土坡悬臂式抗滑桩一种抗震设计计算方法

在强震动力作用下,边坡常会产生较大的永久位移,且抗滑桩锚固段顶端前侧局部地层易进入塑性屈服状态,这在传统的悬臂式抗滑桩抗震设计计算中没有给予充分考虑。基于Nemark滑块位移法和极限分析原理,提出了考虑边坡设计安全系数和地震永久位移的作用于抗滑桩上设计滑坡推力的计算方法;同时,根据锚固段地层进入塑性屈服状态的情况提出把锚固段分为塑性区锚固段和弹性区锚固段分别计算,前者按极限地层反力法采用悬臂梁模型计算,后者按照弹性地基梁模型计算,在两者界面处需满足桩体内力和变形以及地层反力的连续条件。结合一土质边坡工程算例,给出了所提出的悬臂式抗滑桩抗震设计三段分析法的具体计算过程和结果,进一步表明所提出的方法具有技术合理性和经济性。     

地震作用下黄土边坡动力响应数值分析

利用FLAC3D软件对某三级黄土边坡进行了动力反应分析。首先分析了静力作用下该黄土边坡剪应变增量和坡面、坡内、坡顶不同监测点的位移;在此基础上进行动力分析,得出黄土边坡地震动力响应规律。研究结果表明,静力作用下坡面上水平向位移明显大于垂直向位移,水平向位移从坡底向上逐渐减小;坡面处位移较大,位移在每级坡坡脚稍向上一定范围内达到最大值;地震作用下黄土边坡剪应变增量由坡脚稍向上部位开始向周围扩展,范围明显增大,且随地震持时的增加剪应变增量增幅较大;塑性区变化显示该黄土边坡坡顶以拉破坏为主,坡脚稍向上开始以剪破坏为主并伴有拉破坏。黄土边坡对地震波具有临空面放大效应,地震波在坡体内传播过程中还具有滞后效应     

地下水位升高时黏性土无限边坡的水平位移

在平面应变条件下,采用摩尔-库仑强度准则和相关联流动法则,对地下水位升高过程中平移模式下的黏性土无限边坡进行了弹塑性分析,探讨了坡体变形的变化规律,分析了边坡安全系数和坡面水平位移的关系。数值分析表明,土坡的初始应力状态和抗剪强度指标对地下水位升高过程中滑坡前塑性区的厚度、坡体内塑性应变和水平位移的发展都有很大影响。     

悬臂式抗滑桩加固黏土边坡地震永久位移算法

为了有效地确定悬臂式抗滑桩加固的黏土边坡地震永久位移,基于极限分析上限定理,针对圆弧滑动式土坡破坏模式,通过对设置抗滑桩条件下土坡进行外力功率和内能耗散率的计算,按严格力学定义推导出坡体在地震作用下的安全系数,进而导出与安全系数相对应的边坡地震屈服加速度计算公式,并结合Newmark滑块位移法对边坡产生的转动加速度进行二次积分,推导出与边坡设计安全系数密切相关的坡体地震永久位移的详细计算公式。以5.12汶川地震卧龙测站东向地震波为例,通过对一算例边坡进行分析,给出了边坡永久位移时程曲线以及不同设计安全系数与永久位移的关系,分析了算法与Ambraseys算法的结果,验证了所提计算方法的有效性,并得到不同设计安全系数时边坡土体黏聚力和内摩擦角对坡体永久位移的影响规律。研究结果表明,坡体永久位移随着设计安全系数的增加逐渐呈指数函数式减小变化,在较低设计安全系数下,坡体永久位移受土体抗剪强度参数影响较为敏感,随着设计安全系数的提高,这种敏感性则逐渐降低。     

地震作用下堆积体边坡的坡面变形与失稳机制

地震作用下堆积体边坡的动力响应特性十分复杂,单一抗震安全系数不足以评价其动力稳定性。通过大型振动台试验,研究了连续多级地震荷载作用下,地震波的类型、卓越频率及峰值加速度对堆积体边坡坡面永久位移的影响,并初步分析其失稳机制。试验结果表明,相同峰值加速度下振动型地震波比冲击型地震波更容易产生坡面永久位移,地震波卓越频率对坡面永久位移也有重要影响;堆积体边坡在峰值加速度apeak=0.2g时开始有大颗粒石砾滚落,对应的坡面永久位移在apeak=0.2g～0.3g之间开始产生并显著增大,另外利用考虑坡面几何形态变化的改进Newmark法对坡顶的永久位移进行了估算。通过坡面永久位移评价堆积体边坡的动力稳定性有一定合理性。     

基于FLAC-3D黄土边坡地震作用下动力响应数值分析

基于FLAC-3D有限差分软件建立一个典型的黄土边坡模型,分析地震动荷载作用下边坡的动力响应特性和动力失稳机制。边坡的水平位移图表明,地震作用下边坡坡脚位移向下,发生剪出变形,坡脚为薄弱部位;剪应变增量由坡脚逐渐向坡内、坡顶扩展,中部位置剪应变较静力作用下发生较大变化,塑性区从坡脚稍向上部位向坡体内部发展,范围增大;坡脚、坡面、坡顶和坡内等监测点的速度时程曲线表明,地震波在坡体内传播过程中具有滞后效应,同时,坡体对地震波具有临空面放大效应。     

降雨入渗时无限边坡的水平位移与稳定性分析

采用Mohr-Coulomb强度理论,对下有不透水层的无限边坡进行了弹塑性分析,探讨了降雨过程中坡面水平位移的变化规律,分析了边坡安全系数和滑坡前坡面水平位移的关系。数值分析表明,土坡的抗剪强度参数、初始应力状态和降雨强度对边坡的安全系数和水平位移都有很大影响,但初始应力状态对滑坡发生的时间没有影响,对于具有较小抗剪强度参数的边坡,如果降雨强度较大,则滑坡时的水平位移较小。     

基于静动力有限元的边坡抗震稳定分析方法

由人工截断边界输入地震波,通过时程积分法确定地震荷载作用下边坡的应力和变形,在人工截断边界上采用黏-弹性人工边界条件模拟地基辐射阻尼的影响。采用有限元强度折减法求解边坡稳定安全系数,以塑性区贯通时刻特征点的位移突变作为边坡失稳的评判标准。非线性有限元和黏-弹性人工边界条件结合运用,建立了基于静动力有限元的边坡抗震稳定分析方法。该方法在稳定安全系数的定义上和传统的刚体极限平衡法是一致的。以十里铺水电站为工程实例,分析了库区边坡的抗震稳定性,得出了边坡动力位移时程和动力稳定安全系数,计算结果合理评价了实际工程在地震荷载下的稳定性。     

强震作用下多层土质边坡破坏规律与变形特征

通过对汶川地震受灾区北川县陈家坝地区的地质灾害调查,根据现场松散土质边坡破坏情况,由工程地质类比法选择了计算模型和地震波,采用岩土弹塑性理论和FLAC3D软件分析了多层土质边坡在动荷载作用下边坡单元的剪切拉伸破坏和剪切应变动力响应规律。研究表明,在水平和竖直地震波联合作用下,地震边坡单元首先在坡体内产生剪切破坏。随着震动时间的增加,剪切破坏单元向坡脚和坡肩处延伸,而在坡肩处主要产生拉破坏,一旦剪切破坏面和拉破坏面贯通,将导致边坡失稳。强震过后边坡坡脚鼓出,坡肩下凹,整个坡体呈弧形破坏。      

地震作用下预应力锚索边坡的稳定性分析

稳定性分析对边坡工程具有重要的意义。为探究地震对预应力锚固边坡的影响,基于预应力锚索具有安全储备的特点,分析了地震作用下边坡的分阶段模型。在传统Newmark法的基础上,采用拟动力计算,推导了顺层岩质边坡的位移、锚固力和安全系数计算公式。结合工程两个算例,探究了不同锚索模型和地震累积作用下的边坡变形规律。由结果可知,当锚索锚固力取固定值时,边坡计算位移偏大,随时间呈线性增长。当考虑锚索的安全储备时,位移增长速率随时间逐渐减小,最后趋近于定值。不同锚索模型对位移影响较大,锚索储备作用不可忽略。同时地震会对预应力锚固边坡产生永久性影响。当再次发生扰动时,其表现为临界滑动阈值的提升,位移增长率与受震经历的加速度幅值呈反指数变化。以露天矿区边坡为背景,在抗震设防标准下确定最佳支护方案。     

FLAC3D在滑坡稳定性分析评价中的应用

本文以高治村滑坡为例,论述了FLAC3D在滑坡稳定性分析评价中的应用。作者首先介绍了FLAC3D的基本原理和主要流程,然后采用摩尔-库伦模型,对高治村滑坡在天然状态和暴雨状态下的变形和位移情况进行了数值模拟,模拟结果直观地显示了该坡体在上述两种状态下的塑性变形及水平方向位移的分布特征,清楚地显示了坡体内潜在的滑动面。文章根据数值模拟结果,对该滑坡的稳定性进行了分析和评价,对该滑坡的变形和破坏形式进行了研究和探讨。通过对该坡体的塑性变形与位移情况分析认为,该滑坡在天然状态下基本稳定;在连续高强度降雨状态下欠稳定,局部失稳滑塌的可能性很大,这与现场调查分析的结果一致。这个结果表明,利用FLAC3D进行滑坡稳定性分析和评价简单、可行,且更加直观、方便,具有传统极限平衡法所无法比拟的优势。     

甘肃天水红旗山黄土滑坡群成因及稳定性分析

天水市位于西秦岭北缘断裂带,区内活动断裂发育,历史上强震频发,诱发了大量黄土滑坡。基于对天水市北山地震滑坡群的野外调查,研究了地震滑坡变形破坏特征;以红旗山滑坡群为典型案例,结合室内测试结果,剖析了红旗山滑坡的变形破坏机制;利用FLAC3D模拟分析了现今红旗山滑坡的稳定性。研究结果表明:天水北山滑坡群由地震作用诱发;红旗山滑坡包含两个主滑动带,历史上经历了3期以上变形活动,演化过程复杂,属地震-降雨耦合型滑坡。现今红旗山滑坡体在天然状态下相对稳定,如遇强震作用将造成坡体内部塑性区贯通,斜坡顶部岩土体将发生滑移。这一研究成果可为潜在强震区地震滑坡的变形机理及防灾减灾提供依据。     

地震作用下锚固边坡稳定性数值分析

地震诱发的边坡失稳是一种重要的地震地质灾害类型,本文结合工程实例,利用有限差分软件FLAC3D 建立了一个边坡的数值分析模型。对比分析了静力状态下锚固前后边坡的塑性区、水平位移和滑移面,地震作用下锚固前后边坡的塑性区、各个时刻的水平位移、锚杆轴力分布和塑性状态,然后分析了边坡的稳定性,并探讨了边坡破坏的机理。数值分析结果表明:锚杆对边坡的加固效果十分显著; 锚杆在发挥锚固作用时主要受拉,且随着锚杆位置高程的增加,锚杆的轴力减小; 有无锚杆支护的边坡在地震作用下的破坏方式不同。研究结果为锚固边坡的抗震设计提供了参考依据。     

茨菇滑坡滑带土扰动样强度参数取值分析及滑坡稳定性评价

位于近坝库区的茨菇滑坡,在水库正常蓄水后有近1/3坡体浸没于水位面以下,蓄水前后的滑坡稳定性对工程影响很大。滑坡区地质环境条件复杂,滑坡成因机制为弯曲折断-滑移的地质力学模式。本文进行了对滑坡区扰动样滑带土在不同含水率条件下的剪切强度试验,试验结果表明,粘聚力与含水量相关性好,而摩擦系数则变化不大。结合极限平衡及有限元数值计算,对茨菇滑坡在蓄水前后天然、暴雨及地震工况条件下的稳定性进行分析。结果表明蓄水前滑坡处于稳定状态,水库蓄水以后,天然工况及暴雨工况下滑坡仍然处于稳定状态,地震工况下,滑坡的稳定性系数在1.0以下,滑坡可能失稳破坏。     

舟曲泄流坡滑坡变形特征及其形成机理

以甘肃舟曲泄流坡滑坡的野外详细调查和变形监测资料为基础,探讨泄流坡滑坡蠕滑变形特征和形成机理。研究表明,舟曲泄流坡滑坡发育于坪定—化马断裂内,属典型的巨型断裂带滑坡。该滑坡由多个次级滑坡组成,表现为蠕滑变形特点,且一直处于不稳定状态。该滑坡是在内外动力耦合作用下形成的,断裂破碎带是泄流坡滑坡发生的充分条件,断裂活动导致坡体发生塑性流动变形;而降雨是滑坡发生大规模下滑的主要诱发因素;地震、坡脚开挖等对滑坡的发展、演化起到促进作用。因此,进一步研究断裂带滑坡的形成机理和成灾模式,对此类滑坡的防治预警有重要意义。     

基于动态残余强度的不同含水率条件下滑坡稳定性研究

长时降雨会引起斜坡发生累进性破坏,在此过程中,滑带土将随含水率的变化达到不同含水状态下的残余强度。传统应变软化模型不能准确表达这一变化过程中滑带土残余强度的动态特征, 而引入动态残余强度的应变软化模型能更加真实地模拟含水率变化时滑坡稳定性的发展。基于此,文章对四川中江县垮梁子滑坡开展了野外调查工作,通过现场竖井获取滑带土,采用环剪试验研究了滑带土力学参数与含水率的关系,在此基础上建立了基于动态残余强度的应变软化模型,模拟了垮梁子滑坡在滑带土处于不同含水率阶段的发展情况。结果表明:含水率的增加使得滑带土抗剪性能显著衰减,峰值及残余抗剪强度呈近乎线性降低,残余强度参数则表现出三次函数型衰减特征。应用基于残余强度参数衰减规律建立的应变软化模型模拟了垮梁子滑坡的变形破坏过程,结果表明在滑带土含水率低于20%时,斜坡仅在前缘局部产生塑性区;当含水率达到22%时,斜坡中上部开始产生塑性区及未贯通滑动面;当含水率达到24%时,塑性区趋于贯通,滑坡进入加速变形状态,并于坡表产生张拉裂缝;当含水率达到26%时,滑坡处于失稳状态,坡表张拉塑性区及破坏面的发展与滑坡现状破坏特征高度吻合。该成果可为相关滑坡的稳定性研究提供一定的理论依据。     

地震诱发滑坡复活机制的FLAC~(3D)数值模拟分析

地震是影响斜(边)坡、滑坡稳定性的主要因素之一。白龙江上某大型滑坡经顺层斜坡发生倾倒变形而成,天然状态下处于基本稳定状态,在"5.12″汶川地震作用下,该滑坡有整体复活迹象,其后缘周界形成了连续贯通的拉裂缝、错动台阶,尤其是滑坡下游区变形拉裂较明显。本文以该滑坡在地震作用下发生复活为例,在分析滑坡所处的区域地质条件的基础上,详细研究了滑坡的基本特征以及地震作用导致滑坡复活的现象、特征,然后利用FLAC3D软件内置动力分析模块对该滑坡复活机制进行了分析、研究。数值分析表明,地震作用下滑坡变形破坏受坡体形态的影响较显著,滑坡对地震波具有明显的放大效应;同一地震动条件下,滑坡体相对周边处于稳定状态基岩边坡对地震更为敏感。这较好地解释了"5.12″汶川地震作用下,该滑坡的复活原因。     

Geological Characteristics and Stability Evaluation of Wanjia Middle School Slope in Wenchuan Earthquake Area

To investigate the formation mechanism and the stability of Wanjia middle school slope in Wenchuan Earthquake Area, the macroscopic geological characteristics and the failure process of the landslide are researched by engineering geology analysis method, limit equilibrium method, and finit element method. The results show that after the Wenchuan Earthquake, retaining walls, houses and other infrastructure on the foot of Wanjia middle school slope were severely destroyed, 10 cm wide tension fracture appeared at the trailing edge of the slope. Wanjia middle school slope is a type of medium-sized soil landslide. The area of the deformation body is about 19,314 m², the total volume of the deformation body is about 23 × 10⁴ m³. There may be two potential sliding surfaces in the unstable slope: shallow and deep landslide. The analysis results of the limit equilibrium method and the finite element method show that: under dead weight, dead weight + rainstorm, dead weight + earthquake conditions, the plastic zone occurs mainly at the middle part or the trailing edge of the slope, and it doesn’t fully cut through the deep landslide body, so the deep landslide is stable. However, under rainstorm or earthquake conditions, the plastic zone almost completely cut thorough the shallow landslide body, it shows that the shallow landslide is in the understable–basic stable state. It is found that the results of finite element method is concordant with the results of the limit equilibrium method (F _s = 1.06–1.29, the shallow landslide is in the basic stable–stable state). The calculation results show that shallow landslides are likely to occur in Wanjia middle school slope during a rainstorm or an earthquake, so monitoring and control of the slope should be strengthened. The shallow landslide should be managed by some measures, such as anti slide pile retaining structures and drainage works, and the dangerous rock bodies on the slope surface should be cleaned up.     

强震作用下顺层岩质斜坡动力失稳机制及启动速度研究

岩质斜坡地震稳定性评价和地震滑坡启动速度计算是边坡地震失稳防治中的难点。结合5•12四川汶川地震诱发的大型高速滑坡,重点以唐家山高速滑坡为例,提出强震作用下中陡倾顺层岩质斜坡动力失稳机制为拉裂－楔劈－滑移－剪断,并着重阐述了拉裂面形成机制、“楔劈”岩块的杠杆作用和碎屑岩块的滚动摩擦效应。对应于该失稳模式,采用弹性力学理论,推导出地震作用下顺层岩体斜坡锁固段的破坏判据和突发剪断时锁固段岩体的形变能公式。考虑锁固段岩体形变能释放的优势方向,运用能量转化原理,给出了更为合理和精确的顺层岩质滑坡突发启动速度公式,进而确定滑坡启程速度。其研究结果为滑坡灾害范围和冲击损害程度提供有效定量计算方法。     

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。