爆破作用下顺层岩质边坡稳定的可靠性分析

基于可靠度理论建立顺层岩质边坡稳定的可靠性分析方法,获得顺层岩质边坡可靠指标和失稳概率的计算表达式。以某高切坡为例分析其稳定状态和失稳概率,并据此探讨不同粘聚力、内摩擦角、炸药量和爆心距条件下边坡失稳概率的变化规律。计算结果表明,粘聚力对边坡的失稳概率影响较大;随着内摩擦角的增加,边坡失稳概率近乎线性减小;当单孔药量从10 kg增大到160 kg后,失稳概率增幅97.10%;当爆心距小于20 m时,边坡的失稳概率减小的速度很快,而爆心距超过20 m后边坡失稳概率减小的幅度较小。考虑爆破振动的时效性,爆破荷载使边坡失稳概率增大49.61%,单次爆破振动的影响时间约6 s。     

考虑地震危险性的倾倒变形边坡风险定量分析

风险分析与评估是解决边坡固有不确定性的重要工具, 但同时考虑外在荷载和内在岩土力学参数的不确定性, 对边坡进行系统定量风险分析的研究较少。以西藏扎拉水电站厂后倾倒变形边坡为例, 基于场地地震峰值加速度概率密度函数和不同地震峰值加速度下边坡失稳概率拟合函数, 采用数值积分计算了边坡在设计基准期的失稳概率, 并采用离散元方法对边坡失稳后的影响范围进行了数值模拟, 在此基础上进行了承灾体易损性分析及定量风险计算, 最后采用ALARP准则进行了风险评价。研究表明, 考虑地震危险性条件下, 扎拉水电站厂后倾倒变形边坡在50 a设计基准期内失稳概率为0.061 9;边坡对水电站地面厂房存在较大威胁, 相应财产风险为5 482万元; 根据ALARP准则, 边坡风险处于不可接受区, 需采取措施防范或规避风险。研究成果对于边坡治理工程决策及风险管理具有指导意义。      

含优势渗流层边坡降雨入渗下的可靠度分析

含优势渗流层边坡在降雨入渗的作用下其渗流场往往具有较高的不确定性,这给边坡的稳定性评价带来困难,通常采用概率的方法解决此类问题。针对含优势渗流层边坡降雨入渗下的可靠度问题,通过将应力分析中的点估计-有限元法引入到边坡渗流-稳定性分析,提出了考虑优势渗流层渗透特性不确定性的渗流概率分析和边坡可靠度分析方法;其次以广西某含碎石夹层土坡为例,分析了降雨入渗下碎石夹层的优势渗流效应及渗流概率,并基于此开展了该边坡降雨入渗下的可靠度分析。结果表明:①含优势渗流层边坡雨水沿优势渗流层渗入坡体内部的深度显著高于沿坡面渗入的深度;优势渗流层渗透特性的不确定性对渗流结果的影响较大,使得边坡稳定性分析具有较强的不确定性;②随着雨水入渗持时的增加,含优势渗流层边坡不同滑动面的失效概率总体呈现增加趋势,最危险滑动面的位置不断向边坡下部演化;依托工程滑动面位置的预测结果与工程实际吻合;③提出的概率分析方法适用于分析含优势渗流层边坡降雨入渗影响下的稳定性问题,而且具有计算量小的优势,可作这类边坡可靠度分析的一种新方法。      

高陡边坡稳定性的概率分析

将概率方法应用于某高陡岩质路堑边坡的稳定性分析。通过适当降低岩土体的力学参数来间接考虑岩体节理裂隙的影响,并对加固后的边坡进行了同样的计算,认为加固后边坡处于稳定状态,与实际情况吻合。     

基于一阶线性应变软化理论的边坡稳定性研究

在持续降雨或开挖卸荷作用下,土体的强度指标会发生劣化,但现今采用的边坡稳定性计算大多直接将其视为一个常数。为接近真实的边坡失稳破坏模式,基于瑞典条分法以及一阶线性应变软化机制,提出了一种边坡渐进破坏分析新方法,推导出应变软化型边坡极限平衡表达式,并获得了各破坏进度下边坡的安全系数。通过对模拟算例进行分析,证明了条分-软化法的可靠性,且计算结果表明渐进破坏过程中安全系数不仅取决于边坡的破坏方式与强度参数,还与岩土体的软化模量密切相关。同时,通过与滑坡实际案例的对比验算,证实其强度指标存在不同的衰减系数,即黏聚力的衰减系数大于摩擦角。从理论到应用,最终获得的条分-软化法,不仅考虑了岩土体的强度劣化效应以及滑动面的渐进发展,还能有效地服务于实际工程背景下边坡的稳定性分析,可以为滑坡的预防与治理提供指导建议。     

动力作用下锚杆格构支护土质边坡动态响应分析

地震边坡稳定性是岩土工程和地震工程中研究的重点问题之一。针对锚杆格构支护的均质土坡在地震荷载作用下的动力响应,通过振动台模型试验,分析了不同坡高地震加速度和速度响应规律、边坡位移特征及支护结构破坏特征,揭示了均质土坡及其支护结构在地震作用下的变形破坏机理。结果表明:随着振动次数的增加,边坡模型自振频率逐渐降低;低频动荷载作用下坡体上部加速度响应最大,但随着振动频率的增加,放大作用降低,即边坡对低频振动波有放大作用,而对高频振动波却有滤波作用;振动频率较小时,坡体整体速度较大,但不同高度差异较小,破坏并不明显;振动频率接近模型边坡自振频率时,坡体上部速度最大,下部速度最小,且变化明显,破坏性最大;动荷载作用过程中,滑坡体的变形模式表现为旋转位移和水平位移,滑体和基体间相对位移上部较大;支护结构破坏时,上层锚杆和中层锚杆被拔出,上部格构发生严重隆起;虽然边坡做往复运动,但最终仍有一定相对位移;在设计支护结构时,要适当加长上部锚杆的长度,并且对中、上部格构进行补强。     

基于修正Green-Ampt模型的降雨诱发区域浅层斜坡失稳灾害分析

由于具有类似的工程地质和水文地质条件, 在高度相关的降雨作用下, 同一个区域中的降雨诱发浅层斜坡失稳灾害常成群出现。在区域尺度预测浅层斜坡失稳灾害对滑坡灾害的防灾减灾工作具有重要的意义。为此, 提出了一种基于力学原理的降雨诱发浅层斜坡失稳灾害预测新模型RARIL。该模型采用修正Green-Ampt模型进行降雨入渗分析, 采用无限体边坡模型进行安全系数计算, 利用可靠度原理考虑区域斜坡稳定性分析中的参数不确定性。该模型具有可考虑降雨诱发浅层斜坡的失稳力学机理、可考虑区域内斜坡土体参数不确定性, 以及计算效率高、易于在GIS平台上实现等优点。案例分析表明, RARIL模型较为准确地预测了2010年8月12日11∶00至2010年8月14日9∶00期间强降雨在四川省汶川县映秀镇附近的303省道K0-K20段沿线区域引发的滑坡灾害, 研究结果证明RARIL模型在预测降雨诱发区域斜坡失稳灾害方面有很好的应用前景。      

蓬莱阁丹崖山安全监测与分析

丹崖山边坡稳定性是关系古文物蓬莱阁安全的关键问题。丹崖山边坡高差大、断层裂隙发育、岩体卸荷深度大,地质条件十分复杂,边坡在施工期和运行期的稳定性问题特别突出。该文介绍了丹崖山岩体加固后的监测布置,并对岩体表面变形趋势、空间分布形态、加固后变形趋势进行分析,通过对多点位移计、锚杆测力计、锚索测力计、表面裂缝计及地表变形等监测结果进行综合分析,得到边坡岩体的变形规律。     

深开挖岩石边坡三维随机楔体的稳定性分析

针对水工建筑物深开挖边坡中常出现的随机楔体,应用概率与统计学理论,分析组成楔体结构面的分布及组合特征,采用三维结构面网络模拟的方法模拟边坡工程中的结构面分布,进一步研究随机楔体稳定性及分布规律,提出了三维随机楔体的稳定性系统分析方法,为边坡加固提供了理论依据。     

土层锚杆模型试验研究

针对土层锚杆应力分布的复杂性,进行室内模型试验,利用所得数据,绘制了拉力型锚杆和压力型锚杆杆体全长上的应变分布曲线、同列锚杆锚固段末端点以及坡面处的应变分布曲线.在所得曲线的基础上,对坡体中锚杆的应力分布特征以及变化规律进行了分析及讨论,从而对其工作性能和加固机理进行初步研究.介绍了锚杆上剪应力分布的理论解,并将试验结果与理论分析结果进行了对比,两者基本吻合,验证了本试验结果的合理性和可靠性.     

Dynamic response of a slope reinforced by double-row antisliding piles and pre-stressed anchor cables

Large-scale shaking table tests were conducted to study the dynamic response of a slope reinforced by double-row anti-sliding piles and prestressed anchor cables. The test results show that the reinforcement suppressed the acceleration amplification effectively. The axial force time histories are decomposed into a baseline part and a vibration part in this study. The baseline part of axial force well revealed the seismic slope stability, the peak vibration values of axial force of the anchor cables changed significantly in different area of the slope under seismic excitations. The peak lateral earth pressure acting on the back of the anti-sliding pile located at the slope toe was much larger than that acting on the back of the anti-sliding pile located at the slope waist. The test results indicate an obvious load sharing ratio difference between these two anti-slide piles, the load sharing ratio between the two anti-sliding piles located at the slope toe and the slope waist varied mainly in a range of 2-5. The anti-slide pile at the slope waist suppressed the horizontal displacement of the slope surface.     

Shaking table test of seismic responses of anchor cable and lattice beam reinforced slope

As a combined supporting structure,the anchor cable and lattice beam have a complex interaction with the slope body.In order to investigate the seismic behaviors of the slope reinforced by anchor cable and lattice beam,a largescale shaking table test was carried out on a slope model(geometric scale of 1:20)by applying recorded and artificial seismic waves with different amplitudes.The acceleration and displacement of the slope,the displacement of lattice beam and the axial force of anchor cable were obtained to study the interaction between the slope and the supporting structure.The test results show that:(1)the acceleration responses of the slope at different relative elevations display obvious nonlinear characteristics with increasing of the peak ground acceleration(PGA)of the inputted seismic waves,and the weak intercalated layer has a stronger effect on acceleration amplification at the upper part of the slope than that at the lower part of the slope;(2)the frequency component near the second dominant frequency is significantly magnified by the interaction between the slope and the supporting structure;(3)the anchor cables at the upper part of the slope have larger peak and residual axial forces than that at the lower part of the slope,and the prestress loss of the anchor cable first occurs at the top of the slope and then passes down;(4)the peak and residual displacements inside the slope and on the lattice beam increase with the increase of relative elevation.When the inputted PGA is not greater than 0.5 g,the combined effect of anchor cable and lattice beam is remarkable for stabilizing the middle and lower parts of the potential sliding body.The research results can provide a reference for the seismic design of such slope and the optimization of supporting structure.     

Bearing mechanism of a tunnel-type anchorage in a railway suspension bridge

A tunnel-type anchorage(TTA) is one of the main components in suspension bridges: the bearing mechanism is a key problem. Investigating the deformation characteristics, development law, and failure phenomenon of a TTA under load can provide the theoretical basis for a robust design. Utilizing the TTA of the Jinsha River suspension bridge at Lijiang Shangri-La railway as a prototype, a laboratory model test of the TTA was carried out for three different contact conditions between the anchorage body and the surrounding rock. The stress and deformation distribution law of the anchorage body and its surrounding rock were studied, and the ultimate bearing capacity and failure mode of the TTA were analyzed. The test results show that the compressive stress level is highest at the rear part of the anchorage body. Moving away from the rear portion of the body, the stress decays in a negative exponential function. Based on the load transfer curve, the calculation formula for the shear stress on the contact surface between the anchorage body and the surrounding rock was derived, which shows that the distribution of the shear stress along the axial direction of the anchorage body is not uniform. The distance from the maximum value to the loading surface is approximately 1/3 of the length of the anchorage body, and the stress decreases as the distance from the loading surface increases. Furthermore, the contact condition between the anchorage body and surrounding rock has a great influence on the bearing capacity of the TTA. The increase in the anti-skid tooth ridge and radial anchor bolt can improve the cooperative working capacity of the anchorage body and the surrounding rock, which is approximately 50% higher than that of the flat contact condition. The main function of the anchor bolt is to increase the overall rigidity of the TTA. The contact condition between the anchorage body and the surrounding rock will lead to a change in the failure mode of the TTA. With an increase in the degree of contact, the failure mode will change from shear sliding along the interface to trumpet-shaped inverted cone-shaped failure extending into the surrounding rock.     

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°.     

岩质边坡平面滑动锚固方向角的三维优化方法

以岩质边坡中常见的平面滑动为研究对象,研究其最优锚固方向角的计算方法。将锚索自由段单位长度能提供的最大抗滑增量作为目标控制变量,将坡面和滑动面特征参数与锚索设计参数作为优化控制自变量,通过坐标系转换得到的线性方程组对锚索的预拉力进行分解,并根据锚索支护时的三维模型建立了锚索自由段长度的优化公式,进而推导了用于锚固方向角三维优化的新计算方程。在该方程的基础上借助MATLAB软件中的fmincon函数对锚索加固方向不受限制时的锚固方向角进行了优化。最后通过锚固方向角敏感性分析与工程实例分析相结合,证明了推荐的最优锚固方向角计算方法的有效性与先进性。新方法有效地解决了边坡坡面与滑动面走向存在夹角时最优锚固方向角的求解问题,可进一步提高锚索的锚固效益,降低边坡的支护费用。      

平面剪切岩质边坡滑裂面的确定及稳定性分析

由于传统搜索方法对岩质边坡滑裂面的确定无法兼顾效率与精度, 如何迅速准确确定潜在滑裂面仍然是个难题。极限平衡法在岩质边坡稳定性分析中备受认可, 采用岩质边坡平面剪切滑动模型, 以滑裂面的倾角来表征潜在滑裂面的位置; 基于极值法, 推导了极限平衡条件下平面剪切破坏型岩质边坡潜在滑裂面的解析解, 并结合香港秀茂坪路边坡对其准确性进行了验证, 进一步对四川宜宾打营盘山公路多级边坡进行了整体稳定性分析。结果表明: 香港秀茂坪边坡采用本文方法确定的边坡潜在滑裂面倾角与实际滑坡倾角基本一致。实际工程应用中, 采用Slide软件中布谷鸟搜索法和模拟退火法两种搜索方法得到的滑裂面倾角分别为38.0°和37.0°, 本解析法所得倾角为34.8°; 选用Janbu法、Morgenstern-Price法和Sarma法分别计算对应的稳定系数, 结果均为1.04左右, 本文所得稳定系数为1.15, 可见本文方法所得结果基本准确。通过参数敏感性分析发现, 随着黏聚力的增加, 边坡滑裂面倾角越来越小, 稳定系数也随之增加; 而当内摩擦角增大时, 边坡滑裂面倾角和稳定系数也随之增大。      

浑厚山体随高程增加由表及里地震动响应研究

为探究浑厚山体不同高程由表及里地震动响应规律,以冷竹关山体为例,采用离散元软件建立地形与风化介质组合模型,并从底部边界输入汶川地震波信号,研究该山体两侧边坡的内外动力响应规律。结果表明,随着高程的增加,靠大渡河一侧边坡坡体内与坡表的加速度放大系数均表现出先增大后减小的节律性变化,在近坡顶时增大较快并达到最大值;靠近瓦斯沟一侧边坡坡表受地形起伏的影响,加速度放大系数存在凸坡放大、凹坡减小的特征;相同高程,随边坡由表及里深度的增加,加速度放大系数表现为逐步减小,当距坡表150~200 m时放大曲线趋于平缓;随高程的增加,加速度放大系数由表及里的减小速度变缓,且放大曲线收敛平缓的深度增大;随岩体风化程度的增加,岩体介质波速降低,共振效应使得加速度响应增大,与此同时,斜坡地形与介质组合效应使得坡表峰值加速度放大系数在2.0附近。