基于强度折减法的多级边坡稳定性分析

结合工程算例,采用强度折减有限元法,对边坡治理前后的稳定性进行了分析。结果表明,有限元强度折减法能更加直观的得到坡体的实际破坏形式,求得的边坡稳定系数更接近边坡的实际稳定状态,显示出其在边坡稳定性分析中的一定优势。     

一种双折减法与经典强度折减法的关系

经典强度折减法的出发点是对强度值进行折减,进而导致对强度（准则）中的参数使用同一个折减系数。使边坡处于整体临界平衡状态的折减系数恰是边坡的强度储备安全系数。一些学者陆续提出了对黏聚力和内摩擦角采用不同折减系数的所谓双折减法,但尚无严格的理论依据。提出双折减法的出发点是对强度（准则）中的参数进行折减,或简称“强度参数折减”,这样可自然导致采用不同的折减系数,但此时已无法自动得到基于强度储备的安全系数。为此,提出了定义安全系数的新框架--基于参照边坡的安全系数定义,为双折减法建立了理论基础。将新提出的一种双折减法与经典强度折减法进行了比较,发现可以将经典强度折减法纳入该双折减法的计算过程,并从理论上证明了该双折减法的安全系数几乎总是小于经典强度折减法的安全系数,数值模拟实例也证实了这个结论。这表明,经典强度折减法有可能高估了边坡的安全性,建议的双折减法可作为边坡稳定分析的备选方法之一。     

一种双折减系数的强度折减法研究

传统的强度折减法采用相同的折减系数对黏聚力和内摩擦角进行折减,边坡达到临界状态时的折减系数就是边坡的安全系数,此单一折减系数的折减方法被定义为等比例折减。对于一个边坡几何构型和岩体重度确定的边坡而言,使边坡处于临界状态的黏聚力和摩擦系数组合并不惟一,等比例强度折减法所得到边坡临界状态的黏聚力和摩擦系数只是其中可能的一种潜在组合,因此,其只是众多寻找临界状态方法中的一种折减形式,并不一定就是最优的折减方式。基于以上认识,首先建立不同边坡形状、不同岩体重度条件下临界状态边坡的 - 曲线,假设岩体的黏聚力和内摩擦角在衰减破坏的过程中应沿着距离 - 临界曲线最短的路径折减,进而建立黏聚力和内摩擦角的配套折减原则,提出了一种双参数强度折减法。最后,通过3个算例比较了等比例强度折减法与双参数强度折减法的差异,结果表明,等比例强度折减法和双参数强度折减法得到的边坡临界状态并不相同,后者得到的临界滑动面范围要比前者得到的滑动面范围大。     

一种考虑变形参数和强度参数协调折减的强度折减法研究

对于一种确定的岩体材料而言,岩体的变形参数与强度参数存在一种必然的内在联系。从材料性质来看,强度折减法的本质就是在当前边坡构型和岩体重度条件下,寻找另一种合适的岩体材料使边坡恰好达到临界状态。显然,若只对黏聚力和内摩擦角进行折减而其他参数保持不变,折减后的材料参数则可能违背岩体强度与变形参数之间存在的必然联系,即新找到的岩体材料客观上不存在。因此,在对黏聚力和内摩擦角进行折减时,有必要对岩体的其他力学参数进行调整。基于以上认识,提出了一种考虑变形与强度参数协调折减的强度折减法,探讨了变形参数（弹性模量和泊松比）、抗拉强度对安全系数、塑性区的影响,结果表明,同时考虑变形参数与强度参数协调折减的方案所得的安全系数最小,与极限平衡法的计算结果最为接近,且该方案所得的剪切塑性区主要集中在临空面附近,边坡模型中下部的剪切塑性区范围较小,同时,在边坡顶部区域出现张拉屈服区,此种塑性区分布范围最接近边坡实际破坏状态。     

基于强度折减法的土石混合体边坡长期稳定性研究

土石混合体边坡是自然界中常见的一种边坡类型,具有明显的不均匀性和不连续性。土体的蠕变是造成土石混合体边坡变形及失稳的主要原因之一,而目前关于土石混合体边坡稳定性的研究几乎均未考虑土体的蠕变性。首先运用数字图像处理技术对我国某水电站库区的一个土石混合体边坡进行建模,而后利用FLAC3D软件中的强度折减法对其进行稳定性分析,并着重研究了土体的蠕变特征及其蠕变参数对土石混合体边坡变形及稳定性的影响。计算结果表明,土体的蠕变特征会明显降低土石混合体边坡的安全系数,增大边坡变形,进而对边坡的稳定性造成不利影响;其中蠕变黏性系数对边坡的长期稳定性具有较大影响,黏性系数越大,则土石混合体边坡的安全系数越低。     

一种基于强度折减法的次级滑动面分析方法研究

传统强度折减法通常对整个边坡区域进行折减,因而只能得到最小安全系数及对应的最危险临界滑动面。但在工程实践中,边坡的治理范围不能局限于最危险滑动面所包围的区域,不满足规范要求的次级滑动面范围内的坡体亦应得到治理。为了克服传统强度折减法在搜索次级滑动面方面的缺陷,提出了一种新的强度折减法。一般而言,边坡的屈服区域主要集中在滑动面两侧附近,形成一个沿滑动面分布的剪切破坏带,因此,在用强度折减法进行边坡稳定性分析时,只需对剪切破坏带范围内的局部坡体进行折减,则可得到该滑动面的安全系数和滑动面。基于以上认识,假设剪切破坏带沿对数螺旋曲线分布,不断调整对数螺旋曲线的形状以得到不同范围的剪切破坏带,对各种不同的剪切破坏带范围内的坡体进行局部折减计算,即可得到不同的安全系数及对应的滑动面。通过两个边坡算例（单台阶、双台阶）验证了该方法的可行性,并最后讨论了剪切破坏带的宽度对结果的影响。两个算例的计算结果表明,该方法不仅可以得到最危险临界滑动面,亦可得到任意安全系数对应的滑动面。     

基于强度折减法的边坡稳定性分析及抗滑桩桩位研究

以龙山变电站工程区边坡为研究对象,基于场地钻孔数据与物探数据,借助三维地质建模技术,采用AutoCAD软件建立了变电站工程区边坡的典型地质剖面。将地质剖面图导入有限元模拟软件ABAQUS中,从而获取工程区边坡数值计算模型。利用强度折减法定量分析了该边坡的稳定性,同时研究了不同抗滑桩位置对边坡稳定性的影响。模拟结果表明：塑性应变云图可确定潜在滑移面的位置,位移突变点对应的强度折减系数可作为边坡安全系数;抗滑桩位置对边坡潜在滑移面有较大影响,抗滑桩位置处于边坡中下部时,可有效阻止上部土体下滑变形,下部土体也不会产生新的塑性区,此时的边坡安全系数最大,抗滑桩加固效果最好。该数值模拟结果可为边坡防护设计提供重要的指导意义。     

物质点强度折减法及其在边坡中的应用

物质点法适用于模拟连续介质大变形,如边坡失稳全过程。在物质点法中应用强度折减法,用于边坡稳定性评价。与极限平衡法相比,二者安全系数计算值、滑动面位置结果基本一致;与有限元强度折减法相比,物质点法失稳评价标准的物理意义明确。利用物质点法大变形计算优势,评价边坡失稳后的破坏后果,通过算例说明其评价不同安全系数下的滑坡堆积形态及滑移距离的能力,尤其是评价滑坡对临近建筑物的影响程度的能力。物质点强度折减法可用于边坡稳定性评价及边坡破坏后果评价。     

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。     

基于强度折减法的某变电所边坡稳定性分析

为评价某山区变电所高填方场地稳定性,预测该场地布设支档结构后可能产生的滑裂面的形态,采用有限元强度折减法分析了该场地的稳定性。以现场原位测试及土工试验检测数据结合工程经验,综合确定了有限元计算参数。采用场地塑性应变增量贯通区作为场地上部失稳滑裂面,并采用极限平衡法对该滑面进行了验算。经分析计算,得到了场地支档结构墙顶水平位移与边坡安全系数的关系,发现极限平衡验算结果较有限元分析结果明显偏大,偏于不安全。     

用换填法及刚性桩复合地基处理桩基质量事故

通过对某一工程桩基质量事故的分析,提出了一种经济合理有效地处理方案。该方案在充分利用原有桩基的同时,用人工级配的砂石料对原设计基底土进行换填,组合成刚性桩复合地基,有效地提高了地基承载力,使建筑物的沉降控制在允许范围内。     

刚性桩复合地基沉降计算的简化方法

既简便又具有较好精度的刚性桩复合地基沉降计算方法仍是工程实践中迫切需要而又有待于解决的问题,文中提出了一个解决的简化方法。在刚性桩复合地基中,由于桩间土荷载水平不高,将桩间土荷载-沉降曲线近似为线性。当桩的荷载水平不高时,对桩的沉降可按线性考虑,线性关系可按线弹性方程计算得到。若桩可能进入非线性甚至塑性,则假设桩的荷载-沉降曲线满足双曲线规律,可较好地考虑桩的非线性沉降过程。通过计算单桩承载力特征值下的沉降,然后通过双曲线方程特点得到桩的非线性沉降方程。对于有单桩静载试验的情况,提出直接利用单桩试验曲线建立单桩的双曲线方程。最后依据共同作用时桩和桩间土的变形协调条件和静力平衡方程,即可计算其实际基础下复合地基的沉降,从而得到一个刚性桩复合地基沉降计算的简化方法。工程实例表明,简化是方法既简便又具有较好的精度,可为工程实践提供一个有效实用的计算方法。     

基于桩体抗剪强度的复合地基路堤稳定性分析方法

根据瑞典条分法和简化毕肖普法分析边坡稳定性原理,通过对抗滑桩及桩间土的稳定力矩与滑动力距进行单独分析及计算,提出基于桩体强度的路堤边坡稳定性分析桩-土分算法。采用桩-土分算法和规范法对具有不同加固桩桩径、桩间距和路堤高度的边坡稳定性及滑坡破坏特点进行分析。结果表明,桩-土分算瑞典条分法计算所得稳定系数最大,桩-土分算毕肖普法次之,规范法所得稳定系数最小。基于3种方法的路堤边坡稳定系数均随坡高增大而降低,规范法与桩-土分算法计算所得稳定系数差值,随边坡高度增大呈先增大后减小的抛物线形变化。此外,桩-土分算法分析所得边坡最不利滑面位置出现了“下移”现象,根据规范法边坡最不利圆弧滑面穿过地基加固区中部,但当路堤边坡高度为9~15 m时,桩-土分算法分析所得最不利圆弧滑面绕开了柔性桩加固区域,位于柔性桩加固区底部以下区域,且此时边坡仍然存在不稳定性。     

刚性桩复合地基桩体抗震性能分析

建立三维有限模型,分别采用振型分解反应谱法和时程分析法研究刚性桩复合地基的抗震性能,并根据相似理论,建立刚性桩复合地基群桩模型,采用模型拟动力试验,对其进行了地震作用下桩体响应规律试验研究,并对其在不同方法下的结果进行了对比分析,结果表明：无论是弯矩值还是剪力值,都是角桩最大,其次是边桩,再次是中心桩;不同分析方法所得的位移值相差不大,位移分布比较均匀;而且通过观察试验现象、分析试验和理论数据可见刚性桩复合地基具有良好的抗震性能;模型动力试验方法用于研究刚性桩复合地基的抗震性能是可行的,并且可推广应用到类似性的其他复合地基的抗震性能试验研究。     

刚性承台下刚性桩复合地基附加应力研究

复合地基内任一点的附加应力都是由桩间土所承担上部荷载和桩侧摩阻力及桩端阻力分别引起的附加应力叠加组成。根据荷载传递规律和现场试验,假定桩侧摩阻力沿深度半梯形分布,考虑到桩径的尺寸效应,采用Mindlin解对桩侧摩阻力和桩端阻力进行二次积分计算,求得桩上部荷载引起地基内任一点附加应力,桩间土上部荷载引起的附加应力采用Boussinesq解直接求得,最终叠加求得总附加应力。经工程实例验证,方法合理可行。     

修正等应变假定下刚性桩复合地基固结特性分析

刚性桩复合地基固结特性是影响工程进度的重要因素。为研究外荷载作用下刚性桩复合地基固结特性,结合刚性桩和桩间土应力-应变特点对等应变假定进行修正。在此基础之上,考虑涂抹效应、桩间土和下卧层土体固结特性的影响,推导得到桩间土和下卧层土体固结微分方程。基于双层地基固结理论,考虑单级匀速施加荷载和附加应力沿深度变化等边界条件,推导得到其固结度解析解。最后,利用数值模拟方法对解析解进行验证,并对影响刚性桩复合地基固结特性的因素进行分析。结果表明:理论计算与数值模拟结果较为吻合;刚性桩复合地基固结速率受到贯入比影响较大,当贯入比较小时,与天然地基相比,其固结速率较小,贯入比较大且桩端阻力系数较小时,复合地基固结速率大于天然地基;随着贯入比、桩-土相对刚度和垫层-土体相对刚度的增大,复合地基整体固结速率加快;随着置换率的增大,复合地基整体固结速率降低。     

刚性桩复合地基的主动土压力分析

桩足够长、桩间距不大于6倍桩径的刚性桩复合地基中,在桩间土内部的剪切力和桩土间摩擦力共同作用下,桩顶段桩间土压力仅在一定深度范围内有所增加,且随深度迅速衰减,而桩顶段桩身轴力随深度增加。基于刚性桩复合地基的这一特点,紧邻刚性桩复合地基开挖基坑且基坑底高于刚性桩桩底时,得出刚性桩复合地基上的附加荷载作用在支护结构上的主动土压力可以简化为倒三角形,最大主动土压力作用在刚性桩桩顶平面与支护结构相交处,随深度增加,主动土压力迅速衰减至0。实践表明该计算方法比较符合工程实际。     

刚性桩复合地基地震反应机理分析

为研究刚性桩复合地基的抗震性能,用刚性桩复合地基振动台试验验证了所采用的等效线性方法及其参数取值,在此基础上针对实际问题进行了三维有限元分析,对地基分层、土体模量、桩径、桩长、垫层厚度和垫层模量等因素对复合地基地震反应的影响进行了分析讨论,对刚性桩复合地基在地震荷载作用下的工作机理进行了较详细的分析。结果表明,等效线性方法能较好地模拟结构-复合地基相互作用的特性;上部结构惯性力和自由场变形对复合地基桩身内力影响都较大;地基明显软硬分层的存在,会使桩身内力显著增大。     

刚性桩复合地基水平承载力特性

利用三维非线性弹性有限元方法,研究了刚性桩复合地基在不同垂直荷载作用下的水平承载力特性,分析了不同褥垫层厚度及其地基土的性质对复合地基水平受力特性的影响,得出了水平荷载作用下桩身弯矩和挠度的分布规律。研究表 明,垂直荷载的大小改变了复合地基水平荷载作用下的破坏模式,直接影响着其水平承载力;适当的垫层厚度可降低桩所分担的水平荷载,有利于桩身的安全。     

岩溶塌陷区刚性桩复合地基技术应用

在覆盖型岩溶地区,地面塌陷是一种常见的地质灾害,人类工程活动特别是大量抽排地下水或深基础施工的扰动都将引发或加剧地面塌陷。在塌陷范围内不允许采用天然地基,对于重要建筑物常采用桩基础;近年来,刚性桩复合地基已开始逐渐推广使用。深圳龙岗中心医院门急诊综合大楼即是一个典型的工程实例,为避免深基坑开挖大量降排岩溶地下水而造成严重的地面塌陷,对地下室的设计做了调整,并针对复杂的岩溶地质条件及发育特征,采用特殊的刚性桩复合地基;文中重点介绍了素混凝土桩复合地基的设计思路、以及成桩过程中的岩溶塌陷的治理措施。