基于变形加固理论的岩土边坡稳定和加固分析

传统的刚体极限平衡法和强度折减法在分析边坡稳定和加固时存在一定的局限性。基于变形加固理论,建立了基于弹塑性有限元分析的边坡稳定和加固分析方法。以余能范数作为边坡整体稳定评价的指标,通过强度参数降低过程中的余能范数的变化来确定边坡的整体稳定安全系数。加固的关键部位和加固力的大小通过边坡中不平衡力的分布来确定。滑动面则由方向相反的、成对的不平衡力的分界面来确定。针对3个经典边坡算例,分析了强度参数逐渐降低过程中的余能范数的变化和不平衡力的分布,确定了边坡的稳定安全系数以及相应的加固关键部位和加固力的大小。结果表明,变形加固理论基于岩土的三维非线性有限元分析,以此来进行边坡的稳定和加固分析是非常有效的,强度参数降低过程中不平衡力的发展演化过程反映的是边坡的破坏过程     

基于强度储备的边坡非等比例双安全系数研究

边坡的失稳过程是一个渐进性的累积破坏过程。在破坏过程中抗剪强度参数黏聚力c、内摩擦角?的发挥程度是不同的,对应的安全储备也就不同,那么基于强度储备的双安全系数确定及其基于双安全系数的边坡稳定性评价就值得深入探讨。首先从岩土材料的软化规律出发,在强度参数服从线性分布假定的基础上,推导了黏聚力折减系数和内摩擦角折减系数之间的数学关系;其次将此数学表达式引入到传统的Bishop条分法中,提出了非等比例双安全系数Bishop条分法;然后以强度参数对抗滑力的贡献为权重,提出了综合安全系数来评价边坡的稳定性;此方法不仅克服了传统双安全系数法确定双安全系数的盲目性,而且为双安全系数法应用于工程实践提供了新途径;最后结合算例通过与传统方法的计算结果进行对比分析,验证了该方法的合理性。     

基于Morgenstern Price法和强度折减法的边坡稳定性对比分析

应用Morgenstern-Price法和强度折减法,对云南省宣威市万家口子水电站附近的九子崩塌堆积体的主滑体进行稳定性分析,考虑了正常蓄水位、库水位下降和地震作用时的正常蓄水位、库水位下降4种工程情况。结果表明：Morgenstern Price法所得稳定系数随着蓄水位的下降而减小,在考虑地震作用的情况下,稳定系数也相应降低;强度折减法所得数据则不一样,蓄水位不同时,稳定系数则变化不大。相同蓄水位情况下,考虑地震时稳定系数有所减小,强度折减理论对于简单的均质土坡可能会得到与极限平衡法接近的稳定系数和滑动面,但对于非均质（如成层）土坡,则会有较大的差异性。Morgenstern-Price法使用条分法对滑动岩土体进行受力分析,针对的是人为假定的土体极限平衡条件,不能提供边坡的位移信息,需在计算中事先假定出若干个滑动面;强度折减法通过降低材料的强度参数来达到极限平衡状态,能够考虑土体的应力-应变关系,同时能给出边坡的位移信息,但是缺乏统一的边坡达到极限破坏的判断标准。2种方法都可为边坡稳定性提供有效的分析与评价。     

结构面抗剪强度参数对岩质边坡稳定的影响

边坡工程中,结构面抗剪强度是非常重要的力学参数,合理地选择确定抗剪强度的方法,常常要分析c、值在边坡稳定中的作用。根据极限平衡原理,对10~30m高的平面滑动型边坡不同抗剪强度的控稳结构面c、值在边坡稳定中的作用进行了定量分析。研究表明c值对稳定系数的影响随坡高增大逐渐减弱,值对稳定系数的影响随坡高增大逐渐增强。得到了不同坡高下c、值边坡稳定作用等值曲线,该曲线很容易确定抗剪强度参数c、值在边坡稳定中的作用。     

一种双折减法与经典强度折减法的关系

经典强度折减法的出发点是对强度值进行折减,进而导致对强度（准则）中的参数使用同一个折减系数。使边坡处于整体临界平衡状态的折减系数恰是边坡的强度储备安全系数。一些学者陆续提出了对黏聚力和内摩擦角采用不同折减系数的所谓双折减法,但尚无严格的理论依据。提出双折减法的出发点是对强度（准则）中的参数进行折减,或简称“强度参数折减”,这样可自然导致采用不同的折减系数,但此时已无法自动得到基于强度储备的安全系数。为此,提出了定义安全系数的新框架--基于参照边坡的安全系数定义,为双折减法建立了理论基础。将新提出的一种双折减法与经典强度折减法进行了比较,发现可以将经典强度折减法纳入该双折减法的计算过程,并从理论上证明了该双折减法的安全系数几乎总是小于经典强度折减法的安全系数,数值模拟实例也证实了这个结论。这表明,经典强度折减法有可能高估了边坡的安全性,建议的双折减法可作为边坡稳定分析的备选方法之一。     

FLAC 3D 强度折减理论在边坡稳定分析中的应用

FLAC3D 是岩土工程中广泛应用的软件。本文主要介绍强度折减理论的基本原理,利用基于强度折减法的FLAC3D 软件,对某高速公路K377 + 230 ～ K377 + 520 段滑坡体进行数值模拟。计算边坡在自重作用达到初始化平衡状态时,边坡的横向与竖直方向的应力与位移,分析出边坡的破坏机制为牵引式滑坡,通过强度折减理论计算出边坡的稳定系数为0. 97,由剪切应变增量云图确定边坡的滑动面。     

小湾水电站进水口边坡稳定性可靠性分析及其应用

结合已有试验数据对断层抗剪强度参数进行了统计分析,采用蒙特卡罗法对小湾水电站进水口边坡的稳定性进行可靠性分析.结果表明了蒙特卡罗法在进水口边坡稳定可靠性分析中的适用性;进而以小湾水电站进水口边坡为算例,对其抗剪强度参数的统计量进行了敏感性分析,说明了对小湾水电站进水口边坡稳定性进行可靠性分析的必要性,对可靠性理论在岩土工程中的应用进行了有益的尝试.     

基于统一强度理论分析不连续面对岩体强度的影响

基于统一强度理论,对含有结构面的岩体,在平面形式下引入材料统一强度参数ct,φt,推导了含单个节理裂隙岩体材料的统一强度公式,即考虑中间主应力的岩体破坏强度公式,并分析了其有效范围。运用硅藻质软岩和石膏的三轴试验结果,验证了所建立的公式的正确性,并分析了具有不连续面岩体的强度随中间主剪应力作用系数b的变化。结果表明,岩体强度随b值的增大而增大。根据岩土材料统一强度参数的确定方法,计算并分析了b值对强度参数的影响,从而说明强度参数随着b值的变化而变化。     

边坡岩土体抗剪强度的逆向迭代修正反演方法

针对已滑动或有明显变形的边坡,取定稳定系数值进行反演分析是确定岩土体抗剪强度的重要手段。当边坡滑动面穿越多层岩土体时,盲目地抗剪强度试算反演明显不合理。为解决此问题,构造以多层岩土体抗剪强度为输入,以GeoSlope计算得到的稳定系数、滑面剪入口和剪出口位置为输出的BP神经网络,基于取定的稳定系数和现场测定的滑动面剪入口和剪出口位置,通过重复执行“逆向反推-误差校验-样本修正”实现岩土体抗剪强度的逆向迭代修正反演。工程实例验证结果表明,该方法获取的岩土体抗剪强度基本合理,可供小型边坡防护工程设计参考。该方法成功地规避了BP神经网络以已知信息为输入、以待反演参数为输出的传统做法在解决该问题时为欠定的局限性,对样本库样本数量的要求降低且具有较好精度。     

双参数强度折减法研究中存在的问题分析

针对目前双参数强度折减法研究中的问题,在分析传统强度折减法原理的基础上,总结双参数强度折减法存在的问题。通过对强度折减本质的讨论,分析目前双参数强度折减法研究中折减路径、综合稳定性系数、结果验证三方面的问题。分析表明:基于强度储备的强度折减法,强度折减法的本质是对抗剪强度τf进行折减;双参数强度折减法对折减路径的选择上不具有普遍适用性,且改变了边坡原有抗剪强度参数;综合稳定性系数的确定缺乏理论证明,无明确的物理意义,且其结果不适用于非均质边坡;双参数强度折减法的计算偏离了边坡稳定性分析的实质,使得数值计算的结果失真。     

一种适合于岩石材料的双剪模型

岩土类材料强度理论分为单剪强度理论、三剪强度理论和双剪强度理论。三类强度理论的典型代表是Mohr -Coulomb强度理论、Drucker-Prager准则和双剪强度理论。单剪强度理论、三剪强度理论和双剪强度理论都有其相应的单元模型 ,分析单元体上对单元体破坏起主要作用的应力 ,建立各应力分量之间的数学关系 ,形成岩土类材料的强度理论。本文分析岩石围压试验和真三轴试验下的破坏及强度特征 ,提出一种适合于岩石材料的双剪模型 ,与三类强度理论建模方法相同 ,可以得出一系列新的强度理论     

基于点稳定系数法的斜坡稳定性分析

基于莫尔-库伦强度理论构架,界定了点稳定系数的概念,并推导其计算公式。利用Geostudio软件建立了均质斜坡模型及计算其应力分布,并在此基础上结合MATLAB软件计算斜坡模型中各点的点稳定系数,勾绘出斜坡体内不同稳定度区域,探析了斜坡稳定性,并与传统极限平衡法进行了对比。对比结果表明:对直立斜坡,两种方法的计算结果均为不稳定,但点稳定性系数法勾绘出坡脚及坡脚底部存在两处不稳定区域;对60°斜坡,点稳定系数法的计算结果表明坡脚处存在潜在不稳定区域,而极限平衡法的计算结果表明坡体处于稳定状态;对45°斜坡,两种方法的计算结果均为稳定,计算结果一致。进一步分析得到结论:点稳定系数法不需要假设或指定某一形状滑面进行斜坡稳定性评价,且可考虑应力集中对坡体稳定性的影响;极限平衡法以稳定系数表达计算结果,而点稳定系数法以不稳定区域表达计算结果。在分析了应力和岩土体力学参数因素对点稳定系数法计算结果的敏感性后发现:相对于极限平衡法,岩土体力学参数对点稳定系数法影响更为敏感,存在黏聚力界限点和内摩擦角界限点,且对均质斜坡破坏形式(局部滑动变形破坏或整体压缩变形破坏)起着非常重要的作用。     

地震效应下非线性抗剪强度参数对裂缝边坡稳定性影响的上限解析

基于非线性Mohr-Coulomb破坏准则,结合极限分析上限法和拟静力分析法,建立功能方程,推导了地震效应下裂缝边坡的安全系数计算方程。采用数学规划方法,计算了不同参数组合条件下的边坡安全系数值,详细分析了非线性条件下一系列参数对边坡稳定性的影响。研究表明,边坡安全系数随非线性参数和地震效应的增大而减小。对比分析可知,在非线性破坏准则下,裂缝深度较大时,裂缝对边坡稳定性影响显著,且边坡越陡影响越大;当裂缝深度超过某个值后,临界破坏面起始端可能不穿过裂缝最底端,而是从裂缝中间某部位穿过。在地震效应作用下,非线性抗剪强度参数对安全系数影响显著。研究成果进一步完善了裂缝边坡稳定性分析内容,所列图表为边坡的设计与施工提供有益参考。     

基于FELA的随机场方法在考虑降雨入渗的边坡开挖稳定性分析中的应用

黑山共和国南北高速公路项目部分路段处于复理石地区,降雨集中、空间变异性显著且分层分布的岩土体给道路边坡施工带来了挑战。条分法、常规有限元法等确定性分析方法不能考虑岩土材料的不确定性,给出的具有唯一性、确定性的结果不能反映边坡稳定的不确定性。以该工程某边坡为例,采用有限元极限分析方法（FELA）,考虑岩土材料强度的空间变异性,利用上下限解法得出安全系数的分布区间。由勘察资料得到材料均值、标准差和空间相关长度并重建描述抗剪强度指标的二维随机场,同时考虑开挖岩层的节理分布,分析边坡在分级开挖过程中,各施工步骤的稳定性和破坏模式。与有限元分析结果相比,随机场条件下,部分情况开挖阶段安全系数低于限值,并出现局部破坏和整体破坏两种形式。结合不饱和土理论,模拟暴雨情况下雨水的入渗深度并在饱和区采用降低后的强度参数重新计算。通过蒙特卡洛模拟,得到各工况下安全系数、滑动体体积、挡墙弯矩和锚杆内力的概率密度分布函数。挡墙结构约束土体的变形,使得破坏模式趋向于整体破坏,安全系数分布区间变小。锚杆能带动更多土体进入工作状态,同样约束安全系数分布区间。旱季施工与雨季施工边坡破坏区域不同,同等支护条件下,雨季边坡安全系数分布区间更大,且均值明显降低。      

Prediction of slope stability using artificial neural network (case study: Noabad, Mazandaran, Iran)

Investigations of failures of soil masses are subjects touching both geology and engineering. These investigations call the joint efforts of engineering geologists and geotechnical engineers. Geotechnical engineers have to pay particular attention to geology, ground water, and shear strength of soils in assessing slope stability. Artificial neural networks (ANNs) are very sophisticated modeling techniques, capable of modeling extremely complex functions. In particular, neural networks are nonlinear. In this research, with respect to the above advantages, ANN systems consisting of multilayer perceptron networks are developed to predict slope stability in a specified location, based on the available site investigation data from Noabad, Mazandaran, Iran. Several important parameters, including total stress, effective stress, angle of slope, coefficient of cohesion, internal friction angle, and horizontal coefficient of earthquake, were used as the input parameters, while the slope stability was the output parameter. The results are compared with the classical methods of limit equilibrium to check the ANN model’s validity.     

高速公路桥基岸坡稳定性计算分析

桥基岸坡的稳定性分析是跨谷桥梁设计计算中最为关键的问题之一。过去常把桥基岸坡简化成平面问题来分析,事实上桥基岸坡空间效应显著,简化成平面问题过于牵强。采用三维数值方法,结合有关传统理论和经验公式,对桥基加载前后的整体稳定性系数、桥基的合理位置、单桩的极限受力进行了综合分析,并据此指出应加固的部位和提出相应的加固措施。同时也跳出了以单一稳定性系数作为评价桥基岸坡是否稳定的圈子,通过合理考虑桥梁基础位置与基础受力等因素,提出了一种综合评价桥基岸坡稳定性的新方法。该方法可以根据坡体形式、地质条件、桩型、桩间距、桩长、荷载大小和施工阶段进行应力、变形和整体稳定性分析,分析结果可以指导加固部位和加固措施的确定。     

The effect of the intermediate principal stress on the ultimate bearing capacity of a foundation on rock masses

In this paper, the strength envelope of rock masses is considered to follow a non-linear unified strength criterion that considers the effect of the intermediate principal stress. A unified slip line method for resolving the differential equation system that governs the stress field is established to research the ultimate bearing capacity, which can be adapted for a wide variety of rock masses. Through this new theory, a suitable characteristic method for rock masses of interest can be obtained, and the relationships between different types of characteristic methods are revealed. The characteristic methods are based on different strength criteria, such as the Hoek–Brown criterion, modified Hoek–Brown criterion, or non-linear twin-shear strength criterion; each of these criteria is a special case of the proposed theory. Moreover, a series of new characteristic methods can be easily derived from it. In terms of the proposed theory, the ultimate bearing capacity with the Hoek–Brown criterion forms the lower bound; the ultimate bearing capacity with a non-linear twin-shear strength criterion forms the upper bound; and a series of the ultimate bearing capacities ranging between these two bounds may be derived from a non-linear unified strength criterion. A comparison is made between existing numerical analyses and non-linear finite element analysis solutions with the Drucker–Prager strength criterion. It is shown that the present results are in good agreement with existing numerical analyses and non-linear finite element analysis solutions with the Drucker–Prager strength criterion.     

极限平衡条件的拓展与土工结构稳定分析

与土体稳定有关的工程问题诸如挡土结构物上的土压力、地基承载力以及土坡稳定性都与土的极限平衡状态相关 联。将土体一点（单元）的极限平衡条件推广,给出土体沿滑动面的极限平衡条件,证明了该条件的充分必要性。依据该条件,提出了有限元应力分析与极限平衡结合的有限元极限平衡法及土体稳定的安全系数,并明确了安全系数的物理意义,以评价土工结构的稳定性。随后,列举了该方法在土工结构稳定分析中的一些具有代表性的应用,证明了该法是有效的,可以用于分析岩土工程中的稳定问题。     

三轴试验抗剪强度指标线性回归方法的讨论

利用线性回归统计抗剪强度指标是岩土工程中的常用手段。对于常规三轴试验,可以通过线性拟合p-q曲线或者拟合大小主应力的方法来求解抗剪强度参数,并给出了这两种方法的完整计算公式,同时应用矩法和线性回归方法统计了小浪底64组320个固结排水三轴试验和多个水利工程大坝填筑料的试验资料,发现对于常规三轴试验,拟合p-q曲线求解抗剪强度参数存在高估摩擦系数、低估粘聚力的问题;利用概率理论对两种方法进行了对比分析也发现了同样的趋势。因此,根据常规三轴试验统计抗剪强度参数时采用直接拟合大小主应力更为合理。