岩体边坡滑裂面随机搜索机理与工程应用以黄河小浪底水库进口高边坡泻洪、发电、引水建筑物进口高边坡为例

本文运用随机搜索和破坏概率相结合的技术方法 ,以黄河小浪底水库进口高边坡引水建筑物咽喉工程为例 ,进行了滑动面的随机搜索和边坡的破坏概率分析 ,给出了不同条件下最危险滑面的最低位置和倾角以及边坡破坏概率最大时的荷载组合形式 ,指出 1:0 .2的台阶坡设计优于直立坡的设计。同时 ,为边坡加固的锚固长度和范围的确定提供了合理依据。     

井工开采对露天矿高边坡稳定性影响的研究

以山西平朔安太堡矿露井联合开采为例,通过数值模拟及现场位移监测资料对比分析,探讨了露天矿高边坡在顺坡、逆坡及侧向切坡开采3种情况下的复合应力场和位移场的分布特征及规律。研究表明,边坡内井工开采不利于边坡稳定性,但由于工作面推进方向不同,边坡受采动影响部位的顺序不同,因而对边坡稳定性的影响存在一定的差异。逆坡开采时,随着工作面向坡内推进,边坡前、后期表现出两种完全不同类型的变形位移,前期以倾倒型崩塌破坏为主,后期稳定性有所增强;顺坡开采时,边坡保安煤柱宽度不断减小,在侧向偏压作用下,边坡将产生沿软弱结构面的推动式剪切滑动;边坡下切坡开采时,边坡除发生沿软弱结构面的推动式剪切滑动外,还可能发生后缘沿采空裂隙、下部沿软弱层面的张拉滑动变形。     

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°。     

金川水电站左岸引水发电系统进水口高边坡稳定性分析

金川水电站左岸引水发电系统进水口边坡开挖高度约160m,边坡稳定性是该工程的主要地质问题之一.通过现场详细勘察,在分析该边坡的地层岩性、坡体结构、结构面及其组合、风化卸荷等工程地质特征基础上,建立了边坡和结构面的三维地质模型,结合边坡的开挖设计,进行平行和垂直轴向边坡方向的剖切,从而得到块体组合情况.然后,利用岩石边坡块体稳定性计算程序对各潜在不稳定块体进行计算.在现场统计坡比基础上,就如何选定一个安全经济的坡比进行探讨.采用有限元法对不同工况下的边坡稳定性进行了分析与评价,为设计和施工提供了科学依据.     

晋西隰县离石地区黄土高边坡可靠度研究

实测了研究区8个自然极限状态坡建立地质模型。从地质勘探报告中收集了592组土样的土工试验数据,分地层年代统计了其物理力学指标。选取临县离石公路沿线9个工点的实验数据,统计了该区c、值的变异系数,并对其变异性进行了分析。将c、值变异系数进行组合,进行了Monte-Carlo模拟。模拟结果显示,所测8个极限状态坡稳定系数为0.96～1.14,不同变异系数组合下,失效概率多为33.0% ～61.8%。进一步对坡高为50.5m和 81.8m的自然极限状态坡进行分析,分析结果显示:对于坡高为50.5m的边坡,在变异系数取当地平均水平（COVc=0.66,COV=0.28）时,若设计要求失效概率不超过10%,则坡率不应高于1:1.81;对于坡高为81.8m的边坡,在该变异系数组合下,若设计要求失效概率不超过10%,则坡率不应高于1:1.94。     

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。     

黄土填方高边坡变形破坏机制分析

本文依据西北某油田倒班基地黄土填方高陡边坡工程勘察, 研究了该边坡的变形破坏机制, 通过对边坡工程地质条件及变形破坏分析, 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。研究结果表明, 主要变形区或破坏区为陡坎周围至其沿坡面向下20～25m 的范围之间, 其破坏深度底界为全新世填土层Q4与原状黄土Q3接触面, 但要重点控制沿坡面向下20～25m 的范围之间的变形。数值模拟结果表明, 该边坡目前整体稳定性较好, 不会发生整体变形破坏。     

强风化软硬互层岩质高边坡监测与数值模拟

强风化软硬互层岩质高边坡属岩质边坡特殊情况,其结构面组成及性质复杂,与支护结构相互作用的复杂程度较高,相互影响较大,顺倾结构面临空等情况下破坏可能性很大。以兰永一级公路某深挖路堑边坡的治理工程为依托,对边坡支护过程中及支护结束后的锚杆应力、锚索内力、坡体位移进行了原位监测,并利用岩土分析软件PLAXIS,采用节理岩模块对该边坡工程进行了数值模拟分析。监测及模拟结果表明：该边坡由节理裂隙与岩层面形成折线形潜在滑面,且具有相同滑动可能性的潜在滑面不止一个;支护结构穿透组成滑面折线的任何折线段部分均对结构面稳定有显著影响,但支护结构穿透泥岩面对结构面的影响较穿透节理裂隙更大;支护锚索预应力变化具有一定规律,预应力变化过程对坡体位移及支护结构内力具有一定影响;坡体的主动变形对支护结构内力的影响较坡体被动变形大,结构面产生滑动趋势对坡面位移影响的敏感程度较支护结构内力影响的敏感程度低。该边坡支护稳定,支护设计合理,可为同类边坡支护设计提供相应建议。     

硅质岩路堑边坡稳定性分析——以广西资-兴高速公路边坡为例

本文针对硅质岩路堑边坡,先通过野外调查测量,得到结构面的概率模型,然后进行室内吸水性试验、单轴压缩变形试验、抗拉强度试验及直接剪切试验得到硅质岩的物理力学参数,为数值模拟提供依据;最后通过有限元强度折减法,对基于Monte Carlo随机模拟的方法生成的模型进行计算。试验结果表明,硅质岩十分致密,强度大,单轴压缩时,在应力为峰值应力的50%~65%时,岩体进入裂缝急剧扩展阶段,此时的应力—应变曲线出现"平台"。但"平台"过后应力还能继续增长,直至劈裂破坏。以硅质岩为代表的有软弱结构面的硬质岩边坡在天然条件下一般处于稳定状态,此时软弱夹层因受压紧密不易发生滑动,而在开挖揭露软弱夹层后,坡体才产生顺结构面的下滑现象。模拟结果表明,在原始坡形及开挖二级边坡时,坡体的稳定性较好,发生破坏的概率较小,而在开挖到一级边坡时,发生失稳的概率为76%。坡体的破坏模式为开挖导致的应力重分布使坡脚处先产生应力集中,岩体内的微破裂逐渐累积,变形主要沿着结构面及结构面上的岩体向坡体后缘扩展直至贯通,形成滑移—拉裂式破坏。50次计算结果的叠加表明,潜在滑面发生在与开挖面垂直距离7~9 m的概率为46%,最深的位置在11.3 m,这一结果可为坡体的支护设计提供依据。     

两河口水电站引水进口边坡变形稳定性分析

两河口水电站引水进口边坡主要由砂、板岩组成的陡倾横向坡,最大开挖坡高215 m。本文根据边坡的地质结构及变形破坏特征,分析了边坡的破坏模式及稳定状况。在此基础上,采用三维有限元数值模拟的方法,模拟了工程边坡的分步开挖过程。分析表明,边坡稳定性主要受f34-1等中缓倾角结构面及Ⅴ级岩体的控制,具有沿中缓倾角结构面及Ⅴ级岩体发生滑移破坏的趋势,塑性破坏区主要分布在Ⅴ级岩体及其断层内,水平深度一般为35 m,研究成果对边坡的支护设计具有重要意义。     

机会约束规划在岩土工程中的应用

采用极限平衡理论分析土坡稳定性, 搜索确定其潜在的滑动面与确立可靠度分析模型是理论研究与应用的两个重要方面。应用确定的方法, 构筑由随机变量决定的约束条件, 根据机会约束规模理论, 分析土坡的稳定性与可靠性。并用土坡实例进行计算。     

均质坡设计最小安全系数的非圆弧曲线搜寻法

挖方边坡设计的目标是确定设计安全系数下的坡角和坡高,设计边坡是安全系数大于1的稳定边坡,不存在滑面,搜索的目的是寻找与设计安全系数相等的最小剪应比（面）。提出一种非常简单的指数型曲线搜索法,可搜索存在地下水的均质坡设计最小安全系数与其相应的坡角或坡高。从坡肩向外,进行等步长点搜索通过坡趾的曲线族。在每一点、指数由1逐渐增大变动指数曲线,对曲线与坡面线间的坡体进行条分,把每个条块底面抗剪强度与剪应力分解为水平与垂直分力,根据平行力系可移动原理,求各条块抗剪强度与剪应力的水平分力与垂直分力的合力,然后计算该曲线剪应比面的抗剪强度与剪应力,得到该剪应比面的剪应比,逐点对剪应比大小进行比较,搜索出曲线族的最小剪应比,直到通过某点的指数曲线的最小剪应比等于设计安全系数为止。通过3个算例与其他方法计算结果进行对比,表明这一方法的有效性具有实用价值,提出边坡设计应以最小安全系数为主要参照标准。     

Critical slip surface and landslide volume of a soil slope under random earthquake ground motions

Finding the critical slip surface and estimating the landslide volume are of primary importance for slope seismic design. However, this may be difficult due to the uncertainty of ground motions. To address this problem, a new method for calculating uncertainties is recommended in this paper, especially for the critical slip surface and landslide volume under random earthquake ground motions. Firstly, a series of intensity–frequency nonstationary random earthquake ground motions were generated based on an improved orthogonal expansion method. A given number of potential slip surfaces were set in a soil slope. Subsequently, the factor of safety (FOS) of each slip surface for all ground motions was calculated and the minimum FOS curves were obtained. It was found that the critical slip surfaces and failure times are uncertain under different earthquakes. The Monte Carlo method was used to verify the accuracy of probability density evolution method (PDEM), and the results of the PDEM and the Monte Carlo method are consistent, meaning that the PEDM has higher computational efficiency. Moreover, the distributions of earthquake-triggered landslide volume and landslide depth were analyzed by considering equivalent extreme events. Both landslide volume and depth exhibit a normal distribution for a homogeneous soil slope. The framework of this study is meaningful for slope seismic design in engineering, for example, the location of critical slip surface can be used for slope reinforcement, and the distribution of sliding volume can be used for disaster assessment.     

考虑张拉-剪切渐进破坏的边坡矢量和法研究

针对边坡渐进破坏过程中岩土体强度参数不断劣化现象,采用应变软化模型代替传统的理想塑性模型,提出一种考虑张拉?剪切渐进破坏的边坡矢量和分析方法。从安全系数表达式与最危险滑动面搜索两方面进行研究,首先基于滑动和力的矢量特性,改进矢量和法滑动趋势与安全系数表达式,进而基于改进自适应遗传算法搜索边坡最危险滑动面。算例表明,采用应变软化模型时的矢量和法安全系数与最危险滑动面形态具有动态变化与调整的特性。该基于张拉-剪切应变软化模型的计算方法进一步扩展了边坡矢量和分析法。     

路堤边坡稳定可靠度计算中的模型不确定性分析

基于均质路堤边坡Monte Carlo法的稳定可靠度计算,分析了临界滑面搜索策略和稳定分析方法两类模型不确定性对边坡可靠度的影响特性,讨论了边坡失效概率随土工参数变异性的变化规律。研究表明,选用不同的临界滑面搜索策略所得可靠度结果差异不大,参数滑面法（overall slope）的失效概率略大于均值滑面法（global minimum）,但差别对边坡稳定性分析没有实质性影响;土性参数变异水平是影响边坡可靠度的最重要因素,边坡在相同设计参数安全系数下的可靠度指标随参数变异性增大而急剧降低;不同稳定性分析方法对应的安全系数概率密度函数曲线形态基本一致,但失效概率差异明显,因此目标可靠度指标取值应与稳定性分析方法相适应。提出的考虑土工参数变异水平的安全系数取值修正原则,对改进确定性设计的边坡稳定分析技术有积极意义。     

海州露天矿北帮边坡滑动成因机制及其稳定性分析

以海州露天矿地质背景条件为基础,从边坡滑动形成的影响因素分析出发,研究北帮边坡滑动成因机制,确定边坡的滑动破坏模式。同时,以该边坡的典型工程地质剖面为基础,构建稳定性计算的地质模型,并采用极限平衡法——简布法、摩根斯坦-普利斯法、推力系数法等进行边坡稳定性分析,用以说明北帮边坡的整体稳定性,为滑坡治理提供科学合理的设计依据。     

临界滑动场技术在排土场边坡设计中的应用

边坡临界滑动场技术是近年发展起来的一种边坡稳定性分析方法。它能准确快速确定多层介质、多台阶边坡任意形状的临界滑动面,全面评价边坡整体和局部稳定性。文章首先应用临界滑动场技术对原设计15坡角时的龙桥排土场边坡进行临界滑动面搜寻,确定边坡整体安全系数为1.42,证明原设计的15坡角取值过于保守。然后再应用临界滑动场技术的扩展方法进行反向分析,在给定安全系数为1.30的条件下,求得最佳设计坡角为17。研究成果为将来矿山的排土工作提供指导,具有一定的工程实用性。     

基于边坡单元的公路沿线滑坡危险度概率分析

公路沿线发生的滑坡、泥石流等自然灾害是造成交通停滞的主要原因。对公路沿线边坡进行稳定性评价及滑坡灾害分析对于公路管理和灾害防治具有重要意义。为了能对大范围边坡应用三维力学模型进行稳定性评价,研究中将较大研究区域划分为多个边坡单元（slope unit）,并介绍了边坡单元划分方法。对每个边坡单元,采用随机生成许多假想滑动面并通过一个基于GIS的边坡稳定性三维分析模型计算其安全系数的方法,找出具有最小安全系数的危险滑动面,同时求出在试算过程中安全系数小于某临界值（通常设为1.0）的结果出现的比率,作为该边坡单元的滑坡发生概率,以此作为指标对研究区域进行危险度评价。通过对日本49号国道沿线边坡中的应用对该方法的实用性进行了验证。     

可变网格的有限单元分析在边坡稳定计算中的应用

本文在非线性有限单元法的基础上，引进八节点的狭长单元来描述边坡中的滑动面，同时对于有限元单元网格可调节点坐标进行变更形成新的网格，于是利用原有基本网格架，通过多次有限元分析求出边坡中可能滑动面的稳定系数曲线Ｋ＝ｆ（），并进而确定最危险的滑动面，在此基础上开展一系列稳定分析工作。