基于矢量分析方法的边坡下滑推力计算

边坡抗滑稳定分析一直都是岩土力学与工程中的重要研究方向之一,研究成果众多。针对规范不平衡推力法在实际工程应用中的不合理现象,根据边坡抗滑稳定矢量和分析方法原理,提出了基于矢量分析的边坡矢量下滑推力计算方法,推导了二维及三维边坡强度储备型和超载储备型矢量下滑推力表达式。采用矢量分析方法计算了两个二维算例及一个三维算例的下滑推力,二维算例结果表明：矢量下滑推力方向受滑面倾角变化影响较剩余下滑推力小,矢量下滑推力在滑面不同位置处的变化比剩余下滑推力光滑,避免了剩余下滑推力精度受折线形滑面倾角变化影响过大的问题,当滑面为单折线时矢量下滑推力与剩余下滑推力相同。三维算例结果与对边坡稳定的已有认识保持一致。最后,采用这两种方法对西部某工程滑坡的下滑推力进行了分析,计算中主要考虑3种工况,分别为自重、暴雨和地震工况。结果表明,矢量下滑推力较剩余下滑推力有很好的改善。探讨了矢量下滑推力较剩余下滑推力的进步之处。     

土质边坡预应力锚索设计方法探讨

在满足边坡稳定安全的基础上,运用边坡稳定性分析中的传递系数法分析边坡推力分布特征,以边坡主下滑段为预应力锚索加固对象,考虑其上滑体的下滑推力和阻滑段的抗力作用,得出了求解加固段各条块预应力锚索抗力的计算公式,建立了预应力锚索设计荷载与其布置间距的关系,提出了一套土质边坡预应力锚索加固设计的方法,该方法形式直观、运用方便,可直接确定预应力锚索设计荷载与其布置间距,且边坡的稳定性能自动满足工程要求。用该设计方法对某工程进行了实例分析,取得了较好的效果。     

土坡前端推力对降雨入渗响应的试验研究

降雨入渗可引起坡体前端推力发生显著改变,影响土坡的稳定和安全。利用构建好的降雨模拟和监测系统,对降雨诱发非饱和残积土坡失稳过程进行全方位、多参量的实时监测,着重分析不同位置、坡度、密实度和不同降雨条件下坡体前端推力的时变规律。结果表明:边坡上部土体含水率、吸力、坡体变形和下滑推力变化幅度较大,速度较快,而下部土体变化幅度较小,速度较慢;坡体前端推力变化可分为缓慢增加、加速上升和雨后衰减3个阶段,降雨过程中陡坡和高密实度边坡反映较为强烈,下滑推力峰值大于缓坡和低密实度边坡;降雨作用下新边坡坡体应力状态变化明显,较易失稳,而老边坡则相对比较稳定;高密实度和陡坡坡体内部的高应力区域在二次或多次降雨后可完全释放,边坡具有高水平的雨后剩余下滑力和更显著的土体软化效应。研究成果对进一步揭示闽东南地区降雨入渗对非饱和土坡的影响机制及对非饱和土强度与稳定性的弱化作用具有重要的理论及实际意义。     

基于最小势能法的三维临界滑裂面搜索方法

为了得到三维边坡的临界滑裂面,提出了6个参数控制的三维滑裂面构造方法,基于边坡三维最小势能稳定性分析方法建立目标函数,采用遗传算法实现了临界滑裂面的搜索,并开发了相应的搜索程序。为检验文中搜索方法的合理性,将其与其他方法得到的临界滑裂面以及最小安全系数进行比较,并且将室内模型试验得到的临界滑面与理论搜索的结果进行对比。研究表明：搜索方法可实现稳步收敛;针对算例进行多变量同时变化的搜索验算,得到了与极限平衡法较为接近的结果,表明提出的搜索方法是合理的;理论计算结果与室内模型试验坡面加载得到的边坡临界滑面较为接近,再次验证三维边坡临界滑面搜索方法是可行的。     

预加固高填方边坡滑动破坏的离心模型试验研究

2009年10月3日,攀枝花机场260×104 m3万方的高填方预加固边坡整体失稳,沿基覆界面下滑,并超覆于其下方的易家坪老滑坡之上,使易家坪老滑坡再次复活。这一填方边坡失稳事件最终导致机场停航两年。通过大型离心模型试验,再现了攀枝花机场预加固高填方边坡的滑动失稳过程,获得了边坡变形破裂的特征参量,阐明了边坡的滑动失稳机制。研究表明：天然工况下,边坡变形以坡顶沉降和沿基覆界面软弱层的蠕滑为主,坡体总体处于蠕滑变形状态;降雨和地下水工况下,坡体中后部拉张破裂和中前部挤压变形显著,具有塑性流动及推移式破坏特征,并最终产生溃滑失稳;预加固抗滑桩承受较大的边坡变形推力,且越靠近坡体后部的桩推力越大,最终从后向前逐排产生累进性剪断破坏,说明该填方边坡多排抗滑桩的平面布置和受力确定欠合理;降雨和地下水工况下,坡体的最大孔隙水压力是天然工况下的3.7倍,孔隙水压力对坡体失稳有重要作用;通过模型和原型的综合对比分析,该边坡的滑动失稳机制为推移式蠕滑-累进性折断-溃滑与超覆。     

基于力平衡的三维边坡安全系数显式解及工程应用

将基于滑面正应力分布的二维极限平衡显式解法推广到三维边坡稳定性分析,提出适合一般形状空间滑面的三维边坡稳定性简便计算方法。首先,假设三维滑面正应力的初始分布,然后对其修正,使滑体满足所有力的平衡条件,导出关于安全系数的2次代数方程,最终得到三维边坡安全系数显式解。该方法克服了目前条柱法存在的一些难以解决的困难,不需要考虑条柱间作用力具体分布,满足主要平衡条件,计算过程简单。算例表明,该显式解与楔体三维极限平衡解析解完全一致,与对称三维边坡严格极限平衡解答接近。该方法已用于某重力坝坝肩三维滑体初步稳定性分析,计算结果有助于坝肩边坡的加固设计。     

地下水在黄腊石边坡稳定性中的作用规律与评价

本文在对长江三峡区黄腊石边坡地下水位的实际监测资料及边坡工程地质条件系统分析的基础上,运用岩土塑性力学基本原理建立了充水条件下堆积层边坡坡体临界塑性区滑移深度数学评价模型,并运用该评价模型对部分充水条件下黄腊石边坡的临界滑移塑性区深度进行了计算与评价.并以此评价结果为基础,运用剩余下滑推力法确定了该边坡稳定性的时空动态变化规律,发现了地下水及其变化已成为影响和控制黄腊石石榴树包边坡整体稳定性最为敏感的关键因素,为该边坡稳定性趋势预测与防治提供了依据.     

一种基于拟动力法和剩余推力法的地震边坡稳定性分析新方法

由于常用的拟静力法存在诸多局限性,将更合理的拟动力法与边坡极限平衡分析法相结合对地震边坡稳定性分析具有重要的理论和实际意义。基于拟动力法与边坡极限平衡分析中的剩余推力法,推导了考虑振动放大效应的边坡地震力求解公式及地震边坡剩余推力计算公式。在此基础上,借助MATLAB软件编写了计算地震边坡剩余推力和安全系数的程序,得到了一种拟动力地震边坡稳定性分析新方法。应用已开发的程序,通过算例分析,讨论了地震动特性、坡体材料特性、坡体几何形状、地形放大效应对地震边坡稳定性的影响。研究表明：地震边坡安全系数随输入地震动的初始相位呈周期性波动变化,且土体放大系数不会改变其波动周期;地震边坡安全系数随地震系数、土体放大系数、地震动波长与坡高比值的增大而减小;当不考虑振动放大效应时,λ/H等于2是拟动力安全系数由急剧减小到趋于稳定的转折点,λ/H值越小,拟动力安全系数与静力安全系数越接近,λ/H值越大,拟动力安全系数与拟静力安全系数越接近;当考虑振动放大效应时,拟动力安全系数可能小于拟静力安全系数,因此,无论从安全还是经济的角度出发,拟动力法都比现行的拟静力法更合理,应该是地震边坡稳定性分析的首选方法。     

井场边坡稳定性评价及工程处治方案

乐山市境内某井场平整形成填方边坡.边坡坡脚井场污水池开挖中,临空面和边坡支挡工程均出现变形破坏.根据变形破坏的分布规律,从场地地形、建筑物分布、边坡特征和原始坡体物质结构方面,分析该边坡变形机理,评价其稳定性影响因素.并采用极限平衡法对边坡的稳定性及下滑推力进行计算.在此基础上,针对性地提出该边坡的工程处治方案,保证后期井场及污水池的作业安全.     

基于滑面正应力分布的爆炸震动荷载作用下边坡稳定性分析

假定滑面正应力分布为2个待定参数的拉格朗日函数,推导出爆炸震动作用下滑体的水平力、垂直力和力矩平衡方程。通过算例分析证实计算方法的可行性,说明爆炸振动拟静力系数与边坡安全系数的关系。研究结果表明,垂直向下、水平指向坡外的爆破振动荷载以及两者的联合爆破荷载对边坡稳定性安全系数有很大的影响;爆破荷载拟静力系数从0增加到0.3 ,每步增加 0.05,爆破振动水平指向坡外时,边坡安全系数减少6.65%～23.54%,爆破振动垂直向下时,边坡安全系数减少1.18%～2.52%, 联合爆破荷载的方向对边坡稳定性也有影响。     

岩质边坡楔形体锚索加固方向角三维优化设计

以岩质边坡中常见的楔形体滑动为研究对象,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,将坡面和两组滑动面的特征参数与锚索设计参数作为优化控制自变量,通过坐标系转换建立线性方程组对锚索的预拉力进行分解,得到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,借助导数法和Matlab软件中的fmincon函数分别对锚索加固方向与坡面走向垂直的二维优化方式和锚索加固方向不受限制时的三维优化方式下的锚固方向角进行了优化。最后通过算例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。新方法可进一步提高锚索的锚固效益,减少锚索的总用量,降低边坡的支护费用。     

基于强度折减概念的滑坡稳定性三维分析方法(Ⅱ):加固安全系数计算

结合乌江洪家渡1#塌滑体加固设计工程,探讨了滑动面已知的条件下滑坡稳定性的三维分析方法。首先,模拟了塌滑体在天然状态下处于极限平衡状态时的滑动方向,并使用其应力成果计算了塌滑体的三维安全系数;其次,建议了基于强度折减概念的三维加固安全系数计算方法:最后,提出了加固设计的进一步优化方案。计算结果表明,塌滑体的滑动方向与局部地形等高线近于垂直。主滑方向变化较大,自后缘的NE15°方向逐步过渡到中部的NS向,最终过渡到前缘的NE30°方向,以致很难作出能表征主滑方向的地质剖面。基于应力计算成果的安全系数计算公式不能充分考虑滑坡体的抗滑潜能,也不能充分反映滑坡体的滑动方向,安全系数偏大。基于强度折减概念的三维加固安全系数计算方法具有有限元等方法的优点,较好地克服了上述局限性,可以合理地评价加固后的滑坡稳定性。     

滑坡稳定性及推力计算中的几个概念解析

目前工程上多采用极限平衡法计算滑坡稳定性和计算滑坡推力,该方法是建立在一系列物理概念的基础上,诸如平衡、极限平衡、稳定、稳定系数、安全系数、下滑力、抗滑力、剩余下滑力等。本文讨论了这些参数的物理意义,通过对推力传递法公式推导,阐明了稳定系数与安全系数;下滑推力与抗滑推力、剩余下滑力之间的关系。利用Excel实现了一个例子的计算,以便工程人员掌握。     

国家天文台500米口径球面射电望远镜台址球冠型边坡稳定性分析

中国科学院国家天文台500米口径球面射电望远镜（Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope, FAST）台址位于岩溶洼地内,开挖完成后的洼地边坡外形接近球冠型边坡,属于轴对称圆形凹坡,坡体由胶结的土石混合体和石灰岩组成,局部稳定性良好,整体稳定性有待评价。目前边坡整体稳定性评价通常采用基于平面应变假定的极限平衡法,由于未考虑边坡外形,该方法用于轴对称圆形凹坡稳定性的评价结果有偏差。为消除上述偏差,将轴对称圆形凹坡滑体划分为多个环形条块,考虑环形条块轴力的抗滑作用,提出了针对轴对称圆形凹坡的极限平衡法改进方法;并采用数值分析方法对改进后的简化Bishop法进行验证,结果表明改进后的简化Bishop法安全系数计算结果较未改进方法略有提高,与数值分析法结果基本一致。同时给出轴对称圆形凸坡的安全系数计算公式,计算结果表明圆形凸坡稳定性与直线形边坡较为接近。上述两种计算方法为类似外形的边坡稳定性评价提供了新的途径。     

降雨影响下的边坡稳定性及加固研究

边坡稳定性受到局部地区降雨的影响较大,降雨入渗和地震作用是影响边坡稳定性的最主要因素。本文利用有限元软件计算了不同工况下(原始边坡,放坡开挖,抗滑桩支护,持续降雨)边坡稳定性的差异。结果表明,抗滑桩的加入有效阻止了土体下滑,但随降雨的持续,土体含水量的变化时影响边坡稳定的主要因素,结果就是即使安插了抗滑桩的边坡,其滑体位移及剪应力也会很大,而土体含水量控制在18.16%时,对边坡稳定性最为有益。     

简化Bishop法的剩余下滑推力计算方法研究

简化Bishop法是评价圆弧形滑动面滑坡稳定性的"严格"方法,计算方法简便、精确,已有相关学者研究了其严格性,但却没有与之相适应的滑坡剩余下滑推力解析法,给滑坡（边坡）的综合治理带来了一定困难。本文从简化Bishop法计算原理出发,考虑坡体自重、外力、水平地震力、滑动面处的孔隙水压力等,利用力多边形法则,得到了两类简化Bishop法剩余下滑推力分析模型,即:Ⅰ型（T_i ≥ 0）和Ⅱ型（T_i < 0）;针对两类模型推导出了第i-1条块的下滑推力,然后,使F_i-1参与到第i条块的力多边形受力模型中,从上往下逐条块计算下滑推力,进而推导出条块i的剩余下滑推力解析计算公式。该解析法与传递系数法隐式解所计算的剩余下滑推力进行比较,总体上呈现出简化Bishop法剩余下滑推力高于传递系数法隐式解,两者的剩余下滑推力差值随着安全储备的增大而减小,且该解析法适用于安全储备要求较高的滑坡（边坡）,该解析法为圆弧形滑动面滑坡（边坡）治理设计提供了一定的理论依据。     

双层滑体边坡稳定性计算法及其应用

提出了双层滑体边坡体系的新概念,论述了上滑体滑动效应,建立了双层滑体边坡稳定性计算的公式,并给出了一个工程应用实例。     

滑坡时空演化规律及覆管力学响应研究

山体滑坡是威胁天然气管道安全运营的主要地质灾害,研究适应于滑坡演化规律及覆管力学响应状态的分析方法具有重要的工程意义。为此,首先采用坡体系统（阻滑段－下滑段）总势能平衡方程,即拉格朗日变分方程,并基于最小势能原理,获得坡体失稳滑移的临界条件——下滑段应变能释放量等于阻滑段破裂贯通所需要的应变能时,坡体即发生滑移,坡体内部储存的应变能转化为动能。一方面,根据滑动全过程中的岩土体颗粒与管道外壁接触关系,提出了滑坡两阶段的管道力学响应模式;另一方面,考虑岩土体颗粒的碎散度,分别构建岩质滑坡作用下管道的均匀受力模式及土质边坡管道的非均匀受力模式。鉴于此,从小尺度管土相互作用的力学响应出发,推导出岩质边坡与土质边坡滑动前后阶段的管道弹性部分受力表达式。最后,以川气东送EES244段天然气管道跨越滑坡为研究对象,建立了边坡系统总势能方程,分析出坡体的变形、失稳及滑移情况,计算出管道在不同滑动阶段的应力值,对管道的安全性进行了评价。同时,采用数值模拟的方法,从整体大尺度角度对全管段进行受力分析与安全性校核。结果表明：滑动区与未滑动区的交界面附近管道出现应力突变,滑动区内部应力小幅度增加,但整体处于安全稳定状态。因此,采用的小尺度理论计算与大尺度整体数值模拟的研究方法,对拟建管道前期设计、现役管道安全评价和后期管道维修等具有指导意义及实用价值。     

自适应差分进化算法在边坡滑面搜索中的应用

边坡三维临界滑裂面的确定及其安全系数的求解是边坡稳定分析中的关键问题,而现有分析方法尚难以方便、可靠地获得三维滑裂面。在有限元数值应力场的基础上,计算边坡的安全系数。通过构造扩展椭球形滑裂面,利用自适应差分进化(SaDE)算法结合反向移动操作,实现了复杂边坡三维临界滑裂面的搜索。扩展椭球滑裂面构造方便,搜索灵活,比传统的球面或椭球面更能反映实际工程情况。整个求解过程为显式求解,不存在收敛性问题。算例考核结果表明,提出的方法具有良好的搜索效率与全局寻优能力,结果与刚体极限平衡法、有限元强度折减法吻合,计算结果合理可靠。通过实际工程边坡,进一步验证了该方法可方便、有效地应用于具有复杂岩性及环境条件的边坡三维稳定性分析。     

抗滑桩治理的土体局部稳定性计算

本文是“芜湖青弋江骨坡的抗滑桩治理设计”一文的续文。文中提出抗滑桩设计中还应考虑的二个土体局部稳定性问题及其计算方法：桩间土下滑稳定及桩顶斜坡抗滑稳定。前者采用潘家锋根据杨森(Janssen)理论提出的公式及沈珠江根据极限平衡理论提出的公式计算，后者根据斜坡地质条件采用泰勒(Taylor)曲线计算坡脚圆滑动及半晓普(Bishop)理论计算复合滑动面的滑动。