山西乡宁—吉县地区黄土高边坡可靠度研究

在山西乡宁—吉县地区实测了7个具有代表性的自然极限状态黄土高边坡断面,建立边坡地层结构模型;选取研究区合理的黄土物理力学参数,并分地层年代对10个典型工点的黄土强度参数内聚力和内摩擦角的变异性进行分析;选取6组典型的强度参数变异系数组合,基于Monte Carlo法进行可靠度模拟,评价该区边坡稳定性;采用自然类比法进行边坡设计.结果表明:边坡失效概率随坡高的变化趋势一致,均是中等坡高(49.8m)的边坡失效概率较大,低坡和高坡的失效概率较低;当变异系数较小时,边坡失效概率对坡高和坡度的变化敏感,而当变异系数较大时,边坡失效概率对坡高和坡度的变化不敏感;当坡型一定、强度参数变异系数较小时,边坡的稳定系数基本不变,而当参数变异系数超过某一界限时,稳定系数随变异系数的增大而增大,二者存在非线性相关关系;研究区黄土边坡处于基本稳定状态,但其失效概率最大达69.3%,平均21.1%,介于20%~30%的比例为33.3%,大于30%的比例为14.3%,可靠度指标介于-0.5~8.5,其中小于2.7的比例为88.1%;对于坡高约为50m的黄土高边坡,若取30%作为可接受失效概率,边坡坡度需降至45°以下,如果期望可接受失效概率在10%以内,则坡度不宜超过34°.     

基于内外功率比的非直线坡面型边坡的稳定系数研究

在边坡稳定性上极限分析中, 由于考虑了材料的理想弹塑性本构关系与相关流动法则, 相比极限平衡法更符合岩土材料的特征。在以往的二维边坡极限分析上限法中, 要求坡面形态为规则的直线, 而无论是天然边坡还是人工边坡, 边坡的坡面形态往往并非规则的直线。此外, 以往的边坡极限上限分析中得到的稳定数N_s=c/γH主要针对土坡的临界高度计算, 且未考虑孔压等外力对边坡施加的外功率。不同于传统极限平衡法采用静力学的平衡条件, 本研究针对非直线型坡面边坡稳定性问题, 假定滑动面为对数螺旋线, 基于极限分析上限定理和虚功原理, 提出了一种边坡发生旋转破坏时旋转中心的确定方法, 推导出了非直线型坡面边坡的重力虚功功率和能量平衡方程的解析解, 并提出了基于内、外功率之比的稳定系数K用以评价边坡的稳定性。通过算例比较了不同形态天然边坡的稳定性和人工削坡对边坡稳定性的影响, 并分析了边坡的坡度(β)、土体的内摩擦角(φ)、黏聚力(c)以及孔压系数(r_u)对稳定系数K的影响规律。对于坡度较大的边坡, 通过削坡改变坡面形态提高了边坡的稳定系数K。稳定系数K随黏聚力的增加而非线性增大, 随孔压系数的增加而降低。当黏聚力相对于孔压系数对边坡稳定性影响更大时, 稳定系数K随内摩擦角的增加而增大; 反之, 稳定系数K则随内摩擦角的增加而减小。以上结果符合对边坡稳定性分析的普遍认知, 验证了模型的合理性。另外, 通过将该方法与传统的Bishop法的计算结果进行对比, 发现安全系数F_s=1与稳定系数K=0的临界状态物理意义相同, 稳定系数K随黏聚力非线性增加, 更符合边坡的渐进破坏过程。      

黄土高原边坡特征与破坏规律的分区研究

为了研究黄土高原自然边坡的特征及破坏规律,按山系与水系或水系的分水岭、地貌单元、地层岩性特征等条件,将黄土高原划分为8个区:临洮—永靖区、天水—通渭区、兰州—会宁区、陇东区、靖边—安塞区、隰县—离石区、甘泉—吉县区和汾渭区.根据极限状态边坡的4个野外判别标准,测量了8个区510个自然极限状态黄土边坡断面,分区采用指数模型回归边坡坡高与坡宽的相关关系,计算各区20、50、100m坡高的边坡稳定系数和失效概率.结果表明:黄土高原的边坡特征与破坏形式具有分区特征,且南北差异性明显.临洮—永靖区边坡坡高与坡宽呈线性关系,表明该区边坡坡度不随坡高变化,边坡稳定性受内摩擦角控制;兰州—会宁区和靖边—安塞区高坡陡,低坡缓,高坡不稳定,易发生错落式滑坡;天水—通渭区、甘泉—吉县区和汾渭区高坡缓,低坡陡,稳定性计算结果显示高坡和低坡都较为稳定,但由于地层结构和地貌的特点,高边坡易发生低速蠕变型滑坡或高速远程滑坡;陇东区边坡整体上较为稳定;隰县—离石区受黏粒含量较高的Q1地层控制,高边坡稳定性较差;50m左右坡高的黄土边坡稳定性对强度指标内聚力、内摩擦角的敏感度都高,易于失稳.     

公路弃土场边坡的稳定影响因素敏感性分析

以日照市岚山区某弃土场为研究对象,通过对现场调研并采样开展直剪试验,在压实度分别为90%、92%和95%的情况下取得不同的黏聚力c和内摩擦角φ值,通过MIDAS GTS NX进行数据模拟,选取MohrCoulomb模型,采用有限元强度折减法(SRM)算出边坡的等效应变塑性区及安全系数,以此分析边坡稳定性。利用数值模拟的结果,分别绘制坡高、坡比与安全系数的关系图,归类分析不同坡高和坡度对边坡稳定性系数的变化规律。通过边坡稳定影响因素的敏感性分析,分析影响边坡稳定性各因素与边坡安全系数之间的相关性,即分析各因素的变化对于边坡安全系数的影响程度。     

平面剪切岩质边坡滑裂面的确定及稳定性分析

由于传统搜索方法对岩质边坡滑裂面的确定无法兼顾效率与精度, 如何迅速准确确定潜在滑裂面仍然是个难题。极限平衡法在岩质边坡稳定性分析中备受认可, 采用岩质边坡平面剪切滑动模型, 以滑裂面的倾角来表征潜在滑裂面的位置; 基于极值法, 推导了极限平衡条件下平面剪切破坏型岩质边坡潜在滑裂面的解析解, 并结合香港秀茂坪路边坡对其准确性进行了验证, 进一步对四川宜宾打营盘山公路多级边坡进行了整体稳定性分析。结果表明: 香港秀茂坪边坡采用本文方法确定的边坡潜在滑裂面倾角与实际滑坡倾角基本一致。实际工程应用中, 采用Slide软件中布谷鸟搜索法和模拟退火法两种搜索方法得到的滑裂面倾角分别为38.0°和37.0°, 本解析法所得倾角为34.8°; 选用Janbu法、Morgenstern-Price法和Sarma法分别计算对应的稳定系数, 结果均为1.04左右, 本文所得稳定系数为1.15, 可见本文方法所得结果基本准确。通过参数敏感性分析发现, 随着黏聚力的增加, 边坡滑裂面倾角越来越小, 稳定系数也随之增加; 而当内摩擦角增大时, 边坡滑裂面倾角和稳定系数也随之增大。      

一种考虑波动效应的拟动力地震边坡稳定性分析方法

考虑地震波在坡体内的传播特征,基于拟动力法,结合传统静力边坡稳定性分析极限平衡法(瑞典条分法),推导了边坡地震力公式和地震边坡稳定性安全系数公式。在此基础上,借助MATLAB软件开发了最危险滑面搜索和安全系数求解程序,实现了一种考虑波动效应的拟动力地震边坡稳定性分析方法。通过探讨地震动特性对地震边坡稳定性的影响,得到了地震边坡稳定性安全系数随地震动参数的变化规律。对于既定边坡,其安全系数随地震波初始相位呈现周期性波动变化,存在最小安全系数;并且此安全系数随地震系数和地震波波长与边坡坡高比的增大而减小。此外,从波动理论角度揭示了拟动力法与拟静力法的区别与联系,给出了两类方法的适用范围:当地震波波长与边坡坡高比大于10时,两类方法所得结果基本一致,均适用;而当地震波波长与边坡坡高比小于10时,拟静力法所得结果较拟动力法相对保守,仅拟动力法适用。     

黄土边坡可靠度的随机有限元分析

为了研究黄土边坡的可靠度,在对黄土强度参数进行变异性统计、概率分布检验及垂直向自相关距离计算的基础上,将黄土强度参数黏聚力和内摩擦角作为随机变量,将其在二维边坡剖面的空间变化作为随机场,用局部平均细分法将符合一定均值和标准差的强度参数按随机场分布在边坡剖面的有限元网格上,再采用弹-理想塑性有限元计算边坡稳定系数,用MonteCarlo法计算其失效概率。结果表明:黄土黏聚力的变异系数多在0.30以上,内摩擦角的变异系数多在0.20以下,且黄土高原从西向东两个参数的变异性都增大;黏聚力和内摩擦角的概率分布类型对边坡失效概率计算结果影响显著,统计检验发现黏聚力采用对数正态分布、内摩擦角采用正态分布为宜;黄土地层的垂直向自相关距离多在0.7m以内,与计算厚度的比值多小于0.2;在大部分黄土的变异系数与自相关距离水平下,采用确定场进行可靠度分析,多数情况将极大地高估了黄土边坡的失效概率,而在极端高变异系数水平下,采用确定场进行可靠度分析,又将极大地低估其失效概率。     

含优势渗流层边坡降雨入渗下的可靠度分析

含优势渗流层边坡在降雨入渗的作用下其渗流场往往具有较高的不确定性,这给边坡的稳定性评价带来困难,通常采用概率的方法解决此类问题。针对含优势渗流层边坡降雨入渗下的可靠度问题,通过将应力分析中的点估计-有限元法引入到边坡渗流-稳定性分析,提出了考虑优势渗流层渗透特性不确定性的渗流概率分析和边坡可靠度分析方法;其次以广西某含碎石夹层土坡为例,分析了降雨入渗下碎石夹层的优势渗流效应及渗流概率,并基于此开展了该边坡降雨入渗下的可靠度分析。结果表明:①含优势渗流层边坡雨水沿优势渗流层渗入坡体内部的深度显著高于沿坡面渗入的深度;优势渗流层渗透特性的不确定性对渗流结果的影响较大,使得边坡稳定性分析具有较强的不确定性;②随着雨水入渗持时的增加,含优势渗流层边坡不同滑动面的失效概率总体呈现增加趋势,最危险滑动面的位置不断向边坡下部演化;依托工程滑动面位置的预测结果与工程实际吻合;③提出的概率分析方法适用于分析含优势渗流层边坡降雨入渗影响下的稳定性问题,而且具有计算量小的优势,可作这类边坡可靠度分析的一种新方法。      

爆破作用下顺层岩质边坡稳定的可靠性分析

基于可靠度理论建立顺层岩质边坡稳定的可靠性分析方法，获得顺层岩质边坡可靠指标和失稳概率的计算表达式。以某高切坡为例分析其稳定状态和失稳概率，并据此探讨不同粘聚力、内摩擦角、炸药量和爆心距条件下边坡失稳概率的变化规律。计算结果表明，粘聚力对边坡的失稳概率影响较大；随着内摩擦角的增加，边坡失稳概率近乎线性减小；当单孔药量从10 kg增大到160 kg后，失稳概率增幅97.10%；当爆心距小于20 m时，边坡的失稳概率减小的速度很快，而爆心距超过20 m后边坡失稳概率减小的幅度较小。考虑爆破振动的时效性，爆破荷载使边坡失稳概率增大49.61%，单次爆破振动的影响时间约6 s。     

土质边坡空间临界滑动面搜索的优化算法

将二维均质土坡作为平面应变问题,假定滑动面是一个圆弧,将滑弧圆心与半径转变为后缘剪入点、坡脚剪出点和过后缘点滑弧切线与x轴的交点等3个点的横坐标,然后以这3个参数为变量,给定合理的取值区间,应用黄金分割法搜索二维边坡的最小稳定系数及相应的临界滑动面。进一步假定均质土坡的三维空间滑动面为一旋转椭球体,旋转椭球体的竖向中轴面和二维的圆弧面一致,给定椭球体不同的水平轴半径值,采用以上二维滑动面搜索方法可求出不同水平半径所对应的三维最小稳定系数及相应的椭球面。结果表明:边坡的三维稳定系数没有极小值,但有极限值;对于横向延伸长的无限边坡,三维稳定系数逼近二维稳定系数,当旋转椭球长轴与短轴之比大于3时,二者很接近,边坡稳定性可简化为二维来分析;对于受地形、地下水等条件约束的短边坡,三维效应明显,在考虑实际边界条件的情况下按三维来分析。     

沉积岩地区高边坡稳定性分析

在大量的野外地质调查工作基础之上,采用赤平投影法分析了沉积岩地区岩石高边坡的潜在破坏模式,并运用极限平衡法计算边坡在此潜在破坏模式下的稳定性,对安全储备较低的采石场边坡提出削坡方案,同时配合有限元法对边坡的稳定性进行了分析和评价,指出岩层层面是影响沉积岩地区高边坡稳定性的最不利结构面,是调查和研究的重点。     

基于等分圆弧滑面土质边坡的稳定性极限分析方法

基于等分圆弧滑面的简化条件,采用土塑性极限分析理论,建立了土质边坡极限分析模型,并推导得到了土质边坡稳定系数计算公式。该方法考虑了圆弧滑面的内能耗散率作用和边坡土体自重荷载、地震惯性力及孔隙水压力所做的外功率作用,可以解决土质边坡稳定性分析问题,是一种改进的土质边坡稳定性评价极限分析方法。     

采空区残余倾斜变形对路基稳定性的影响分析与评价

地下开采导致的地表残余倾斜对采空区公路路基的稳定性有重要影响。针对采空区公路路基的稳定性评价,笔者提出了基于概率积分法和Knothe时间函数的地表残余倾斜的计算方法,分析了路基稳定性的条分法计算原理及残余倾斜对路基稳定性的影响机理,推导了基于解析法的路基最不利滑动面计算公式,使用C#语言编制了路基稳定性系数计算软件,并通过工程实例,对提出的方法和软件进行了验证,分析了地表残余倾斜、路基边坡坡率对路基稳定性的影响。     

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。      

基于有限元强度折减法的边坡失稳判据统一性研究

采用有限元强度折减法进行边坡稳定性分析时,常用的计算收敛性、塑性区贯通性和特征点位移突变性等3种失稳判据未能体现出很好的统一性。采用Mohr-Coulomb屈服准则,针对3个典型边坡(坡角α、坡高H),系统分析了不同单元相对尺寸L/H、剪胀角ψ时各种失稳判据的适用性和统一性。结果表明,3种判据下的边坡安全系数均随单元相对尺寸的减小逐渐逼近Spencer解,但依据计算收敛性得到的边坡安全系数偏差普遍较大;单元相对尺寸较大(L/H≥1/30)时,剪胀角取值对计算的收敛性影响显著,而对塑性区贯通和特征点位移突变时机的影响较小。当单元相对尺寸足够小(L/H=1/60)和ψ=0或φ(内摩擦角)时,3种判据具有良好的统一性;边坡破坏过程出现明显的组合破坏特征,受拉破坏区域和塑性区可以构成较为平滑的潜在滑动面,说明采用单一的压剪屈服破坏准则(如M-C屈服准则)将过高估计边坡的安全系数。     

山东省日照市挪庄村崩塌地质灾害治理工程分析

日照市东港区后村镇挪庄村崩塌地质灾害点高差大、坡度陡,危害对象多,自1998—2021年多次发生局部崩塌,造成道路破坏及房屋受损,严重威胁着人民群众的生命财产安全。本文通过现场调查、地质测绘及工程勘察等技术手段,查清了崩塌体失稳机理的主要原因,分析了现状稳定性,通过采用圆弧滑动条分法计算,计算出边坡稳定性系数为0.761,边坡属不稳定状态。通过边坡修整、砌筑挡土墙及截(排)水沟、防护和绿化工程等工程治理措施后,对坡面稳定性进行了计算,治理后的边坡满足规范要求的稳定安全系数。地质灾害治理工程带来的经济效益、社会效益及环境效益凸显。     

呷爬滑坡滑带土蠕变特性及其稳定性

水库滑坡变形破坏受其岩土体蠕变特性及环境因素的影响。当滑坡进入加速变形阶段后,变形骤然增大,失稳概率增加。为了研究滑坡岩土体蠕变特性及其稳定性,选取锦屏一级水电站呷爬滑坡为研究对象,采用坡表位移监测曲线分析与室内三轴蠕变试验相结合的方法,建立了Burgers蠕变模型结合FLAC3D软件进行了滑坡稳定性研究。分析坡表位移-时间曲线发现,坡体变形特征与一般滑坡土体的蠕变特征具有相似性,滑带土室内三轴蠕变试验结果表明,滑带土变形可划分为瞬时蠕变、减速蠕变与稳定蠕变3个阶段,同时其瞬时变形量、稳定蠕变速率均随围压以及应力水平的增大而增大。基于滑带土蠕变特性的Burgers蠕变模型的计算结果,对比了常规强度折减法与考虑蠕变的强度折减法的滑坡稳定性系数,计算结果表明呷爬滑坡目前处于稳定状态,在一个计算周期内考虑蠕变的强度折减法较常规强度折减法的稳定性系数下降了0.04,因此,揭示滑坡土体蠕变特性并在此基础上研究其稳定性具有实际意义。      

岩坡稳定性优势面分析法--以太湖度假区休体公园渔洋山边坡为例

运用优势面理论层次分析法。确定岩坡的控稳优势面．通过对太湖度假区休体公园渔洋山边坡的研究得出F1和软弱夹层是控稳优势面。通过优势面组合分析．得出4组优势分离体。其中F1、软弱夹层和边坡临空面组合为试算安全系数最小优势分离体。最后用Sarma法进行稳定性计算．得出各种优势分离体组合模型在考虑地下水和地震加速度为0．15g的情况下均是不稳定的。结果表明，采用层次分析法对岩坡稳定性进行评价的方法是可行的。     

新疆CHE水利枢纽渗流条件下岩质边坡稳定性分析究

基于GEOSTUDIO软件,运用统计岩体力学理论,对新疆CHE水利枢纽不同工况下的边坡稳定性进行分析。结果表明：研究区工程地质条件复杂,断层、挤压破碎带及岩脉广泛发育,左右岸均存在5组优势结构面;对左右岸参数敏感性分析,两岸强卸荷岩体的粘聚力c对应的稳定性系数的曲线斜率远大于摩擦角φ对应的稳定性系数的曲线斜率,因此在一定范围内,坡体稳定性对粘聚力c值的变化更为敏感;研究区边坡在自然条件、蓄水条件及库水快速降升条件稳定系数K>1,即边坡处于稳定状态。     

泥质砂岩残积土边坡降雨冲刷特性

泥质砂岩残积土作为一种结构性很强的特殊土, 具有崩解性强、抗冲蚀性差以及扰动性极大的特点, 对工程建设有较大影响。为了探究泥质砂岩残积土边坡降雨冲刷机理, 设计了边坡降雨冲刷试验, 通过现场三维激光扫描技术测试分析了其表面冲刷效应; 利用高密度电法进一步明确了泥质砂岩残积土边坡的入渗特性、表面冲刷演化机制及冲刷破坏机理。结果表明: 冲刷试验的最初阶段, 降水入渗强且主要向坡脚处运移, 坡表未形成明显的细沟; 冲刷试验中期, 坡脚处土体最先达到饱和而形成坡面径流, 细沟贯通扩大形成小规模冲槽以及片蚀区; 冲刷试验后期, 坡面中部和坡脚处土体冲蚀严重, 坡脚处的冲槽向上部延伸, 片蚀区扩大, 导致表层土体结构发生变化, 渗透性差异明显; 泥质砂岩残积土坡体降雨冲刷主要划分为表层溅蚀、下层潜蚀和细沟贯通3个阶段, 坡面土体流失主要发生在最后一个阶段, 细沟率达到最高值16.9%, 细沟贯通率也高达0.74。研究结果可以为深入探讨泥质砂岩残积土边坡冲蚀防护和研究冲蚀防护机理提供基础资料。