岩坡平面滑动时的临界倾角研究及其应用

当岩坡中的结构面情况不明确时,可以将临界倾角对应的面作为滑面来分析边坡的平面滑动稳定性。文中采用解析计算给出了最简单边坡、考虑地震影响下的边坡以及考虑张裂隙和静水压力的边坡的临界倾角解析解。考虑实际工程往往会给定设计安全系数,通过联立安全系数和临界倾角的两个方程,可以反解出边坡坡角,这对岩质边坡总体坡率设计具有一定的指导意义。在此基础上,对已有的Hoek公式进行了改进,提出了当已知设计安全系数和坡高时计算临界倾角的简单算法,更有助于工程应用。     

三维加筋边坡地震稳定性上限分析

基于极限分析上限定理,考虑均匀加筋和三角形加筋两种加筋模式,采用拟静力分析方法推导了一定边坡高度条件下的三维加筋边坡临界加筋强度的计算公式。通过与已有文献结果的对比,验证了所提方法的正确性,并讨论了边坡宽高比、水平和竖向地震力系数对三维边坡稳定性的影响。结果表明:地震力作用下边坡临界加筋强度随边坡宽高比的增大而增加,但其变化速率逐渐减小,当边坡宽高比大于10时,三维边坡加筋强度与二维情况相近;随着水平地震作用的增大,三维边坡临界加筋强度呈非线性增大;随着竖向地震作用的增大,临界加筋强度大致呈线性增加,且随着坡角的增大,竖向地震作用对临界加筋强度的影响更加显著;两种加筋模式下的边坡临界加筋强度值变化规律一致,且三角形加筋模式所需的加筋强度较小,效果较优。最后,针对实际工程提出了一些工程建议。     

地震作用下加筋土坡临界高度研究

以塑性极限分析理论为基础,假定破裂面为对数螺旋面,考虑加筋机理和地震力的作用,提出了加筋土坡临界高度的计算模型。应用该计算模型,不仅能考虑地震力的作用,而且能考虑不同的加筋机理对临界高度的影响。通过与前人静力试验结果的对比发现,基于复合加筋机理得到的临界高度比基于单一加筋机理得到的临界高度要偏大,且更接近于实测值,表明了该理论及其求解方法的有效性和可靠性。通过对地震作用下加筋边坡的临界高度分析表明,地震力作用下摩擦加筋机理对临界高度基本没有影响,主要是准粘聚力机理在起作用。该方法可对加筋边坡临界高度的设计提供有益的指导和参考。     

水力作用下顺层岩质边坡稳定性分析

通过对顺层岩质边坡中地下水力作用进行分析,认为地下水力作用主要为沿结构面分布的裂隙水压力和拖拽力。分析了滑动破坏中的控稳优势结构面,认为该面上的张裂隙静水压力、滑动面扬压力以及拖拽力的大小均取决于后缘张裂隙的充水高度。将典型岩石边坡进行简化假设,利用简化后的边坡水力学分析模型,推导出边坡稳定系数和决定边坡稳定性的张裂隙充水临界高度的表达式。选取实际边坡进行分析和计算,验证了公式的合理性,结果表明地下水作用下边坡稳定系数的降低主要与静水压力有关,而渗透力的影响很小。     

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。     

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。     

非饱和膨胀土边坡稳定性分析

Bishop和Fredlund的非饱和土强度公式参数不易工程应用,文中基于双曲线的非饱和土强度公式,采用简化Bishop法建立非饱和土边坡的稳定方程,分析膨胀土边坡的稳定性,讨论了吸力、分层及其边坡表层裂隙对非饱和膨胀土边坡稳定性的影响。通过分析与比较,揭示了膨胀土边坡浅层滑坡的原因。     

考虑加筋垫层作用的软基路堤临界高度确定方法初探

临界填筑高度是软基路堤工程中关注的一个问题,路堤填筑高度小于临界填筑高度时,地基的变形和稳定均能得到控制。以往的理论公式中对加筋垫层的影响考虑较少。本文根据加筋垫层的应力扩散理论及筋材摩阻力的减载作用,研究了加筋垫层作用下的临界高度确定方法,并对其中的参数选取作了初步探讨。     

路基边坡遮阳板下风速变化模拟计算探讨

在青藏公路、青藏铁路以及青康公路等寒区路基工程中,为确保道路交通的安全通畅,各种主动保护多年冻土的工程措施也相应地应用到实际的工程中去,路基边坡遮阳板是主要措施之一.通过对不同净空遮阳板下风速的模拟计算,结果表明:遮阳板的净空高度以最低不小于20 cm,最高以不超过70 cm条件下风速达到最大值,对比实际工程,建议最佳高度以50 cm为宜.通过计算总结出遮阳板下风速变化与遮阳板净空及初始风速的半经验公式,为寒区工程路基边坡防护提供了参考依据.     

基于矢量和分析方法的边坡滑面搜索

基于力是矢量这个基本概念,给出了边坡矢量和法安全系数的矢量表达式。在边坡荷载已知的情况下,运用有限元法计算得到边坡真实的应力分布状态,使用矢量和法安全系数并采用优化算法中的直接法搜索边坡的临界滑面。计算结果表明,使用矢量和分析法搜索得到的临界滑面位置与极限平衡法得到的滑面位置基本吻合,且安全系数相对误差最大为2.09 %,验证了该方法在边坡稳定分析中的合理性与可靠性。矢量和分析方法与基于强度储备安全系数的分析方法不同,具有明确的物理和力学意义,且不需引入过多假设,公式简洁,易于进行三维边坡稳定分析,不需进行迭代计算,可在工程实际中得到广泛的运用。     

极限平衡平顶垂直坡的新公式

本文研究垂直坡的极限平衡问题及其公式在边坡设计中的应用。与朗肯主动土压力理论导出极限坡高诸式不同、而是用建立微分方程的方法,解析得到张裂缝深度及其临界坡高公式,虽然公式形式与朗肯诸公式有所不同,但计算结果相同;同时证明了滑动面是沿极大斜率滑动面角滑动;得到的裂缝深度与距坡缘距离公式和极大值滑动面位置结合可用于确定 锚杆或土钉的基本(自由段)长度;若观测到裂缝与坡缘距离,可以用距离公式计算c值。证明了主动土压力等于下滑力,本文下滑力公式(27)更符合物理定义与实际。根据裂缝产生后极限坡高将大幅降低的现象,提出了设计与施工中应重视的几个问题。     

加筋土坡临界高度的研究

假定破裂面为一过坡脚的斜平面,分别以传统塑性理论和广义塑性理论为基础,导出了加筋土坡临界高度的计算公式。通过与前人试验结果的比较发现,虽然基于广义塑性理论极限法求得的加筋土坡临界高度值要比基于传统塑性理论极限法求得的临界高度值略偏大,且更接近于试验实测值,但二者在工程中均是可靠的,都可用于加筋土坡设计时的参考。     

Closed-Form Solution of Critical Inclination for Rock Slope with Weak Plane

Plane failure of rock slope is highly related to the inclination of the weak plane. The inclination of the weak plane is a general function of factors including: height of slope, factor of safety, horizontal coefficient of earthquake influence, inclination of slope, unit weight of rockmass, cohesion and friction angle on the plane. The closed-form solution of the critical inclination of the weak plane corresponding respectively is derived under two conditions (i.e., without earthquake and with earthquake), because the critical height of slope and the critical factor of safety are considered to and are easy to be adjusted in engineering practice. In the end, the relations between derived critical closed-form solution and each parameter are illustrated with an example.

     

基于上限定理的边坡潜在破裂面确定方法与稳定性判识研究

边坡潜在破裂面的确定与稳定性判识一直是岩土工程界研究的热点问题。将边坡潜在破裂面看成是由若干段组合而成的复合破裂面,并沿各段将边坡垂直条分为多块体,在假设边坡岩土体服从摩尔-库仑屈服准则条件下,根据极限分析上限定理,分别计算各块体外功率与内能耗散,并建立边坡稳定系数的多元函数。利用数学优化方法给出边坡稳定系数的最优解,可以方便地给出边坡潜在破裂面形状及其对应的边坡稳定系数。通过算例分析并与前人研究成果比较,结果表明：理论方法是合理有效的,可以用于边坡潜在破裂面的确定与稳定性判识。     

临近边坡的条形基础地基极限承载力数值分析

建筑物或构筑物基础临近边坡置放的情况在实际工程中十分普遍,但目前对于临近边坡基础的地基承载力及破坏模式尚缺乏深入研究。采用不连续布局优化（DLO）极限分析法建立数值模型,分析边坡几何尺寸、土体参数和基础位置对临坡条形基础的极限承载力和边坡破坏模式的影响,并对国内外现行规范推荐的计算方法进行评价。结果表明：极限承载力随边坡高度和边坡倾斜角的增大而减小,当坡高超过临界高度后,极限承载力将不受其影响;极限承载力随土体黏聚力和内摩擦角的增大而提高,滑动面随黏聚力的增大而变浅,随内摩擦角的增大而变深;极限承载力随基础与坡肩相对距离的增大而提高,当基础置放位置超过某临界距离后极限承载力不受边坡影响。在土体强度高、坡角较大时,《建筑地基基础设计规范》规定的临坡基础最小置放距离偏于危险,设计时仍需考虑边坡对承载力的减损作用;在土体强度较低、坡角较小时,规范规定值偏于保守。美国AASHTO规范对边坡地基极限承载力的取值在砂土边坡时较为可靠,但其仅适用于坡面破坏模式的情况;饱和黏土边坡的承载力曲线有悖于理论解,对临界距离的规定同样存在低估。     

泥石流冲击弧形拦挡坝动力响应研究

泥石流冲击过程中,坝基位置处承受了较大冲击力,易引起该位置出现应力集中而导致局部冲击破坏。为此,将竖向拦挡坝结构优化为弧形拦挡坝,并基于动量及能量守恒开展泥石流冲击弧形拦挡坝理论计算研究,推导泥石流对弧形拦挡坝的冲击力及爬升高度计算公式。为验证理论公式的正确性,进一步开展泥石流冲击弧形拦挡坝物理模型试验。研究结果表明:物理模型试验结果与所推导的理论公式计算结果具有较高的拟合度,该理论公式可适用于泥石流对弧形拦挡坝的冲击计算;泥石流流速、冲击力、爬升高度与泥石流沟道纵坡坡度呈正相关关系;冲击力及爬升高度主要受弗洛德数Fr、泥石流沟道纵坡坡度α、拦挡坝弧形半径R控制,并与Fr呈二次方正相关,与泥石流沟道纵坡坡度α的余弦值成反比;与竖向型拦挡坝结构相比,弧形拦挡坝结构在爬升高度上无显著影响,然而可较大程度降低泥石流对坝体的法向冲击力,局部结构增强也使得坝体结构强度得到提升。该研究可为泥石流拦挡坝工程的结构设计提供理论及技术支持。     

层状岩体边坡动态稳定性拟静力上限分析

将强度折减技术与极限分析上限定理结合,利用安全系数Fs评定指标对层状岩体边坡进行稳定性上限分析,与已有研究成果进行了对比分析,并较为详细地分析了相关参数对层状岩体坡体安全系数和潜在破裂面的影响。分析结果表明,与同类计算方法的对比可以证明表明文中方法的正确性;边坡安全系数和破坏范围受边坡坡度、岩体重度、边坡高度、动载效应系数和岩层倾角的控制;当岩层倾角处于一定范围时,层状岩体边坡发生顺层失稳的可能性最大,工程中需特别注意。     

边坡工程加固需求度评价及其应用

稳定程度不足的边坡通常都需要进行加固。但在加固系统设计时工程师们必须搞清边坡的哪些部位应进行重点加固 ,哪些部位只需要一般加固 ,甚至不需要加固 ,以便合理地布置加固措施。在工程地质力学综合集成方法论 (EGMS)的基础上 ,作者提出了边坡工程加固需求度 (DRD)的概念及其应用方法。