基于强度折减概念的滑坡稳定性三维分析方法(I)：滑带土抗剪强度参数反演分析

滑带土抗剪强度是滑坡稳定性分析和防治工程设计中十分重要而又难于确定的参数之一。因此,基于临界状态假定的二维反分析方法得到了广泛应用。但是,自然界发生的滑坡基本上呈三维形态,其主滑方向有时变化也较大,使得有必要研究一种滑带土抗剪强度的三维反分析方法和滑坡稳定性的三维评价方法。笔者建议了一种基于强度折减概念的滑带土抗剪强度反分析方法,即通过逐步折减滑动面的强度参数,使滑动面的塑性区完全贯通,此时,塌滑体处于极限状态,所用强度参数即为滑带土的平均抗剪强度参数。从洪家渡水电站1#塌滑体计算成果来看,反演的滑带土摩擦角较二维反演值低4.1?,反映了滑坡体的三维效应,验证了所建议方法的可行性。     

基于非线性破坏准则的边坡稳定性极限分析

上限定理是求解岩土工程问题的有效工具。以上限定理为理论基础,分析边坡的稳定性问题,并考虑了岩土材料破坏准则的非线性特性。在非线性Mohr-Coulomb破坏准则下,采用条分法与极限分析上限法相结合的方法,对边坡稳定性进行分析。通过切线法引入非线性强度参数 、 ,推导了岩土材料在非线性破坏准则下的相关联流动法则,建立功能方程,推导了边坡直线滑裂面、折线滑裂面和光滑曲线滑裂面安全系数F的计算方程。采用数学规划法计算后与工程实际中常用的边坡稳定性分析方法进行对比,并获得安全系数F =1.0时的稳定性系数Ns。与已有的研究成果进行比较分析,结果表明了该方法的正确性及优越性     

湖北省香溪河流域白家堡滑坡稳定性分析与评价

三峡大坝建成蓄水后,将导致库岸部分古滑体复活、新滑体产生,香溪河流域白家堡滑坡就是其中之一。文章在对该滑坡的工程地质条件、深部位移及伸缩计监测资料的研究基础上,分析了滑坡变形机理,得出白家堡滑坡只有一个滑动面,其总体变形趋势为推移式,目前仍具有微小的变形。滑坡变形与降雨及库水有密切联系。结合试验资料,针对滑坡变形的实际情况,采用反演分析方法进行了滑移面抗剪强度参数的反演计算。利用反演结果,在三峡水库蓄水4种不同水位工况下进行稳定性计算。结果表明,滑坡的稳定性系数经历了大→小→大的过程。正常蓄水位时稳定性处于较低状态。滑坡体饱水处于蠕滑或失稳状态,需尽快进行治理。     

基于传递系数法的滑带土抗剪强度参数反分析研究

滑坡滑带土抗剪强度参数的合理选取是进行滑坡稳定性分析和治理设计的关键。本文结合滑坡的发育阶段,合理选取滑坡稳定性评价指标,基于反分析的基本原理,利用至少两个反分析剖面,采用试算、插值和图解法求解滑带土的抗剪强度参数,对比室内剪切试验数据,该方法最终所得参数基本满足工程要求,可为其它滑坡的稳定性分析及治理工程设计提供借鉴。     

某滑坡软弱夹层抗剪强度取值方法的研究

文章主要针对软弱夹层抗剪强度取值所存在的争议，通过对贵州新街子滑坡的软弱夹层分别选择比例极限、屈服极限及峰值作为剪应力值，采用最小二乘法获得比例抗剪强度、屈服抗剪强度和峰值抗剪强度。以参数选取中应用较为成熟的反分析方法推求力学性质参数c、φ值作为判据对以上3种参数进行比较。计算结果表明：本滑坡软弱夹层中由于含泥量较大，而且粘塑性较强，屈服抗剪强度和反分析得到的抗剪强度偏差最小，比例抗剪强度偏差最大，峰值抗剪强度居中。并以此3种抗剪强度进行天然状态下滑坡稳定性验算，结果表明选用比例极限抗剪强度与当前滑坡的地质现象不符，选用峰值极限抗剪强度安全储备较低，而选取屈服极限抗剪强度最为合理。用此参数进行设计，滑坡已经得到了良好的治理。在取值研究中认为采用试验与反分析相结合的方法确定滑坡稳定性计算参数是比较合理的。以上结论为滑坡中软弱夹层抗剪强度取值的选择提供了重要的依据。     

基于数值模拟与位移监测的滑坡抗剪强度参数反演分析研究

三峡库区地质灾害三期监测项目中存在一些滑坡没有进行滑带土室内剪切试验,对于如何较准确选取这类滑坡抗剪强度参数目前研究还比较少。提出以区域统计规律及工程地质类比方法得到的滑坡抗剪强度参数初选值为基础,以滑坡在三峡库区库水位调度下选取计算工况下的监测位移及其趋势为判断依据,采用数值模拟手段对滑坡的抗剪强度参数进行反演分析,最后结合宏观变形与位移监测对反演结果进行检验。以三峡库区某滑坡为例,运用FLAC3D数值模拟软件得到该滑坡的抗剪强度参数:c=20.0kPa;Φ=19.0°。     

反分析法与室内试验法确定岩质边坡结构面抗剪强度对比研究以西柏坡纪念馆不稳定斜坡为例

岩质边坡结构面抗剪强度是分析边坡稳定性的重要参数。反分析法是视滑坡将要滑动而尚未滑动的瞬间为极限平衡状态,求解滑动面抗剪强度的一种方法,相对于室内实验和原位测试具有成本低的特点,但其普适性较差,对反分析法的应用条件进行研究对该方法在边坡工程中的准确应用具有重要意义。本文用反分析和室内试验两种方法确定西柏坡纪念馆不稳定斜坡结构面抗剪强度,发现对于单滑动面岩质顺层滑坡,直接采用滑坡断面进行反分析获得的结构面抗剪强度与室内试验结果相近,可用于评价同一结构面边坡的稳定性。     

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。      

滑带土抗剪强度参数的三维反分析

以滑面正应力修正模式的三维边坡稳定性分析方法为基础,建立了确定滑带土抗剪强度参数的三维反分析模型。先对滑坡体的稳定性进行调查评估,确定滑坡的安全系数与三维滑面的几何尺寸;然后,通过对滑面正应力进行合理假定与修正,建立了平衡方程,以强度参数为未知数,利用数学方法并结合试验、经验等手段求解出抗剪强度参数。该模型克服了二维反分析将会高估滑带土的抗剪强度参数的缺陷,而且计算过程简单,易于编程实现。两个简单算例表明,三维反分析模型可以考虑三维滑体的空间效应,得到的抗剪强度参数更真实、更符合实际情况,为滑坡治理提供参考。     

土石坝坡抗震极限分析上限法

基于极限分析的上限定理,提出一种土石坝极限抗震分析的新方法。该方法假定土体为理想刚塑性材料且满足相关联流动准则,将土石坝坡滑动体划分为若干水平土条,计算各滑动土条的外功率与内能耗散,然后通过能量平衡条件,利用优化算法确定土石坝的极限抗震能力。运用所提方法,对一典型心墙土石坝进行极限抗震能力分析,研究了水平条分数以及抗剪强度参数对极限抗震能力影响。计算结果表明,水平条分数对滑裂面形状影响较大而对大坝极限抗震能力影响较小。当水平条分数增加到一定数目时大坝极限抗震能力最终趋于一个稳定值。同时,堆石料的抗剪强度对大坝极限抗震能力影响较大。通过与传统的极限平衡法对比,验证了所提方法的正确性与可行性。     

Reliability back analysis of shear strength parameters of landslide with three-dimensional upper bound limit analysis theory

It is essential to determine the shear strength parameters c and φ on the sliding surface for stability evaluation and engineering design of a landslide. In this study, a new parameter back analysis method is proposed by combining the 2D/3D upper bound method of limit analysis and reliability theory to accurately determine the shear strength parameters for a 3D slope with a single failure surface. The proposed reliability back analysis method overcomes the shortcomings of the traditional deterministic analysis method of slope stability that cannot take into account the randomness and uncertainty of geotechnical parameters. Based on the reliability theory, two methods were studied: first-order reliability method (implemented by spreadsheet and Matlab, called spreadsheet method and constrained optimization method, respectively, in this paper) and Monte Carlo simulation. The optimized values of c and φ were obtained by establishing only one balance equation with the consideration of the pore water pressure or other complex conditions, which can solve the problem of the back analysis of strength parameters for a single 3D sliding surface condition. The correlation research showed that the negative correlation between c and φ greatly affected the back analysis results, and the reliability index values were conservative without considering such a negative correlation. A case study for the back analysis of shear strength parameters is conducted based on a practical landslide model with a broken line slip surface slope in Zhuquedong village, Luxi town, Xiangxi County, Hunan Province, China, and a suggestion for the selection of landslide cross section is presented. The results show that the back analysis results determined by the reliability theory coincide well with the survey and experimental results. The proposed method is found to be more accurate and effective in determining the values of shear parameters than that of the traditional deterministic inversion method.     

金乐滑坡滑带土抗剪强度参数分析与确定

滑坡滑带土抗剪强度参数是滑坡稳定性分析和治理工程设计的最基本、最重要参数,它的大小及其变化直接影响到滑坡稳定性的计算,并由此得到不同的结果和涉及到治理措施的有效性。通过室内试验、滑带土现场原位大剪试验、反分析值及相似滑坡类比法综合确定三峡库区金乐滑坡滑带土的抗剪强度参数,指出该滑坡滑带土抗剪强度参数的确定和分析应采用多种方法,才可获得合理可行的结果。      

Mohr-Coulomb准则下基于滑动面深度的边坡参数反分析方法

利用上限定理与强度折减法,提出了一种新的边坡反分析方法。该方法基于边坡的滑动面形状,不需要位移、应力等监测数据。分析边坡的临界滑动面位置与强度参数的关系,可以发现,当边坡的几何形状、土体重度以及孔隙水压力分布确定,则临界滑动面的形状只与土体黏聚力c、内摩擦角φ的关系式c/tanφ有关,并在此基础上引入边坡的无量纲系数c,λcφ。利用极限分析上限定理与强度折减法,得到了边坡临界滑动面方程,提出了其深度的计算公式,建立了边坡c,λcφ值与滑动面深度的关系。通过已有边坡的反分析实例,验证了方法的正确性和有效性。     

云南玄武岩滑坡滑动面力学参数分析

云南是中国滑坡灾害最严重的地区之一。在高速公路的建设过程中,出现了许多滑坡的稳定性问题。分析滑坡稳定性的关键是获得较为准确的滑动面力学参数。首先提出了滑坡滑动面力学参数分析的内容以及主要的研究方法,然后针对云南一高速公路玄武岩滑坡的滑体松散、取样困难的实际情况,采用现场试验的方法进行滑动面力学参数分析,并采用基于稳健回归分析的计算方法进行滑动面力学参数的计算,能有效地减少异常值的影响,从而获得更为可靠的滑动面力学参数。同时指出,古滑坡滑动面的抗剪强度的分析应考虑时间效应下残余强度的恢复。     

基于局部强度折减法的边坡多滑面分析方法及应用研究

边坡最危险滑动面的搜索方法一直是研究的热点,但边坡内部次级滑动面也可能不满足安全设计要求,因此,考虑边坡多条滑动面的分析方法亦应得到关注。在传统强度折减法中,对边坡整个区域的抗剪强度参数进行折减,此方法仅可得到一个临界滑动面和最小安全系数。提出了一种基于局部强度折减法的多滑面分析方法,即首先定义单元安全系数的概念,并且计算边坡每个单元的安全系数,然后自动搜索出单元安全系数处于不同范围内的单元集合,对各个单元集合的强度参数进行折减计算,即可得到不同安全系数对应的滑动面。通过单台阶和双台阶边坡算例验证了该方法的可行性,结果表明,随着安全系数的增大,潜在滑面的深度和潜在滑动区域亦增大。最后把该方法应用到某隧道进口仰坡的稳定性评价中, 通过该方法得到的多级滑动面与现场监测数据吻合较好。     

Evaluation of slope stability by finite element method using observed displacement of landslide

To monitor land deformation in detail, we ran a large-scale field test in which an artificial landslide was induced by the application of a load to a natural slope. The measured landslide displacement was reproduced numerically through the use of finite element model analysis with a two-dimensional elasto-viscoplastic model. The analysis suggested that the strength of the sliding surface decreased as the landslide mass moved. We propose a simple method for estimating safety factors. The method involves back-calculation of shear strength parameters through reproduction of observed landslide displacements and calculating the ratio of driving force to resisting force acting on the sliding surface as modeled by joint elements. This ratio, the “stability index”, shows the same trend as safety factors calculated by a two-dimensional limit equilibrium method and a shear strength reduction method that use back-calculated shear strength parameters estimated from the limit equilibrium state. The results indicate that the stability index may be applicable to the assessment of slope stability.     

滑坡稳定性分析的点安全系数法

建立滑坡数值计算的三维模型,将滑带离散为薄层8节点六面体单元,采用基于摩尔-库仑强度准则的理想弹塑性本构模型模拟滑带材料,通过数值计算,可获得滑带单元的三维应力状态和滑动方向。定义单元点安全系数为滑带单元抗剪强度与滑面上平行滑动方向的剪应力之比,定义滑坡整体安全系数为单元点安全系数对滑带面积的加权平均值。采用点安全系数分析滑坡的空间滑动机制,采用整体安全系数评价滑坡稳定性。算例分析表明,分析结果符合现场实际情况。