基于全局极限响应面的预应力锚索加固边坡抗震可靠度分析

通过反向采用极向条分的极限分析上限法获取临界强度参数对,拟合得到预应力锚索边坡对应的抗震全局极限响应面方程,将其作为内核函数使用Monte Carlo模拟得到特定地震烈度下的预应力锚索加固边坡的失稳概率和可靠度指标,避免直接使用极限分析上限法而造成的抽样和寻优算法的冗余嵌套。将该方法应用于预应力锚索加固边坡算例中,并将抗震全局极限响应面与基于"均值最不利滑动面"的极限响应面进行了对比,结果表明全局极限滑动面所得失稳概率较大,特定滑面的极限响应面法偏于不安全。进一步分析了锚索参数对边坡抗震失稳概率的影响以及失稳概率与可靠度的关系曲线,表明该方法很好地兼顾了变异参数空间的全局性以及计算的高效性,可以为基于可靠度的预应力锚索边坡抗震设计提供理论参考。     

某边坡变形破坏机理的数值分析

某花岗岩矿岩土体主要有填土、粉质粘土、淤泥及淤泥质土、含泥中粗砂、粘土、残积砂质粘土,其下为花岗岩基岩。边坡最大高度75m,其中残积土层以上的土质边坡高度约50m。本文运用有限元强度折减法对该边坡的稳定性进行了研究,得出了潜在的破坏模式及各个滑动部分的安全系数。分析结果表明,本边坡存在3个潜在滑动面,其中两个为浅层滑动面,另一个为深层滑动面。两个浅层滑动面的稳定系数在1.13～1.17,处于临界状态。深层滑动面稳定性系数在1.29,目前尚处在相对稳定状态。根据分析结果,提出了如下加固措施:（1）对滑坡体进行削坡处理;（2）在其滑动面下方设置抗滑台阶;（3）采用预应力锚索框架梁结合肋柱进行加固处理。     

预加固高填方边坡滑动破坏的离心模型试验研究

2009年10月3日,攀枝花机场260×104 m3万方的高填方预加固边坡整体失稳,沿基覆界面下滑,并超覆于其下方的易家坪老滑坡之上,使易家坪老滑坡再次复活。这一填方边坡失稳事件最终导致机场停航两年。通过大型离心模型试验,再现了攀枝花机场预加固高填方边坡的滑动失稳过程,获得了边坡变形破裂的特征参量,阐明了边坡的滑动失稳机制。研究表明：天然工况下,边坡变形以坡顶沉降和沿基覆界面软弱层的蠕滑为主,坡体总体处于蠕滑变形状态;降雨和地下水工况下,坡体中后部拉张破裂和中前部挤压变形显著,具有塑性流动及推移式破坏特征,并最终产生溃滑失稳;预加固抗滑桩承受较大的边坡变形推力,且越靠近坡体后部的桩推力越大,最终从后向前逐排产生累进性剪断破坏,说明该填方边坡多排抗滑桩的平面布置和受力确定欠合理;降雨和地下水工况下,坡体的最大孔隙水压力是天然工况下的3.7倍,孔隙水压力对坡体失稳有重要作用;通过模型和原型的综合对比分析,该边坡的滑动失稳机制为推移式蠕滑-累进性折断-溃滑与超覆。     

三维边坡稳定分析的有限元弹塑性迭代解法

针对已知滑动面的三维边坡稳定分析问题,在塑性力学上限定理的基础上,提出了求解安全系数的三维有限元弹塑性迭代解法。对于滑动面的非线性特性,采用常规的矩形（平面）或立方体（空间）单元来描述,应力则符合相关联流动法则的Mohr-Coulomb强度准则。通过对弹塑性增量理论中流动法则的分析,证明了当结构达到极限状态时,滑动面内切向应力的方向与滑体的主滑方向一致,说明最终以滑动面内的切向应力作为滑体滑动力的有效性。通过迭代的方式,逐步降低滑动面材料的抗剪参数,使边坡达到极限状态,不仅快速求得了滑动面的安全系数,且能够得到边坡在接近临界失稳状态时滑动面内切向应力的分布情况和边坡的变形规律,为边坡采取加固措施提供了参考依据。最后,以椭球面滑动和楔形滑动2个经典算例和工程实例,验证了该方法的有效性和正确性。     

球状风化花岗岩类土质边坡随机重构与其失稳破坏模式研究

球状风化花岗岩类土质边坡高度的非均质性、非连续性以及土-球接触界面的复杂性致使其失稳破坏复杂多变,综合运用几何学、计算机随机模拟技术等,以有限元软件ABAQUS为平台,基于Python开发了球状风化花岗岩类土质边坡的随机结构模型程序,研究了球状风化体的含量、空间分布、粒度组成以及土-球接触界面等作用下球状风化体类土质边坡的失稳破坏模式。结果表明：球状风化花岗岩类土质边坡破坏模式复杂多变,且由于球状风化体的存在,使得该类边坡的潜在滑动面极其不规则,甚至出现多条滑动面;位于滑动面附近的风化体阻碍了滑动面的发育,迫使其出现“绕石、分流或者包含”的塑性扩展模式。随着球状风化体含量的增长,坡体内部越来越难以形成单一的、上下贯通的滑动面,安全系数随之逐步提高;(0.22～0.3)L_c粒径风化体含量越多,Ⅱ区风化体所占面积越大,越有利于边坡稳定;土-球接触界面最有可能发展为滑动面,界面接触类型显著影响着球状风化花岗岩类土质边坡的失稳演化过程。研究成果可为合理准确地评价球状风化花岗岩类土质边坡的稳定性提供科学依据和理论支撑。     

三维复杂块体系统边坡深层加固条件下稳定性及破坏机制模型试验研究

白鹤滩水电站左岸为强卸荷岩体三维复杂块体系统高边坡,采用三维地质力学模型试验,进行了边坡变形特性、失稳破坏过程、破坏机制、边坡稳定性及加固处理效果研究。模型试验表明,边坡失稳模式为块体滑动破坏,破坏形态表现为底滑面的剪切破坏和后缘结构面的拉裂破坏以及块体沿底滑面和侧滑面的滑动。边坡破坏过程为模型结构面初裂、结构面组合块体边界贯通、最终至边坡整体失稳3个阶段。采用地质力学模型试验综合法获得了左岸块体系统边坡整体稳定安全系数,典型块体稳定安全系数与三维刚体法及块体单元法(BEM)计算成果对比基本一致,模型试验综合法安全系数相对较大。同时,针对层内错动带LS_(337)界面部位相对变位监测表明,深层混凝土置换洞加固有效地控制了底滑面的滑动变形,提高了相关结构面组合块体的稳定性,边坡加固效果较为明显。研究成果对白鹤滩工程左岸强卸荷区三维复杂块体系统边坡及类似工程边坡稳定性及加固处理具有重要的指导意义。     

土质边坡失稳的电阻率响应特征

利用边界积分方程法对土质边坡失稳地球物理模型的视电阻率进行了系统数值计算，研究了土质边坡失稳的电阻率响应特征，揭示了边坡从稳定一失稳演化过程的电阻率变化规律，从而实现了边坡失稳的电阻率响应特征的提取。这些特征信息的获得为利用电法勘探方法探测土质边坡失稳的滑动面或结构面位置提供了依据，同时为实时观测，预测预报土质边坡失稳提供了理论支撑。     

不同渗流边界条件下粉砂边坡失稳模型试验研究

研究不同渗流边界条件下粉砂边坡的稳定特性对滑坡安全评价及防灾减灾具有重要意义。开发研制了室内边坡模型试验系统,分别进行了在上部边界入渗、侧向边界入渗和底部边界入渗的边坡失稳模型试验。分析了各试验中边坡内部不同位置体积含水率、孔隙水压力和基质吸力的变化规律以及坡体破坏过程。结果表明,不同入渗边界条件下边坡土体局部由非饱和变为饱和状态,基质吸力消失,最后在坡面形成不稳定区域塌落破坏。上部边界入渗、侧向边界入渗和底部边界入渗所引起的破坏模式根据其特点可分为局部浅层破坏、多级后退式破坏和坡面滑动破坏。通过监测边坡不同位置的体积含水率,可以为渗流引发的边坡失稳预警机制提供参考依据。     

岩石边坡滑移失稳的地球物理响应特征

根据边坡滑移失稳的地球物理模型,研究了岩石边坡失稳的电阻率、瑞利面波基阶模的相速度、波数等响应特征,揭示了边坡从稳定→失稳演化过程的电阻率、瑞利面波基阶模频散特征变化规律,从而实现了边坡失稳的电阻率、瑞利面波基阶模相速度、波数响应特征的提取。这些特征信息的获得为利用电法勘探方法、瑞利面波法探测岩石边坡失稳的滑动面或结构面位置提供了依据,同时为实时观测,预测预报岩石边坡失稳提供了理论支撑。     

节理岩体边坡稳定性分析新方法

节理岩体边坡失稳破坏同时受控于节理与岩体抗剪强度。在对具有2组平行节理的岩体坡边失稳破坏机制研究基础上,研究了具有2组平行节理岩体边坡的极限平衡分析方法,并推导了相应的边坡稳定性分析计算公式,编制了基于潜在滑动面自动搜索的边坡稳定性研究程序。通过与文献中算例的对比研究,证明了所提出的节理岩体边坡稳定性分析方法的正确性,为具有2组平行节理岩体边坡的稳定性分析提供一条新的有效途径。     

抗滑桩加固非饱和土边坡三维稳定性分析

讨论了抗滑桩加固边坡的稳定分析研究状况,在全面地考虑基质吸力和抗滑桩对边坡稳定性的贡献后,利用所发展的可考虑基质吸力的弹塑性强度折减有限元程序,探讨了抗滑桩加固前后的非饱和土边坡整体稳定性,并且与相应不考虑基质吸力条件下的边坡稳定性进行了对比分析。     

挡墙加固非饱和土边坡整体稳定性分析

在对挡墙加固边坡进行设计和评价时应综合考虑基质吸力和挡墙对边坡整体稳定性的影响。应用可以考虑基质吸力的弹塑性强度折减有限元程序,分析了挡墙加固非饱和土边坡的整体稳定性,揭示了基质吸力对加固边坡整体稳定性的影响程度,同时亦分析了整体潜在滑动面位置的变化情况,并进行了关于吸力摩擦角的敏感性分析。     

暗穴环境下非饱和黄土边坡稳定性分析

黄土暗穴在水土流失方面作为一种独特的侵蚀方式,往往会威胁到建设在非饱和黄土层之上的公路边坡稳定性。基于考虑基质吸力的强度折减有限元程序,本文通过开展不同位置暗穴、单双暗穴和基质吸力赋存与丧失等条件下边坡稳定性的对比研究,着重对影响边坡稳定性的暗穴、基质吸力等因素进行了研究。研究结果表明,当暗穴接近地表时由于存在一定的减载效应而利于坡体的稳定,而当暗穴接近边坡坡脚时则成为黄土边坡稳定性的不利因素,在边坡底部存在的双暗穴明显削弱了边坡的稳定性,基质吸力使得非饱和黄土边坡安全系数增大,潜在滑动面变深,反之则使安全系数减小,潜在滑动面上移,基质吸力的丧失或减小以及暗穴的削弱作用使得潜在滑动面位置变化较大。     

基于Green-Ampt模型的多层结构边坡降雨入渗改进计算方法及稳定性影响研究

降雨作用下,边坡土体的饱和度及含水率升高,基质吸力减小。随着降雨历时的增长,雨水入渗深度对坡体的稳定性产生影响。然而传统多层结构边坡的入渗计算方法并未考虑随入渗深度不断变化的基质吸力与层间积水点的形成,且忽略饱和层内沿坡体层面流动的部分雨水对入渗过程的影响,亦未考虑潜在滑动面位置随降雨历时的变化。将入渗过程分解为若干个子过程,并基于Green-Ampt（G-A）入渗模型对传统多层结构边坡的入渗计算方法进行改进,以对每个子过程进行求解,最后将其合并为整体入渗过程的解。在此基础上对层间积水点的形成时刻进行计算,进而分析雨水入渗深度与时间的关系,并研究降雨强度与雨水入渗深度对边坡不同位置处（湿润锋、饱和层）稳定系数和滑动面位置的影响。研究表明:（1）基于G-A模型的改进计算方法所得结果比传统多层结构边坡入渗计算方法所得结果更接近于数值模拟结果。（2）对于多层结构土质边坡,其安全系数随着雨水入渗深度的增加不断降低,并且在层间积水点形成时产生突变现象。（3）随着降雨历时和降雨强度的增大,边坡中潜在滑动面位置会产生变化,前期潜在滑动面位置出现在湿润锋处,后期则出现在饱和层交界面处。该方法提高了多层结构边坡传统降雨入渗计算方法的精度,更加全面的对多层结构边坡的稳定性进行评价,其工程应用范围亦得到进一步扩大     

高速公路桥基岸坡稳定性计算分析

桥基岸坡的稳定性分析是跨谷桥梁设计计算中最为关键的问题之一。过去常把桥基岸坡简化成平面问题来分析,事实上桥基岸坡空间效应显著,简化成平面问题过于牵强。采用三维数值方法,结合有关传统理论和经验公式,对桥基加载前后的整体稳定性系数、桥基的合理位置、单桩的极限受力进行了综合分析,并据此指出应加固的部位和提出相应的加固措施。同时也跳出了以单一稳定性系数作为评价桥基岸坡是否稳定的圈子,通过合理考虑桥梁基础位置与基础受力等因素,提出了一种综合评价桥基岸坡稳定性的新方法。该方法可以根据坡体形式、地质条件、桩型、桩间距、桩长、荷载大小和施工阶段进行应力、变形和整体稳定性分析,分析结果可以指导加固部位和加固措施的确定。     

生态护坡对边坡岩土体基质吸力的影响研究

对植被蒸腾作用以及阻滞地表径流作用进行了研究,提出生态护坡对边坡岩土体基质吸力的影响主要有3个方面：(1) 植被的蒸腾作用消耗边坡岩土体中的水分,使边坡体基质吸力升高,对边坡稳定有利;(2) 植被阻滞地表径流,增加降雨入渗量,使边坡体含水率增高,基质吸力降低,对边坡稳定不利;(3) 植被的存在究竟使边坡体基质吸力如何变化以及对边坡稳定是否有利,最终决定于降雨量和雨型。在此基础上,更进一步提出在降雨丰沛、暴雨较多的地区进行生态护坡时,应对边坡体采取防排水处理措施。     

基于强度折减弹塑性有限元法的抗滑桩加固边坡稳定性分析

以大型通用有限元分析软件ABAQUS作为平台,以迭代不收敛联合坡面特征点位移陡增作为抗滑桩加固边坡失稳判据,通过二次开发建立了能够自动搜索安全系数的抗滑桩加固边坡稳定性强度折减弹塑性有限元分析模型,结合典型算例的对比分析验证了这一判据的有效性。在此基础上,针对一实例边坡进行了稳定性数值分析。研究表明,对于抗滑桩加固边坡,以强度折减有限元法所确定的潜在滑动面,一般地比极限平衡法、极限分析上限方法要浅。     

降雨条件下土坡饱和-非饱和渗流及稳定性分析

基于非饱和土力学理论,利用有限元法对降雨条件下边坡的饱和-非饱和渗流及稳定性进行了探讨。数值分析表明,雨水入渗使边坡非饱和区土体的基质吸力减小,是导致边坡稳定性降低的主要因素。进而考察了基质吸力的不同取值及裂隙的不同位置对边坡稳定性的影响,结果表明：在降雨初期基质吸力取值越大,得到的边坡安全系数越高,但经过长时间降雨即边坡土体基本达到饱和后,基质吸力的取值不同对边坡安全系数基本上没有影响;裂隙的存在为雨水入渗提供了良好的通道,因而导致边坡稳定性相对于无裂隙状态来说有所降低。降雨初期下游裂隙使边坡稳定性降低较快,但随着降雨历时的增加,即下游土体逐渐变为饱和状态后,边坡的稳定性变化则主要由上游裂隙控制。     

非饱和-非稳定渗流条件下的边坡临界滑动场

受季节性降雨或水库运行的影响,岸坡外水位及坡内孔隙水压力场的变化较大,不利于岸坡的稳定性。在水位变化过程中,利用非饱和-非稳定渗流有限元计算得到孔隙水压力场,基于非饱和土的渗流和抗剪强度理论,对水位变化过程中的边坡临界滑动场法进行改进,提出可考虑水位变化与岸坡非饱和-非稳定渗流过程的边坡临界滑动场数值模拟方法。将改进后的水位变化过程中的边坡临界滑动场法分别应用于黏土、粉土岸坡在水位升降过程中的稳定性分析,研究了水位升降速率及基质吸力对岸坡稳定性的影响,并揭示了边坡在水位变化过程中的稳定性变化历程。研究表明,该方法计算结果合理、可靠,更适用于涉水边坡的稳定性计算,且岸坡稳定性变化历程受水位升降速率、基质吸力等多种因素共同影响,只有在考虑非稳定渗流的基础上同时考虑基质吸力的作用才能正确得出水位变化过程中岸坡稳定性变化规律和实质。     

基于M-P法的抗滑桩支护边坡稳定性分析

为评价采用抗滑桩支护后的边坡稳定性,从设计和验算两个角度着手,基于Morgenstern-Price（M-P）法建立了抗滑桩支护边坡的分析模型,进而得到了抗滑桩下滑力和边坡安全系数的表达式;通过引入自适应遗传优化算法,建立边坡稳定性分析优化模型,搜索采用抗滑桩支护边坡的非圆弧最危险滑动面;从确定安全系数求抗滑桩所受下滑力和确定抗滑桩抗力求边坡最小安全系数两种情况出发,探讨了抗滑桩位置对边坡稳定性的影响。结果表明：该方法可搜索出更加符合实际情况的边坡非圆弧最危险滑动面,并且能够得到抗滑桩的下滑力或边坡的最小安全系数,相同条件下抗滑桩应设置在边坡中部较为适合,才能最大发挥抗滑桩的加固作用。