开挖及降雨作用下土质边坡变形 破坏机理

本文基于现场变形调查和数值模拟分析,研究了华安县大坑村滑坡在人工开挖以及降雨条件下的变形特征,计算了不同开挖时步以及不同工况下的边坡稳定性系数,并探讨了该滑坡的变形破坏机理.结果表明:开挖过程中,边坡前缘抗滑阻力减小,前缘部位最先产生变形,牵引中后缘坡体表面产生张拉裂缝,降雨期间雨水沿裂缝渗入坡体,岩土体容重增加,岩土体抗剪强度降低,最终诱发深层滑移破坏.分析表明,人工开挖及降雨入渗是大坑村土质边坡产生深层滑移破坏的主要影响因素.深层滑移破坏后,边坡岩土体结构松散,在暴雨作用下,再次诱发滑坡前缘浅表层松散体产生圆弧面滑移破坏.     

赣南花岗岩风化边坡破坏模式及其失稳预测

赣南地区花岗岩分布广泛,构造裂隙发育,风化作用强烈,在降雨及人类工程活动影响下边坡地质灾害频发.研究这一地区花岗岩边坡破坏模式和失稳运动过程,可以有效科学地进行边坡防治.基于现场地质调查和资料收集,分析了赣南花岗岩边坡地质灾害分布特征,并将该地区边坡地质结构分为土质边坡、浅层风化边坡、岩质边坡和岩土混合边坡4类;边坡破坏模式主要有坍滑型、崩滑型、混合型、沿结构面滑移型4类.采用非连续性变形分析(DDA)方法模拟了各类边坡失稳运动破坏过程,对其破坏影响范围进行了预测,其中混合型以及沿结构面滑移型危害最大,影响范围最广.根据赣南花岗岩边坡4类破坏模式特点,提出了相应的防治对策,可望为赣南花岗岩区居民建房选址及地质灾害防治提供理论和技术支撑.     

地震作用下黏性土坡失稳破坏的颗粒流模拟

利用颗粒流程序建立了黏性土边坡模型,模拟在地震作用下黏性土坡变形破坏全过程,并对其破坏形式和机理进行了研究.结果表明,黏性土坡的变形破坏形式是渐进性破坏,由下至上、由浅入深形成一条贯通的"滑移带",破坏过程表现为:坡脚周围土体先受拉破坏和剪切破坏,逐渐引起坡顶土体受拉产生拉裂缝、土坡深层土体受剪切破坏和挤压破坏.边坡破坏主要发生在地震作用的前段时间,剪切破坏多于拉裂破坏;地震作用的后段时间主要发生土体滑移,拉裂破坏多于剪切破坏.随着坡高、坡度、地震峰值加速度的增加,黏性土边坡破坏程度更加明显,破坏范围增大.     

复杂工况土质边坡的失稳破坏特征

库岸边坡的失稳和破坏往往会造成严重的人员伤亡与巨大的经济损失。造成边坡失稳和破坏的因素多种多样。开展了不同含砂率的均质饱和土质边坡在水位升降、水下冲刷、震动及不同水流流速下边坡的失稳与破坏室内模型试验。试验结果表明：在水位升降与水下冲刷条件下,均质下蜀土饱和土质边坡稳定性最好,土质边坡含砂率越高,边坡抵抗水位升降与水下冲刷的能力越弱,边坡越易失稳滑塌破坏;在震动作用下,饱和边坡土体内孔压快速上升,有效应力快速减小,边坡更易失稳崩塌破坏。水流潜蚀导致边坡土体细小颗粒更易流失,水流潜蚀作用使边坡坡脚部位形成凹陷空洞,使坡体上部失去支撑而导致边坡崩塌失稳破坏,且水流速度越快,边坡越易破坏。     

土质边坡抗滑桩机理分析

根据土体中抗滑桩的受力特性，利用Winkler模型和欧拉--伯努利理论，推导出了对抗滑桩的挠度表达式，并整理成“三次曲线”函数式．根据理论分析结合位于山东省泰安市境内的205国道高峪铺公铁立交桥边坡加固工程，利用计算机数值模拟技术，对稳定状态下抗滑桩整个桩体的轴向力和横向位移的变化情况进行了讨论，对桩体不同位置单元的抗滑力矩和承受的剪应力随时间的变化规律进行了模拟研究．     

剪胀角对土质边坡稳定安全系数的影响

通过数值模拟探讨了边坡土体的剪胀对边坡稳定的安全系数的影响,得出了剪胀性对边坡稳定具有积极的作用,且其影响程度与坡高及边坡土质材料有关的结论。同时,建议对于土质材料以粘土或粉质粘土为主的边坡,考虑剪胀角后的安全系数可增加0.03;而对于土质材料以粉土或砂土为主的边坡可增加0.02。     

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。     

土质边坡开挖变形特征分析

本文利用有限差分法，结合数值分析软甲FLAC对某高速公路边皮开挖变形特征进行了研究，研究表明：随着开挖的进行，边坡各监测点X方向位移逐渐增大。Z方向位移在开挖卸荷的影响下表现为卸荷回弹：边坡开挖过程中塑性区分布在不断地发生变化，开挖前期塑性区分布在边坡表层，开挖完成后塑性区在边坡内部呈现联通的趋势。     

降雨作用下的土质边坡变形破坏颗粒流仿真模拟

为研究持续降雨作用下土质边坡的变形破坏模式及机理,以四川省古蔺县竹林沟滑坡为例,结合离散元PFC~(2D)虚拟双轴压缩试验对坡体微观力学参数进行标定,随后建立1∶1数值计算模型进行稳定性计算,并记录坡体运动过程中应力及位移变化的情况。研究结果表明:该滑坡在持续降雨作用下至坡内土体饱和的过程中,坡脚应力不断积累,导致坡脚发生破坏,之后向上逐级牵引,致使坡前基岩较陡区域土体优先发生滑动。中-后缘土体因前部失稳产生临空条件,随即出现二级滑动,整体表现为典型的蠕滑-拉裂破坏模式。坡体前缘破坏后应力得到部分释放,但位移不断增长;坡内应力和位移整体上从前缘到后缘均呈递减趋势。应用颗粒流PFC~(2D)以竹林沟滑坡为例对土质滑坡在持续降雨作用下的变形发展过程进行模拟研究,揭示了滑坡的发展及破坏模式,为该类滑坡的防治提供参考。     

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。     

基于颗粒流的粒状岩土材料高应力破碎分析

提出了基于颗粒流方法的黏结键断裂百分比作为数值模拟中颗粒破碎的新的度量方法.通过颗粒流方法中的接触黏结模型与CLUMP模型对高应力下岩土类材料的破碎过程进行了数值模拟分析,模拟了高应力下粒状材料的双轴剪切试验,数值试样由540个簇颗粒单元组成.数值试验结果显示:在颗粒破碎情况下,数值试样的峰值强度小于不破碎情况下的峰值强度;围压与黏结键断裂百分比表示的破碎率呈幂指数关系;随着围压的增加,颗粒破碎率增加,颗粒材料的摩擦角减小.     

基于改进的粒子群优化算法的边坡可靠度分析

考虑边坡稳定性受多种随机因素影响,借鉴当前研究成果,尝试建立一种将随机因素和确定因素分别考虑的新的边坡可靠性分析模型,借助演化计算技术之一的粒子群优化算法收敛快和精度高的优点,通过设置影响其收敛速度的惯性因子,提高算法的收敛速度和精度,进行边坡最小可靠度指标的求解,并进行临界滑动面的搜索.研究成果表明,与其它方法比较,该方法具有较高的精确度和实用价值.     

明槽水流中颗粒运动特性的试验研究

将改进的PTV用于测量明槽水流中的颗粒运动,对三种粒径(d=0．55mm、0．95mm和1．55mm)的塑料沙进行试验,得到了大量的颗粒运动轨迹,并对颗粒的运动学特性进行了分析．研究结果表明,颗粒运动轨迹可分为上升、下降和平移三种基本类型,颗粒以不同类型运动时其纵向、垂向的运动速度以及颗粒的受力情况均明显不同,特别是在近底区．按颗粒运动的三种类型给出了一些典型轨迹,并得出了颗粒纵向平均运动速度分布以及按三种运动类型进行条件平均的纵向、垂向平均速度分布等研究成果．     

基于异步粒子群优化算法的边坡工程岩体力学参数反演

基于现场变形观测资料的优化反演是确定边坡岩体力学参数的主要方法之一,其本质是一个岩体力学参数的寻优过程,因而,如何选择一个高效的优化算法是其核心问题之一.目前,粒子群优化算法已被应用于边坡工程力学参数反演,但其算法实现为同步模式,最优粒子的信息不能及时共享,降低了优化效率,使得反演耗时较多.鉴于此,提出基于异步粒子群优化算法的边坡工程岩体力学参数反演,该算法的搜索步伐并不一致,粒子间表现出异步性,因而寻优效率明显高于同步模式,可有效解决在边坡工程中岩体力学参数反演中存在的低效问题.在此基础上,构建了边坡工程岩体力学参数反演模型,并采用ABAQUS作为反演分析中的正分析工具,给出了边坡工程岩体力学参数反演的实现流程,完成了程序编制,进而通过算例分析,验证了所提出的方法和程序编制的可行性和高效性.     

基于PSO-SVM的岩石边坡稳定性预测

边坡稳定性与其影响因素之间存在着复杂的非线性关系.结合粒子群优化算法和支持向量机,提出了边坡稳定评价的粒子群优化支持向量机模型.模型采用支持向量机建立边坡稳定性和影响因素之间的非线性关系;同时,利用粒子群算法对支持向量机参数进行全局寻优,从而确保了模型参数的准确性.模型的测试结果显示了良好的精度.将该模型应用到某岩石高边坡中,预测结果与实际情况符合较好,表明该模型在岩石边坡稳定性预测中的可行性和有效性.     

基于Matlab的土坡稳定分析的解析计算

采用精确积分代替有限条块的求和,得到土质边坡稳定分析的瑞典法和毕肖普简化法的积分表达式,有效地避免了条分法中由于土条数目与宽度的选择所带来的误差.在程序编制过程中,除了考虑土质的非均匀性外,还考虑到实际工程中坡顶及土层面往往呈非水平状态,采用折线型坡面和土层面来模拟实际边坡,利用Matlab语言的内置函数,极大地简化了程序的编制,扩展了积分法在边坡稳定分析中的应用.并利用横向和垂向相结合的二维搜索算法搜索临界圆弧滑动面.通过算例表明,此方法的计算结果是正确合理的,可用于土质边坡稳定分析.     

多层土质边坡入渗的水流方向演变机理

为研究多层土边坡内入渗雨水方向演变规律,建立均质和多层土质边坡模型,依据VG模型的多土层边坡含水率与基质吸力的控制方程,结合饱和区成形,研究了入渗雨水方向的时空演变特征及影响因素,以及水流方向与有效应力的联系.分析表明:水平方向的基质吸力差决定了水流方向,基质吸力沿水平方向的变化率决定了水流水平方向增速;饱和区成形是垂直流产生的必要条件;降雨停止坡面浅层0~1.3m内迅速产生下坡向水流,深层下坡向水流产生滞后;渗透性差异大的土层交界面上极易产生剧烈的水平渗流;上坡向水流的产生伴随着有效应力降低.     

基于位移突变准则的颗粒流强度折减法

采用颗粒流强度折减法评价边坡稳定性的关键是临界破坏状态的判定。以某边坡工程为例,利用PFC~(2D)程序对土体进行双轴压缩试验,标定了土体的细观参数并建立边坡颗粒流模型。对位移突变准则进行改进,通过绘制特征颗粒位移与折减系数关系曲线求解边坡稳定系数,并研究特征颗粒的选取方式。研究结果可重现边坡滑动破坏的形态变化,模拟的边坡破坏形态与有限元强度折减法和Bishop法结果一致,研究结果可为颗粒流强度折减法求解边坡稳定系数及滑坡模拟提供参考和借鉴。     

级配碎石力学性能的颗粒流数值模拟方法

为了从本质上揭示级配碎石组成结构与力学性能的内在关系,基于2维颗粒流软件提出了级配碎石力学性能的颗粒流数值模拟方法,并通过该方法以安康瀛湖石灰岩碎石为例研究了级配碎石的力学性能.结果表明:不同级配碎石的CBR(california bearing raio)、剪切强度和抗压强度的实测值分别为495%~692%,592~802kPa,1.29~1.54MPa;相应的模拟值分别为525%~736%,636~839kPa,1.34~1.54MPa;平均误差分别为4.50%,5.07%,5.15%.模拟结果与实测结果基本吻合,证明颗粒流数值模拟方法应用于级配碎石力学性能研究中的可行性.