基于可靠度理论的阻滑键加固渣土边坡多目标优化设计方法

随着城市建设的发展,渣土边坡的数量和规模急剧增加,渣土边坡的防控研究受到了广泛关注。针对渣土边坡人工分层堆填建筑余渣土体参数的不确定性,采用预埋阻滑键加固渣土边坡的方式,提出了基于可靠度理论的阻滑键多目标优化设计方法。考虑不同阻滑键潜在组合对渣土边坡预估破坏损失的影响,将渣土边坡的预估破坏损失、稳定安全性和加固设计成本作为设计目标,通过多目标优化理论确定帕累托前沿并计算其关节点,获得预埋阻滑键加固边坡的最佳设计方案。以深圳市某渣土边坡为例,计算结果表明,将破坏概率作为衡量阻滑键加固渣土边坡效果指标时,应在渣土边坡前缘预埋两组尺寸长3 m、间距5 m的阻滑键加固边坡。采用上述阻滑键设计组合加固该渣土边坡时,可实现该边坡预估破坏损失、设计成本和稳定性达到最佳平衡。     

陕北砂黄土高边坡可靠度分析及边坡优化设计

在野外调查及室内试验分析的基础上，阐述了黄土高原北部砂黄土边坡破坏的主要形式，并分析了制约砂黄土高边坡稳定性的相关因素。以陕北地区高等级公路边坡为例，采用极限平衡条分法，建立了砂黄土边坡的状态方程；将抗剪强度参数c、φ值作为随机变量，采用蒙特卡罗（Monte-Carlo）法对砂黄土高边坡进行了可靠度分析。计算结果与已发生破坏的典型砂黄土边坡对比分析表明，抛物线型破坏面可以较好地逼近实际滑裂面；对于同一边坡而言，在大致相同的总体坡度条件下，阶状坡的稳定性明显优于坡形为一坡到顶的边坡。文章基于分析计算结果，对210国道绥德段砂黄土边坡进行了优化设计，所提出的砂黄土高边坡优化设计思路和方法可供工程设计部门参考。     

降雨条件下土质边坡稳定性预测预报方法

降雨往往足引起热带和亚热带膨胀土、残积土边坡失稳的主要促发因素,考虑降雨影响的土坡稳定性预测预报是一个亟待解决的复杂的工程问题.简要介绍了一套能考虑气候影响的非饱和土边坡稳定性分析的极限平衡分析方法和一套可考虑土体非线性和几何非线性的边坡稳定分析及变形计算的有限元方法.提出了一个降雨条件下土质边坡稳定性预测预报模型,其具体思路是:首先用数值方法计算渗流场,然后利用非饱和土的强度理论推求出整个场的强度分布,再利用极限平衡分析方法或有限元方法进行边坡稳定性分析,寻求斜坡稳定安全因数与降雨特征参数(雨强,降雨持时等)相关关系,如此,即可依据气象预报进行土坡稳定性预报.     

非预应力格构锚固机制与优化设计研究

非预应力格构锚固是集坡面生态防护、浅表层与深层加固于一体的新型边坡加固技术,但目前无论就其加固力学机制,还是工程设计计算方法而言,学术界尚未达成共识。在分析边坡开挖失稳破坏力学过程与稳定性工况的基础上,依据应力扩散原理与Mohr-Coulomb强度理论,探讨了非预应力全长黏结格构锚固通过自主调动稳定区岩土体的力学强度来有效改善不稳定区边坡的受力状态和主动约束边坡不稳定变形持续发展的综合加固机制,包括双向挤密效应、锚拉效应、销钉效应、框箍效应与土拱效应;依照优化设计的基本原理与有关规范,构建了格构框架的优化设计数学模型与相关约束方程;利用Matlab7.0编写了该结构优化模型的自动寻优程序;通过在三峡库区某边坡治理工程中的应用,详细地介绍了其优化设计的计算过程;与基于工程类比法的原设计相比,可达到节省工程造价和优化设计结果的目的。     

复杂荷载条件下边坡稳定性的上限极限分析

基于极限分析上限定理与土的抗剪强度折减技术,考虑边坡顶面超载、坡体内孔隙水压力与地震惯性力等复杂荷载,建立了边坡稳定的极限平衡状态方程,采用优化方法求解边坡稳定安全系数及相应的潜在破坏模式。其中水与地震对边坡的影响作用通过虚功方程来体现,将孔隙水压力与地震惯性力当作外力荷载做功,将强度折减系数作为评价边坡稳定性的定量指标。通过典型算例的对比分析,验证了方法的合理性,并探讨了孔隙水压力、地震加速度系数对边坡稳定性的影响。     

基于蚁群优化最小二乘支持向量机模型的边坡稳定性分析

边坡稳定性与其影响因素之间存在着复杂的非线性关系。通过分析影响边坡稳定性的主要因素,采用支持向量机建立边坡稳定性和影响因素之间的非线性关系;同时,考虑到支持向量机参数对预测效果的影响,采用连续蚁群算法对其进行优化选择,从而提出边坡稳定性预测的蚁群优化支持向量机模型。锦屏一级右岸拱肩槽部位谷坡为顺向坡,绝大部分基岩裸露,自然边坡为大理岩边坡,现状稳定。结合锦屏一级右岸拱肩槽边坡,采用蚁群优化支持向量机模型对其稳定性进行预测分析,预测结果与实际情况吻合较好,说明蚁群优化支持向量机模型在边坡稳定性分析中具有良好的实际应用价值。     

基于期望造价的建筑场地填土边坡优化设计模型

建筑场地填土边坡的优化设计是边坡安全与风险评价的关键问题。根据场地工程特点,提出了以最小期望造价为目标函数的填土边坡优化设计模型,构建了模型的主要设计变量和约束条件;指出优化设计模型应与建设规划衔接、应考虑设计参数随机分布以及设计方案适用性。以广西平乐县二塘锰矿区建筑场地整平工程为例,通过优化设计模型的分析,得出了不同高度填土边坡的最优设计坡角和单位工程的最小期望造价,发现填土边坡的工程造价与设计坡高呈线性正相关关系,最优坡角与设计坡高之间为负指数相关关系。     

香港大屿山残坡积土的残余强度试验研究

粘性土的残余强度是边坡稳定性评价、桩基与土的相互作用机理研究及填土边坡设计中的重要参数。本文在综述大量文献的基础上,结合香港大屿山火山岩风化残坡积土的残余强度试验研究,分析了残余强度的测试方法和影响残余强度的因素。研究结果表明,残余强度与有效法向应力间具有明显的非线性关系;与单剪测试结果相比,多级剪测试结果明显偏高。     

降雨干湿循环作用下的渣土边坡稳定性

降雨作用下边坡不同深度岩土体所经受的劣化作用强度差异显著,从而影响边坡的稳定性。以深圳典型渣土边坡为例,基于改进的Green-Ampt模型计算降雨作用下的浸润锋深度,通过干湿循环与直剪试验,获得了浸润锋内渣土抗剪强度参数的劣化规律,结合劣化规律并采用双强度折减法研究了不同降雨工况下渣土边坡的稳定性。研究结果表明:随着干湿循环次数的增加,渣土的黏聚力及内摩擦角均减小,且前期减小得快,后期缓慢,4次干湿循环后趋于稳定,符合指数函数的变化趋势,保持稳定不再衰减的渣土黏聚力为9.5kPa,内摩擦角为19°;综合降雨入渗的干湿循环以及双强度折减法得到的渣土边坡的稳定性系数较仅采用传统强度折减法得到的稳定性系数有大幅度的降低,最大减小了44.5%。该方法可以用于准确评价降雨作用下边坡稳定性。     

基于Mein-Larson入渗模型的凹形边坡稳定性分析

坡面形态对边坡表面应力状态影响显著,而应力状态与边坡稳定性密切相关。以往的降雨入渗模型仅考虑直线形态的边坡,并没有考虑边坡为曲线形态的情况。将Mein-Larson入渗模型与坡形函数相结合,推导降雨作用下凹形边坡的入渗函数,结合极限平衡分析方法,提出一种凹形边坡稳定性计算模型。同时根据坡形拟合与坡形简化的思路,将实际边坡分别当作成凹形边坡和直线边坡进行研究。研究结果表明:湿润锋入渗深度与降雨时间呈线性关系,湿润锋面在不同降雨时刻下均与坡面平行。将实际边坡当作凹形边坡进行分析时,其降雨入渗规律更符合实际情况;当降雨时间为10天时,浅层斜坡模型得到的计算结果为0.95,而本文计算模型与数值模拟得到的稳定性系数分别为1.004和1.003,相对误差不超过1%。因此与以往提出的计算模型相比,该模型不仅考虑了实际边坡的坡面形态,而且具有计算简便、可靠度较高等特点。     

ANSYS在边坡锚喷支护工程中的应用

预应力锚杆支护技术广泛应用于边坡工程,但预应力锚杆的作用机理还缺乏系统深人的研究。通过利用ANSYS提供的非线性弹塑性模型,结合一边坡锚喷支护工程实例,采用基于摩尔-库伦等面积屈服准则的强度理论,对边坡支护前后的稳定性进行分析,对锚固件和边坡岩土体的相互作用进行数值模拟,得出一些有益的结论,对边坡锚喷支护工程优化设计具有一定的指导意义。     

粗粒坝料边坡稳定分析强度指标研究

分别采用线性、非线性强度指标,对几座典型高堆石坝边坡进行稳定计算,并分析了计算结果产生差异的内在原因;认为粗粒土坝坡最危险滑弧位置较浅,低围压区的抗剪强度特性才是决定坝坡是否稳定的关键。在国内外多个堆石坝料强度统计资料基础上,认为De Mello幂函数强度准则更合理地反映不同应力范围抗剪强度的非线性特征;通过拟定不同坝高、坡比的坝坡进行稳定计算,确定了土石坝不同坝高潜在最危险滑块的工作应力范围,并建议了基于该应力范围的线性强度指标取值,其边坡稳定分析最小安全系数与非线性强度指标的计算值基本相当。     

黄土高边坡的三维动力稳定性分析——以固原九龙山边坡为例

针对高烈度区九龙山黄土高边坡的动力稳定性问题,调查分析了该边坡的工程地质条件和场地所在区域构造活动与分布特征。在考察动荷载循环、往复作用下黄土反应敏感性及动强度参数,以及沿坡高确定地震惯性力反应地震作用大小的基础上,将强度参数折减与有限差分方法结合,从而形成了边坡的拟静力强度折减有限差分分析方法。通过九龙山土边坡拟静力强度折减三维有限差分法计算分析,得到了强度折减条件下边坡的位移场和应力场,边坡关键点位移与折减系数之间的关系,以及黄土高边坡的动力稳定性安全系数。其分析结果与传统的二维极限平衡分析方法确定的结果基本一致,验证了边坡拟静力强度折减有限差分方法的合理性。     

千枚岩残坡积土大型直剪试验研究

土体抗剪强度是边坡稳定性分析的重要力学参数,而大型直剪试验是确定粗粒土抗剪强度指标较为有效的方法,但获取所需原状土样较为困难。通过现场挖取边坡残坡积原状土样,开展原状土样和击实土样的室内常规小型直剪对比试验,证明在有效控制密度、干密度和含水率条件下采用击实土样获取的直剪强度指标可替代原状土样试验结果。击实土样的大型直剪与原状土样的常规直剪试验结果对比分析表明,由常规小型直剪试验获得残坡积土的抗剪强度略高于大型直剪试验结果。由于室内常规小型直剪试验获取的抗剪强度指标往往比边坡实际发生滑动时的抗剪强度指标稍大,建议在边坡稳定性分析中对抗剪强度指标选取时,采用以大型直剪试验获得的有效控制密度、干密度和含水率条件下击实土样的峰值强度和残余强度,由此进行的边坡稳定性计算将更为科学合理     

沪蓉西主干线施谭坝边坡工程最优坡比分析

山区高速公路建设中会遇到大量的边坡开挖,其坡比对工程的设计与投资影响较大。因此研究边坡坡比的优化问 题,具有显著的经济效益和社会效益。为了保证边坡开挖工程既安全可靠又经济合理,在分析边坡工程地质条件的基础上,采用剩余推力法计算天然斜坡的稳定性。并根据规范从经济效益考虑,确定在开挖与支护总费用最低时的边坡开挖坡比为最优坡比。实例分析表明,施谭坝边坡工程的最优坡比为1: 0.65,该稳定性分析方法及最优坡比优化设计方案具有实用性和合理性。     

基于强度折减法的顺层路堑边坡土钉墙支护结构稳定性分析

将非线性有限元分析和极限分析相结合形成强度参数折减有限元法,可以灵活地分析强度不均匀顺层路堑边坡支护结构稳定性问题。将岩体力学理论、非线性有限元分析技术和强度折减系数法相结合,对顺层岩体路堑边坡稳定性进行分析。在对密集假设节理有限元模拟中,假设节理在岩体内连续分布,采用连续介质力学方法建立密集分布节理岩体材料模型。采用强度折减系数法计算岩体结构安全系数,建议采用给定的岩体强度参数计算节理岩质边坡开挖、支护完毕后的内力,再逐渐降低岩体强度参数进行岩体边坡非线性有限元分析,直至岩体边坡达到极限状态,从而求出岩质边坡安全系数。采用该方法对渝怀铁路梅江河右岸DK409+989.4～DK410+020段顺层路堑边坡土钉墙支护结构稳定性进行分析,分析结果表明：采用土钉墙支护后的节理边坡塑安全系数为2.3,支护后的岩质边坡处于稳定状态;土钉墙潜在破裂面为岩体弹性区和塑性区的交界面,与测试得到的各排土钉拉力最大值位置一致。     

非稳定渗流条件下非饱和土边坡稳定分析

大量的滑坡灾害表明, 水的作用是影响边坡失稳的重要原因,合理地评价边坡的稳定性,需考虑边坡基质吸力场的变化与水的渗流作用。通过稳定与非稳定渗流条件下的非饱和土堤算例,探讨了Bishop和Fredlund非饱和土抗剪强度公式应用于强度折减有限元法的差异,并与极限平衡法的结果进行对比。结果表明,Bishop和Fredlund非饱和土抗剪强度公式的本质是相同的,而从非稳定渗流条件下的分析结果来看,强度折减有限元法分析的安全系数与极限平衡法分析临水坡和背水坡安全系数的最小值相当接近,强度折减有限元法更适合分析边坡的整体稳定性。此外,采用Bishop强度公式可以通过用饱和度代替基质吸力参数来体现基质吸力对强度的影响,在分析饱和度较高的非饱和土边坡稳定性时较为方便。     

基于统一强度理论的土石坝边坡稳定分析遗传算法

将非线性统一强度理论应用于土石坝边坡稳定分析中,考虑坝体各应力分量包括中间主应力对土质材料强度的影响,以区别于传统土石坝稳定分析中仅考虑剪切和拉伸极限强度的极限平衡法。提出了一个土石坝边坡稳定优化分析模型,并采用最优化遗传算法对土石坝边坡进行断裂面优化搜索。研究表明,统一强度理论中反映中间主应力效应系数值变化对坝体稳定安全系数有显著影响。利用遗传算法对土石坝边坡稳定进行分析时,不必事先假定滑裂面的形状,根据土石坝非线性统一强度理论的剪裂破坏准则进行滑裂面搜索。针对常规最优化方法容易陷入局部最优解的缺陷,基于MATLAB遗传算法工具箱对土石坝边坡稳定性进行分析,分析结果表明,统一强度理论结合遗传算法能克服常规最优化方法在寻优过程中一些缺陷,计算结果更自然合理。     

基于灰色关联分析法的边坡敏感性分析

综合考虑边坡坡高、角度、岩土体黏聚力、摩擦角和容重等因素对边坡稳定性的影响,通过有限单元应力法建立数值模型,进行应力分析,最后计算得到边坡安全系数,这一方法将数值分析和极限平衡方法有机地融合在一起,达到优势互补的效果;然后基于灰色关联分析法对有限单元应力法得到的数据建立数学模型,对各影响因素与安全系数进行关联分析,最后得到各影响因素对边坡稳定性影响的敏感性。结果表明:影响边坡稳定性的因素敏感性依次为黏聚力、容重、摩擦角、边坡角度和坡高。利用敏感性分析结果,可对边坡加固位置提出设计改进,将有限的加固措施加于敏感性较高的位置,能够更有效地提高边坡的稳定性。     

平面坡体渐进破坏模型及其应用

平面坡体渐进破坏模型旨在通过在坡体稳定性分析中引进渐进坡坏的概念,来较合理地考虑岩土材料的峰值强度和残余强度在稳定性分析中的不同作用。通过与其它稳定性分析方法进行比较以及实例应用研究,证明该计算模型可用于初步判断坡体稳定状态并估算其破坏变形范围。这一研究也说明了水对边坡破坏的重要作用。