斜坡含软夹层地基路堤离心模型试验与数值模拟

为了研究斜坡含软弱夹层地基路堤边坡的稳定性及破坏机制,采用离心模型试验和数值分析方法进行了研究。研究表明：斜坡均质地基路堤边坡仍是呈现整体圆弧滑动破坏;而对于含软弱夹层地基路基边坡来说,由于软弱夹层的影响其稳定性有了明显的降低,并有利于张拉裂缝的产生和发展,路堤边坡不再是整体圆弧滑动破坏,而是部分土体沿着软弱夹层发生滑动破坏。     

基于强度分区的膨胀土路堤稳定性及土工格栅处治效果分析

由于填筑密实度、含水率的差异,整个膨胀土路堤内存在以含水率和干密度为特征的强度分区,且路堤表层土体由于直接受大气、降雨作用,温度、湿度变化频繁,胀缩变形剧烈,裂隙发育,强度将剧烈衰减。但该实际存在的强度分区一般在稳定性计算中多被简化为均质体而不能反映实际情况。强度分区法则考虑大气和气候影响以及路堤内压实度差异,并综合考虑土工格栅的作用。基于强度分区的膨胀土路基边坡稳定性的分析结果表明,强度分区法更能反映路堤土体强度差异的实际情况,能真实地体现改性处治和铺设土工格栅对路堤稳定的贡献,具有显著的优点。对于素填土膨胀土路堤,边坡表层容易发生局部浅层滑动,进而诱发和牵引发生深部滑动破坏;石灰改性后虽能提高路堤稳定性,但表层局部稳定性安全储备并不宽裕,尚未彻底根除安全隐患。土工格栅虽对整体稳定性贡献不大,但可显著提高局部稳定性,并有效地消除膨胀土路堤边坡浅表滑塌的隐患。     

基于倾斜软弱地基的填方工程特性分析

基于有限元方法,以水平软弱地基为参考,对比分析了倾斜软弱地基上路堤分阶段填筑过程中的水平位移、竖向沉降、稳定性等参量的变化规律。分析表明：当地基倾斜时,水平位移沿倾斜面向下发展,并在下坡脚处取得最大值,这明显不同于地基水平情况下水平位移基本按中心轴对称分布的规律。倾斜软弱地基的破坏模式为沿地基倾斜方向向下滑裂破坏,其稳定性明显低于水平软弱地基。计算还表明,抗滑桩使地基体内水平位移增量大大减小,抗滑桩后方的水平位移增量急剧降低。抗滑桩约束了倾斜地基体内水平位移的发展,阻碍了路堤沿地基倾斜方向向下滑裂破坏的趋势,提高了路堤的稳定性,是一种加固倾斜软弱地基的有效方法。     

基于离心模型试验的水泥土搅拌法加固斜坡软弱土地基变形特性分析

为充分掌握斜坡软弱土地基在路堤荷载作用下的变形特性,寻求合理的地基加固措施,以新建达成铁路扩能改建工程某工点为原型,设计了5组基于水泥土搅拌法地基处理方案的室内土工离心模型试验。通过对试验数据的整理分析,结果表明：（1）针对斜坡软弱土地基的上、下坡侧分别采取不同的桩间距布设,可减小斜坡软弱土地基沿横向的差异沉降变形,提高地基加固的均匀性;（2）在斜坡软弱土地基的下坡一侧布设斜桩,具有较好的水平变形约束效果,但在竖向沉降控制方面表现略差;（3）斜坡软弱土地基下坡一侧产生的变形将引起上坡一侧产生相同方向的变形,并以水平变形的表现较明显,地基加固应以控制下坡一侧的变形为重点;（4）地基水平变形沿深度的变化规律因地基布桩疏密的不同而表现出先增大后减小的单峰型曲线和单调衰减的双曲线型两种形态。     

斜坡路基边坡中路堤位移及应力影响参数研究

采用ANSYS有限元分析软件建立斜坡路基边坡有限元数值模型,分析了不同路堤边坡坡度、地基坡度、路堤高度及路基宽度对路堤位移和应力的影响规律,研究表明:1)斜坡路堤边坡坡度的变化对路堤位移及应力影响较小,建议路堤边坡坡度在1:13-1:1.7范围选取;2)随着斜坡地基坡度的增大,路堤位移及剪应力均呈现先增大后减小趋势,建议斜坡地基坡度不超过1:4.5为最佳;3)随着斜坡路堤高度的增大,路堤的位移逐渐增大,最大剪应力先减小后增大,建议实际施工中路堤高度可选取18.22m;4)斜坡路堤的位移及应力均随着路基宽度的增大而增大,实际工程中建议路基宽度不超过20m最为理想。     

抗滑桩加固斜坡软弱地基路堤的数值模拟

在路堤荷载作用下,斜坡软弱地基易产生侧向变形过大、滑塌失稳等病害。路堤下坡脚处采用钢筋混凝土抗滑桩,以有效限制地基侧向变形,是斜坡软弱地基路堤的核心设计原则。采用三维快速拉格朗日有限差分法,经与室内土工离心模型试验成果对比、校核,建立抗滑桩加固斜坡软弱地基路堤的精细化数值分析模型,研究抗滑桩桩距、桩长、桩身弹性模量、桩身横截面尺寸及桩位等设计参数对其内力、变位的影响。研究表明：下坡脚处实施抗滑桩可显著约束斜坡软弱地基侧向变形;需综合考虑桩身受力、经济性、施工等因素确定合理的桩距;桩长应深入滑移面以下,但随着桩长的增长,加固效果增长不明显;随着桩身弹性模量、桩身横截面尺寸的增加,抗滑桩的加固效果得到一定提高;抗滑桩宜设置在下坡侧路堤边坡的中部。     

大气影响下膨胀土包边路堤变形性状研究

在中膨胀土包边试验路堤上开挖形成试坑和试样,采用浸水与非浸水两种方式,模拟大气影响下包边路堤土的状态,通过现场直剪试验、载荷试验和室内膨胀率试验,获得路堤土强度与变形性能的对比参数。基于此建立考虑大气影响的路堤模型,利用平面应变有限元方法,计算与分析路面因路基土湿化膨胀和行车荷载作用所产生的不均匀变形,将其与容许值比较后,评价路面结构破坏的可能性,为中膨胀土路堤填筑方案设计提供依据与参考。     

土工格室加筋垫层路堤破坏模式和稳定性评价

采用土工格室加筋垫层提高软土地基上填方路堤的稳定性已得到认可,但其破坏模式和稳定性分析方法仍未取得共识。作者通过室内物理模拟试验,识别软土地基上无筋垫层路堤、土工格栅加筋垫层路堤和土工格室加筋垫层路堤的失效模式,并在此基础上探讨土工格室加筋垫层路堤的稳定性和临界填筑高度分析方法。研究结果表明:软土地基上无筋垫层路堤和土工格栅加筋垫层路堤发生穿过垫层的圆弧滑动破坏;土工格室加筋垫层路堤呈整体破坏模式,滑动面虽呈似圆弧状但未穿过加筋垫层,破裂面在软土地基中形成和发展,而且位置更深。在识别破坏模式的基础上,通过土工格室加筋垫层的工作机理分析,提出了软土地基上土工格室加筋垫层路堤稳定性和临界填筑高度分析方法。     

川东红层丘陵区软弱夹层工程特性

在川东丘陵侏罗系红层中,分布有多层厚度稳定的软弱夹层,这些软弱夹层在很大程度上控制着斜坡的结构特征和稳定性。在进行工程建设时,若基础持力层范围内存在软弱夹层,必须对软弱夹层进行详细研究。以川东地区工程实践经验为基础,进行总结,并进行其工程特性和力学参数取值方法的分析。     

高速公路超软土地基的真空预压加固研究

某高速公路采用了真空预压法加固高填方路堤的超软弱土地基。试验表明：与常规堆载预压法相比,采用真空预压法工期节省1/4,路堤实际填高6.2 m的超软弱地基土在预压3个月后,其固结度大于95 %,路基沉降量却减少1/3;地基土强度平均增长1.5倍;路堤填筑期侧向挤出的日均位移量小于0.2 mm/d,路堤地基一直处于稳定状态。预估的路基工后沉降均小于20 cm。由此得到的实践经验,可以在其他类似工程中推广应用。     

建筑边距对岩坡地基及上部结构影响数值分析

为节约用地,山地城镇建设中有些建筑建于岩坡地基上,岩坡地基与上部建筑结构之间的共同作用分析成为山区岩土工程实践中的一个课题。基于有限元分析的数值方法,对均质岩坡上建筑边距(建筑距坡顶边缘的距离)对上部建筑结构与地基基础相互作用的影响进行了计算分析,其中边坡地基为10 m高的直立岩坡,基础为平板式筏基,建筑边距分别考虑了2、5、8 m的3种情况。研究了3种建筑边距情况下边坡地基的强度变形情况及上部框架结构、筏板基础的内力和变形情况,分析中上部结构、基础与边坡地基满足三者的受力平衡和变形协调条件。得出了相关结论,对工程实践有一定参考意义     

膨胀土化学改良试验研究分析

膨胀土的改良是膨胀土工程地基处理研究领域中的重要课题之一,已受到岩土科学工作者和工程师的普遍关注。结合某公路膨胀土边坡防护工程,采用ESR生态改性剂进行膨胀土化学改良试验研究,探讨了膨胀土的化学改良机理和效果。结果表明,膨胀土经化学改性为非膨胀土,且由原来的亲水性变成憎水性,能达到较好的水稳定性,尤其是地表浅部的改性土能达到长期浸泡无崩解的效果。改性后的土体具有砂土的特征,各项强度指标大幅度提高,地基承载力有着明显的提高,并随着ESR生态改性剂喷洒次数的增加,其承载力逐步增大,在短时间内达到稳定值,最佳喷洒次数为3～4次。     

强度折减有限元法中的单元阶次影响分析

强度折减有限元法是当前较为有效的边坡稳定性评价方法,且应用越来越广泛。但影响强度折减有限元法的因素有很多,单元阶次是其中比较重要的一个。通过3个经典算例,这些算例分别是二维地基承载力问题、二维边坡和三维边坡问题,分析了单元阶次的选择对强度折减法的影响。计算结果表明：随着单元的增多,线性单元和二次单元都从大于真实解的一侧来逼近真解;相对于二次单元,由于线性单元过“刚”,因此,会过高地估计安全系数,对于实际工程会偏于危险,且误差大,二次单元的误差是线性单元误差的1/8左右。在采用系统最大位移收敛与否的评判标准的基础上,利用二次单元来进行强度折减分析,则可以弥补这种线性单元的不足,得到更加合理的安全系数。二次单元比线性单元更适合于强度折减有限元法。     

基于强度折减的土质边坡破坏及稳定分析

边坡的破坏过程是由土体局部破坏向整体失稳发展的过程,其塑性区的开展及其水平位移增量的变化较完美地展现了这个过程。根据边坡的实际破坏和有限元数值模拟情况,提出了以特征点位移增量的突变及塑性区贯通作为边坡的失稳判断准则;并以此为判据,采用基于强度折减的大变形有限元方法分析了土质边坡的破坏及稳定性。研究表明,采用强度折减有限元法可有效分析边坡的破坏及其稳定性;此外还分析了带有软弱夹层黏土边坡的破坏性状及其稳定性,并比较了大、小变形有限元的计算结果,结果表明,带有软弱夹层黏土边坡的破坏性状随软弱夹层土体性质的变化而变化,由大小变形有限元分析得到的边坡稳定安全系数较为一致,但边坡的破坏机制随软弱夹层土体性质变化的转变点不同。     

基坑土钉支护边坡有限元稳定性分析方法探讨

针对基坑土钉支护开挖边坡的稳定性,讨论了极限平衡方法的局限性,指出应用有限元方法分析评价基坑土体结构稳定性是近年来研究的新趋势。采用滑面应力分析法和强度折减法两种有限元方法对基坑边坡的稳定性进行了研究。对于无支护的基坑边坡,两种有限元方法得到的安全系数和滑动面结果一致,且滑动面形状随基坑土体强度的降低保持不变。对于采用土钉支护的基坑边坡,两种有限元方法得到的安全系数结果一致,不同阶段下滑动面形状和位置不同,这主要是由于在强度折减时,仅仅对土体强度参数进行折减,而未考虑土钉自身强度的降低。最后指出,在应用强度折减法时,是否考虑土钉自身强度的折减有待进一步研究。     

复合地基加固路堤的稳定性分析

通过对复合地基加固路堤稳定性的极限平衡法和有限单元法的计算结果进行对比分析,揭示出当路堤的稳定性由复合地基决定时,极限平衡法和有限单元法的计算结果存在较大差异。应用岩土有限元软件Plaxis中的强度折减法可得到合理的路堤稳定性分析结果。对复合地基中桩体破坏模式的分析认为,桩体发生非剪断破坏之外的弯曲、转动、拉伸等破坏模式是极限平衡法与有限单元法计算结果产生差异的根本原因。由此进一步指出,当处理存在土与结构物相互作用的边坡稳定问题时,极限平衡法的分析结果可能会高估了边坡的稳定性,应慎重判别其合理性。     

基于工程包边法的膨胀土抗剪强度干湿循环效应试验研究

根据包边法施工中填芯重塑膨胀土和包边石灰改性膨胀土的实际工程状态,设计了反映其运营状态的干湿循环过程,对6次干湿循环前、后膨胀土的强度特性进行了较为系统地试验研究。结果表明,在压实度为90%~96%时,干湿循环前重塑膨胀土和石灰改性膨胀土慢剪强度及强度参数均随干密度单调增加,而干湿循环后其黏聚力c随干密度单调增加,干密度对内摩擦角φ的影响则明显变小;重塑膨胀土和石灰改性膨胀土干湿循环后的残余强度受干密度制约性不大,但干湿循环前、后重塑膨胀土和石灰改性膨胀土的残余强度参数存在差异,且干湿循环幅度对膨胀土强度参数也有一定的影响;在分析干湿循环前、后反复剪切试验结果及膨胀土边坡长期破坏机制的基础上,认为对于膨胀土路堤,在进行强度参数选取时宜适当考虑干湿循环及其幅度对于残余强度参数的影响;利用石灰改性膨胀土包边处理填筑膨胀土路基较为适宜。     

圆弧滑动有限元土坡稳定分析

提出一种基于有限元应力变形计算的边坡稳定分析方法,仍假定滑动面形状为圆弧形,有限元网格由一组同心圆作为纬线,一组竖向线为经线构成。对两相邻圆弧线所夹的弧形带分析滑动力和抗滑力,建立平衡方程,确定安全系数,其中小值安全系数对应的弧形带为可能的滑动带。变化圆心位置用优选方法寻找最小安全系数对应的圆心,从而得出真正的滑动面。算例分析表明,该方法计算所得安全系数与Bishop法接近,是合理的,其突出优点是由有限元计算直接得出滑面上的应力,而不须作近似的插值处理,因而应力更准确。该方法可以考虑土的非线性变形特性,也更符合土的实际情况。此外,用有限元计算得出位移,亦可将稳定分析和变形联系起来,为现场通过位移监测来估计边坡的稳定性提供了可能性,同时也为膨胀土边坡的稳定分析中考虑膨胀性的影响提供了可能性。     

基于有限元软件自定义本构模型的膨胀土边坡降雨入渗分析

降雨条件下,边坡土体吸水软化造成抗剪强度降低是引发边坡失稳的重要因素之一。雨水在边坡土体中的入渗过程是动态变化的,土体含水率（饱和度）也会随之发生持续变化,因此,研究土体抗剪强度在动态环境下的变化规律,对实时评价降雨工况下土体边坡的稳定性具有重要意义。文章以贵州省尖山营地区的膨胀土为研究对象,基于非饱和土强度理论,结合室内剪切试验数据分析了膨胀土的抗剪强度指标与土体含水率的关系,提出了以含水率为变量的抗剪强度公式;基于ABAQUS有限元软件平台的二次开发技术编写了USDFLD子程序,结合室内试验得出的土体抗剪强度变化规律,分析了降雨条件下土体含水率变化引起的强度衰减与土体重度变化对膨胀土边坡稳定性的影响。结果表明:随膨胀土含水率增加,土中颗粒吸水膨胀,颗粒间距缩小,矿物颗粒间的黏结作用逐渐增大,直至集合体空隙充水,吸力减小,黏结作用迅速减弱;膨胀土的抗剪强度总体呈递减趋势,其中,黏聚力先增后减,内摩擦角递减。应用ABAQUS有限元软件的二次开发技术可实现土体参数随含水率的动态变化而变化,为降雨条件下非饱和土边坡的有限元分析提供了一种新的技术手段。     

岩体软弱夹层渗透变形试验及三维有限元数值模拟

渗透变形或渗透破坏是由潜蚀强烈发展而出现的一种特有的不良地质作用,本文结合某大型水电工程坝基存在的软弱夹层,在现场取样试验,研究了这些软弱夹层在渗透水流作用下发生渗透变形的方式和程度,并以试验成果为基础,根据水工建筑物的布置以及上下游水头差等条件,采用数值模拟的方法模拟软弱夹层的水力梯度分布情况以及软弱夹层与上下两盘基岩中的水力梯度分布,为坝基防渗设计提供依据。