改进的收敛性判据在边坡稳定分析中的应用

针对边坡稳定性分析中失稳判据的选择问题,在对几种失稳判据对比分析的基础上,提出了改进的收敛性判据——运行极限时步法。通过选取一均质边坡,比较不同方法下边坡的安全系数,得出改进的收敛性判据的正确性,并应用该判据于工程边坡加固前的稳定性分析中。同时,本文选取加设双排桩的加固方案对工程边坡进行加固,并采用特征点突变判据于工程边坡加固后的稳定性分析中,得出加固后边坡为稳定状态,验证了该方案的可行性。     

改进的收敛性判据在边坡稳定分析中的应用

针对边坡稳定性分析中失稳判据的选择问题,在对几种失稳判据对比分析的基础上,提出了改进的收敛性判据——运行极限时步法。通过选取一均质边坡,比较不同方法下边坡的安全系数,得出改进的收敛性判据的正确性,并应用该判据于工程边坡加固前的稳定性分析中。同时,本文选取加设双排桩的加固方案对工程边坡进行加固,并采用特征点突变判据于工程边坡加固后的稳定性分析中,得出加固后边坡为稳定状态,验证了该方案的可行性。     

基于强度折减弹塑性有限元法的抗滑桩加固边坡稳定性分析

以大型通用有限元分析软件ABAQUS作为平台,以迭代不收敛联合坡面特征点位移陡增作为抗滑桩加固边坡失稳判据,通过二次开发建立了能够自动搜索安全系数的抗滑桩加固边坡稳定性强度折减弹塑性有限元分析模型,结合典型算例的对比分析验证了这一判据的有效性。在此基础上,针对一实例边坡进行了稳定性数值分析。研究表明,对于抗滑桩加固边坡,以强度折减有限元法所确定的潜在滑动面,一般地比极限平衡法、极限分析上限方法要浅。     

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。     

有限元强度折减法边坡失稳判据的统一性

目前有限元强度折减法边坡稳定性分析中广泛使用的边坡失稳判据主要有3类,即有限元数值迭代不收敛判据、特征部位位移突变判据、广义塑性应变或等效塑性应变贯通判据。对于上述3类判据的选用,一直以来存在较大的分歧。而从本质上看,3类边坡失稳判据具有一致性和统一性。之所以使用不同判据时计算结果表现出差异,是由于人为误判和有限元数值计算误差造成的。在具有足够计算精度的情况下,3类判据所得结果一致。     

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。     

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。     

三类边坡失稳判据的统一性

将热力学理论中材料破坏的能量机制引入边坡工程中,推导了强度折减过程中边坡的能量方程,利用FLAC3D二次开发了能量的计算程序,并应用于某经典边坡算例中。通过与Spencer法的计算结果对比发现：强度折减法中边坡的稳定性与能量变化关系紧密,由此提出了4种新的失稳判据--能量突变失稳判据,且4种能量突变失稳判据理论上是统一的。通过对比发现：动能突变判据与数值计算收敛性判据、重力势能降突变判据与特征点垂直位移突变判据、耗散能增量突变判据与塑性区贯通判据分别存在对应关系,证明了常见的3类失稳判据也是统一的。通过算例试算发现,3类判据判定结果不相等主要是由收敛标准和网格精度等人为因素造成的,本质上是因为数值计算是一种近似解。工程应用中,可通过3类失稳判据判定结果的一致性来自评安全系数的计算精度,一致性越好,精度越高。提高计算精度的根本办法是严格收敛标准和精细网格划分,但应同时兼顾数值计算的时长,从而实现计算效率最大化。     

云阳龙洞抗滑桩加固边坡局部失稳机制研究

通过开展未加固边坡、初步加固设计、变更加固设计、推荐加固等条件下边坡及加固稳定性的研究对比,探讨了三峡库区云阳龙洞抗滑桩加固边坡的失稳机制。研究结果表明,龙洞滑坡抗滑治理失效有2个主要原因：（1）非饱和土边坡基质吸力的丧失和重度的增大使得边坡安全系数大大降低;（2）加固设计没有针对该边坡上部和下部存在的两个都会导致局部失稳的滑动面进行有效地加固。同时研究表明,文中推荐的加固方案能够较好地控制两个局部滑动面,使得边坡整体和局部均处于稳定状态,可取得良好的加固效果。     

关于强度折减有限元方法中边坡失稳判据的讨论

在边坡稳定性分析中采用强度折减弹塑性有限元方法时,所得到的总体安全系数在一定程度上依赖于所采用的失稳评判标准,通常以数值计算的收敛性作为边坡失稳判据。而有限元计算的数值收敛性受多种因素的影响,因而由此所得到的安全系数的合理性及其唯一性受到了质疑。为了考查目前各种失稳判据的合理性及其适用性,分别依据计算的收敛性、特征部位位移的突变性和塑性区的贯通性等3个失稳判据,针对某一典型边坡算例,采用强度折减弹塑性有限元方法进行稳定性分析,并与Spencer极限平衡法所得到的总体安全系数进行了对比。对比分析表明,以有限元数值计算的收敛性作为失稳判据在某些情况下所得到的安全系数可能误差较大,而采用特征部位位移的突变性或塑性区的贯通性作为失稳判据所得到的边坡安全系数与Spencer极限平衡法的计算结果比较接近,考虑到实用性与简便性,建议在边坡稳定性分析的强度折减有限元方法中联合采用特征部位位移的突变性和塑性区的贯通性作为边坡的失稳判据。     

降雨入渗对板岩边坡稳定的影响及加固措施研究

板岩边坡在国内边坡工程中较为常见,常伴有倾倒变形,在其特有的结构性质影响下边坡失稳频发。通过对苗尾水电站右坝基板岩边坡失稳现象分析,研究了板岩边坡在降入入渗情况下的变形特征,在该基础之上运用稳定理论探讨降雨入渗影响边坡失稳机制,结合实例分析提出了板岩边坡失稳加固关键措施,并通过现场实际检验效果。研究结果表明,板岩边坡的节理特性、开挖坡比、降雨入渗是造成板岩边坡失稳的关键因素,进行加固必须从防雨下渗和束腰加固着手。苗尾水电站右坝基板岩边坡加固后经受住了汛期和炮震的影响,说明边坡失稳认识及加固措施较为准确,对于类似工程具有一定的参考价值。     

A large-scale colluvial landslide caused by multiple factors: mechanism analysis and phased stabilization

A case study of a large-scale colluvial landslide is described in this paper. This instability initiated in December 2003 in the Southwestern region of China and affected construction schedule and safety of Xiaowan project, which was the first large dam in Lantsang River. Geological investigation and deformation monitoring were carried out with severe safety and stabilization design. As it was impossible to reach the control level of FOS (factor of safety) under long-term condition before rainy seasons, the stabilization works of the colluvial slope were designed by a “phased hazard mitigation” method to satisfy the safety requirement in rainy seasons. LEM (limit equilibrium method) was used for determination of the shear strength parameters of the sliding zone and instability mechanism analysis. The study found that the whole colluvial slope included three potential sliding masses, and the instability appeared to be a progressive retrogressive-type of slope movements. Inappropriate cutting, rainfall, and blasting were found to be the main causes of the colluvial instability. On the basis of the potential hazards and the importance of the project, the control level of FOS, design cases, and corresponding calculated conditions for design analysis were defined in each stabilization phase. The stabilization works were designed by using LEM. The performance of the engineered slope after additional reinforcement was assessed based on the monitoring data.     

藏东南公路边坡开挖模拟及稳定性分析

以川藏公路某边坡为例，对路堑开挖进行模拟并分析了开挖前后边坡的稳定性。参照现场工程地质勘察及区域相关资料，恢复了公路修建前的原始地貌，据此建立计算模型。公路修筑的快速拉格朗日法模拟揭示了公路开挖后边坡内部应力分布规律、位移变化及边坡失稳过程。而强度折减法对开挖前后边坡的稳定性评价结果也表明路堑开挖是该边坡失稳的主要原因。     

Applicability Research on the Dip Slope with Interbeddings of Weak and Strong Rocks Using Strength Reduction Method

Based on the combination of FLAC^3D software and strength reduction method, the applicability of three kinds of instability criterion of the stability of dip slopes with interbeddings of weak and hard rocks is studied. Then the failure process, failure mode and stability of the slopes are analyzed. The results show that: (1) the maximum unbalance rate affects the final calculated results; there is no certain relation between the convergence of calculation and the slope stability. The convergence of the displacement curves of key points and the ultimate displacement values should also be concerned to determine the slope stability. The maximum unbalance rate and the amplitude of the reduction affect the determination of the characteristic point in the displacement curve. It is difficult to quantitatively evaluate the shear strain rate when judging the slope stability, the judgment is not convenient and the error is large. Combining with calculation convergence criterion and feature point displacement mutation criterion is helpful to improve the accuracy of judgment on the limit state of the slope. (2) Slope deformation and failure process can be roughly divided into four stages qualitatively; the rock mass has buckling failure can be divided into three stages according to the deformation characteristics. The potential shear export of slope with buckling failure locates above the slope toe. Different combinations of weak and strong rock thickness does not affect the failure mode of slope, which all bellows to buckling failure mode, but it will affect the slope stability coefficient; with the increase of the thickness of strong rock and weak rock, the stability coefficient increases. If the thickness of the strong rock increases, the stability coefficient increases as well when the thickness ratio is constant.     

老虎嘴水电站右坝肩边坡稳定性研究

岩土高边坡稳定性问题一直是水电工程研究的重难点之一。本文以老虎嘴水电站右坝肩边坡稳定性作为研究对象,针对边坡卸荷显著、节理发育、施工安全稳定问题突出的特点,采用数值分析软件FLAC3D,结合点安全系数法,对天然情况、导流洞泄洪洞开挖工况、边坡分级开挖分级加固工况以及开挖完成后降雨工况等不同状况下的相应稳定性问题进行了分析研究。结果表明,老虎嘴水电站右坝肩边坡在无支护加固状况下稳定性较低,不能保证施工期的安全,但在严格分级加固后各工况处于稳定状态,满足工程设计标准下的工程稳定要求。     

基于性能的组合边坡加固设计方法研究

锚索-抗滑桩组合结构是高大边坡加固的主要措施。加固设计时,传统的安全系数不能考虑地震波频谱特性的影响。为了准确的评价边坡的稳定性,开展性能设计方法的研究。基于极限分析法,推导了抗滑桩位移公式。在易损性的框架下对比了远、近场地震波的差异。结果表明:(1)将结构非线性模型引入到Newmark法可以实现抗滑力的实时更新。指数模型的评估结果更保守。(2)考虑到地震荷载存在较大的离散性,基于性能的设计方法更具合理性。易损性曲线可以用来定量分析边坡的失稳概率。(3)边坡的破坏状态与地震强度和地震动类型有关。当地震强度较低时,失效模式以轻微损坏和中等损坏为主。随地震强度增大,边坡更易发生严重破坏。近场脉冲地震具有能量大、冲击强的特点,更容易造成边坡的失稳。     

Probabilistic analysis of rock slope stability and random properties of discontinuity parameters, Interstate Highway 40, Western North Carolina, USA

Probabilistic analysis has been used as an effective tool to evaluate uncertainty so prevalent in variables governing rock slope stability. In this study a probabilistic analysis procedure and related algorithms were developed by extending the Monte Carlo simulation. The approach was used to analyze rock slope stability for Interstate Highway 40 (I-40), North Carolina, USA. This probabilistic approach consists of two parts: analysis of available geotechnical data to obtain random properties of discontinuity parameters; and probabilistic analysis of slope stability based on parameters with random properties. Random geometric and strength parameters for discontinuities were derived from field measurements and analysis using the statistical inference method or obtained from experience and engineering judgment of parameters. Specifically, this study shows that a certain amount of experience and engineering judgment can be utilized to determine random properties of discontinuity parameters. Probabilistic stability analysis is accomplished using statistical parameters and probability density functions for each discontinuity parameter. Then, the two requisite conditions, kinematic and kinetic instability for evaluating rock slope stability, are determined and evaluated separately, and subsequently the two probabilities are combined to provide an overall stability measure. Following the probabilistic analysis to account for variation in parameters, results of the probabilistic analyses were compared to those of a deterministic analysis, illustrating deficiencies in the latter procedure. Two geometries for the cut slopes on I-40 were evaluated, the original 75° slope and the 50° slope which has developed over the past 40 years of weathering.     

地震荷载下桩-锚组合结构加固边坡的位移解析

加固结构所的抗滑力常被简化为恒定值,不能反映其随时间的变化.为了更准确评估地震下桩-锚组合结构加固边坡的稳定性,引入非线性的模型,实现了抗滑力的实时更新.推导了安全系数和位移计算公式,讨论了结构系数对评估结果的影响.结果表明:（1）引入指数非线性模型后,抗滑桩和锚索力均表现出明显的时间效应.屈服加速度随结构的变形而增大.（2）地震初期抗滑桩无加固作用.随着边坡滑动,抗滑桩的力快速增长,最终起主导作用.（3）将结构的抗滑力等效为固定值虽然简化了计算,但是忽略了达到设计值所需的位移,这可能导致边坡的危险性被低估.在加固设计时,应该考虑抗滑力的变化.      

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     

预应力锚索加固土质边坡极限平衡稳定性分析

基于滑动面搜索新方法,对预应力锚索加固边坡进行稳定性分析。通过将锚索的加固效应简化为作用在土条(柱)底面上的一个外力,实现了条分(柱)法下二维和三维锚索加固边坡的安全系数计算。经过算例对比分析,验证了本文方法的可行性,然后,在一定程度上研究了锚索倾角、三维滑动体长度L、锚索锚固力F以及水平加固间距S变化时对边坡稳定性的影响。研究结果表明:(1)锚索加固可有效提高边坡的稳定性,同时,也增大了原有边坡发生滑动的范围; (2)随着三维滑动体长度L的增大,三维边坡(包括未加固和锚索加固)的稳定性趋于二维边坡稳定性; (3)单位水平加固间距上的锚固力越大,锚索对边坡的加固效应越明显。