某营运高速公路类土质边坡的稳定性分析及加固设计

某高速公路类土质边坡表层为坡积土,下伏强风化—弱风化泥页岩,公路营运巡检中发现该边坡出现变形破坏迹象。对该类土质边坡变形破坏发展过程、成因及稳定性进行分析研究,研究结果表明,该边坡破坏形式为浅层牵引式滑坡,分别利用有限元强度折减法和瑞典圆弧滑动面法对边坡的稳定性进行分析计算,计算结果显示,正常工况下和非正常工况I（暴雨）下边坡都处于不稳定状态,经综合分析结合稳定性计算,提出采用封闭坡表裂缝+预应力锚杆格梁+仰斜排水孔进行治理,加固后的监测数据验证了边坡的稳定性和治理方案的可靠性。研究成果可为类土质边坡滑坡灾害防治提供参考。     

强度折减法在高含水滑坡稳定性分析中的应用

文章依据滑坡体岩体破碎、地下水丰富、坡体含水量高、滑坡面积大、厚度小、稳定性差等特点,选取青海省麦秀山1^#滑坡为例。结合麦秀山地区的工程地质特点,利用FLAC-3D有限差分程序,基于强度折减法对该滑坡进行了稳定性分析。通过对滑体岩土体强度指标的折减,模拟地下水对岩土体的影响,当边坡的塑性区由坡脚贯通至坡顶、坡体上特征点的位移值产生突变,且无限制的增长时,认为边坡达到临界破坏状态,此时的强度折减系数即为滑坡的稳定系数,同时可得到滑坡失稳破坏的潜在滑动带,以揭示滑坡的失稳破坏机理。分析计算表明：强度折减法不仅能够模拟出滑坡渐进破坏的过程,而且所求得的稳定系数更符合滑坡的实际状态,在滑坡稳定性分析中具有明显的优势。     

ANSYS有限元技术在边坡稳定性分析中的应用

首先对比分析了极限平衡法和有限元分析方法在边坡稳定性分析应用中的特点,然后介绍了有限元强度折减法的基本原理,并以一处滑坡的算例阐述了ANSYS有限元技术在边坡稳定性分析中的应用及其长处。     

基于SLFT的边坡强度折减法失稳判据

强度折减法在评价边坡稳定性时不需要假设和搜索临界滑裂面,相对于其它方法具有一定优势,但失稳判据尚无明 确标准。滑移线场理论（SLFT） 可以计算得到的极限状态下的边坡坡面曲线（简称极限坡面曲线）,已有研究表明极限坡 面曲线与边坡坡面的相对位置关系可以判断边坡稳定性。基于该结论提出一种边坡强度折减法失稳判据：不同折减系数计 算得到不同的强度参数,因此滑移线场理论计算得到的极限坡面曲线将发生变化,当极限坡面曲线与边坡坡面在坡底相离 时,判断边坡为稳定状态;当极限坡面曲线与边坡坡面相交于坡脚时,判断边坡为极限平衡状态;当极限坡面曲线与边坡 坡面相交时,判断边坡为失稳状态。对标准边坡考题的计算结果表明：提出的失稳判据收敛性较好,安全系数计算结果与 标准答案和已有失稳判据分析结论相差较小;传统失稳判据收敛指标的确定没有明确标准,当位移突变曲线光滑时很难找 到突变点,很难准确计算对应的安全系数,更重要的是传统失稳判据判断边坡极限状态受到人为主观因素的影响,而提出 的失稳判据可以实现失稳判据的客观标准化;确定的临界滑裂面形状以及在边坡中的位置都与标准答案基本一致,提出的 失稳判据适用于强度折减法。     

基于SLFT的边坡强度折减法失稳判据

强度折减法在评价边坡稳定性时不需要假设和搜索临界滑裂面，相对于其它方法具有一定优势，但失稳判据尚无明 确标准。滑移线场理论（SLFT） 可以计算得到的极限状态下的边坡坡面曲线（简称极限坡面曲线），已有研究表明极限坡 面曲线与边坡坡面的相对位置关系可以判断边坡稳定性。基于该结论提出一种边坡强度折减法失稳判据：不同折减系数计 算得到不同的强度参数，因此滑移线场理论计算得到的极限坡面曲线将发生变化，当极限坡面曲线与边坡坡面在坡底相离 时，判断边坡为稳定状态；当极限坡面曲线与边坡坡面相交于坡脚时，判断边坡为极限平衡状态；当极限坡面曲线与边坡 坡面相交时，判断边坡为失稳状态。对标准边坡考题的计算结果表明：提出的失稳判据收敛性较好，安全系数计算结果与 标准答案和已有失稳判据分析结论相差较小；传统失稳判据收敛指标的确定没有明确标准，当位移突变曲线光滑时很难找 到突变点，很难准确计算对应的安全系数，更重要的是传统失稳判据判断边坡极限状态受到人为主观因素的影响，而提出 的失稳判据可以实现失稳判据的客观标准化；确定的临界滑裂面形状以及在边坡中的位置都与标准答案基本一致，提出的 失稳判据适用于强度折减法。     

边坡渐进破坏的动态强度折减法研究

边破的变形破坏是量变积累到质变的渐进发生过程,由坡体内部潜在滑动面的逐渐破损并扩展至整体滑面。基于强度折减法思想,提出模拟边坡渐进破坏的动态强度折减法。该方法利用屈服接近度指标YAI确定边坡的破损区域,将YAI<0.2的区域定为破损区,通过不断动态折减局部破损坡体的强度参数,使边坡潜在滑动面渐进演化至贯通,边坡达到极限平衡状态。算例计算表明,该方法可有效解决强度折减法中折减范围的问题,克服整体强度折减法破损区过大的缺陷,获得的位移变化趋势与破损区演化过程也具有良好的一致性。动态强度折减法真实再现了边坡渐进失稳过程,为强度折减法更有效地应用于边坡稳定性定量评价提供有效途径。     

用点接触模拟滑面的滑坡稳定性分析方法

结合有限元强度折减法,用点接触模拟滑面,提出了适用于已知滑裂面的滑坡稳定性分析及滑坡推力计算的数值计算方法。以滑坡体为分析对象,用切向和法向两组弹簧的弹簧力来模拟滑裂面上的剪切力和法向力;结合强度折减法和摩尔-库仑强度准则对滑面弹簧刚度进行迭代计算,求解得到了满足静力平衡的数值解。该方法避免了极限平衡条分法求解边坡稳定性时需对条间力进行诸多假设的局限,也避免了有限元强度折减法求滑坡推力时需加桩计算的不便及收敛困难等问题。新方法能计算出极限状态下滑坡体上的应力、滑裂面上的边界力和稳定性系数以及给定安全系数下滑坡体上任意截面的滑坡推力大小、作用方向和位置,具有较严格的理论基础,可为实际工程中滑坡的治理提供一定的参考。     

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FLAC~(3D)的米贝复式滑坡稳定性分析

本文以米贝复式滑坡为工程背景,基于FLAC~(3D)数值模拟方法,建立了滑坡稳定性分析模型,并采用整体强度折减法、双参数强度折减法对滑坡处于两种工况下的稳定性进行了计算分析;最后对两种折减法计算结果进行对比分析。计算结果表明:滑坡在天然状态下,处于欠稳定-基本稳定状态;暴雨状态下,处于不稳定状态,与现场调查分析的结果一致。采用双参数强度折减法得到的潜在滑面比整体强度折减法的要深、塑性区范围要大、显示更清楚。较之极限平衡方法,数值模拟法计算结果直观可靠。     

用有限元极限平衡法分析边坡的稳定性

用有限元分析为基础的极限平衡法计算了边坡安全系数,并将结果与摩尔-库仑屈服准则、外接圆D-P屈服准则强度折减法得到的结果、以及Spencer（极限平衡）法的结果进行了比较,结果表明,有限元极限平衡法计算的边坡安全系数与摩尔-库仑屈服准则强度折减法和Spencer法的结果很一致,而D-P准则强度折减法得到的结果偏差较大。叙述了存在已知滑动面和不存在滑动面时有限元极限平衡法的计算方法。用大型通用有限元软件,如ANSYS等,可方便地进行这种方法的边坡安全系数的计算,并有足够的精度。     

地震荷载对滑坡稳定性的影响评估——以甘肃舟曲南桥滑坡为例

通过实现Druker-Prager屈服准则与Mohr-Coulomb理论等效原则, 采用ANSYS软件模拟, 分别就自重和暴雨状态下施加地震荷载构成不同工况组合, 分析评价了地震荷载对甘肃舟曲南桥滑坡稳定性的影响.以有限元强度折减法为基础, 分别在不同地震设防烈度等级下, 通过改变折减系数计算水平位移最大值和塑性区应变最大值, 以出现突变点、计算不收敛和塑性区贯通来判别土体破坏, 得到不同地震设防烈度下滑坡稳定系数.结果表明:在自重+地震与暴雨+地震工况条件下, 稳定系数差值为0.25~0.32, 为2种工况的相互校核和理论推算提供了参考.有限元强度折减法与极限平衡法的对比分析表明, 二者误差以小于5%为主, 考虑地震工况比不考虑地震工况的滑坡稳定系数下降13%~16%, 进一步验证了数值模拟计算的精准度和可靠性以及滑坡治理中抗震设防的重要性.计算结果符合实际, 在科研和实际设计中值得推广.     

复杂堆积层边坡开挖变形机理及加固效果评价

针对某电力工程换流站高挖方边坡,分别采用极限平衡法和强度折减法对边坡的稳定性和变形特征进行分析。分析结果表明,边坡的稳定性受降雨和地震作用影响显著,两种工况下边坡均处于不稳定状态,地震作用对斜坡地带堆积体结构形成损伤,不但使边坡整体稳定性下降,还促使坡体内裂隙大量发育,利于降雨入渗,进一步恶化边坡的水文地质条件,导致坡体孔隙水压力增加、有效应力降低。边坡加固设计采用桩板墙+坡面格构锚杆支护措施,加固后边坡稳定性系数达到1.406,最大总位移由加固前的425 mm降至9 mm,大幅提高边坡稳定性,表明防护方案能保障边坡安全性,达到防治和风险管控的目的。     

基于极限应变判据-动态局部强度折减的边坡破坏演化数值模拟

岩土材料具有极限应变特征,其值可以通过室内试验或数值模拟方法求得。边坡岩土体主要为剪切破坏,可采用极限剪应变作为材料破坏的判据。事实上,边坡岩土体强度参数劣化并非整体性的,而是一个渐进性局部损伤至整体失稳的过程。本文基于极限应变判据,建立了边坡破坏的动态局部强度折减方法,此方法对边坡中超过极限剪应变值的单元进行强度折减。通过不断折减计算过程中产生的超过极限剪应变值单元,直到坡内超过极限剪应变值的单元贯通,认为边坡整体发生破坏。将该方法应用到实际边坡工程中,计算结果和边坡破坏模式及变形监测数据基本吻合。此方法在分析边坡渐进性破坏及稳定性评价方面具有较好应用前景。     

地震作用前后极限平衡法和强度折减法的边坡稳定分析对比

分别运用极限平衡法和ANSYS强度折减法对国内某边坡地震作用前后稳定性进行了分析,考虑地震作用时采用了拟静力法施加水平和垂直两个方向的地震力.根据地震作用前后两种方法得到的边坡稳定系数、滑动面、滑动体的对比分析发现,两种方法得出的安全系数、滑动面相差不大,说明了强度折减法运用到边坡稳定分析中是合理的.强度折减法得出安全系数均比极限平衡法略大,这是由于强度折减法考虑了土体的应力-应变关系,使得计算结果更符合实际.通过地震作用前后边坡的水平位移图的对比,总结了一些规律,为地震区边坡的锚固提出相应的建议.     

基于非均质边坡强度折减法的三维桥基边坡稳定性分析

基于场变量的强度折减法,以三维一般边坡和陡边坡作为算例模型,对非均质边坡的折减范围进行研究。研究中借鉴某学者研究成果,在ABAQUS中对岩体材料的抗剪强度参数( )和抗拉强度参数T同时进行强度折减,并结合目前边坡失稳判据存在的不足,提出采用坡体内关键部位特征点位移增量 与强度折减系数增量 之比值 和强度折减系数 关系曲线的突变点来确定边坡的临界失稳状态。结果表明,对于一般边坡,只有当黏聚力相差不大的情况下,对黏聚力较小土层实施局部折减才能得到合理的安全系数,对于坡体内存在岩质相差较大的边坡建议采用整体强度折减,相反对于高陡三维边坡而言对相对较软的岩体进行局部折减可以得出较为可信的结果。通过与传统特征点位移法判据相比较,验证了 法的实用性和合理性,同时基于该判据计算出桥基边坡运营期间的安全系数,可为岸坡治理提供理论依据。。     

降雨条件下边坡有限元强度折减法计算平台开发及其应用

降雨是导致边坡失稳的主要因素。目前,使用有限元强度折减法进行降雨滑坡计算时,过程比较复杂,计算工作量大。同时,对降雨边界的处理更加大了计算的复杂性,从而影响了强度折减法在降雨滑坡计算中的推广应用。为了更加准确、高效地将有限元强度折减法应用于降雨滑坡计算,首先基于Geostudio软件采用迭代算法对降雨入渗边界进行处理,通过计算得到每一时刻边坡内的水压分布,然后利用Fortran编制程序将水压转化为等效结点力并导入ABAQUS中,之后结合“基于场变量的有限元强度折减法”对ABAQUS进行二次开发,最终建立降雨条件下边坡有限元强度折减法计算平台。该平台利用Geostudio考虑了降雨入渗边界的复杂性,克服了ABAQUS软件中不能准确模拟降雨边界的问题。同时采用ABAQUS软件提供的场变量,对有限元强度折减法的计算过程进行简化,提高了计算效率,经过一次计算即可求得每一降雨时刻的边坡稳定系数。通过与传统极限平衡法进行比较,发现两者得出的结果具有较好的一致性,表明该计算平台是稳定、可靠的。最后采用该平台对降雨滑坡机理进行研究,研究结果可为边坡防减灾提供参考。     

基于SLFT边坡双折减系数强度失稳判据

基于滑移线场理论（SLFT）,提出了一种边坡双折减系数强度折减法失稳判据:当由滑移线场理论计算得到的极限状态下的边坡坡面（简称"极限稳定坡面"）与原坡面相交于坡脚时,判断边坡处于极限状态。基于提出的失稳判据构建了双折减系数倒数空间的临界曲线,并推导了整体安全系数计算公式。边坡算例计算结果表明:初始点和临界曲线的3种相对位置关系（点在曲线上方,点属于曲线,点在曲线下方）对应3类边坡整体安全系数（FS>1,FS=1,FS<1）,整体安全系数计算结果与边坡状态相符合,确定的临界滑裂面形状以及在边坡中的位置都与已有结论一致。提出的失稳判据适用于计算配套系数和整体安全系数,实现了失稳判据的客观标准定量化。      

应用离散元强度折减对复杂边坡进行稳定性分析

介绍了离散元（DEM）及强度折减法基本原理,利用3DEC软件结合强度折减法对某水电站高边坡进行稳定性分析。对岩体强度参数进行折减,以关键点位移与时间关系曲线发散时的折减系数作为边坡安全系数,根据位移矢量图确定滑面和破坏形态。通过与Dijkstra极限平衡有限元法及Sarma法的计算结果对比,验证该方法的可靠性。在二维计算基础上建立并简化三维模型,模拟边坡三维应力场。结合工程关注区域的应力及位移趋势,采用3DEC中的辅助节理截取典型坡段单宽模型,在已有的三维应力场的基础上对其进行强度折减,弥补了二维强度折减未考虑三维应力场对边坡稳定性影响的不足,把握了工程重点及力学特性,为类似工程提供了一种合理高效的稳定性分析手段。     

黄延高速公路K207+690～830段边坡稳定性分析

在分析黄陵—延安高速公路K207 690~830段边坡特征的基础上,分别用剩余下滑力法、极限平衡法和强度折减有限元法,对在降雨入渗作用下该边坡的稳定性进行了对比分析,提出了针对该边坡特点的重力式挡土墙和疏排地表水相结合的滑坡综合治理方案;用SLOPE/W法对治理后边坡稳定性模拟分析认为,边坡安全系数得到很大提高,治理效果明显。研究表明,与传统的边坡稳定性分析方法相比,强度折减有限元法得到的边坡安全系数物理意义明确,优势明显,具有一定推广价值。     

多层边坡破坏机制数值模拟研究

通过大量的多层边坡算例来分析FLAC3D强度折减法在不同强度、坡比和层厚的情况下所得安全系数与滑动面位置的变化规律,并与极限平衡法进行对比,探究强度折减法和极限平衡法所得结果产生差异的原因,揭示多层边坡的破坏机制。数值模拟计算结果表明:①对于上层土体强度较软的边坡,当上下层强度相差到一定程度,表现为上层破坏,强度折减法与极限平衡法的安全系数相对差值最大,达5%~7%;上层土体厚度h增加时,安全系数逐渐减小;上层土体位于地表以下时,滑动面通过坡趾,安全系数保持不变。②对于下层土体强度较软的边坡,当上下层强度相差到一定程度,强度折减法所得安全系数基本保持不变,但极限平衡法仍保持增长趋势,最大相对差值可达12%;上层土体厚度h增加时,安全系数也相应增大,h位于9~12 m,边坡表现为深层破坏;而h=12 m时,极限平衡法的滑动面却通过坡趾,但安全系数相差很小。当h的变化范围在3~5 m,两种方法的安全系数相对差值最大,达6%~10%。破坏区分布分析表明,边坡呈拉伸-剪切复合破坏,对于下层土体强度较软的边坡,复合破坏模式更显著,与单一剪切破坏模式相比,最大有10%左右的相对差值。