砂黄土高边坡稳定性的数值模拟研究

基于野外调查和室内试验分析,阐述了黄土高原北部砂黄土边坡破坏的主要形式及其影响因素。结合陕北高等级公路建设,采用弹塑性有限元法模拟了不同工程开挖条件下坡形、降雨和地震作用等因素对砂黄土高边坡稳定性的影响。结果表明,随着坡角或坡高的增大,边坡稳定性不断变差,阶状坡形比一坡到顶的坡形更利于边坡稳定和防护;降雨作用对边坡稳定影响极大,在坡脚积水的情况下,坡脚处塑性应变值比常态增加近20倍;地震作用促使坡脚应力和应变值升高,并且随着地震动峰值加速度的增大而变化显著。模拟分析结果为砂黄土高边坡优化设计和灾害治理提供了科学依据。      

一种黄土高边坡设计的新方法

根据黄土高边坡破坏面的实际特征,假定最危险滑动面为抛物线型,对高边坡进行可靠度分析,应用数学原理,建立了黄土高边坡的设计模型,并对铜黄一级公路黄土高边坡进行分析验证,结果表明,该方法计算的结果与实际较接近。该方法物理意义明确,易操作,可供设计人员参考。     

基于坡面稳定的黄土路堑高边坡优化设计

通过室内外黄土边坡的冲刷试验结果发现,随着坡度的增加,坡面上的最大冲沟深度呈先减少、后增大的趋势。黄土边坡坡角值越接近临界坡角,坡面产生破坏的可能性越小。根据坡面流理论,导出黄土路堑高边坡抗冲刷的临界坡角。根据调查发现,当边坡的坡角相同时,单级坡体越高,坡体（即坡长越长）越易形成明显的冲沟。根据坡角、坡面长和坡面冲刷量之间的关系,建立了基于坡面稳定的黄土路堑高边坡优化设计模型。用该模型对典型路堑高边坡进行计算验证,优化结果和实际情况吻合较好。     

基于宽窄平台相结合的黄土高边坡优化设计

山区或丘陵地带建设煤矿工业广场时将面临高边坡问题,不合理的高边坡设计严重浪费土地资源,造成环境破坏和投资增加,也为基础设施带来巨大安全隐患。基于此,以陕西省子长市某煤矿工业广场高边坡为例,借助现场调查、理论分析和数值模拟等手段,综合考虑边坡抗冲刷性和整体稳定性,探讨不同数量、位置和宽度的宽平台对高边坡的应力、应变场和稳定性系数的影响规律,结合模型的开挖量,选取满足稳定性要求且开挖量最少的最优坡形。结果显示:陕北地区粉黄土高边坡最优单坡坡率为1∶0.75,坡高5~6 m;宽平台能改变潜在滑移面位置,当宽平台位于坡脚或坡顶时,潜在滑移面分布以宽平台位置为界,分布于宽平台以上或以下边坡;当宽平台连续分布且宽度较大时,高边坡可视为2个独立边坡来分析计算;高边坡最优坡形为:30 m高边坡单坡高5 m、坡率1∶0.75,窄平台宽度3 m,布置2个宽平台、位置③⑤、宽度10 m;50 m高边坡单坡高5 m、坡率1∶0.75,窄平台宽度3 m,布置4个宽平台、位置③⑤⑧⑨、宽度14 m。宽窄平台优化组合方式可为陕北地区粉黄土高边坡设计和防护工作提供理论依据和实际指导。      

甘肃黄土高边坡可靠度研究

以甘肃省266个黄土自然极限状态坡为研究对象,将其按地形地貌、地层岩性等特征划分为4个亚区,对每个亚区的极限状态坡高与坡宽进行双对数线性模型回归和不同置信度下的统计分析,给出4个亚区不同置信度下坡高与坡宽的相关关系。以1 024组黄土物理力学指标统计结果作为计算参数,用Bishop法的稳定系数计算公式建立极限状态方程,利用 Monte Carlo法对各亚区不同置信度下的边坡进行可靠度模拟,系统分析了坡高、坡度、参数变异性对失效概率的影响,以及失效概率与稳定系数的关系。结果表明,临洮-永靖亚区边坡坡度低于31.5?,失效概率可控制在10%以下;陇东亚区、兰州-定西-会宁亚区和天水-秦安-通渭亚区在强度参数变异系数取当地平均水平,稳定系数为1.3情况下失效概率在10%以内,稳定系数为1.2情况下,失效概率多在20%以内。     

基于可靠度的黄土斜坡稳定性分析

以延安市宝塔区虎头峁黄土斜坡为研究对象,在野外详细调查和勘查的基础上,分析确定斜坡可靠度的随机变量为滑带土土体容重r、内聚力c和内摩擦角φ。分别用统计矩法、一次二阶矩法、几何法和蒙特卡洛模拟法计算斜坡的可靠度和破坏概率,得出安全系数为1.00~1.15,可靠度指标为0.35~0.45,破坏概率为32%~37%,说明斜坡具有较大的失稳可能性。计算过程表明,用几何法计算所得的可靠度指标精度最高,一次二阶矩法次之,统计矩法计算精度最低,蒙特卡洛模拟法可作为一种校验方法,对其他方法进行校验和对比。在不需要获取传统的定值安全系数的情况下,可用几何法计算斜坡的可靠度指标,方法较为简便。当需要同时获取安全系数时,应使用统计矩法或一次二阶矩法计算。     

晋西隰县离石地区黄土高边坡可靠度研究

实测了研究区8个自然极限状态坡建立地质模型。从地质勘探报告中收集了592组土样的土工试验数据,分地层年代统计了其物理力学指标。选取临县离石公路沿线9个工点的实验数据,统计了该区c、值的变异系数,并对其变异性进行了分析。将c、值变异系数进行组合,进行了Monte-Carlo模拟。模拟结果显示,所测8个极限状态坡稳定系数为0.96～1.14,不同变异系数组合下,失效概率多为33.0% ～61.8%。进一步对坡高为50.5m和 81.8m的自然极限状态坡进行分析,分析结果显示：对于坡高为50.5m的边坡,在变异系数取当地平均水平（COVc=0.66,COV=0.28）时,若设计要求失效概率不超过10%,则坡率不应高于1：1.81;对于坡高为81.8m的边坡,在该变异系数组合下,若设计要求失效概率不超过10%,则坡率不应高于1：1.94。     

陕北晋西黄土滑塌灾害的初步研究以西气东输工程为例

黄土滑塌灾害是黄土高原北部地区的-种特殊斜坡变形破坏类型。由于其突发性和频繁发生的特点, 常造成大批窑洞、房屋倒塌和人员伤亡, 并给该区铁路、公路和长输管道建设造成严重危害。由于黄土滑塌灾害具有滑坡和崩塌两种机制和先滑后塌的变形破坏过程, 以往常把它们作为滑坡或崩塌来研究。作者通过陕西靖边县至山西蒲县间 30 0km黄土地质灾害的野外调查和室内的微观分析, 发现黄土滑塌灾害的发生主要受黄土粘粒含量的控制, 因此在空间上具有鲜明的地域性:0.0 0 5mm粘粒含量 10 %的砂黄土区是滑塌灾害严重发育区; 0.0 0 5mm粘粒含量在 10 %～ 2 0 %之间的典型黄土区是滑塌灾害弱发育区; 0.0 0 5mm粘粒含量 2 0 %的粘黄土区是滑塌灾害不发育区。作者在黄土滑塌灾害产生机理和形成条件研究的基础上提出了相应的工程对策。     

甘肃黑方台黄土边坡稳定性的可靠度分析

在对黑方台地区的黄土进行3种含水率条件下的直接剪切试验和重塑土的反复剪切试验,并收集该区地层力学参数,利用21组实测边坡的坡高坡度建立地质模型,采用Monte Carlo法进行边坡可靠度分析,结果表明:该区黄土黏聚力基本为零,边坡稳定性与坡度显著相关,以5%作为可接受概率,则边坡稳定坡度为27.2。对于坡度大于27.2的边坡,宜做防护或改善地下水坏境等措施。     

西安白鹿塬北缘黄土边坡稳定的可靠度分析

在西安白鹿塬北缘实测了14个黄土自然边坡断面,建立了地质模型,通过采样测试并收集已有的测试资料,获得了各时代黄土地层的物理力学参数,将Morgenstern—Price法稳定性计算公式作为极限状态方程,分别采用Monte—Carlo法和Duncan法进行了边坡稳定的可靠度分析。结果表明：采用Monte—Carlo法和Duncan法得到的14个边坡稳定系数分别为1．11～1．41和1．09～1．33,显示这些边坡处于基本稳定一稳定状态;采用上述两种方法得到的边坡可靠指标分别为0．56～1．79和0．39～1．60,得到的失效概率分别为3．4％～29．0％和5．5％～34．8％,并且共有75％的边坡失效概率大于10％,失效可能性较大。统计结果表明：白鹿塬区边坡的坡高和坡度存在负相关性。低而陡的边坡潜在最危险滑面剪出口较高,失效概率较小;坡高达到50m及以上时,边坡高而缓,剪出口较低,失效概率较大,其中河流下切深,有N2泥岩出露的极高边坡,稳定性最差。Duncan法求解的稳定系数略小于Monte-Carlo法求得的结果,而前者求解的失效概率略大于后者,两种方法计算结果较为接近。由于Duncan法理论简单,计算量小,更宜于在实际工程中应用。     

黄土高边坡的三维动力稳定性分析——以固原九龙山边坡为例

针对高烈度区九龙山黄土高边坡的动力稳定性问题,调查分析了该边坡的工程地质条件和场地所在区域构造活动与分布特征。在考察动荷载循环、往复作用下黄土反应敏感性及动强度参数,以及沿坡高确定地震惯性力反应地震作用大小的基础上,将强度参数折减与有限差分方法结合,从而形成了边坡的拟静力强度折减有限差分分析方法。通过九龙山土边坡拟静力强度折减三维有限差分法计算分析,得到了强度折减条件下边坡的位移场和应力场,边坡关键点位移与折减系数之间的关系,以及黄土高边坡的动力稳定性安全系数。其分析结果与传统的二维极限平衡分析方法确定的结果基本一致,验证了边坡拟静力强度折减有限差分方法的合理性。     

晋西地区工程开挖形成的黄土边坡的最优坡率

针对晋西地区工程建设开挖形成的不同高度的黄土边坡,通过工程类比法、反算法、文献资料法和计算对比法,确定了不同高度黄土边坡的最优坡率。结果表明：8m高黄土(Q₃^eol 或Q₂^eol)边坡最优坡率为68°和66°;16m高黄土边坡最优坡率为56°;24m高黄土边坡最优坡率为47°;32m高黄土边坡最优坡率为42°;45m高黄土边坡最优坡率为35°。研究成果可供研究区或其他类似地区建设工程提供参考。     

阶梯状黄土路堑高边坡稳定性分析方法

根据阶梯状黄土路堑高边坡的特点,假定其滑移面下段为圆弧型,中上段为直线型,上段为垂直型的复合面,利用传统稳定系数的概念,导出阶梯状黄土高边坡稳定性分析表达式.经实际检验,比较符合实际.     

煤矿区黄土边坡特征分析及防治对策

由于黄土边坡破坏（失效概率）的不确定性,煤矿区工程建设多忽略矿区黄土边坡的稳定性,加上煤矿区边坡的特殊现状,边坡事故时有发生。通过对山西省40处煤矿区黄土边坡的双参数统计分析,探寻边坡存在自然风险的内在机理。首先,按岩土结构组合特征将边坡分成4种地层结构模型;在此基础上,重点统计分析了各结构模型下边坡参数（坡高、坡率）与边坡稳定性（稳定系数）的相关性,建立了煤矿区黄土边坡防治的上限方程;最后,根据工程实践和研究成果提出了边坡的防治建议。成果可对煤矿区的黄土边坡防治设计提供参考。     

某机场飞行区土工格栅加筋高边坡优化设计

土工格栅加筋土边坡是一种新型的边坡支护结构,对于提高边坡稳定性、节约工程用地、保护生态环境意义重大。为了对机场加筋高填方边坡加固方案进行优化设计,本文以某机场跑道西北角的6#高填方边坡为例,首先基于边坡的地质条件和高填方边坡的实际情况,提出3种不同边坡坡率的加筋土边坡设计方案;其次采用简化Bishop法、Spencer楔形体法以及Morgenstern-Price法分别计算在天然、暴雨以及地震工况下的边坡稳定系数;最后利用有限元法分析3种加固方案下的加筋土边坡在天然工况下的变形特征以及筋材轴力分布规律。结果表明：3种设计方案在天然、暴雨以及地震工况下均能满足边坡稳定性要求,贴坡填筑的多级加筋土边坡的筋材轴力分布规律沿着竖向呈现锯齿状分布,最大筋材轴力在每级边坡的坡脚处突变增大。与加筋土缓坡（坡率1∶1.5）设计方案相比,加筋土挡墙（坡率1∶0.25）在坡高、筋材使用量、护坡面积以及挖填方量等方面均有明显减小。综合考虑稳定性、工程造价以及施工周期,采用加筋土挡墙的设计方案更合理。     

黄土高边坡稳定性影响因素分析 ——以宝鸡峡引水工程为例

黄土高边坡稳定性受多种因素影响,对高边坡稳定性影响因素进行敏感性分析非常必要。通过建立合理的计算模型,采用灰色关联度法,对影响宝鸡峡引水工程黄土高边坡稳定性的主要因素进行了分析。结果表明,土体的内摩擦角和黏聚力对其稳定性影响最大;采用正交实验分析可知,除土体的内摩擦角、黏聚力和坡高外,地震作用对黄土高边坡稳定性的影响也较大。以上分析表明,抗剪强度指标是影响黄土高边坡稳定的主要敏感性因素,提出了在黄土高边坡稳定性分析时应尽量使抗剪强度指标的选取准确、合理,同时也应考虑边坡高度和地震的影响,进而为黄土高边坡类的工程设计和运行管理提供重要参考。     

水库边坡稳定的可靠度分析

根据水库边坡的勘察资料,确定了边坡稳定性分析的力学模型,推导了滑面面积的计算公式,采用不平衡推力传递法进行了边坡稳定的定值法分析和可靠度分析。可靠度分析中,分别讨论了滑面强度参数及几何参数的变异性对边坡稳定性的影响。计算结果表明,不考虑参数变异性的定值法分析结果所得边坡的安全系数过高,偏于危险。水库边坡的可靠度分析结果表明：滑面几何参数的变异性对边坡稳定的可靠指标或失效概率影响很大。因此,对于岩质边坡的稳定性分析,不仅要重视研究滑面强度参数的变异性,也要重视研究滑面几何参数的变异性。     

高速公路失稳高边坡动态设计

高速公路高边坡发生失稳后,由于受失稳环境和工期影响,无法进行地质详勘,致使失稳边坡设计资料不足。本文以京珠高速粤境段某失稳高边坡为例,利用监测等手段获得设计信息,进行动态设计,及时有效地治理了失稳边坡,既保证了施工工期,又保障了边坡安全。