降雨条件下抗滑桩边坡三维稳定性分析

目前对抗滑桩边坡稳定性的研究多集中于无雨状态下,而降雨是触发滑坡的主要诱因,因此有必要对降雨条件下抗滑桩边坡的稳定性进行研究。本文以ABAQUS软件为平台,采用Python语言及内置接口程序对其进行二次开发,基于迭代算法确定降雨边界,并考虑桩土之间的接触效应,采用饱和-非饱和渗流结合有限元强度折减法对降雨条件下抗滑桩边坡的稳定性进行数值模拟;并与不考虑降雨时得到的抗滑桩边坡稳定性结果进行对比研究。通过研究发现考虑与不考虑降雨所得到的抗滑桩边坡的稳定性变化规律是不同的:当不考虑降雨时,桩间距越小,抗滑桩的抗滑效果越好;而在降雨条件下,桩间距越小,越不利于雨水下泄,过小的桩间距反而起不到很好的抗滑效果。当不考虑降雨时,将抗滑桩置于边坡中部时,具有较好的抗滑效果,这与前人的研究结论是一致的;而在降雨条件下,坡脚处具有较高的水力梯度,此时将抗滑桩置于坡中与坡脚之间的位置能起到较好的抗滑效果。因此,在多雨地区设桩要充分考虑当地的降雨情况而选定桩间距及桩位。研究结论可为在多雨地区进行抗滑桩设计及布设提供参考依据。     

考虑桩间土体抗滑作用的单排抗滑桩受力计算方法

为了充分考虑桩间距范围内滑体对抗滑桩受力的影响,从单排抗滑桩加固边坡的整体稳定角度出发,在采用传递系数法分析指定设计安全系数情况下抗滑桩的内力时,提出对一个桩间距范围内的加固坡体进行整体分析,将抗滑桩所在部位单独划分条块,该条块包括桩体受荷段及其两侧桩间距范围内的滑体。推导了与此分析模型相应的桩体受荷段底端内力计算公式,并给出了在滑坡推力线性分布条件下作用于受荷段的净滑坡推力计算表达式。分析结果显示,在不考虑与完全考虑受荷段两侧桩间距范围内滑体抗力作用时,得到是桩体内力及位移的上、下边界值。实例分析进一步表明,理论分析与数值模拟结果具有良好的一致性。所提出的方法比传统方法更有利于抗滑桩设计的经济性。     

抗滑桩加固边坡稳定性影响因素的参数分析

抗滑桩加固是滑坡治理的常用方法。本文采用强度折减有限元法分析了影响抗滑桩加固边坡稳定性的若干因素,计算了边坡抗滑桩在坡顶分级堆载过程中的桩身弯矩、剪力、位移和边坡安全系数,揭示了桩位、桩长等因素对抗滑桩加固边坡稳定状态的影响规律,获得了最优桩位及临界桩长等抗滑桩优化设计要素,为排桩的优化设计提供参考依据。并对抗滑桩在坡顶分级堆载下的桩身受力、变形特性及规律进行了分析。发现桩头水平位移在坡顶分级堆载下以指数函数形式发展,并建立了变形预测数学模型,为桩身变形控制提供了参考依据。     

表面渗流对生态边坡中客土稳定性影响研究

讨论表面渗流对生态边坡中客土稳定性的影响,设计并进行了同一种客土的无渗流和表面渗流情况下的稳定性试验。表面渗流情况下客土的破坏模式与无渗流情况下相同,即一条沿平面网上表面的平行于原边坡坡面的直线滑动面。利用表面渗流情况下的客土稳定性试验结果,验证了杨俊杰等提出的客土稳定设计图表的适用性。试验结果和理论分析均表明,渗流使客土的稳定性显著降低。     

耦合渗流-变形的数值流形法裂隙岩质边坡稳定性分析

岩石裂隙渗流问题作为影响岩石边坡失稳的重要因素吸引了越来越多研究者采用不同的数值方法模拟其力学行为。提出了一种基于渗流-变形耦合模型的数值流形方法,并相应地讨论了岩体裂隙网络中地下水的流动、渗透压力和岩石变形的耦合效应。基于最小能量原理,分别推导渗流条件下单元边界流体压力和系统的整体平衡方程,以及块体接触算法求解任意岩石裂缝的局部安全系数。通过一系列验证实例对所提出的数模模型进行检验,验证了该数值模型的鲁棒性和有效性。利用该方法模拟了一个岩石边坡由于渗流作用而发生的坍塌事故,再现了岩石边坡的破坏过程。模拟结果表明,过大的水力压力导致垂直裂缝张开,增加岩体变形量,最终导致边坡破坏。研究表明,该方法在模拟大规模工程问题方面具有很大的潜力。     

渗流作用下软基心墙坝稳定性分析

基于心墙坝的渗流特性建立了渗流分析模型和坝坡渗透稳定分析模型,并进一步考虑坝下软土地基的压缩特性提出了与当前应力状态有关的软土层渗流分析模型,将所建模型应用于某水利枢纽主土坝典型软基断面不同运行工况的计算,详细分析了心墙的防渗作用和软土层变形对渗透稳定的不良影响。     

基于复合抗滑桩模型加固边坡稳定性分析

数值分析方法能够同时考虑抗滑桩的受力行为及加固边坡稳定性,是研究抗滑桩加固边坡稳定性的重要手段。但在数值模拟计算中,尚未形成一种建模易、精度高和计算快的抗滑桩数值模拟模型。因此,提出一种复合单元抗滑桩模型,基于该模型系统研究抗滑桩顶部自由和固定约束条件下,不同桩位、间距等设计参数对抗滑桩加固边坡效果的影响以及抗滑桩潜在失效模式,研究结果表明,复合单元抗滑桩模型可以真实地模拟桩的力学性能,计算精度高且计算结果不受单元网格疏密的影响。抗滑桩布置在边坡中部时,加固边坡安全系数最大,越靠近边坡两端,加固边坡安全系数越小。当桩间距S≤3D时,边坡潜在滑面被分为两个独立部分,桩间土形成明显应力拱,当桩间距S≥4D时,桩间中心土体塑性剪切带完全贯通,桩间土体形成反向应力拱。桩顶自由和固定约束时,抗滑桩分别布置在边坡中部(Lx/L=0.5)和边坡中下部(Lx/L=0.3)时,抗滑桩易发生弯曲破坏。研究结果对抗滑桩加固边坡工程设计具有指导意义。     

基于M-P法的抗滑桩支护边坡稳定性分析

为评价采用抗滑桩支护后的边坡稳定性,从设计和验算两个角度着手,基于Morgenstern-Price（M-P）法建立了抗滑桩支护边坡的分析模型,进而得到了抗滑桩下滑力和边坡安全系数的表达式;通过引入自适应遗传优化算法,建立边坡稳定性分析优化模型,搜索采用抗滑桩支护边坡的非圆弧最危险滑动面;从确定安全系数求抗滑桩所受下滑力和确定抗滑桩抗力求边坡最小安全系数两种情况出发,探讨了抗滑桩位置对边坡稳定性的影响。结果表明：该方法可搜索出更加符合实际情况的边坡非圆弧最危险滑动面,并且能够得到抗滑桩的下滑力或边坡的最小安全系数,相同条件下抗滑桩应设置在边坡中部较为适合,才能最大发挥抗滑桩的加固作用。     

库水位波动条件下不同桩位抗滑桩抗滑稳定性研究

水库滑坡抗滑桩治理设计工作中,桩位的合理选择直接关系到工程安全和造价。以张桓候庙园区东侧滑坡为例,在分析滑坡地质条件的基础上,依据三峡水库实际运行条件进行不同桩位滑坡变形规律及稳定性变化规律的GeoStudio数值模拟研究。结果表明：①库水位上升时,滑坡前缘位移减小,后缘位移增大。滑坡前缘在水位下降和最低水位时出现位移极大值;滑坡后缘在水位上升和最高水位时出现位移极大值。②对滑坡后缘位移最有效的控制桩位为位于地面高程175 m的下滑段接近滑坡最大推力区域的桩位Ⅰ,对前缘和中部位移最有效的控制桩位是位于距滑坡剪出口130 m阻滑段的桩位Ⅱ,最优桩位是桩位Ⅱ。考虑水位波动的影响,提出了对现有抗滑桩设计的设计安全系数修正方法,为水库滑坡抗滑桩设计提供参考。     

降雨入渗对土坡稳定性影响分析

在饱和-非饱和渗流理论基础上,从降雨强度、前期降雨总量、不同的土坡坡度以及是否考虑植被护坡等方面对大气降雨条件下土坡的稳定性进行了探讨.分析结果表明,在土体饱和渗透系数一定的条件下,强降雨对土坡稳定系数影响显著;土坡越陡,降雨强度大小对土坡安全性影响就俞显突出;土坡表层植物根系的存在影响非饱和区渗流场分布,可以延缓非饱和区含水量的增大,土坡稳定系数得到提高.     

抗滑桩在边坡工程中的研究进展及应用

抗滑桩作为加固滑坡体的一种有效措施,与其它抗滑工程如抗滑挡墙、锚杆等相比,其具有抗滑能力强、施工安全简便,并能进一步核实地质条件等突出优点。现已广泛应用于边坡工程中。文章回顾了抗滑桩在边坡工程中的研究进展及应用情况。主要内容包括:抗滑桩内力计算方法研究(如有限差分法、双参数法、改进的悬臂桩法、有限元法);抗滑桩工作机理研究(如桩-土共同作用研究、基于土拱效应的桩间距确定);对抗滑桩设计优化方法的研究进展、抗滑桩在相关工程中的应用情况。文章最后对抗滑桩应用于边坡工程时,可能的研究方向提出一些新的思考,期望对后续的研究工作起到一定的抛砖引玉作用。     

考虑降雨入渗的非连续性岩体边坡稳定分析

由于断层和节理切割,边坡岩体一般具有非连续特性,降雨入渗是影响其稳定的重要因素之一。应用饱和与非饱和渗流理论建立了岩体边坡的非稳定饱和与非饱和渗流分析模型,并采用块体系统的非连续变形分析建立了降雨入渗非饱和渗流场影响的岩体边坡稳定分析和评价模型。作为应用实例,对某高速公路岩体边坡在降雨入渗条件下的非稳定饱和与非饱和渗流场及其对边坡稳定性的影响进行详细分析,并对边坡的稳定性进行评价。     

基于遗传算法的抗滑桩优化设计

抗滑桩由于其桩位布置灵活、施工比较方便、治理效果可靠,是滑坡治理工程中广泛采用的一种抗滑措施。一直以来抗滑桩设计都是沿用手工查表计算的方法,采用这种传统的抗滑桩设计方法不仅增加了工程师繁重的计算工作,而且很难实现优化设计。文章在对抗滑桩的工作机理进行分析的基础上,讨论了影响抗滑桩经济性的主要因素,以抗滑桩的截面宽、高和长度为基本要素,建立了抗滑桩优化设计的数学模型,并采用遗传算法进行求解。最后对一个工程实例用传统设计方法和优化设计方法所得的结果进行了比较,结果表明,对抗滑桩进行优化设计不仅能减轻工程设计人员的工作量,还可以在满足安全的条件下明显的降低工程费用,在滑坡治理工程中具有一定的实际意义。     

基于模型试验的桩间距对组合式钢管抗滑桩抗滑效果的影响分析

通过大型物理模型试验分别对3种不同桩间距组合式钢管抗滑桩治理滑坡的力学效应进行研究,对比分析桩顶位移、剪出口位移、桩身弯矩随荷载的变化规律和桩体、滑坡的破坏情况,讨论桩间距对组合式钢管抗滑桩抗滑效果的影响。试验结果表明,当桩间距由18.7 cm依次增大至23.5、28.0 cm,即由3.9d增大至4.9d、5.8d（d为小直径圆形钢管的外径）,同等荷载作用时桩顶水平位移、剪出口水平位移、桩身弯矩逐渐增大,但桩间距由3.9d增大至4.9d时,位移与弯矩的增大幅度远大于桩间距由4.9d增大至5.8d。建议在组合式钢管抗滑桩设计中,若滑坡推力较小,可适当增大桩间距至5.8d甚至更大;若滑坡推力较大,应适当减小桩间距至3.9d甚至更小。无论滑坡推力较大或者较小,桩间距为4.9d的组合式钢管抗滑桩治理滑坡的性价比均较低。     

降雨条件下土坡饱和-非饱和渗流分析

分析了降雨入渗的过程,提出了降雨概念模型:讨论了如何用饱和-非饱和渗流数值方法分析边坡在不同雨型下的渗流场;分析结果表明:雨水入渗过程受初始渗流场影响很大,初始含水量的大小影响湿润锋的推进。暴雨情形下,雨水入渗缓慢,浅部土体保持一定吸力,雨停后渗流场仍有较大变化。     

树根桩加固边坡的稳定性分析与评价

参考树根桩应用于托换工程的设计计算方法,根据树根桩的实际特征,详细地推导了树根桩加固边坡后树根桩与土均质化复合“土体”的本构模型,研究了树根桩应用于边坡加固后的应力场、位移场的变化及边坡的稳定性情况。最后,比较了两种本构模型在评价边坡稳定性方面的优缺点,得出采用复合本构模型评价树根桩加固边坡的稳定性是完全可行的。     

桩墙复合结构在抗滑工程中的应用研究

水库塌岸防治工程,具有保证斜坡整体稳定性和防止库岸再造的双重要求。特别是其上具有重要或不宜拆迁的建筑物并具有潜在不稳定的岸坡时,更应合理选择库岸防治方法,以满足该双重要求。本文在对水库岸坡特点和其防治工作特点总结的基础上,利用抗滑桩和重力式挡土墙复合结构,对三峡库区典型岸段进行了防治工程设计。     

降雨入渗对路堤边坡稳定性研究

基于非饱和土单变量的有效应力理论,建立了非饱和水-气两相的流体-固体耦合方程,在考虑地表径流-地下渗流和流体-固体双耦合的情况下,以达成线K240+10~70段因降雨产生的边坡破坏为工程实例,对计算理论模型进行了数值验证,同时对各种影响边坡稳定性因素进行了数值计算,对其破坏范围、降雨引起的破坏深度和入渗深度进行了分析,综合各种影响因素,其中降雨强度和历时及长期强度的影响最为明显。