,且滑动面也较为吻合,表明了该方法的正确性.参数分析表明:坡高、节理内摩擦角、节理倾角组合以及地震效应均对边坡安全系数及潜在临界滑裂面有重要影响.     

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.     

基于三参数破坏准则的均质边坡稳定性上限分析

非线性特征是岩土体材料的固有特性.研究表明,在此特征条件下,基于旋转失稳机制的均质边坡潜在滑动面并非单一对数螺旋线.本文假定岩土体材料服从三参数非线性强度准则,在极限分析上限定理的基础上,构建了均质边坡旋转失稳机制;通过拟静力方法考虑地震荷载,基于力学平衡方程结合变分原理获得边坡临界滑动面及其应力分布的微分方程组,采用Runge-Kutta方法进行求解,并基于虚功率原理结合免疫算法获得边坡最小临界高度.通过与有限元极限分析法（FELA）的结果进行对比验证了非线性上限变分分析方法的准确性和有效性.在此基础上,分析了无量纲强度参数（T、A、n）、水平地震加速度系数（kx）、边坡倾角（β）等因素对边坡稳定系数（Fn）、潜在滑动面及其应力分布的影响规律.本方法无需假定边坡潜在滑动面,丰富了边坡稳定性非线性分析理论,可为边坡的加固设计提供理论支持和有益参考.     

抗滑桩加固含软弱夹层边坡的静动力极限分析

边坡破裂面的确定和稳定性分析一直是岩土工程稳定分析的热点问题,其中,对数螺旋线旋转破坏机制是公认的均质边坡最不利滑裂面。工程实践中常见含有软弱夹层的边坡,此类坡体很容易发生失稳滑塌进而造成重大危害。目前,对于该类型破坏的稳定性及破坏机制尚缺乏深入研究。文中基于极限分析上限法采用平动破坏机制,对静、动力荷载作用下含软弱层的边坡进行稳定性分析,比较了不同桩体位置、不同桩间距时抗滑桩加固边坡的效果。结果表明,对于静力作用下边坡,文中所采用的破坏机制得到的结果与前人吻合较好,地震荷载作用下边坡,坡顶破裂面向坡外延伸。抗滑桩能显著提高边坡的安全系数,桩体设置在边坡坡体中间偏上时,对安全系数的提高最为有效。随着地震加速度和桩间距的增加边坡安全系数逐渐减小,破裂面沿软弱层延展。     

坡顶张拉裂缝对边坡稳定性影响

为研究竖向张拉裂缝对边坡稳定性的影响,采用极限分析上限法,并考虑稳定渗流场作用,基于边坡的对数螺旋破坏机制,构建了含垂直张拉裂缝的破坏模式,推导了边坡临界高度和安全系数的计算公式.将计算结果与已有未考虑张拉裂缝的极限分析计算结果和极限平衡法的计算结果进行对比.并通过算例分析,研究了孔隙水压力系数变化和抗剪强度参数变化对边坡稳定性以及张拉裂缝临界深度的影响.结果表明:采用的破坏模式是合理的,张拉裂缝的存在降低了边坡的稳定性.强度参数增大提高了边坡的安全性,但随着孔隙水压力的增大,内摩擦角的增大对边坡安全系数增大的影响程度降低,而粘聚力的影响则变化不大;裂缝临界深度随着粘聚力和内摩擦角的增大而增大.     

考虑土体强度非均质和各向异性的隧道洞口仰坡地震稳定性上限解

隧道洞口段仰坡稳定性分析是隧道工程设计的关键内容之一。考虑土体强度非均质及各向异性影响,结合极限分析上限理论及土体强度折减理论,推导出的仰坡稳定性极限分析上限解计算公式,对比验证了所提计算方法的合理性,探究了地震力作用下非均质及各向异性系数对隧道洞口仰坡临界坡高、隧道拱顶破坏位置及仰坡安全系数的影响规律。研究表明,地震力作用下,土体强度非均质系数越大、各向异性系数越小,隧道洞口仰坡稳定所需临界坡高越大;非均质及各向异性系数系数越大,仰坡初始滑移面越远离坡肩位置,隧道拱顶破坏范围更广;随着各向异性系数增大,仰坡安全系数呈递增规律,而非均质系数增大将导致仰坡安全系数降低,仰坡整体趋于不安全。研究成果为山区隧道洞口仰坡稳定性设计提供了理论依据。     

地震作用下岩石边坡稳定性有限元模拟

为研究地震作用下岩石边坡的稳定性问题,根据实验室直剪实验结果确定了完整的岩石样本的抗剪指标参数,并根据岩体裂隙间距对其进行了弱化折减.采用有限元强度折减方法评估了含节理岩石边坡的稳定性,计算了临界滑移面的安全系数.通过Drucker-Prager破坏准则判断岩石边坡有限元模型中每个单元的滑移状态.采用准静态方法模拟岩石边坡地震作用荷载,讨论地震动力放大系数对边坡抗滑稳定性安全系数的影响.基于有限元分析结果,确定不同地震作用组合下岩石边坡在极限状态下的塑性区分布和滑移面的安全系数.     

考虑地震效应的阻滑桩加固土坡简化分析方法

利用拟静力概念,将塑性极限分析运动学定理与抗剪强度折减技术相结合,建立地震条件下土坡的极限平衡状态方程,以此确定土坡的屈服加速度系数与临界安全系数及相应的潜在破坏模式;进而对于在给定的荷载条件下不能满足抗震稳定性要求的土坡,考虑采用阻滑桩加固方式,根据桩侧有效土压力的合理分布模式导出极限平衡状态时桩侧抗力的解析式,以此进行土坡加固中阻滑桩的简化设计.通过一定的变动参数计算与对比分析,探讨了水平地震加速度系数对阻滑桩侧向极限抗力与最优加固位置的影响.研究表明:考虑地震效应的阻滑桩最优加固位置处于边坡坡脚处,因为较小的加固力就能使边坡达到设计的安全系数值;地震加速度系数对阻滑桩所需提供的加固力有明显影响,且地震加速度系数越高则影响越显著.     

条形基础作用下加固边坡的抗震稳定性分析

边坡坡顶设有构筑物时,其埋置于坡顶土体内部的条形基础将对边坡稳定性构成直接影响。借助极限分析上限原理,对坡顶作用有条形基础的加固边坡的抗震稳定性进行了研究。基于对数螺旋曲线破坏模式,通过各项功率的确定,获得了边坡抗震安全系数的表达式。通过参数优化分析了条形基础尺寸、土体强度非线性和地震荷载等因素对边坡稳定性和潜在滑移范围的影响。分析结果表明:抗滑桩最佳支护位置不因土体强度参数的改变而发生变化;条形基础尺寸、地震荷载和土体强度非线性等因素均对边坡稳定性影响显著。     

基于三维极限分析法的GIM和SRM边坡安全系数计算结果对比

基于三维牛角转动破坏模型的三维极限分析上限理论,建立了考虑坡顶倾角的边坡功率平衡方程,基于MATHEMATICA软件采用带有约束条件的穷举法优化求解了边坡安全系数最小值,在考虑参数c/γH、内摩擦角φ、坡顶倾角α和边坡倾角β的情况下,定量对比分析了强度折减法(SRM)和容重增加法(GIM)计算的边坡安全系数。结果表明,边坡安全系数等于1时,GIM和SRM计算结果接近且近似都等于1；边坡安全系数大于1时,GIM计算结果大于SRM；边坡安全系数小于1时,SRM计算结果大于GIM；边坡安全系数小于1.2以下的稳定边坡,GIM和SRM法计算结果无明显差异。     

边坡变形破坏演化特征的数值分析

边坡的破坏失稳是一个渐进累积的过程。在外部环境作用下,随着应力的升高,坡体内某些部分达到屈服,滑动面逐渐形成,直至完全贯通,随着塑性应变继续增大,边坡最终发生整体破坏。传统的分析方法无法显示坡体的受力、变形和滑动面贯通与破坏的全过程,而采用有限元强度折减法则可以定量显示变形破坏与滑动面发生发展的全过程。文中根据岩土性质和坡体构造对边坡进行了分类。分析不同边坡安全系数条件下各类边坡的变形图和塑性应变云图,可以看到坡体的变形趋势和坡体内滑动面随稳定安全系数的降低逐渐扩展、贯通,直至破坏的全过程,从而直观地揭示了边（滑）坡的破坏机理,为边（滑）坡的防治提供有效依据。     

基于ANSYS的膨胀土路堑边坡的稳定分析

路堑边坡滑坍破坏是膨胀土公路修建中的常见病害,其破坏机理复杂,传统极限平衡法无法对它进行分析并得出合理解释。而数值分析方法能较好地分析边坡的应力、应变和塑性区分布,获得边坡变形过程和潜在滑面,直接给出稳定性评价的安全系数。文章基于ANSYS有限元分析软件,采用土的非线性弹塑性本构模型,应用有限元强度折减法理论对“南友”路宁明膨胀土堑坡的滑坍规律进行了分析。     

土坡破坏过程的离心模型试验研究

为了研究土坡的破坏过程并进一步探讨滑坡的机理,开发了土坡离心模型试验和测量技术以观测加载条件下土坡的变形过程。进行了自重加载情况下的土坡离心模型试验,观察了土坡的破坏过程并测量了土坡的位移场变化。结果表明,新开发的试验测试技术能够较好地测量离心试验过程中土坡的变形。自重加载条件下土坡的破坏过程较为复杂,先后出现了拉裂缝和滑裂面,可以分为相对均匀变形阶段、应变局部化阶段和破坏后阶段等3个阶段。其中应变局部化与破坏过程关系密切,土坡的破坏可能是多种应变局部化的结果。     

地震力对边坡可靠度的影响

地震动作用是影响边坡可靠度分析的重要因素。利用Karhunen-Loève(K-L)展开方法生成土体黏聚力的随机场,采用简化Bishop法计算不同地震力作用下的边坡安全系数,通过Monte Carlo模拟计算地震动作用下边坡的失效概率,分析地震力对边坡稳定性的影响规律。研究结果表明：地震力对边坡稳定性有很大影响。随着水平拟静力系数K_h增大,安全系数F_s逐渐减小,失效概率P_F逐渐增大;地震动作用下,边坡的失效概率随黏聚力变异系数和相关长度的增大而增大。     

三维软硬互层边坡的破坏模式与稳定性研究

采用FLAC3D强度折减法,研究在岩层倾角、岩层与边坡走向夹角变化时三维软硬互层边坡的稳定性状况,并对其破坏模式进行辨识与归纳分析.结果表明:边坡破坏模式的判别应综合考虑岩层的倾角大小、岩层走向与边坡走向的夹角大小及坡面上的剪出条件;当岩层与边坡走向夹角β<90°时,随着岩层倾角α的增大,边坡的破坏模式变化趋势为由蠕滑-压致拉裂、塑流-拉裂、滑移-拉裂向滑移-弯曲、弯曲-拉裂转变;当β>90°时,边坡的破坏模式趋势为塑流-拉裂、滑移-弯曲、弯曲-拉裂;边坡稳定性系数随走向夹角的增大先增加后减小,β=90°时最大,且α越大,稳定性系数峰值越大;顺向时随着岩层倾角的增大,边坡的破坏模式变化趋势为蠕滑-压致拉裂、滑移-拉裂、滑移-弯曲、弯曲-拉裂,稳定性系数变化先减小后增大,存在一最不利岩层倾角,其对应的稳定性系数最小;反向坡的破坏模式变化趋势为蠕滑-压致拉裂和弯曲-拉裂,稳定性系数逐渐增加.     

饱和开挖土坡稳定性状的流固耦合有限元分析

以Biot固结理论为基础对饱和开挖土坡的稳定性进行非线性有限元数值分析，通过有限元分析可以较准确地求解土坡内部的有效应力场、位移场和孔隙水压力场；可以确定土坡的安全系数及相应的临界滑动面随时高的变化；能够对开挖土坡变形和稳定性的长期性状进行预测。     

地震作用对Hoek-Brown准则下三维岩质边坡稳定性的影响

地震是滑坡灾害的重要诱导因素。对于满足Hoek-Brown破坏准则的三维岩质边坡,利用切线技术构建了非线性准则下三维破坏机制,基于拟静力法建立了地震作用下三维极限分析方法,开展了地震作用对三维岩质边坡稳定性影响研究。研究结果表明:边坡稳定性随着地震作用的增大而降低,地震作用的影响程度随着坡度和宽高比的减小而更显著;等效MohrCoulomb参数的取值会受到地震作用的影响,其影响程度随坡度的增大而减小;随着地震作用的增大,边坡最危险滑动面的位置变浅,其三维特性变弱。     

土与强风化岩双元边坡圆弧-平面破坏模式与支护设计方法

为了探究土与强风化岩边坡中强风化岩不破坏的临界坡率及稳定性判断方法,基于济南地层,得出适用于数值模拟的土层参数,并利用强度折减法求出边坡的临界坡率,为施工提供参考。针对强风化岩不破坏的边坡,运用改进的瑞典条分法求出边坡安全系数解析解,并利用滑移线场法求出滑移线,为安全系数解析解的应用提供依据。结果表明,岩层厚度超过边坡高度1/2或坡率大于1:0.5时,强风化岩一定破坏;解析解得出的安全系数偏小,有利于工程安全;针对土与强风化岩边坡,文中结果可确定边坡破坏区域,设计支护方案。     

不排水条件下坡上条形基础的承载力

【目的】对不排水条件下坡上条形基础的极限承载力进行研究,分析承载力系数的变化规律,以及土体归一化强度、边坡坡角、基础距坡顶的相对距离等参数对承载力系数的影响。【方法】采用数值模拟和理论分析相结合的方法。【结果】土体归一化强度对坡上基础的破坏模式有直接影响,当归一化强度小于某临界值时,不建议在坡上修建建筑物。研究还发现,坡上基础的承载力受土体和边坡等多种因素的影响,很难从结果中直接整理得到承载力的计算公式。为了得到坡上条形基础承载力的理论解,引入了极限分析的上限解,推导出坡上条形基础承载力系数的计算公式,并对公式进行了合理的简化。将不同参数组合下的数值模拟结果同公式计算结果进行了对比,结果表明,大部分误差在6%以内,尤其是当土体强度较高时,误差较小。【结论】所模拟公式计算结果的准确性较高且使用方便,可用于计算不排水条件下坡上条形基础的承载力。