高边坡分级开挖与支护方案研究

高边坡在开挖过程中会造成坡体应力的重分布,如果对坡体进行一挖到底,势必会对坡体造成较大的潜在风险。采用两种开挖方案:(1)开挖坡比为1:1,分八级开挖,每级开挖深度为7.5 m,每级平台宽度为2 m;(2)开挖坡比为1:1.2,分六级开挖,每级开挖深度为10 m,每级平台宽度为2 m。对未支护下的边坡进行多级开挖,分析不同开挖时步下的坡体稳定性,根据时步开挖下坡体安全系数变化对边坡进行分级支护,分析支护后的坡体稳定性。对比结果表明,如果坡体开挖过程中采用及时支护方式,则边坡安全系数呈现先减小后变大的趋势,这种边支护边开挖方式对高边坡分级开挖极为有利。     

晋西地区工程开挖形成的黄土边坡的最优坡率

针对晋西地区工程建设开挖形成的不同高度的黄土边坡,通过工程类比法、反算法、文献资料法和计算对比法,确定了不同高度黄土边坡的最优坡率。结果表明:8m高黄土(Q₃eol 或Q₂eol)边坡最优坡率为68°和66°;16m高黄土边坡最优坡率为56°;24m高黄土边坡最优坡率为47°;32m高黄土边坡最优坡率为42°;45m高黄土边坡最优坡率为35°。研究成果可供研究区或其他类似地区建设工程提供参考。      

砂黄土高边坡稳定性的数值模拟研究

基于野外调查和室内试验分析,阐述了黄土高原北部砂黄土边坡破坏的主要形式及其影响因素。结合陕北高等级公路建设,采用弹塑性有限元法模拟了不同工程开挖条件下坡形、降雨和地震作用等因素对砂黄土高边坡稳定性的影响。结果表明,随着坡角或坡高的增大,边坡稳定性不断变差,阶状坡形比一坡到顶的坡形更利于边坡稳定和防护;降雨作用对边坡稳定影响极大,在坡脚积水的情况下,坡脚处塑性应变值比常态增加近20倍;地震作用促使坡脚应力和应变值升高,并且随着地震动峰值加速度的增大而变化显著。模拟分析结果为砂黄土高边坡优化设计和灾害治理提供了科学依据。      

小湾水电站进水口高边坡变形机理分析及工程意义

小湾水电站进水口高边坡地质条件及开挖坡型复杂,断层、节理裂隙发育并相互切割,坝顶平台至进水口底板平台平均开挖坡度88,最大高差106m,其中垂直开挖段81m,最大水平退坡深度170余米。伴随边坡开挖过程中,边坡上部岩体产生了一系列的变形破裂现象,主要表现为沿混凝土坡面分布的张开宽度和延伸长度不一的裂缝及起壳现象。本文结合边坡的实际工程地质条件和监测结果数据,对变形破裂现象的形成机制进行了系统的分析。结果表明,裂缝产生的原因主要是由于地处高地应力区岩体在边坡开挖过程中产生的卸荷回弹表现,是正常的卸荷松弛变形。在此基础上,对边坡的稳定性分析表明,该边坡稳定性良好。     

陕北砂黄土高边坡可靠度分析及边坡优化设计

在野外调查及室内试验分析的基础上，阐述了黄土高原北部砂黄土边坡破坏的主要形式，并分析了制约砂黄土高边坡稳定性的相关因素。以陕北地区高等级公路边坡为例，采用极限平衡条分法，建立了砂黄土边坡的状态方程；将抗剪强度参数c、φ值作为随机变量，采用蒙特卡罗（Monte-Carlo）法对砂黄土高边坡进行了可靠度分析。计算结果与已发生破坏的典型砂黄土边坡对比分析表明，抛物线型破坏面可以较好地逼近实际滑裂面；对于同一边坡而言，在大致相同的总体坡度条件下，阶状坡的稳定性明显优于坡形为一坡到顶的边坡。文章基于分析计算结果，对210国道绥德段砂黄土边坡进行了优化设计，所提出的砂黄土高边坡优化设计思路和方法可供工程设计部门参考。     

黄土边坡开挖与支护效应的离心模拟试验研究

黄土边坡在开挖卸载过程中的稳定性分析及其防护在边坡工程中占有重要地位。采用西南交通大学土工离心机进行了1组非支护边坡和2组土钉支护边坡的离心模型试验,研究了开挖卸载过程中黄土边坡的变形特性、稳定性变化规律及土钉的加固效应。离心模型试验研究表明,土钉能够显著提高黄土边坡的稳定性。土钉支护的边坡土体,因土钉的锚固效应,边坡的变形范围更大,但变形量较小,最大变形量并不在坡面,而是发生在坡面下的锚固区域内,非支护黄土边坡的潜在滑移面产生于距坡顶约40 cm处,土钉支护后,黄土边坡基本不会发生破坏。对于抵抗边坡发生变形而言,不等长土钉支护的效果要优于等长土钉支护,研究成果为黄土边坡的开挖与防护提供了参考。     

FLAC应用于岩质高边坡的稳定性分析

针对岩质高边坡的稳定性采用差分方法进行分析,通过对原始边坡和开挖后边坡的比较,岩质高边坡的破坏方式为旋转剪切滑动,滑动面为圆弧形的,应用圆弧法计算边坡稳定性。位移场分析得出,边坡的水平位移和竖直位移均比较大,位移区分层明显。应力场分析结果表明,原始边坡最大主应力和最小主应力方向主要为垂直向下,在坡角处,最大主应力和最小主应力发生了明显的偏转;开挖后,最小主应力在坡脚处出现应力集中,最大主应力不明显,坡顶和坡面一定厚度的岩体处于应力区,坡面一定厚度的岩体向着临空面滑移。     

探地雷达在湿陷性黄土挖填方高边坡土体性状探测中的应用

在湿陷性黄土丘陵山区通过平山造地开辟建筑场地,施工后高挖填方边坡变形特征及其交界线在坡面出露位置土体内部性状是边坡稳定性评价的关键环节。为掌握西电东送重要枢纽——同心妙岭变电站湿陷性黄土高边坡稳定性,在该场地挖、填方区域边坡顶端布设了长度为416 m和372 m的测线,同时在挖填交界线两侧分别布设了长度为15 m和20 m的测线,利用pulseEKKO PRO专业型探地雷达,在所选测线上以0.5 m间隔为测点实施相关探测工作。结果表明：高挖方边坡波谱特征图像和地勘报告相同位置处土层分布一致,反射波较杂乱,边坡内部存在卸荷裂缝、零星破碎带等现象;高填方边坡无裂缝、局部沉陷等异常反射波面,填土均匀,填土下伏自重湿陷性黄土,土体存在潜在危险;挖填交界区域有较明显的挖填方交界线,该交界线坡度较缓,过渡均匀;交界线左侧（挖方区）探测波形复杂,岩性种类多,土体密实度高,右侧（填方区）波形规则,土性单一,土体密实度低,挖填方土性的差异性易导致不均匀沉降。研究结果可为平山造地建筑场地的高边坡支护设计与施工提供基础资料。     

卸荷条件下高边坡大规模开挖的“地质-力学”响应研究——以西藏如美水电站右坝肩为例

以西藏如美水电站近700 m开挖边坡为例,通过现场卸荷的详细调查,对复杂地质条件下的岩质高边坡大规模开挖离散元模拟的变形响应进行了研究,得出此类边坡在卸荷条件下开挖后的变形响应过程、基本规律及地质-力学模式。模拟结果表明:高边坡大规模开挖之后,边坡的变形与开挖部位具有较强的联系,开挖面上部往往变形较大;边坡主要以浅表部碎裂岩体及深部的“滑移-拉裂”地质-力学响应为主导模式;边坡变形与开挖之后岩石卸荷有必然联系。随着开挖的继续,随着开挖面越来越远,坡体下部变形逐渐衰减,变形主要向开挖面上部累积,最终趋于稳定的响应特征。     

下伏软弱层黄土边坡变形机制分析及治理对策研究

本文研究了陕北某电厂夹断层破碎带上覆黄土的泥岩、砂岩互层反倾边坡的变形机制,并研究治理对策及其治理效果。通过边坡工程地质条件及变形破坏特征分析,建立FLAC3D地质模型,采用数值模拟方法研究了边坡变形破坏机制,在此基础上提出削方减载、锚筋桩、锚杆及坡面防护的综合治理措施。研究结果表明,边坡的变形受开挖坡形的影响,坡体浅表层特别是断层带及坡顶黄土部位出现大范围拉应力集中,断层带出现向坡外的挤出变形,带动上部黄土的牵引式变形,引起沿黄土和基岩基覆界面的剪切变形,在黄土中出现大量拉裂缝,在一定条件下潜在滑移面逐渐贯通,坡体将产生整体失稳。边坡的治理应通过削方减载改善坡体应力环境,并重点控制断层带及黄土与基岩基覆界面的变形,数值模拟结果表明,治理后边坡稳定性较好,满足设计要求。     

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°。     

某机场飞行区土工格栅加筋高边坡优化设计

土工格栅加筋土边坡是一种新型的边坡支护结构,对于提高边坡稳定性、节约工程用地、保护生态环境意义重大。为了对机场加筋高填方边坡加固方案进行优化设计,本文以某机场跑道西北角的6#高填方边坡为例,首先基于边坡的地质条件和高填方边坡的实际情况,提出3种不同边坡坡率的加筋土边坡设计方案;其次采用简化Bishop法、Spencer楔形体法以及Morgenstern-Price法分别计算在天然、暴雨以及地震工况下的边坡稳定系数;最后利用有限元法分析3种加固方案下的加筋土边坡在天然工况下的变形特征以及筋材轴力分布规律。结果表明:3种设计方案在天然、暴雨以及地震工况下均能满足边坡稳定性要求,贴坡填筑的多级加筋土边坡的筋材轴力分布规律沿着竖向呈现锯齿状分布,最大筋材轴力在每级边坡的坡脚处突变增大。与加筋土缓坡（坡率1∶1.5）设计方案相比,加筋土挡墙（坡率1∶0.25）在坡高、筋材使用量、护坡面积以及挖填方量等方面均有明显减小。综合考虑稳定性、工程造价以及施工周期,采用加筋土挡墙的设计方案更合理。     

基坑的尺寸效应及考虑开挖宽度的抗隆起稳定安全系数计算方法

相比于宽基坑,狭窄基坑具有更好的稳定性和更小的变形,表现出明显的尺寸效应,相同挖深时窄基坑围护结构的入土深度可适当减小。目前设计采用的基坑稳定性分析方法基本上都没有考虑开挖宽度对安全系数的影响,导致狭窄基坑设计偏于保守。为保证窄基坑滑裂面也能够形成,通过移动滑动圆弧圆心方法,使滑裂圆弧通过围护墙底和基坑底与对侧围护墙的交点,以该滑裂面计算的抗隆起稳定安全系数 值可以考虑基坑宽度的影响。基于该理念,根据宽窄不同,把基坑分为不同种类,分别对应不同的Ks值计算方法。该方法可以在基坑足够宽时过渡到现有规范方法,保证与既有规范的统一,在狭窄基坑时, 。计算分析表明,在基坑设计时忽视尺寸效应,片面强调插入比是不科学的。由于仍然采用传统的抗隆起稳定安全系数的滑裂面形式,计算方法没有过大变化,适合在基坑设计和施工中推广应用,文中方法为狭窄基坑减小围护插入深度提供了理论依据。     

西安白鹿塬北缘黄土边坡稳定的可靠度分析

在西安白鹿塬北缘实测了14个黄土自然边坡断面,建立了地质模型,通过采样测试并收集已有的测试资料,获得了各时代黄土地层的物理力学参数,将Morgenstern—Price法稳定性计算公式作为极限状态方程,分别采用Monte—Carlo法和Duncan法进行了边坡稳定的可靠度分析。结果表明：采用Monte—Carlo法和Duncan法得到的14个边坡稳定系数分别为1．11～1．41和1．09～1．33,显示这些边坡处于基本稳定一稳定状态;采用上述两种方法得到的边坡可靠指标分别为0．56～1．79和0．39～1．60,得到的失效概率分别为3．4％～29．0％和5．5％～34．8％,并且共有75％的边坡失效概率大于10％,失效可能性较大。统计结果表明：白鹿塬区边坡的坡高和坡度存在负相关性。低而陡的边坡潜在最危险滑面剪出口较高,失效概率较小;坡高达到50m及以上时,边坡高而缓,剪出口较低,失效概率较大,其中河流下切深,有N2泥岩出露的极高边坡,稳定性最差。Duncan法求解的稳定系数略小于Monte-Carlo法求得的结果,而前者求解的失效概率略大于后者,两种方法计算结果较为接近。由于Duncan法理论简单,计算量小,更宜于在实际工程中应用。     

裂隙黄土边坡三维稳定性极限分析

黄土边坡中竖直裂隙的发育往往会对边坡稳定产生影响。相对于平面应变机制,建立三维破坏机制下边坡稳定性分析方法更能接近实际边坡失稳情况。基于塑性极限分析上限法,考虑预先存在竖直裂隙的三维黄土边坡不同破坏机制（坡面破坏、坡脚破坏和坡底破坏）,建立能量平衡方程及其无量纲临界高度值γH/c表达式,采用随机搜索法得到了临界高度的上限解。分析了约束宽度、边坡坡度、内摩擦角以及裂隙深度对三维竖直裂隙黄土边坡临界高度值的影响。结果表明：对于坡脚破坏机制,临界高度值随着裂隙深度的增加而减小,减小至临界裂隙深度 (δ /H)_min后,裂隙深度的增加不再影响临界高度值;临界裂隙深度随着坡度β 的增大而增大,随着内摩擦角φ 的增大而减小。当约束宽度B/H<0.8时,大多数破坏机制为坡面破坏。当约束宽度B/H=0.8、内摩擦角φ =10° 及约束宽度B/H=0.6、内摩擦角φ =15° 时,边坡的破坏从坡面破坏机制逐渐过渡到坡脚破坏机制。存在竖直裂隙的黄土边坡比完整边坡具有更小的临界高度,约束宽度及内摩擦角会对三维黄土边坡破坏机制产生影响。     

阶梯状黄土路堑高边坡稳定性分析方法

根据阶梯状黄土路堑高边坡的特点,假定其滑移面下段为圆弧型,中上段为直线型,上段为垂直型的复合面,利用传统稳定系数的概念,导出阶梯状黄土高边坡稳定性分析表达式。经实际检验,比较符合实际。     

不同尺度下地质灾害风险评价方法探讨

吴堡县地处陕北黄土高原东北部,区内地质灾害发育,严重威胁当地居民生命及财产安全。在充分分析吴堡县地质灾害调查数据的基础上,针对全县域尺度选取坡度、坡向、地表曲率等评价指标,采用信息量模型基于GIS平台按25 m×25 m栅格单元进行风险评价。评价结果划分为:极高风险区、高风险区、中风险区、低风险区,分别占全区面积的0.63%、12.58%、24.40%、62.39%。针对重点区尺度,选取坡度、坡高等因子,采用层次分析模型基于GIS平台按水文法划分的斜坡单元开展风险评价,其中极高风险斜坡19个、高风险斜坡69个、中风险斜坡145个、低风险斜坡359个。选取两种尺度下同一区域（A区）,对风险评价结果进行差异性分析。表明:在不同的尺度下,同一地理位置,风险高低的评价结果可能不一致。在全县域尺度下宜采用各类具备预测功能的数理统计模型,但是在更小的重点区尺度下,由于用来训练的样本数量不够,不宜采用数理统计模型。相应的,县域尺度下可采用基于GIS工具划分的栅格单元作为评价单元;重点区尺度下可采用实际的斜坡体作为评价单元。     

黄土高填方场地裂缝的发育特征及分布规律

裂缝是高填方场地常见隐患,对工程场地安全和稳定造成影响。基于陕北某黄土高填方场地的裂缝监测和探测资料,分析裂缝的发育特征、分布规律和时间变化,从场地地形条件、填土厚度、变形特征等方面,对裂缝的成因机制进行探讨。研究结果表明,裂缝主要在填方区发育,分布于填方厚度小于15 m及距离挖填分界线20 m以内的区域内,以挖填交界过渡带（挖填厚度≤5 m）为主,裂缝走向与挖填界线或原地基的等高线近似一致;裂缝宽度增大速率逐渐降低,从出现到趋于稳定约需3个月时间;裂缝受降水侵蚀、潜蚀等作用,常伴生发育落水洞,并沿填土与谷坡接茬面延伸发展,距地面最大垂直深度可达7.5 m;沟谷地形、填土厚度差异等引起的差异沉降和水平位移是导致黄土高填方发生裂缝的主要原因。