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。     

正常固结黏土边坡可靠度随机有限元分析

基于概率和统计理论,对适用于正常固结黏土边坡的不排水强度随机场进行模拟,得到不排水强度均值从0开始随深度线性增长的非平稳随机场模型.基于生成的非平稳随机场模型,建立考虑参数空间变异特性的正常固结黏土边坡随机有限元分析方法,从而揭示不排水强度参数空间变异特性对正常固结黏土边坡可靠度及破坏机制的影响规律.通过对比分析发现:边坡的安全系数较小时,若采用正态分布假设不排水强度,则会低估边坡的失效概率,得到非保守的结果;此时,存在一个最危险相关距离,边坡的失效概率最大.当边坡不排水强度变异系数较大时,结合随机有限元分析得到破坏机制比确定性分析得到的最深滑动面更深.     

考虑土体非均质性的三维土坡稳定性上限分析

基于极限分析上限法,构建了三维土质边坡牛角状对数螺旋锥体破坏机制.通过与经典文献解答的对比分析,验证了方法的可靠性.探讨了忽略土体体积压缩耗能对三维土坡稳定性系数的影响,并分析了不同坡角、不同内摩擦角和不同宽高比三维土坡稳定性随土体非均质性变化的规律.计算分析结果表明,在内摩擦角较大而坡角和宽高比均较小的情况下,土体体积压缩耗能需要考虑;而在内摩擦角和坡角均较大或仅内摩擦角较小的情况下,土体体积压缩耗能可以被忽略.三维土坡稳定性随非均质性的增强而下降,当坡角越小或内摩擦角越大时,边坡稳定性受土体非均质性的影响越大;边坡宽高比反映边坡的三维效应,三维效应强的边坡的稳定性受土体非均质性的影响越大,其稳定性系数在土体非均质性很强时小于三维效应较弱的边坡.     

非均质性和各向异性黏土地基承载力上限分析

黏土所表现出明显的各向异性和非均匀性对地基承载力具有较大的影响.基于Prandtl型的地基破坏模式,采用离散法构建了地基破坏时的速度场模型,并以极限分析上限法为基础,推导出综合考虑非均质和各向异性的黏土条形地基承载力方程.在此基础上,采用fortran语言编制了离散法计算程序,得到了相应条件下条形基础地基承载力.通过算例分析表明,本文计算结果与其他方法的计算值是基本一致的,与试验结果也能得到较好的吻合.参数敏感性分析表明,地基承载力系数分别与土体各向异性系数和非均质性系数均近似呈线性的变化关系.     

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.     

通径系数法边坡面层破坏敏感性分析

边坡开挖后面层土体发生破坏受多种因素影响,不考虑外力作用以及几何参数,就边坡本身而言主要受制于黏聚力、土体重度和内摩擦角等因素。首先在各因素可行的范围内,采用明德林解计算土体物理参数中单个因素变化的情况下该边坡的破坏范围。参照边坡稳定性敏感分析,采用通径系数法对上述曲线进行分析,以水平破坏距离之比作为评价指标,得到影响边坡的因素敏感性由大到小依次为:黏聚力、内摩擦角、土体重度。     

土体含盐量对长江口地区软黏土特性的影响

长江口地区广泛分布的软黏土是一种不良地质土,具有压缩性高、强度低、灵敏度高的特点.土体含盐量在不同的季节下会受河流、潮汐、降雨等因素的影响会发生波动.对长江口沿岸软黏土进行采样并测定其含盐量,然后通过对原状样进行直剪试验、侧限压缩试验、渗透试验,得到了土体含盐量对软黏土抗剪特性、压缩特性、渗透特性的影响规律.结果表明:原状软黏土含盐量在0.5％ ～1.1％时,土体含盐量越高,土体的抗剪强度越高、土体压缩性越低、渗透性越强.根据对渗滤过的原状土进行试验对比分析,黏土颗粒中的盐分、孔隙水中的盐分共同影响软黏土的特性;黏土颗粒中的盐分对软黏土特性的影响更大.最后通过压汞试验得到了含盐软黏土的孔隙分布特征.长江口沿岸地区土体冬季的力学性能较差,应该更加注重冬季工程地质灾害的防治.     

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,...     

基于强度折减理论的加筋土边坡稳定性分析

结合有限元软件ABAQUS和强度折减理论,通过对均质路堤边坡进行数值模拟,分别对土质边坡以及加筋土边坡进行敏感性分析,研究了边坡的几何参数、土体强度和刚度、筋材埋置深度和间距以及长度对边坡稳定性的影响.结果表明:土体黏聚力对边坡安全系数影响最为显著,其次是土体的内摩擦角、边坡比、筋材的长度和间距;筋材铺设在潜在滑移面,即素土边坡塑性破坏区域,能够很好地限制坡体的滑移,有效提高边坡的稳定性.     

基坑抗隆起稳定性研究新进展

坑底隆起易造成基坑坍塌及邻近建(构)筑物不均匀沉降,是影响基坑安全的关键因素之一。针对近10年国内外基坑抗隆起稳定性研究进展,阐释了基坑宽度、土体各向异性及支挡结构嵌固深度等因素对坑底抗隆起稳定性影响规律,列举了近年来基于地基承载力模式及圆弧滑动模式的基坑抗隆起安全系数改进公式,对比了不同改进公式对应的破坏机制及适用范围。进一步介绍了可靠度分析方法在坑底隆起失效概率计算中的运用及失效概率影响因素。最后总结了圆形基坑及坑中坑式基坑坑底隆起破坏机制及抗隆起安全系数计算方法。得到以下结论:(1)基坑越窄、土体各向异性比越低及支挡结构嵌固段越深对基坑坑底抗隆起稳定性越有利,但当支挡结构位于均质土层且端部未嵌入较硬土层时无法体现此规律;(2)基坑坑底隆起的失效概率与岩土体材料及土体参数的空间变异性有关,与安全系数无直接联系;(3)由于尚未建立统一的计算模型,且如何考虑三维效应及拱效应也未明确,圆形基坑抗隆起稳定性分析至今未有统一定论;坑中坑式基坑内外坑间距决定抗隆起破坏机制,抗隆起安全系数应根据内部型及外部型两种不同破坏机制分别计算。     

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...     

降雨条件下边坡各向异性渗流及稳定性的模拟分析

基于饱和-非饱和渗流理论,针对不同的渗透系数异向性比值,以及不同的渗透系数张量主轴方向与水平方向夹角,对降雨条件下边坡地下水渗流场动态变化进行了数值模拟,分析了降雨过程中边坡孔隙水压力分布规律,得到了边坡安全系数随降雨持续时间的变化规律.数值模拟结果表明,土体各向异性渗流对降雨条件下边坡渗流场及安全系数有着显著的影响.     

非饱和土质边坡降雨入渗分析

降雨入渗对边坡土体的力学行为具有重要的影响。为研究降雨入渗条件下边坡土体的位移应力变化规律,考虑基质吸力的影响,建立了非饱和渗流有限元模型,对降雨过程中边坡土体进行渗流应力耦合分析,得到了降雨过程中边坡的孔隙水压力、位移及应力的变化规律。结果表明降雨会使边坡上部土体有效应力显著降低,同时引起坡面附近土体的水平位移及边坡内部土体的沉降;降雨使坡脚处土体首先发生破坏,随着降雨的持续,土体的塑性应变不断增大。     

某水电站坝肩顺坡向变倾角岩质边坡变形破坏机制研究

受岩层倾角变化的影响,某电站右坝肩变倾角岩质边坡在工程开挖后,上部和下部岩体均出现不同程度变形破坏迹象,并且其特征存在较大差异.作者在大量现场调查的基础上,从边坡工程地质条件、岩体结构特征着手分析了边坡变形和破坏特征产生差异的内在原因;并结合有限元数值模拟方法,研究了边坡产生变形和破坏的力学机制.在此基础上提出了这类边坡变形破坏特征及其成因机制的概念性模型.     

孔隙水压力作用下抗滑桩加固边坡的极限分析上限解

用对数螺旋线形的破坏机制和极限分析上限法,对抗滑桩加固边坡的稳定性进行了研究。基于构建的抗滑桩加固边坡的破坏机制,推导了抗滑桩加固边坡的内、外功率表达式。通过切线法将土体的非线性破坏准则引入到极限分析方法中,并结合强度折减法建立了抗滑桩加固边坡的安全系数隐式表达式。用最优化方法,计算得到了孔隙水压力作用下的边坡安全系数。在此基础上,分析了抗滑桩加固位置、孔隙水压力以及非线性抗剪强度等参数对抗滑桩加固边坡安全系数的影响。结果表明:土体抗剪强度对抗滑桩最佳布设位置的影响较小;非线性条件下,边坡安全系数随着初始黏聚力的增大而增大,随着抗拉强度和非线性系数的增大而减小。     

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.     

考虑抗剪强度参数空间变异性的边坡稳定性分析

提出基于商业软件ABAQUS的边坡稳定分析的随机有限元法。采用Karhunen-Loeve级数展开方法建立土体抗剪强度参数的随机场模型,在强度折减有限元法的基础上模拟边坡失稳过程,并采用塑性屈服区贯通以及计算不收敛判据作为边坡失稳判据,利用python脚本文件分析最危险滑面分布规律。运用该方法研究土体内摩擦角和黏聚力的空间变异性对边坡稳定性的影响。研究结果表明:所提的边坡稳定分析的随机有限元法操作简单易于实现,能够从安全系数以及最危险滑面2个方面分析土体抗剪强度参数的空间变异性对边坡稳定性的影响;内摩擦角随机场中相关长度的改变对边坡的稳定性影响不明显;而黏聚力的空间变异性对边坡稳定性影响则相对更大,黏聚力随机场中水平与竖直相关长度的比值不同,边坡稳定性的变化规律不同。此外,内摩擦角与黏聚力的相关系数越大,失效概率越高,最危险滑面分布越广。     

上海软黏土强度固有各向异性

采用室内异形十字板试验对上海淤泥质黏土原生结构导致的不排水抗剪强度的固有各向异性特征进行研究.从基坑中取得筒状土样,然后采用两个具有不同长宽比的矩形板头和三个不同角度(30°,45°和60°)的菱形板头进行室内异形十字板剪切试验,得到了原状土在不同方向破坏面上的不排水抗剪强度.结果表明:由于上海软黏土原生结构的影响,在总应力为零的情况下,其不排水抗剪强度随着破坏面与水平面夹角的增大而增大,即破坏面为水平向时强度最小,竖直向时强度最大.十字板试验结果与直剪试验、无侧限抗压强度试验的结果有很好的一致性.推荐采用Casagrande和Carrillo提出的公式来计算上海软黏土各向异性不排水强度.     

干湿循环下红黏土路堤边坡稳定性分析方法研究

红黏土边坡破坏面形状并非圆弧面、参数选取不合理、对雨水入渗考虑不够充分是当前红黏土边坡稳定性分析中存在的主要问题,导致传统计算方法的计算结果不太可靠。通过理论分析和数值模拟,提出了干湿循环下红黏土路堤边坡的稳定分析方法,并进行了工程算例验证。结果显示,干湿循环和红黏土边坡损坏特征有关。土体强度、水压等物理指标的下降均导致稳定性降低。建议将边坡分为三层,裂缝较多层、裂缝一般层、裂缝较少层来进行稳定性分析,各个范围层采用不同强度指标。提出了基于复合滑动面(折线-圆弧)红黏土边坡稳定性分析方法,并进行了工程算例验证,结果表明本文提出的方法是可行的。     

碎石土边坡坡度对桩基地震响应的影响

我国已建或在建的线路工程很多是在具有强烈地震活动的山区斜坡地带,而作为主要基础形式的桩基抗震设计优化措施仍不完善,忽略了边坡坡度这一重要边坡几何参数对斜坡桩基地震响应的影响.以某输电线路改建所穿越的碎石土边坡为研究对象,采用PLAXIS3D有限元软件建立边坡-岩土体-桩结构体系分析模型,分析边坡坡度对桩基动力响应表征参数的影响、边坡坡度对动力p-y曲线表征参数的影响.研究结果表明,桩身动力响应表征参数中桩身加速度、弯矩、位移均随斜坡坡度增大而增大,但变化的幅度随桩深的增加越来越弱.因边坡坡度的影响,坡体上部土体丧失了抵抗强度使桩基础产生了明显的响应突变;地震输入下非线性碎石土动力p-y曲线相对来说较为规则且对称,随着埋深的增加,动力p-y曲线表征参数中土体刚度逐渐变大,土反力增大,滞回圈面积减小.通过统计分析得出了上述6个表征参数与桩深度(z)、坡度(β)的回归关系.