岩质边坡稳定性快速评估系统的构建及其应用

针对目前缺乏快速定量评价边坡稳定性方法问题,采用FLAC强度折减法计算了24个不同坡高、不同坡角、不同岩体质量级别边坡的稳定性系数,根据计算结果绘制了稳定性系数等值线图,该稳定性系数等值线图即为要构建的边坡稳定性系数查询系统,利用该查询系统,可以在已知坡高、坡角、岩体质量级别等条件下快速地查询到边坡稳定性系数,进而对边坡的稳定程度做出评价,实现了合理地定量快速评价边坡稳定性的目标。将该稳定性系数查询系统应用到一些边坡稳定性评价实例中,结果表明:用稳定性系数查询系统评价的边坡稳定性与其他学者用复杂评价方法评价的结果基本一致,这说明用本文提出的边坡稳定性系数查询系统进行稳定性评价是可行的。     

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。     

地震作用下预应力锚索加固顺层岩坡极限分析

针对地震作用下预应力锚索加固顺层岩坡典型模型,提出了一种地震作用下预应力锚索加固顺层岩坡的极限分析改进方法,该方法考虑了边坡极限状态时锚索的受力变化。基于岩体刚性假设并考虑滑移过程锚索受力变化,结合极限平衡法推导出边坡加固预应力锚索的受力变化公式;地震作用仅考虑地震波传播至滑动面时产生的透射波对边坡稳定性的影响,从功率的角度出发,结合极限分析上限法与强度折减法,考虑预应力锚索受力变化,推导出地震作用下预应力锚索加固顺层岩坡的动安全系数计算理论公式;结合算例,采用考虑与不考虑滑移过程锚索受力变化两种计算方法,分析了在不同入射波波幅、入射角度及滑动面黏聚力、内摩擦角条件下两种方法计算结果的差异。算例结果表明：考虑与不考虑滑移过程锚索受力变化计算方法,计算得出的动安全系数变化规律一致,但考虑滑移过程锚索受力变化的改进计算方法得出的动安全系数动态变化幅度明显更小,反映了锚索的抗震作用效果,可为地震作用下该类型岩坡的预应力锚索加固设计分析提供参考。     

岩体参数敏感性分析对边坡稳定性评价影响研究——以大岗山坝肩边坡为例

模糊评判系统在边坡稳定性综合评价中的应用越来越广泛。由于岩体材料参数在实际工程中是离散的,将材料参数作为评价因子时,需首先对其本身进行评价得出表征参数,然后再参与到综合评价系统中。以大岗山坝肩边坡为例,从岩体自身抵抗外界影响的角度出发,考虑到位移和安全系数在边坡失稳前、后的变化幅度和变化次序问题,对岩体特性进行深入研究。通过对各参数进行分层敏感性分析并评价,得到表征参数;通过面积分配法得到隶属度;以安全系数和位移两个目标量,对岩体物理力学参数进行综合敏感性分析,以敏感度定义各因子的权重,将其结果应用于评价系统中。敏感性分析结果显示:以位移为目标量时,变形主要依赖于抗剪强度参数中的凝聚力;以安全系数为目标量时,内摩擦角对边坡失稳的影响略大于凝聚力;位移敏感性强于安全系数敏感性。综合评价结果显示:岩体力学参数具有较强的强度,以安全系数为目标量的评价结果优于以位移为目标量的评价结果,与敏感性分析结果一致,符合一般规律和实际情况,从而证明研究方法的正确性。     

汶川地震中唐家山滑坡稳定性研究

根据唐家山边坡滑坡前的基本地形地貌,建立相关模型,采用Mohr-Coulomb准则,利用折减强度法计算其安全系数,并分析在地震波作用下唐家山滑坡的稳定性状况。安全系数计算结果显示,边坡模型在自然状态(即只有重力作用)下的安全系数为1.46,表明边坡在自然状态下是相对稳定的。选取汶川地震最初30秒幅值较大的地震波,对边坡采用自由场边界条件进行分析计算,结果表明边坡在地震作用下将在坡面产生贯通的塑性区,这一塑性区与真实的滑坡坡体一致,由于地震加速度的作用边坡将产生较大的位移和速度,这些大的位移和速度在边坡滑坡后将产生巨大的能量,造成灾难和损失。     

地震作用下华丽高速公路金沙江桥华坪岸顺层边坡动力稳定性评价

以华丽金沙江桥华坪岸顺层边坡地震稳定问题为研究对象,在slide下利用Janbu-simplified法计算了其最不利滑动面和安全系数,为模型试验确定了宽900 m×高450 m的试验范围。采用拟静力法,在Phase 2D下利用有限元强度折减法模拟模型边坡,计算了0.00g、0.10g、0.15g、0.20g、0.25g、0.30g、0.35g等7个地震工况的安全系数和位移。对比不同工况下的安全系数、位移与水平地震加速度曲线,结果表明,（1）极限平衡法与强度折减法所得安全系数在1.0附近安全系数离散性最小,远离1.0则安全系数的离散性增大,差异是两类方法极限状态定义的不同造成的。基于安全系数确定的临界水平地震加速度为0.20g;（2）剪应变揭示的边坡破坏模式为桥墩位置拉剪破坏、T2凝灰岩主滑和前缘近于水平剪出破坏,坡体内部的变形响应敏感性为水平位移＞竖向位移＞剪应变。基于变形演化规律确定的临界值为0.15g～0.20g,相应水平位移预警值为10.2 mm,室内模型试验验证了上述分析的合理性;（3）综合确定华坪岸顺层边坡临界水平地震加速度为0.2g,50年超越概率为10%和100年超越概率为2%对应的安全系数分别约为1.2和1.1,华坪岸边坡在现行抗震设防标准下是安全的。当前选择安全系数作为边坡稳定性评价指标,而安全监控实践中一般选择可操作性和预警性强的变形值作为控制指标,所以边坡稳定性评价需要采取安全系数与临界位移相结合的方法。     

基于有限元强度折减法的单双面边坡稳定性分析

利用强度折减法和有限元分析软件ABAQUS，研究了单面和双面土体边坡的稳定性。首先，利用典型算例验证了所采用方法的可行性，然后通过模型数值模拟，分析了不同的坡体参数，如坡角、坡高、黏聚力和内摩擦角等情况下单面和双面边坡的稳定性。探讨了各参数对单面和双面边坡稳定安全系数的影响特征和规律，同时也展现了土体塑性应变区发生和扩展过程。结果表明:(1)坡角、坡高、黏聚力和内摩擦角等参数的单独变化对边坡安全性系数的影响规律基本一致、近似线性变化，对单面和双面边坡稳定性的影响规律相同；(2)双面边坡稳定性比单面边坡的有所降低，但边坡几何和物理参数取一定范围内的值时，两种趋于一致；(3)坡面顶部的位移拐点和坡体塑性应变区贯通之间并不是同时出现，土体边坡稳定性评价的不同判别准则之间存在差异。建议实际工程中边坡稳定性评价考虑采用双面边坡甚至更复杂边坡分析模型，同时需综合利用边坡稳定临界状态的不同判别准则。     

复杂荷载条件下边坡稳定性的上限极限分析

基于极限分析上限定理与土的抗剪强度折减技术,考虑边坡顶面超载、坡体内孔隙水压力与地震惯性力等复杂荷载,建立了边坡稳定的极限平衡状态方程,采用优化方法求解边坡稳定安全系数及相应的潜在破坏模式。其中水与地震对边坡的影响作用通过虚功方程来体现,将孔隙水压力与地震惯性力当作外力荷载做功,将强度折减系数作为评价边坡稳定性的定量指标。通过典型算例的对比分析,验证了方法的合理性,并探讨了孔隙水压力、地震加速度系数对边坡稳定性的影响。     

地震效应下三维非均质土坡稳定性极限分析

基于极限分析上限定理,采用拟动力法研究了地震效应下非均质土坡的三维稳定性,并通过重度加大法（GIM）推导出边坡安全系数的显式表达式。此外,采用遗传算法进行优化,将所得结果进行对比验证,详细分析了地震条件下相关参数对边坡稳定性的影响。分析结果表明：边坡高度一定时,宽高比、边坡倾角的增大以及土体内摩擦角、非均质系数的减小均会造成安全系数的降低;拟静力法获得的结果相比于拟动力法较大,两种方法结果的差值会随着水平地震系数、有效内摩擦角的增大而增大,随着边坡倾角的增大而减小;土体放大系数的增大会导致安全系数减小,而地震波周期及波速的变化几乎对安全系数没有影响;滑动面轨迹受水平地震系数的影响较大,而受非均质系数的影响相对较小。     

基于H-B准则的各向异性边坡岩体强度参数修正研究

在岩质边坡的稳定性计算分析中,各向异性岩体抗剪强度参数的合理取值直接决定了分析成果的可靠性。为充分考虑岩体各向异性对边坡工程的影响,本文基于H-B强度准则,利用边坡岩体质量分类体系CSMR替代RMR,对参数m_b、s进行修正,并由此进一步计算得到各向异性边坡岩体的等效M-C强度参数。通过工程实例,计算比较了金沙江某水电站导流洞出口边坡在相同基岩条件、不同开挖设计方案下强度参数修正前后的边坡稳定安全系数。研究结果表明,岩体各向异性对边坡稳定性影响较大,未考虑岩体各向异性的岩体参数用于边坡稳定性计算时不能准确反映边坡的实际稳定性状态;而经过各向异性修正后,导流洞出口边坡两种设计方案下的整体稳定安全系数计算结果分别为1.11和1.70,与工程地质定性、半定量评价结果基本相符。通过本文提出的方法对边坡各向异性岩体参数进行修正,并在此基础上对边坡整体稳定性进行计算分析是可行的。     

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。     

纵波作用下边坡动力响应规律研究

地震工程的观点认为水平地震力是引起岩土体破坏的决定性因素,竖向地震力的影响则微不足道。鉴于汶川地震中表现出竖向地震力对边坡和建筑造成极大破坏,本文利用FLAC软件对不同坡高、坡角的边坡在不同周期、振幅的纵波作用下边坡动力响应规律做了数值模拟研究。结果表明:坡高较低时,振动加速度在1/2坡高以下范围内随高程逐渐增大, 1/2坡高以上则保持不变,当坡高增大时,振动加速度变化出现律动性,坡顶附近较其他部位存在明显的放大; 坡角的增大会造成振动加速度放大幅度的增大; 振动加速度随动力振幅的增大而增大,并呈明显的线性关系; 振动加速度随地震波周期的增大逐渐减小。     

某公路桥桥基区岩质边坡稳定性评价

该公路桥桥基区位于高山峡谷地区,边坡稳定性评价问题尤为重要。本文选择具有代表性的两类典型地质剖面,岩土体分层和结构面切割控制滑移模式。设计了结构面不同切割厚度、不同剪出口位置和不同剪出角度等计算方案,对该区高陡边坡的稳定性进行了探讨。根据计算得到的安全系数,确定了其最不利滑移模式。在此基础上,对其自然状态、自然＋地震、饱水状态和饱水＋地震等工况下的稳定性进行了计算分析,发现存在两类典型最不利失稳模式,即浅层滑移模式和结构面切割滑移模式。前者规模有限,危害不大;后者规模相对较大。对工程危害较大,建议对其作锚固和护面处理,也应对坡脚相对软弱层作补强处理。     

锚固岩石边坡地震稳定性拟动力分析

地震易发地区的锚固岩石边坡,需要研究其地震稳定性。对于锚固典型岩石边坡,在考虑水平与竖向地震力、张裂缝积水深度、坡顶超载、锚索倾角、锚索位置、锚索拉力及静水与动水压力等的条件下,运用拟静力和拟动力方法分别推导了不同工况条件下其抗滑和抗倾覆地震安全系数。分析表明,竖向向上地震力有利于锚固岩石边坡的抗滑稳定,而竖向下的地震力有利于锚固岩石边坡的抗倾覆稳定;在相同工况条件下,当岩体放大系数等于1.0时,拟动力与拟静力方法所得锚固岩石边坡地震安全系数相差无几,但是,当岩体放大系数逐渐增大时,拟动力方法所得地震安全系数越来越明显地小于拟静力方法所得地震安全系数。因此,在抗震设计当中适当的考虑岩体放大系数,将会有利于锚固岩石边坡的安全设计。     

地震效应和坡顶超载对均质土坡稳定性影响的拟静力分析

基于强度折减技术和极限分析上限定理,假定机动容许的速度场破坏面,考虑坡顶超载、水平和竖向地震效应影响推导了边坡稳定性安全系数的计算表达式。采用序列二次规划迭代方法（和内点迭代方法）对边坡安全系数目标函数进行能量耗散最小化意义上的优化计算,与多个算例的对比验证了其方法和程序计算的正确性;对影响土质边坡动态稳定性的一些因素进行了参数分析,分析表明：随着边坡倾角?、坡顶超载q、水平和竖向地震效应影响系数的增大,边坡稳定性安全系数显著下降;随着坡顶超载q、水平地震效应影响系数kh的增大、竖向地震效应影响系数kv的减小,边坡的潜在滑动面越来越深,潜在破坏范围越来越大。竖向地震效应对边坡稳定性也有一定影响,强震条件下的设计计算必须考虑竖向地震效应的影响。     

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。     

强震作用下核安全级反倾层状软岩高陡边坡组合支挡结构抗震性能研究与加固效果评价

比较了不同行业抗震设计规范中边坡地震影响系数和动态放大系数的取值方法,综述国内核电厂高边坡案例的研究进展。以某工程核安全级反倾层状软岩高陡边坡为例,探讨应用多种方法综合分析其在不同地震作用下的动态放大效应、支挡结构抗震性能和加固效果的分析思路。首先,基于典型二维计算剖面,采用拟静力法进行边坡的初步加固设计;然后,基于大型振动台试验和数值计算,研究了不同地震作用下软岩高边坡加速度动力放大效应、支挡结构的抗震性能;最后,通过现场工程监测评价边坡的加固效果。研究结果表明,在强震作用下,核安全边坡按其他行业规范中的抗震参数取值方法进行设计是可行的,通过振动台和数值分析验证边坡整体是稳定的,支挡结构抗震性能良好,该研究思路和方法是合理可行的,并能节约大量工程投资。研究成果可丰富核安全级软岩高陡边坡研究理论与方法,并为核安全级软岩高陡边坡抗震安全评价和工程设计提供技术支持。     

剪胀角对求解边坡稳定的安全系数的影响

分析了目前用有限元方法求解安全系数时所存在的问题,同时,对于岩土边坡采用平面应变条件下基于非关联流动法则的D-P屈服准则,充分考虑岩土的剪胀性对边坡稳定安全系数的影响,修正了对于剪胀性的传统处理方法：过大的考虑材料的剪胀性的特点（ ）和完全不考虑材料的剪胀性的特点（ ）。算例结果分析表明,安全系数随剪胀角的增大而增大,在考虑剪胀性时,采用不同的屈服准则对边坡的安全系数是有很显著的影响的,误差可达30 %左右。     

考虑波浪与地震动力效应的曹妃甸海底斜坡稳定性探讨

波浪和地震等动力荷载容易引起斜坡海床失稳,进而引发海底滑坡,危及港口码头安全和海洋工程建设。本文以曹妃甸港南部深槽处海底斜坡为研究对象,考虑真实波浪荷载和地震荷载,采用有限元法和极限平衡法相结合的研究手段对海底斜坡的动态稳定性进行了定量化计算,探讨了动力效应对特殊环境下海底斜坡稳定性的影响机制。结果表明: (1)极端波浪荷载和地震动力荷载对海底斜坡稳定性影响很大,重现期为50a的波浪荷载和峰值加速度为0.15 g的地震动力荷载将引发海底斜坡失稳,且地震荷载将诱发海底斜坡产生较大位移; (2)动力效应会引发海床侵蚀和岩土体强度弱化,进而降低斜坡安全系数,这是稳定性分析中不可忽略的重要因素。     

Effect of Surcharge on the Stability of Anchored Rock Slope with Water Filled Tension Crack under Seismic Loading Condition

In this paper, an analytical expression is derived for the factor of safety of the rock slope incorporating most of the practically occurring destabilizing forces as well as the external stabilizing force through an anchoring system. The slope stability is analyzed as a two-dimensional problem, considering a slice of unit thickness through the slope and assuming negligible resistance to sliding at the lateral boundaries of the sliding block. A detailed parametric study is presented to investigate the effect of surcharge on the stability of the rock slope for practical ranges of governing parameters such as inclination of the slope face, inclination of the failure plane, depth of tension crack, depth of water in tension crack, shear strength parameters of the material at the failure plane, unit weight of rock, stabilizing force and its inclination, and seismic load. For the range of parameters considered in the present study, it is found that the factor of safety of the rock slope decreases with increase in surcharge; the rate of decrease being relatively higher for lower values of surcharge. It is also observed that for a specific surcharge, the factor of safety depends significantly on all other parameters, except for unit weight of rock and higher values of inclination of stabilizing force to the normal at the failure plane. For any combination of these variables, the surcharge plays a vital role in the stability. A perfectly stable slope at relatively low surcharge can become unsafe with the increase in surcharge. The deterioration in the stability can be quite rapid, depending on the combination of the factors under consideration. The analysis and the general expression proposed herein can be used to carry out a quantitative assessment of the stability of the rock slopes.