水力和超载条件下锚固岩石边坡动态稳定性拟静力分析

基于极限平衡理论,综合考虑水力条件、坡顶超载、地震荷载效应和锚固效应对岩石边坡进行了全面的稳定性分析。计算给出了多影响因素条件下岩石边坡稳定性安全系数的表达式,并重点分析了几种相关参数组合对岩石边坡稳定性的影响。分析表明,坡顶张拉裂缝积水、地下水渗流作用、滑面出流缝被堵塞、地震影响效应不利于岩石边坡抗滑稳定性,而锚索锚固效应则对提高边坡抗滑稳定性有积极作用;坡顶张拉裂缝积水、滑面出流缝被堵塞、水平向地震影响效应都不利于岩石边坡抗倾覆稳定性,但锚索锚固效应、坡顶超载、与竖直方向地震效应则对提高边坡抗倾覆稳定性有益。最后针对工程实际,提出了相应的工程建议。     

雪浪山横山寺西侧顺层岩质高边坡变形破坏机理与治理方案分析

边坡的稳定性分析是地质灾害防治中的一个重要内容。以雪浪山横山寺西侧顺层岩质高边坡为研究对象,运用离散单元法计算边坡在自重、暴雨和地震工况下的安全系数,并对其薄弱部位进行监测,分析其稳定性和破坏机理。结果表明:在暴雨和地震工况下,边坡产生拉张破坏,坡体产生较大位移。通过开挖放坡、锚杆(索)联合加固、在坡顶、坡脚及各级平台布设截、排水沟等治理措施后,边坡稳定性显著提高。通过测斜仪和裂缝计对治理后的边坡进行监测得出,边坡水平位移较小,裂缝的发展得到控制,边坡稳定性得到有效提高。     

溯源侵蚀引发的拉裂-倾倒型黄土崩塌形成机制

溯源侵蚀是黄土丘陵区最强烈的动力地质作用。常导致沟头后退、坡脚掏蚀,进而引发崩塌灾害。文章通过对研究区崩塌灾害的统计分析,厘定出溯源侵蚀作用引发崩塌的典型类型为拉裂-倾倒型。该类型崩塌具有后壁陡直、粗糙、规模大、分布广、危害范围广,潜在危险性大等特点。分析认为溯源侵蚀引发拉裂-倾倒型崩塌是水力侵蚀和重力侵蚀耦合作用的结果。该类型崩塌的形成,主要是由于斜坡在地表水力侵蚀和重力作用下,坡体内拉应力分布区、剪应力分布区和强烈水力侵蚀区三个区发生了转化,经历了斜坡应力重新分布、拉应力的增大与范围扩大,剪应力状态改变与范围集中、坡顶拉张与孔隙水压力耦合作用下的崩塌体倾倒破坏三个阶段。控制和影响拉裂-倾倒型黄土崩塌稳定性主要因素包括:斜坡几何特征、土体物理力学参数及裂隙中的静水压力。随着土体含水率的上升,坡顶拉张裂缝深度加深,侵蚀凹槽深度加深,崩塌体稳定性逐渐降低。     

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。     

基于不同水压分布的平面滑动边坡稳定性研究

为研究地下水对平面滑动边坡的影响,归纳了平面滑动边坡常见的3种水压分布形式,并阐述了其分布假设的合理性。根据极限平衡理论,采用Matlab编制程序,通过有无张裂缝两个算例,定性与定量分析相结合,就不同滑动面水深、滑动面倾角、坡高、坡顶倾角、裂缝水平夹角等影响因子进行敏感性分析,重点探讨了在不同水压分布时影响因子对边坡安全系数影响的动态演绎规律。研究表明,平面滑动边坡临界倾角可通过极限平衡理论编制程序计算,并考虑地下水得出临界倾角变化趋势,取经验值10%为浮动范围;边坡影响因子对安全系数的影响随着地下水位的升高而变大,其中坡高对安全系数影响显著,坡顶倾角、张裂缝水平夹角和坡顶距张裂缝距离等对安全系数影响不明显。     

地震波振幅对黄土-泥岩边坡动力响应规律的影响

研究地震作用下黄土-泥岩边坡动力响应特征,对边坡的稳定性评价和抗震设计具有重要指导意义。基于边坡的离心机振动台试验和数值模拟分析,研究地震波振幅对边坡地震动响应的影响规律,结果表明：由坡体深部至浅表层,黄土-泥岩边坡的水平向和垂向加速度放大效应呈非线性增加,且水平向大于垂直向,在坡体顶部到达最大,表现为趋表效应和高程效应;在边坡内部岩性接触部位,黄土层内动力响应较大,泥岩中动力响应较小,表现为岩性效应;随着输入地震波振幅的增加,坡体动力响应表现为先增大后减小的趋势,当输入振幅达0.3g时,坡体动力响应最大。黄土-泥岩边坡的变形破坏过程为：随输入地震波振幅增加,坡顶逐渐形成拉张裂缝,不断扩展,坡体中上部溜土,产生向临空面方向的位移,坡体中部发生鼓胀隆起,局部坡体振动松散,岩土体滑落至坡脚堆积。     

多级边坡平台宽度对边坡地震动力响应 及破坏机制的影响

以典型工程边坡为原型,利用FLAC3D有限差分软件建立一个三维土坡模型,分析地震作用下多级边坡平台宽度对边坡动力响应特性和动力失稳机制的影响。计算结果表明,边坡设置平台可以有效地提高地震动力条件下边坡的稳定性,且平台宽度越大则稳定性越显著;PGA放大系数随着平台宽度的增大而减小。结合频谱分析得到第一级边坡坡顶的动力响应较第二级边坡坡脚的大,边坡岩土体剪应变增量和位移响应也减小;地震作用下边坡塑性区从坡脚部位向坡体内部发展,随地震持时的增加,坡顶出现拉张变形,坡面及其浅表层发生拉张剪切变形,坡体内部一定部位发生剪切变形;坡面监测点位移时程曲线表明,地震作用下边坡坡脚位移向上,发生剪出变形或破坏,坡脚和变坡点均为薄弱部位,应加强支护。研究结果对多级土质边坡抗震设计具有一定指导意义。     

逆层岩质边坡地震动力破坏过程FLAC/PFC~(2D)耦合数值模拟分析

建立含有非贯通层面和正交次级节理的逆层岩质边坡FLAC/PFC2D耦合计算模型,进行地震动力破坏过程模拟试验,研究了逆层岩质边坡地震动力破坏机理。试验结果证明,在地震动力破坏过程中,边坡内部层面主要产生剪切破坏,少量张拉破坏集中于逆层边坡顶部位置并且总是发生在坡体已经产生动力失稳之后,因此层面的抗拉强度并不影响逆层边坡的地震动力稳定性。坡顶正交次级节理只能产生张拉破坏,形成宏观的岩层倾倒趋势,而坡底的正交次级节理既会产生张拉破坏,也会产生剪切破坏,破坏面滑动趋势明显。动力响应坡顶放大效应和破坏面发育位置深度导致坡顶岩体的张拉倾倒早于坡底岩体的剪切滑动,与逆层边坡静力倾倒破坏顺序相反。     

逆层岩质边坡地震动力破坏过程FLAC/PFC耦合数值模拟分析

建立含有非贯通层面和正交次级节理的逆层岩质边坡FLAC/PFC2D耦合计算模型,进行地震动力破坏过程模拟试验,研究了逆层岩质边坡地震动力破坏机理。试验结果证明,在地震动力破坏过程中,边坡内部层面主要产生剪切破坏,少量张拉破坏集中于逆层边坡顶部位置并且总是发生在坡体已经产生动力失稳之后,因此层面的抗拉强度并不影响逆层边坡的地震动力稳定性。坡顶正交次级节理只能产生张拉破坏,形成宏观的岩层倾倒趋势,而坡底的正交次级节理既会产生张拉破坏,也会产生剪切破坏,破坏面滑动趋势明显。动力响应坡顶放大效应和破坏面发育位置深度导致坡顶岩体的张拉倾倒早于坡底岩体的剪切滑动,与逆层边坡静力倾倒破坏顺序相反。     

考虑土体抗拉强度的边坡永久位移极限分析

通过野外观测与室内试验发现,边坡后缘往往存在拉应力区。拉应力区的存在会影响边坡的稳定性,而地震荷载的存在会放大这种影响。分析拉应力区对边坡稳定性的影响,当前主要采用的方式为:对强度准则中抗拉强度进行折减（即张拉截断）。文章通过极限分析上限原理和拟静力法,推导出边坡临界加速度计算方程。以边坡在不同参数组合下的位移系数为基础,输入实测地震波,采用改进的Newmark法对边坡进行位移分析。文章算例的结果表明:拉应力区的存在会大大降低边坡临界加速度,土体在完全张拉截断下的临界加速度对边坡可能会产生超过50%的折减。拉应力区的存在也可以使永久位移达到传统的摩尔库伦理论计算值的2倍之多。文中所有的结果皆以图表形式展示,非常便于理解以及读取数据。      

松散堆积体工程边坡变形机理分析及支护对策研究

合理选择开挖坡比、正确认识变形破坏机理是影响松散堆积体边坡稳定性和施工安全的前提, 本文研究了西南地区某松散堆积体工程边坡的结构特征, 根据地形条件确定了合理的开挖坡比, 采用二维有限元研究了开挖边坡的变形机理并根据模拟结果确定潜在滑动面, 在此基础上, 提出支护对策。研究结果表明, 边坡由厚度达70m 的坡洪积、泥石流块碎石堆积体组成, 斜坡下部缓中部稍陡, 开挖平台位于缓坡部位, 根据地形条件结合坡体结构特征确定边坡开挖坡比为1: 0. 75; 数值模拟结果表明, 边坡变形开挖面附近及坡顶拉应力和坡体下部最大剪应力控制, 坡顶部位将首先产生拉张裂隙, 开挖边坡内部产生从坡脚部位向上发展的剪切变形, 滑面一旦与坡顶拉裂缝贯通, 边坡将产生整体失稳; 边坡采用锚拉桩、锚索框架、锚杆框架、排水相结合的综合治理措施进行支护。     

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。     

降雨入渗条件下多级黄土高边坡稳定性分析

在西北地区进行基础工程建设,遇到了大量的多级黄土高边坡工程。边坡工程属于永久性工程,难免遇到降雨状况。降雨入渗会引起边坡土体饱和度与土体重度的变化,进而导致边坡体基质吸力与有效应力场的变化,使边坡的稳定性受到较大的影响。本文通过考虑边坡体不同深度处基质吸力随雨水入渗的变化情况,建立了渗流场与应力场的耦合计算模型,对降雨入渗条件下多级黄土高边坡的稳定性进行分析。最后,依托实际边坡工程,利用PLAXIS 3D岩土有限元软件,建立边坡稳定性计算模型,通过设置降雨量随时间的变化函数与渗流边界条件,进行降雨入渗条件下多级黄土高边坡的稳定性数值计算,并与理论分析结果进行了对比分析。根据数值计算结果可得到多级黄土高边坡在降雨入渗条件下的变形、基质吸力、有效应力、潜在滑移面以及安全系数的变化情况,从而对降雨入渗影响下多级黄土高边坡的稳定性做出分析。研究结果可为降雨入渗条件下多级黄土高边坡的稳定性的研究提供一定的指导作用。     

拉裂-滑移式黄土崩塌的形成机制及其稳定性研究

拉裂-滑移式黄土崩塌是黄土地区高速公路建设过程中常见的一种崩塌灾害。根据土体极限平衡方程,得到黄土斜坡后缘最大竖直拉张裂隙深度。引进水致弱化函数,分别建立了竖直裂隙面介质及潜在滑移面介质的本构方程。根据崩塌体能量守恒原理及尖点突变理论,建立了拉裂-滑移式黄土崩塌隐患的尖点突变模型。根据该模型,探讨了拉裂-滑移式黄土崩塌的形成机制。认为黄土斜坡开挖后,后缘形成拉张裂隙,在裂隙充水的作用下,竖直拉张裂隙的剪切模量增大,潜在滑移面的剪切模量减小,当黄土含水饱和度达到一定程度时候,系统发生突变,滑裂面形成,土体重心不断向临空面移动。其重心一旦滑出陡坡,就会产生崩塌。根据极限平衡方程,结合摩尔-库仑定律,建立了拉裂-滑移式黄土崩塌隐患体的稳定性计算公式。研究结果对黄土崩塌治理的设计与施工具有重要参考价值。     

用拐点原理计算滑坡后沿张裂缝深度的新公式

当坡体后沿产生张裂缝时,通常意味着坡体接近极限平衡状态,滑坡可能发生,若遇降雨,张裂缝充水产生的水压往往是滑坡发生的启动因素,因为水压的大小与张裂缝的深度估算有关,是边坡稳定分析的重要条件之一。建立了一个坡体后部潜在三角形极限平衡体拉张模型,导出裂缝深度公式。应用拐点的数学性质原理,解出裂缝处与内摩擦角相应的滑面倾角,计算张裂缝深度系数,绘制了应用于实际的张裂缝深度系数的数值解曲线图。解释了张裂缝发生条件:裂缝处的滑面倾角必须小于裂缝深度系数的一阶导数的极值点确定的与土层内摩擦角对应的倾角α。给出了圆弧滑面和一种非圆弧滑面发生张裂缝位置的公式。与Spencer裂缝公式进行了比较,表明本文方法具有实用价值。     

南京市旅游学校西侧山体下蜀组黄土边坡稳定性评价与治理措施研究

以南京市旅游学校西侧山体下蜀组黄土边坡为研究对象,利用极限平衡法和数值模拟法,计算边坡在天然、地震和暴雨工况下的稳定性系数,分析坡体位移和塑性区分布特征。计算结果显示,天然边坡基本稳定,地震和暴雨工况下坡体不稳定;极限平衡法与数值模拟法计算结果基本一致;三种工况下,坡体受地震力和暴雨影响,坡体位移加大,稳定性系数降低,暴雨作用比地震力影响更明显,坡体更容易受降雨影响。通过削坡减载、锚杆加固,设截排水沟等措施治理之后,坡体稳定性系数得到明显提高,边坡不同部位位移较小,边坡处于稳定状态,说明所采用的加固措施合理可行。     

基于变分法的均质土坡稳定性分析

在平面应变条件下,从考虑强度折减的滑动土体极限平衡方程出发,推导出一般情况下均质土坡稳定分析的泛函极值等周模型。依据泛函取极值时必须满足的欧拉方程,通过坐标变换对变分问题求解,得到滑裂面函数及其上分布的法向应力函数。对于给定的边界条件及横截条件,土坡稳定问题转化为求解以两个拉格朗日乘子、安全系数和滑裂面一个端点的x坐标为4个未知量的函数极值问题,可以通过数值计算得到最小安全系数及所对应的最危险滑裂面。考虑坡顶拉裂缝,通过算例分析了不同的滑裂面位置及对应的安全系数。通过对ACADS边坡考题算例分析,在不考虑坡顶开裂的条件下,采用该方法的分析结果与依据极限平衡法得到的各裁判答案非常接近,在考虑坡顶开裂时,安全系数略有减小。     

强降雨条件下具有张裂缝边坡临界滑动场

降雨持时较长且雨强较大时,雨水的入渗不仅会增大孔隙水压力,且易使张裂缝充水形成静水压力,对边坡稳定不利。结合降雨条件下饱和-非饱和渗流分析,考虑降雨过程中的瞬态孔隙水压力场与瞬态强度场,并同时考虑张裂缝充水时的静水压力,对边坡临界滑动场法进行改进,提出降雨条件下具有张裂缝边坡临界滑动场数值模拟方法,且对其进行了验证。将该方法用于一个典型均质黏土边坡算例,结果表明,（1）文中方法可考虑张裂缝具体位置、深度及其充水状态下对边坡稳定性的影响,并能搜索出任意形状危险滑面,计算结果合理可靠;（2）降雨条件下张裂缝中静水压力对边坡稳定性及滑面形状有较大影响;（3）降雨条件下张裂缝位置对边坡稳定有较大影响,距坡肩越近,张裂缝对边坡稳定性影响越大;（4）张裂缝处在最不利位置且充水时存在一个最不利深度。     

管道穿越黄土陡坡斜井工程稳定性分析

长输油气管道工程频遇黄土冲沟,给管线的施工和安全运营带来了困难。基于邓肯-张非线性弹性本构模型,利用数值模拟方法,对斜井开挖法穿越边坡的井周及坡体的受力变形规律进行了系统的研究和分析。结果表明,在确保斜井布设在边坡潜在的最危险滑动面以外的前提下,坡顶斜井入口越接近坡肩,斜井井周及坡体的稳定性越好。鉴于黄土斜井拱顶易出现塌落的问题,基于多工况数值模拟分析结果,结合响应面方法,构建了拱顶屈服区深度的预测公式,经验证相关性良好,可用于对斜井穿越黄土冲沟或陡坡的支护设计。     

降雨条件下非饱和土滑坡渗流变形模拟分析及工程治理

以G104国道丁山服务区西侧滑坡为研究对象,根据勘查和室内试验结果,结合反演方法确定滑坡滑带土强度参数。设定了降雨入渗模型、建立滑坡体数值模型,运用非饱和土渗流理论对边坡进行渗流场和应力场耦合分析。通过有限元方法模拟降雨96h,对孔隙水、渗流、位移和边坡稳定性分析。结果表明:降雨过程中,孔隙水压力与坡体位移有明显相关性,坡顶X分量位移较大,坡体的浅层、坡体上部孔压及位移变化较大,因而容易引发后缘拉裂缝、浅层滑塌,降雨后期坡体持续蠕移,引发边缘剪切裂缝,进而诱发整体性滑坡。削坡和挡墙能够提高坡体稳定性,格构、绿化、截排水工程能够减小降雨对坡顶稳定性的影响。