反倾层状岩质边坡悬臂梁极限平衡模型研究

基于悬臂梁理论和运用极限平衡法研究反倾层状岩质边坡变形破坏是一种既注重变形过程又注重力学分析的可行方法。在国内外研究现状基础上,研究悬臂梁极限平衡分析模型。首先通过野外现象的观测,提出能对反倾层状边坡变形几何空间条件进行分区的“基准面”的概念,再利用“基准面”分析岩层分区破坏模式的力学机制,认为破坏面的形成机制是弯曲拉裂和压缩剪切的共同作用结果,对悬臂梁极限平衡分析模型中的各参数确定给出假设或理论分析,建立了计算模型。以重庆市巫溪县中梁水库硝洞槽-郑家大沟库段反倾岸坡为例,在边坡变形破坏模式识别基础上,应用悬臂梁极限平衡模型理论分析实例,验证该模型的合理性,同时也给出反倾层状边坡悬臂梁极限平衡模型计算步骤,用数值模拟方法验证该分析模型的正确性。模型计算结果表明,破坏区大体分为滑移区、倾倒区和倾倒变形影响区,破坏区大小由坡角、岩层倾角、坡高共同决定,当三者关系（见式（13））大于0时,才存在破坏区,才有可能发生变形破坏。研究成果对反倾层状岩质边坡稳定性评价与防治具有理论指导意义和应用价值。     

板裂结构顺层岩质边坡滑移-弯曲破坏机制的力学模型研究

滑移-弯曲破坏是顺层岩质边坡的常见破坏模式之一。基于板裂结构顺层岩质边坡的地质成因分析,将最大拉应力强度理论引入到地质力学模型分析中;根据破坏特征,将板裂结构顺层岩质边坡的岩层带分为滑移段和弯曲段;采用能量法、Rayleigh-Ritz方法及势能驻值原理等近似模拟弯曲段的挠曲方程;运用梁板强度理论,推导了板裂结构顺层岩质边坡最大拉应力计算公式和边坡潜在破坏点预测模型;在此基础上,将理论公式程序化,通过典型滑坡算例,得到了理论预测值与实际破坏值的近似一致性;通过FLAC^3D数值模拟软件分析了山阳滑坡的破坏过程,并得出：(1)滑坡体总位移的变化趋势呈现出明显的滑移-弯曲变化特征;(2)最大拉应力和张拉塑性区所在位置的数值模拟结果与理论计算结果近似一致。     

顺层岩质边坡稳定性极限分析上限法

基于极限分析上限法理论,运用体积力增量法,考虑单层滑动面极限分析模型的缺陷,建立考虑含结构面的多岩层错动的任意块体模型,利用岩块体在外荷载作用下达到极限破坏时,外荷载做的功与岩体消耗的功相等为基础建立等式方程,由此推导得到此类边坡稳定系数的计算公式。在分析典型边坡算例的基础上,对比离散元数值模拟结果,验证了该方法的可行性和适用性。对云南省普宣高速公路某顺层岩质边坡进行计算,其稳定系数接近离散元数值模拟结果,数值稍有偏大,边坡稳定。其研究结果为此类边坡稳定性评价提供了一种新的计算方法。     

考虑层间错动的顺层岩质边坡稳定性分析

渝怀线DK385+470～DK385+700段为典型的顺层岩质边坡,当采用滑面为直线型的刚体极限平衡法进行分析计算时,由于无法考虑滑体内的层间错动对边坡稳定性的影响,直接导致稳定系数计算结果偏大。根据极限分析上限法原理,结合工程实例,提出了考虑层间错动的顺层岩质边坡极限分析上限法,并推导了这种方法的稳定系数计算公式。该方法可以将层间错动产生的内能耗散计入到虚功率方程中,因而可以考虑层间错动对边坡稳定性的影响。以渝怀线典型顺层岩质边坡为例,采用刚体极限平衡法和极限分析上限法分别进行了稳定性分析计算,结果两种方法却得出了截然相反的结论。     

鄂西北山区降雨型边坡失稳模式和评价方法

2003年6月的一次连续降雨诱发了鄂西北山区郧漫公路沿线多处边坡失稳。根据边坡岩土体的组成和结构特征,总结出了5种典型的暴雨型边坡失稳模式:浅层堆积体滑移、含软弱面顺层滑移、切层边坡水压劈裂破坏、碎裂岩似弧形追踪破坏和块裂岩楔体滑移。根据边坡破坏特点和降雨作用形式提出了相应的评价方法,认为浅层堆积体在暴雨下含水量,即85%~100%液限含水量时易发生滑移,通过平面无限斜坡评价法计算边坡稳定性;含软弱面顺层边坡及块裂楔形体均为剪切滑移失稳,采用简化的刚体极限平衡法计算其稳定性;切层边坡中陡倾裂缝经历了卸荷张开－水压开裂－贯通破坏的过程,通过Ⅰ型裂缝扩展判据评价边坡稳定性;碎裂岩边坡发生类似弧形滑移的追踪破坏,采用连续介质圆弧法计算边坡稳定性。     

大奔流顺层岩质滑坡溃屈型破坏力学机制研究

溃屈型破坏是顺层岩质边坡一种常见的破坏模式。以大奔流顺层岩质滑坡为例,分析了其溃屈型破坏的形成机制,绿泥石片岩层面发育程度和层面抗剪强度及岩石破碎程度是大奔流滑坡发生的主要地质因素,爆破震动荷载和地下水作用是发生溃屈型破坏的主要诱发因素。基于弹性板梁稳定理论和能量平衡原理,建立了顺层岩质滑坡溃屈型破坏力学模型;通过力学分析,提出了综合考虑滑坡自重、地下水与震动荷载作用的顺层岩质滑坡溃屈段长度条件方程。以大奔流滑坡为实例进行了验算,计算结果和现场破坏特征基本一致,表明了该方法的可行性,为研究顺层岩质滑坡溃屈型破坏的力学机制提供了依据。     

长大顺层边坡渐进滑移失稳演化机理研究

目前对长大顺层边坡在开挖过程中的变形与渐进破坏过程研究较少。因此,深入进行长大顺层边坡变形破坏机理的研究,能为边坡稳定性分析和治理提供重要依据。首先对长大顺层边坡进行定义,随后通过对长大顺层边坡进行数值分析,得到了长大顺层边坡滑面应力的基本特征,在此基础上分析得到了长大顺层边坡的渐进失稳演化机理。鉴于模型实验研究方法具有直观性的优点,研究中引入模型实验,并通过试验现象和675组试验数据分析,发现这类边坡的主要变形方式均为滑动变形,破坏模式为滑移—拉裂破坏,滑动过程为分级滑动。模型试验和数值分析均表明长大顺层边坡的破坏模式为渐进多次滑移拉裂失稳模式。     

顺层岩质边坡开挖模型试验及稳定性影响因素分析

用地质力学模型试验方法,对顺层岩质边坡进行开挖破坏试验。同时在有限元分析的基础上,采用多层结构模型对顺层岩质路堑边坡稳定性的影响因素进行了分析。指出当边坡走向与岩层走向夹角超过30后,边坡发生顺层滑动破坏的可能性很小,基本上可不视为顺层边坡。同时也阐明了岩层倾角以及结构面抗剪强度对顺层岩质边坡稳定性的影响。文中结论可为顺层岩质边坡的科研、设计和施工提供参考。     

反倾岩质边坡悬臂梁极限平衡模型的改进

反倾岩质边坡稳定性分析一直以来都是边坡稳定性分析中的难点,有很多悬而未决的问题。极限平衡分析方法仍然是目前最为常用的一种方法,也是相对比较成熟的一种方法。在Adhikary和Dyshin悬臂梁弯曲极限平衡分析模型的基础上,经过分析推导,对其折裂面形式、层间凝聚力的影响和各层岩体重度等方面问题进行了修正,得到了改进的悬臂梁极限平衡模型,提出了以各层位剩余不平衡力作为分析反倾边坡稳定性标准的新方法,并对边坡稳定性各影响因素进行了分析研究,得出的结论和规律更符合工程实际,对该类边坡的设计施工具有指导意义。     

悬臂-拉裂式崩塌破坏机制研究

悬臂-拉裂式崩塌是崩塌类型中较为常见的一种,常发育于近水平层状的陡峻岩质边坡,在我国的西南和西北山区以及三峡库区,该类危岩体的数量多且崩塌发生频率高。调查研究表明,差异风化剥蚀、河流侧蚀、海水浪蚀、碳酸盐溶蚀等作用是岩质边坡产生凹进岩腔和凸出悬臂的外动力地质作用。在调查基础上,概化出厚层硬岩夹薄层软岩和薄层硬岩夹软岩两种悬臂梁崩塌破坏模式。根据悬臂梁最大弯曲应力计算理论,推导出岩腔极限深度计算公式,并结合岩石风化剥蚀速率,对悬臂梁危岩体产生破坏的时间进行了预测。通过岩腔极限深度计算公式的分析和悬臂梁崩塌野外调查结果,均表明岩腔极限深度与悬臂岩体厚度成正相关,而与顶部裂缝深度比成负相关。根据最大拉应力-抗拉强度比值分析法,推导出悬臂梁危岩体稳定系数计算公式,并给出其稳定性评价标准。通过典型算例,对文中方法的正确性进行检验,结果表明该方法具有公式简单和计算可靠等优点。     

Calculation of the Internal Forces and Numerical Simulation of the Anchor Frame Beam Strengthening Expansive Soil Slope

Anchor frame beam is an excellent method for strengthening the expansive soil cut slope. It can effectively prevent cracks and fissures of expansive soil slope from expanding. There are plentiful engineering experiences that are important for the design of anchor frame beam. However its design theory is still not uniform and there is not any code to be followed. The assumption of Winkler foundation beam and semi-infinite elastic theory are used for calculating the internal forces of the frame beams. At the meantime FLAC^3D software is used for simulating anchor frame beam strengthening expansive soil cut slope. Main parameters, such as length, range interval and angle of the anchor, are researched so as to acquire how to influence slope deformation. The internal force distributing of different length beams is analyzed. The results indicate that it is absurd to design frame beams just by expansive force. It is suggested that the internal forces of pre-cast and cast-in-place beams be calculated with Winkler foundation beam and semi-infinite elastic theory. The numerical results show that ratio of slope has an impact on the slope deformation, and that the angle and the range interval of the two neighboring anchors influence the slope deformation. The pertinent proposal for designing frame beam is offered based on an actual project so as to optimize the design.     

加固膨胀土路堑边坡中框架梁的内力计算

锚杆框架梁是一种较好的加固膨胀土路堑边坡方式,但其设计理论依据仍不统一,未形成成熟的规范,多依靠工程经验。Winkler地基梁和半无限弹性体理论被用来计算框架梁的内力,在Winkler假设的前提下,着重分析了现浇梁和预制梁在不同长度条件下的内力分布。结果表明：框架梁的设计完全依据膨胀力是欠合理的,建议采用Winkler地基梁和半无限弹性体理论计算框架梁的内力,并结合工程实例,提出了相关的建议。     

边坡危险滑动面及稳定安全系数的力学解析方法

为了分析边坡的稳定性,提出了一种基于极限平衡理论的分析方法。假定坡体为只受重力作用的弹性体,通过弹性力学解析解求得应力分布,将滑动面用分段二次多项式函数表示,当分段间隔足够小时,这种表示方式可以描述任意曲面形状,根据坡体滑面所满足的Mohr-Coulomb准则,定义边坡稳定安全系数,其为多项式系数的函数。通过混和罚函数优化方法可以求出最危险滑动面对应的多项式系数,获得边坡的稳定安全系数,从而判定边坡的稳定性。所提出的方法与以往方法不同,不用将滑体划分成垂直条块,不用假定滑面上的法向应力分布形式,而直接利用已有的坡体弹性应力解。算例表明:本文方法所得到的结果与简化Bishop法和有限元强度折减法获得的结果非常接近,且基本介于有限元法和简化Bishop法之间。     

An elastic-perfectly plastic analysis of the bending of the lithosphere at a trench

A number of authors have modelled the flexure of the lithosphere at an oceanic trench using a thin elastic plate with a hydrostatic restoring force. In some cases good agreement with observed topography is obtained but in other cases the slope of the lithosphere within the trench is greater than that predicted by the elastic theory. In this paper the bending of a thin plate is considered using an elastic-perfectly plastic rheology. It is found that the lithosphere behaves elastically seaward of the trench, but that plasticity decreases the radius of curvature within the trench. The results are compared with a number of observed trench profiles. The elastic-perfectly plastic profiles are in excellent agreement with those profiles that deviate from elastic behavior.     

层状地基上弹性地基梁的有限元-边界元耦合分析

将地基视为多层各向同性弹性体,对Euler-Bernoulli梁进行有限单元离散分析,对地基-梁接触面采用边界积分法求解,根据地基-梁接触面的竖向位移协调和光滑接触条件,应用有限元与边界元耦合的方法推导出各向同性成层弹性地基上的Euler-Bernoulli梁的半数值半解析解。基于文中理论,编制了相应的程序,通过与现有文献对比,验证了文中理论的正确性,对比分析了分层地基与等效均匀地基两种模型上的弹性地基梁。研究结果表明,分层地基与等效均匀地基两种模型上弹性地基梁性状差异较大,实际弹性地基梁计算中应采用分层地基模型。     

新型锚管构架在边坡加固中的应用

针对边坡病害治理工程往往存在工期紧、施工场地受限等特点,研究了一种用于边坡加固的新型结构,即锚管构架。介绍了锚管构架的组成和特点,基于Winkler理论,建立了锚管构架的力学计算模型,并编制了弹性杆系有限元计算程序。将锚管构架应用于西气东输管道沿线某填土边坡的病害治理中,结果表明,按照Winkler理论建立的计算模型较好的反映了锚管构架实际的受力和变形形态,输气管道的安全运营得到了保障。     

格构梁与锚索注浆复合结构在加固边坡工程中的应用研究

格构梁与锚杆（索）复合结构是治理滑坡的一种有效措施。系统阐述了格构梁与锚杆（索）复合结构的作用机理,格构梁简化为受多个集中力作用的弹性地基梁进行计算的原理与步骤,锚管注浆加固裂隙岩体的设计实施过程,并将其应用于具体实例的边坡治理中,取得了满意的结果,可为同类工程提供参考。     

土坡悬臂式抗滑桩一种抗震设计计算方法

在强震动力作用下,边坡常会产生较大的永久位移,且抗滑桩锚固段顶端前侧局部地层易进入塑性屈服状态,这在传统的悬臂式抗滑桩抗震设计计算中没有给予充分考虑。基于Nemark滑块位移法和极限分析原理,提出了考虑边坡设计安全系数和地震永久位移的作用于抗滑桩上设计滑坡推力的计算方法;同时,根据锚固段地层进入塑性屈服状态的情况提出把锚固段分为塑性区锚固段和弹性区锚固段分别计算,前者按极限地层反力法采用悬臂梁模型计算,后者按照弹性地基梁模型计算,在两者界面处需满足桩体内力和变形以及地层反力的连续条件。结合一土质边坡工程算例,给出了所提出的悬臂式抗滑桩抗震设计三段分析法的具体计算过程和结果,进一步表明所提出的方法具有技术合理性和经济性。     

变基床系数弹性地基梁解法及其应用

从实测的P-S曲线（基地压力与沉降的关系）出发,将P-S曲线拟合成分段线性函数,把分段线性函数的斜率作为基床系数,推导出变基床系数弹性地基梁的基本理论方程式,并将它变换成与常基床系数弹性地基梁相同的方程形式,从而,可以用初参数法解出它的一般解。此方法可以推广到变截面梁和非均质地基的情况。