基于有限元强度折减系数法岩土边坡稳定性分析与抗滑桩设计

基于有限元强度折减系数法原理,应用具有折减分析功能的ANSYS软件,以暴雨工况为最不利控制工况,采用平面应变条件下Drucker-Prage关联流动屈服准则(DP4)和边坡失稳破坏综合判据,分别对龙胜县城桑江北区不稳定高切边坡自然状态和削坡及抗滑桩加固状态进行了强度折减数值模拟。确定了这2种状态边坡最危险滑动面位置、形状并给出了极限状态坡体强度储备安全系数,通过所建桩-土共同作用连续介质模型及ANSYS后处理路径分析功能,求得极限状态滑坡设计推力和桩身内力及其分布,且将该法分析结果与传统分析方法作对比,发现误差很小且该法更接近边坡实际情况。综合分析表明,该法在岩土边坡滑坡灾害防治方面是可行且有效的新途径,有其自身的优越性和广阔的发展前景。     

有限元强度折减系数法在北门沟坡滑坡稳定性评价中的应用

利用有限元强度折减系数法求得的滑坡安全稳定性系数进行北门沟滑坡稳定性评价。通过强度折减,当滑坡达到不稳定状态时,有限元计算不再收敛,此时的折减系数就是滑坡的安全稳定性系数。经计算,可以得到滑坡体破坏形式和破坏扩张趋势,有助于对滑体破坏机制的理解。计算表明,有限元强度折减法与传统刚体极限平衡法计算的稳定性系数很接近,这为滑坡稳定性评价提供了另一条途径。     

用有限元强度折减法对某岸坡进行稳定性分析

有限元强度折减法是近年来岩土工程界广受关注的一种边坡稳定性分析方法。通过对岩体结构面强度折减,使斜坡达到不稳定状态,有限元计算不再收敛,此时的折减系数就是斜坡的安全稳定性系数。本文对某岸坡进行非线性有限元接触分析,计算表明,与传统刚体极限平衡法计算的稳定性系数很接近,而且有助于对滑体破坏的机制的理解。工程实例证明,有限元强度折减法在斜坡的稳定性评价中是切实可行的。      

基于强度折减法的多级边坡稳定性分析

结合工程算例,采用强度折减有限元法,对边坡治理前后的稳定性进行了分析。结果表明,有限元强度折减法能更加直观的得到坡体的实际破坏形式,求得的边坡稳定系数更接近边坡的实际稳定状态,显示出其在边坡稳定性分析中的一定优势。     

卡拉水电站上田滑坡体稳定性分析及评价研究

[摘 要] 为了分析卡拉水电站工程区某滑坡体的稳定性,通过对其滑坡成因、地形地貌、地质构造、 岩土力学参数敏感性等内在因素分析可知,滑坡体随着坡面隆起和坡内扩容加剧,在外界作用下易导致 边坡失稳破坏;其层面与节理裂隙的不良组合为边坡变形失稳提供了边界,陡倾坡内的裂隙,为地下水 的入渗创造了条件;滑坡稳定性随着岩土力学强度参数的提高而增强。通过对降雨、水位升降和地震等 外在因素的敏感性分析可知,库水位骤升骤降对滑坡的稳定性影响较大;短期降雨影响较小,但时间增 长滑坡失稳概率增加;地震峰值对滑坡稳定性影响较为明显。同时根据分析结果对滑坡体进行了工况 及荷载组合,并对各工况组合进行了稳定性计算及评价,得出水位下降时滑坡稳定性处于极限状态,在 蓄水地震工况下失稳概率较大。     

地下水对库岸边坡稳定性的影响

针对库岸边坡在库水位陡降时易发生失稳破坏这一特点,分析了地下水引发库岸边坡失稳的机理,指出在地下水作用下,边坡岩土物理力学性质恶化、库水浮托力以及坡体内渗透力是影响库岸边坡稳定性的重要因素,给出了考虑地下水影响的库岸边坡稳定性计算公式。对三峡库区的某边坡工程进行了分析,结果表明：边坡岩土体介质因饱水软化作用,其滑动面的力学参数值降低;库水浮托力在某种程度上有利于边坡的稳定。当库水位陡降时,坡体内产生较大的渗透力是导致边坡失稳的一个很关键的原因。同时指出,在进行库岸边坡治理设计时,采取合理的防冲刷、反滤及疏导措施,能有效地降低地下水对边坡稳定性带来的消极影响。     

基于极限应变判据-动态局部强度折减的边坡破坏演化数值模拟

岩土材料具有极限应变特征,其值可以通过室内试验或数值模拟方法求得。边坡岩土体主要为剪切破坏,可采用极限剪应变作为材料破坏的判据。事实上,边坡岩土体强度参数劣化并非整体性的,而是一个渐进性局部损伤至整体失稳的过程。本文基于极限应变判据,建立了边坡破坏的动态局部强度折减方法,此方法对边坡中超过极限剪应变值的单元进行强度折减。通过不断折减计算过程中产生的超过极限剪应变值单元,直到坡内超过极限剪应变值的单元贯通,认为边坡整体发生破坏。将该方法应用到实际边坡工程中,计算结果和边坡破坏模式及变形监测数据基本吻合。此方法在分析边坡渐进性破坏及稳定性评价方面具有较好应用前景。     

永吉高速公路黑潭坪边坡三维稳定性研究

通过对永吉高速公路黑潭坪边坡的野外调查,详细地了解了研究区工程地质条件,探讨了边坡变形破坏机理,结合室内试验和计算反演获取岩土体强度参数,在此基础上建立三维地质模型,运用FLAC3D数值分析软件采用强度折减法对不同工况下的坡体稳定性进行详细分析并提出治理建议。研究表明:(1)边坡变形破坏是内外因素综合作用的结果,岩土体性质不良是边坡变形破坏的内在因素,坡脚便道开挖和地表水下渗是边坡变形破坏的诱导因素;(2)强度折减法应用于边坡三位稳定性分析具有较好的适用性;(3)数值模拟显示采用削坡结合锚固的综合治理措施具有明显的效果。     

FLAC 3D 强度折减理论在边坡稳定分析中的应用

FLAC3D 是岩土工程中广泛应用的软件。本文主要介绍强度折减理论的基本原理,利用基于强度折减法的FLAC3D 软件,对某高速公路K377 + 230 ～ K377 + 520 段滑坡体进行数值模拟。计算边坡在自重作用达到初始化平衡状态时,边坡的横向与竖直方向的应力与位移,分析出边坡的破坏机制为牵引式滑坡,通过强度折减理论计算出边坡的稳定系数为0. 97,由剪切应变增量云图确定边坡的滑动面。     

考虑岩土体流变特性的强度折减法研究

用强度折减法分析边坡稳定性时,不需要事先假定滑面的位置和形状,具有较强的适用性。但在岩土体的力学性质方面仅考虑其弹塑性,而忽略了岩土体的流变性。流变是岩土材料的基本力学特性,很多边坡产生大变形乃至失稳都与岩土体流变具有一定关系。采用强度折减原理,分析了岩土体流变特性对边坡变形及稳定的影响。研究表明,岩土材料的流变特性使强度折减时每点的变形值增大,对边坡稳定具有不利影响。     

一种基于强度折减法的次级滑动面分析方法研究

传统强度折减法通常对整个边坡区域进行折减,因而只能得到最小安全系数及对应的最危险临界滑动面。但在工程实践中,边坡的治理范围不能局限于最危险滑动面所包围的区域,不满足规范要求的次级滑动面范围内的坡体亦应得到治理。为了克服传统强度折减法在搜索次级滑动面方面的缺陷,提出了一种新的强度折减法。一般而言,边坡的屈服区域主要集中在滑动面两侧附近,形成一个沿滑动面分布的剪切破坏带,因此,在用强度折减法进行边坡稳定性分析时,只需对剪切破坏带范围内的局部坡体进行折减,则可得到该滑动面的安全系数和滑动面。基于以上认识,假设剪切破坏带沿对数螺旋曲线分布,不断调整对数螺旋曲线的形状以得到不同范围的剪切破坏带,对各种不同的剪切破坏带范围内的坡体进行局部折减计算,即可得到不同的安全系数及对应的滑动面。通过两个边坡算例（单台阶、双台阶）验证了该方法的可行性,并最后讨论了剪切破坏带的宽度对结果的影响。两个算例的计算结果表明,该方法不仅可以得到最危险临界滑动面,亦可得到任意安全系数对应的滑动面。     

岩土体物理力学参数对岩质滑坡稳定性的影响

采用有限元-极限平衡法研究了含软弱滑动带的岩质滑坡滑动体、滑动带和滑床的密度、弹性模量和泊松比及滑动带的抗剪强度对滑坡稳定性的影响。结果表明:滑床密度、滑体及滑动带的弹性模量、滑动带及滑床的泊松比和滑动的抗剪强度指标与滑坡稳定性系数呈正相关关系,而滑体及滑动带土体密度、滑床的弹性模量和滑体的泊松比与滑坡稳定性系数呈负相关关系;软弱滑动带的抗剪强度对滑坡稳定性的影响最显著,其次为软弱滑动带的泊松比和滑床的弹性模量,其他参数的影响相对较小。      

四川省盐源玻璃村特大型玄武岩古滑坡复活机制

受前期14 d持续累计350.6 mm降雨影响,2018年7月19日盐源玻璃村一巨型玄武岩古滑坡体发生大规模复活,复活体积为1 390×104 m3,损坏房屋186间,造成重大经济损失。基于现场调查、无人机航测、钻探揭露、物理力学试验及数值模拟分析,在查明滑坡体地质结构、失稳特征基础上,对其影响因素及复活机制进行了探讨。研究结果表明,破碎岩土体及地形地貌是滑坡复活的孕灾基础,持续降雨及其引起的地下水位升高是滑坡复活的诱发因素。复活滑坡可分为主滑区和侧滑区两种破坏模式不同的区域。降雨作用下滑坡体内渗流场明显变化,孔隙水压力增大,导致7月13日古滑坡体开始发生变形,稳定性系数逐渐降低。受微地貌约束,主滑区具有多级、多次失稳,渐进破坏的特点。侧滑区斜坡前缘临空条件受坡脚主滑坡控制,在主滑坡运动过程中,侧滑区坡体位移量、最大剪切应变增量逐渐增大,塑性区扩展,破坏过程表现出与主滑坡一定的关联性和滞后性。分析表明,受地下水长期影响,滑带土体强度逐渐削弱,降雨导致坡体渗流作用加剧,抗剪强度降低,从而诱发滑坡复活。     

基于正交分析法的滑坡稳定性敏感性分析

对一给定的滑坡(即滑坡坡率、坡高等已确定),稳定系数的影响因素有滑带土粘聚力、内摩擦角、滑体容重和孔隙水压力等。由于各因素对稳定系数的影响程度不同(即敏感性大小不同),因此,需要以定量的标准来找出其中影响较大的因子,作为滑坡治理重点研究的对象,有效提高滑坡整治效果。本文以延安市宝塔区青化寺滑坡为例,采用正交分析法对滑坡稳定性的影响因子进行了分析,并计算出各种组合的滑坡稳定系数,然后采用方差分析法对因子进行敏感性评价。     

汶川地震中唐家山滑坡稳定性研究

根据唐家山边坡滑坡前的基本地形地貌,建立相关模型,采用Mohr-Coulomb准则,利用折减强度法计算其安全系数,并分析在地震波作用下唐家山滑坡的稳定性状况。安全系数计算结果显示,边坡模型在自然状态(即只有重力作用)下的安全系数为1.46,表明边坡在自然状态下是相对稳定的。选取汶川地震最初30秒幅值较大的地震波,对边坡采用自由场边界条件进行分析计算,结果表明边坡在地震作用下将在坡面产生贯通的塑性区,这一塑性区与真实的滑坡坡体一致,由于地震加速度的作用边坡将产生较大的位移和速度,这些大的位移和速度在边坡滑坡后将产生巨大的能量,造成灾难和损失。     

工程开挖活动诱发堆积层滑坡变形机理及加固效果分析

位于川西高原雅砻江两河口水电站库区的杜米村移民安置点由于切坡建房,诱发后山斜坡强烈变形,威胁移民安置点和S220省道安全。首先,基于现场调查、测绘、钻探、槽探等勘查手段,查明了滑坡发育的工程地质条件和变形特征;通过对滑体和滑带土开展室内直剪、反复剪试验,以及对滑床基岩进行抗压强度试验,结合反分析,合理确定了滑坡稳定性计算参数。然后,采用有限元程序Phase2建立滑坡数值计算模型,模拟再现了滑坡在开挖前、开挖后、降雨后的应力、变形特征和稳定性变化过程,在此基础上分析了滑坡的变形机理。研究认为：不良的地形地貌、地质结构和地下水是滑坡发生的内在因素,坡脚开挖是滑坡变形启动的诱发因素,后期持续降雨入渗是滑坡变形加剧直至失稳破坏的直接因素;开挖导致滑体前缘抗滑力降低、滑带和开挖边坡坡脚产生剪应力集中是滑坡变形启动的力学机制,而饱水和持续剪切变形导致滑带土强度不断衰减接近饱和残余状态是滑坡变形加剧的本质原因;滑坡的变形破坏模式为牵引式蠕滑-拉裂。最后,采用有限元强度折减法对加固治理后的滑坡稳定性进行了计算分析。结果表明：天然条件下滑坡变形主要出现在桩后填土,降雨条件下变形范围扩大至强变形区,地震条件下变形范围进一步扩大至整个滑坡范围;三种工况下滑坡的稳定系数均能达到设计要求,表明加固设计方案和工程结构参数是合理的。研究成果可为类似滑坡工程案例的机理研究及防治提供参考。     

考虑滑坡渐进破坏的改进简布条分法

为考虑位移因素对于滑坡渐进性发育的影响,基于简布条分法基本原理,提出一个新的能够考虑滑带土抗剪能力与剪切位移关系的滑坡稳定性简化评价方法。该方法从以下两个方面对简布条分法进行了改进：（1）将滑动面剪应力-剪切位移本构模型与沿滑动面的剪切位移模型相结合,以考虑滑坡随着变形发展渐进破坏的过程;（2）提出局部安全系数的概念并对整体安全系数进行重新定义,物理意义更加明确。推导了该方法的计算公式,给出了其迭代计算思路,并编制Matlab计算程序。通过计算实例表明,应变软化边坡的安全系数不仅取决于土的抗剪强度指标,还与其剪应力-剪切位移关系密切相关,基于峰值强度的极限平衡条分法应用于实际工程是偏于危险的。同时该方法还可以有效地模拟边坡从开始破坏到最终滑动面贯通的发育过程,实现了坡体位移与安全系数之间一一对应的定量关系,进而实现边坡的稳定性的预测预报。     

滑坡治理中抗滑桩桩位分析

采用有限元强度折减法对单排桩、桩间距为4 m的抗滑桩在不同设桩位置加固滑坡进行数值模拟,研究发现不同的桩位影响滑坡的稳定安全系数、滑动面的位置和形状。桩位不同决定了是桩后土体还是桩前土体滑落。桩位选择的一个重要原则是加固后滑坡体的稳定安全系数必须大于设计要求的安全系数,否则就会出现桩端越顶破坏或桩前土体滑落。斜坡在同一稳定安全系数下,桩位不同时抗滑桩所受的滑坡推力、桩的内力（剪力、弯矩）和桩的挠度不同。抗滑桩位于斜坡中部时,桩身长度较长,推力和内力大,是不合理的桩位;但桩身挠度大,提供的桩前抗力也大。按常规方法与按有限元法计算桩前无土体的悬臂桩桩上推力是相近的。把桩视作埋入滑坡体中的梁单元,按有限元法算出的推力比较小,因为它已经充分考虑了桩前土体的抗力。     

物质点强度折减法及其在边坡中的应用

物质点法适用于模拟连续介质大变形,如边坡失稳全过程。在物质点法中应用强度折减法,用于边坡稳定性评价。与极限平衡法相比,二者安全系数计算值、滑动面位置结果基本一致;与有限元强度折减法相比,物质点法失稳评价标准的物理意义明确。利用物质点法大变形计算优势,评价边坡失稳后的破坏后果,通过算例说明其评价不同安全系数下的滑坡堆积形态及滑移距离的能力,尤其是评价滑坡对临近建筑物的影响程度的能力。物质点强度折减法可用于边坡稳定性评价及边坡破坏后果评价。     

考虑天然气水合物上覆层不排水抗剪强度深度变化的海底斜坡稳定性影响分析

天然气水合物分解可以诱发海底斜坡失稳对海底工程设施产生造成破坏影响。因此,海底斜坡稳定性状态评价对海底工程设施选址、安全运行具有重要意义。文章根据南海北部神狐海域水合物富集区工程地质特征,采用有限元强度折减法分析了斜坡几何参数、土层强度变化,以及水合物储层特征等因素对水合物分解前后海底斜坡稳定性的影响规律。结果表明,未考虑水合物分解时,海底斜坡稳定性主要受控于斜坡坡度和土体强度,且主要表现为浅层滑坡。考虑水合物的分解时,水合物层强度降低会对斜坡的整体稳定性产生影响,但同等上覆层条件下最危险滑动面位置受水合物层埋深影响较大,且存在受地形几何特征与上覆土层强度控制的临界埋深。埋深大于临界埋深时,水合物分解对斜坡稳定性的影响较小,最危险滑动面位置位于上部浅层,表现为浅表层破坏。小于临界埋深时,最危险滑动面位置则经过水合物层,表现为深层滑坡。根据目前模型中的水合物层埋深条件,水合物分解后的深层滑动面安全系数仍高于浅部地层,意味该海域水合物开采仍需要关注浅层海底滑坡灾害的影响。