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。     

基于有限元强度折减法的滑坡稳定性分析

本文在现场调查分析的基础上,基于Midas/GTS的有限元强度折减法对延安市宝塔区卧虎山滑坡进行了数值模拟分析,得出了滑坡的变形情况、滑动趋势以及稳定系数,并把计算结果与传统稳定性计算结果进行了分析比较,证明了基于有限元强度折减法的滑坡稳定性计算方法的可靠性和可行性。     

基于软化特性的三维边坡强度折减有限元分析

基于现有边坡强度折减有限元的基本原理,建立了一套新的强度折减算法。该算法把强度参数降低的过程看成脆塑性应力跌落的过程,并设置一折减增量 ,当 充分小时认为系统达到收敛条件而退出循环,最终的折减系数就是边坡的安全系数。该算法很容易扩展到三维边坡的稳定性分析,得到边坡滑动面滑动和破坏的发展趋势。通过2个算例,分析了进行三维模型计算的重要性,建议当地质条件复杂时宜从三维角度分析计算边坡,不能简单地将问题当作平面应变处理。     

基于有限元强度折减法的边坡稳定性分析

运用有限元强度折减法进行边坡的稳定性分析,同时运用简化bishop法对比结果,发现运用强度折减法进行边坡稳定性分析时,伴随着折减系数的增大,边坡的坡顶水平位移最初缓慢增大,但当折减系数接近边坡的安全系数,坡顶水平位移突然急剧减小,边坡的塑性区也伴随着折减系数的增大,从无到有,直到基本贯通。运用简化bishop法计算的结果和强度折减法的结果对比后得知,两者计算得到破裂面基本一致,但是简化bishop法得到的安全系数偏于保守。     

桩基础双折减系数有限元强度折减法极限分析

现行桩基础安全系数是对桩-土系统安全的总体性评价,尚不能明确桩侧剪移摩阻力、桩端阻力的发挥程度,模糊了基桩的力学特性。为此,基于不同的端阻力、桩侧阻力的发生机制以及占总承载力的比例不同,建立了桩端、桩侧地基两种安全储备系数（ 、 ）,通过强度折减法非线性有限元极限分析实现了客观评价桩端、桩侧阻力的安全性问题。建议了桩端安全储备系数-位移曲线（ - 曲线）和桩侧安全储备系数-位移曲线（ - 曲线）的拐点、桩端安全储备系数-桩端阻力曲线（ - ）和桩侧安全储备系数-桩侧阻力曲线（ - 曲线）的拐点V型尖点的前一折减系数分别为当前桩顶荷载条件下基桩的桩端阻力安全储备系数 和桩侧阻力安全储备系数 。分析表明,地基材料的强度参数（c、 ）接近于实际情况时,双折减系数强度折减法计算结果接近于静载荷试验、荷载增量法和单折减系数法的计算结果,且 - 曲线拐点、 - 曲线拐点、 - 曲线V型尖点、 - 曲线V型尖点等物理意义较明确,计算的桩-土系统安全储备系数F接近于单一折减系数法确定的安全储备系数,双安全储备系数 、 具有一定实用性。     

双强度折减法的量化分析

双强度折减法（DRM）采用黏聚力和内摩擦角的非等比例的折减策略,更加符合真实情况,但对于该方法本身的研究仍然缺乏定量的分析与合理的阐述;通过安全系数的定义、折减路径以及临界状态这几个概念,在强度参数坐标系中,对双折减法和传统强度折减法（SRM）进行量化分析与对比,两种方法具有统一性,表现为DRM相当于从虚拟初始强度点开始折减的SRM.边坡失稳的渐进过程本质上为强度衰减的过程,其中c、tan φ遵循正比例函数关系;同时,强度储备的意义反映为初始强度面积S向临界强度面积S'逐步地逼近的过程,从而得到安全系数表达式;强度折减法的研究应围绕强度来进行,对于强度参数的折减只是强度弱化的实现形式,通过安全系数定义的分析以及算例结果数据的回归分析,表明临界状态是边坡的固有属性,一旦边坡的几何尺寸给定,它将是一个与初始强度参数无关的量.SRM和DRM的结果的异同分析对比,实际上是对临界点的分析.     

用有限元强度折减法对某岸坡进行稳定性分析

有限元强度折减法是近年来岩土工程界广受关注的一种边坡稳定性分析方法。通过对岩体结构面强度折减,使斜坡达到不稳定状态,有限元计算不再收敛,此时的折减系数就是斜坡的安全稳定性系数。本文对某岸坡进行非线性有限元接触分析,计算表明,与传统刚体极限平衡法计算的稳定性系数很接近,而且有助于对滑体破坏的机制的理解。工程实例证明,有限元强度折减法在斜坡的稳定性评价中是切实可行的。     

强度折减法在高含水滑坡稳定性分析中的应用

文章依据滑坡体岩体破碎、地下水丰富、坡体含水量高、滑坡面积大、厚度小、稳定性差等特点,选取青海省麦秀山1^#滑坡为例。结合麦秀山地区的工程地质特点,利用FLAC-3D有限差分程序,基于强度折减法对该滑坡进行了稳定性分析。通过对滑体岩土体强度指标的折减,模拟地下水对岩土体的影响,当边坡的塑性区由坡脚贯通至坡顶、坡体上特征点的位移值产生突变,且无限制的增长时,认为边坡达到临界破坏状态,此时的强度折减系数即为滑坡的稳定系数,同时可得到滑坡失稳破坏的潜在滑动带,以揭示滑坡的失稳破坏机理。分析计算表明：强度折减法不仅能够模拟出滑坡渐进破坏的过程,而且所求得的稳定系数更符合滑坡的实际状态,在滑坡稳定性分析中具有明显的优势。     

某滑坡蓄水后的三维稳定性数值分析

通过有限差分软件FLAC3D对滑坡进行了三维稳定性计算和分析,采用强度折减法计算出蓄水边坡的安全系数.计算结果表明:该滑坡在蓄水条件下,整体仍处于稳定状态,只是在相对较陡的滑坡体前缘和库水位淹没区,蓄水后可能会产生小规模失稳.边坡采用强度折减法计算的安全系数为1.20.     

强度折减法在滑坡稳定性分析中的应用

沁水县侯村煤矿边坡处治后,I~III段使用良好,IV段抗滑挡墙失效。本文采用有限元强度折减法计算,强度指标比原定的降低了1.29倍。同时,在折减过程中,通过计算分析剪应力集中部位,确定滑面是在老滑面的基础上发展的部分新滑面,形成新的剪出口。利用折减后强度参数,计算对比新滑面与次级滑面的滑坡推力,认为挡墙破坏为新滑面推力过大所致,与原设的“次级滑面为最危险滑面”情况不符,计算结果与实际情况较吻合。     

基于有限元强度折减法的抗滑桩滑坡推力及抗滑桩内力可靠性分析

现行的抗滑桩滑坡推力以及抗滑桩内力计算方法本质上属于定值方法,由于该方法未考虑边坡岩土体材料参数的变异性等不确定性因素,存在着抗滑桩支护不足或过度支护等问题,因此提出基于有限元强度折减法(SRFEM)的抗滑桩滑坡推力及抗滑桩内力可靠性分析方法。将极限分析法、有限元方法和可靠性分析法三者耦合,用2结点梁单元模拟抗滑桩受力状态,采用拉丁超立方抽样法(LHS)进行可靠度计算,分析求解边坡抗滑桩可靠性问题,并将该过程在数值计算程序中得以实现。对抗滑桩滑坡推力以及抗滑桩内力进行概率统计,得出函数分布关系,并根据已给定的失效概率控制值,反算出滑坡推力以及抗滑桩内力设计值。结合典型算例分析结果表明该法显著区别于一般方法,能较全面地反映出边坡整体现状特征和岩土体材料强度参数的变异性,相对更加合理,且更符合工程实际。     

库岸滑坡涌浪经验估算方法对比分析

分别介绍了3种常用的库岸滑坡涌浪经验估算方法--美国土木工程学会推荐方法、潘家铮方法和水科院经验公式法。针对乐昌峡水库鹅公带古滑坡体滑坡涌浪预测问题,采用3种常用经验估算方法,并构建几何比尺1:150的物理模型,对设计洪水位和正常蓄水位条件下滑坡体不同滑速所产生的涌浪进行计算和测试。通过滑坡入水点对岸山坡涌浪爬高、坝前涌浪爬高和B3测点涌浪高度结果的对比分析,发现3种常用经验估算法计算结果差异较大,其中潘家铮方法与模型试验结果最为接近。通过对计算结果差异的进一步分析,推荐在采用经验估算法进行库岸滑坡涌浪预测时选择潘家铮方法,此外,还解释了物理模型试验中所出现的一些现象,可供库岸滑坡涌浪预测参考。     

强度折减有限元法中的单元阶次影响分析

强度折减有限元法是当前较为有效的边坡稳定性评价方法,且应用越来越广泛。但影响强度折减有限元法的因素有很多,单元阶次是其中比较重要的一个。通过3个经典算例,这些算例分别是二维地基承载力问题、二维边坡和三维边坡问题,分析了单元阶次的选择对强度折减法的影响。计算结果表明：随着单元的增多,线性单元和二次单元都从大于真实解的一侧来逼近真解;相对于二次单元,由于线性单元过“刚”,因此,会过高地估计安全系数,对于实际工程会偏于危险,且误差大,二次单元的误差是线性单元误差的1/8左右。在采用系统最大位移收敛与否的评判标准的基础上,利用二次单元来进行强度折减分析,则可以弥补这种线性单元的不足,得到更加合理的安全系数。二次单元比线性单元更适合于强度折减有限元法。     

强度折减动力分析法在滑坡抗滑桩抗震设计中的应用研究

利用动力有限差分软件FLAC,结合强度折减动力分析法,提出抗滑桩抗震设计新方法,将滑坡安全稳定系数作为岩土体参数折减系数对岩土体参数进行折减,采用FLAC动力分析,考虑了桩与岩土体地震荷载下动力相互作用,将地震作用过程中桩内力峰值除以混凝土强度增大系数与地震作用完毕之后桩的内力值进行比较,二者中大值作为桩的抗震设计内力值,同时还要求桩顶边坡动力安全系数大于设计容许值,确保滑坡不会发生越顶破坏。通过一个滑坡算例,对抗滑桩支护抗震设计进行分析,结果表明：动力强度折减分析法进行抗滑桩抗震设计,能考虑桩土动力相互作用,并得到实际桩前推力分布形式,为抗滑桩支护边坡的抗震设计提供了一个新的思路。     

基于强度折减概念的滑坡稳定性三维分析方法(I)：滑带土抗剪强度参数反演分析

滑带土抗剪强度是滑坡稳定性分析和防治工程设计中十分重要而又难于确定的参数之一。因此,基于临界状态假定的二维反分析方法得到了广泛应用。但是,自然界发生的滑坡基本上呈三维形态,其主滑方向有时变化也较大,使得有必要研究一种滑带土抗剪强度的三维反分析方法和滑坡稳定性的三维评价方法。笔者建议了一种基于强度折减概念的滑带土抗剪强度反分析方法,即通过逐步折减滑动面的强度参数,使滑动面的塑性区完全贯通,此时,塌滑体处于极限状态,所用强度参数即为滑带土的平均抗剪强度参数。从洪家渡水电站1#塌滑体计算成果来看,反演的滑带土摩擦角较二维反演值低4.1?,反映了滑坡体的三维效应,验证了所建议方法的可行性。     

含软弱夹层库岸复杂滑坡体形成机制

黄土坡复杂滑坡体形成机制研究对滑坡稳定性分析非常重要。通过地层对比并考虑软弱夹层的发育特征建立了巴东城区黄土坡斜坡原岩结构模型,斜坡前缘巴东组第三段上亚段岩体中软弱夹层发育密集,可与黄土坡滑坡深部多级滑带对应。数值模拟计算表明,斜坡在形成演化过程中斜坡前缘巴东组第三段上亚段岩体出现了明显的剪应变集中分布,变形深度与斜坡临江I号崩滑堆积体厚度基本一致,可见斜坡岩体结构和斜坡演化过程的应力应变特征控制了临江I号崩滑堆积体的形成。三峡水库蓄水后会加剧滑坡体的剪切变形,泥化夹层的存在容易诱发深层滑坡。     

呷爬滑坡稳定性的FLAC-3D数值模拟分析

先介绍了呷爬滑坡的概况,然后,分析其成因机制。在此基础之上,利用FLAC-3D软件对在天然状态和蓄水条件下滑坡的稳定性进行了数值模拟研究。通过建立数值计算模型和选取合理的计算参数,模拟出系统不平衡力演化过程曲线图。对其成果图进行了综合分析,为在天然状态和蓄水条件下滑坡的稳定性做出评价,为治理滑坡提供了必要的理论依据。     

基于下限原理有限元的强度折减法

对于岩土工程中常用的强度折减系数,其规划问题是非线性的,不能直接利用线性规划进行求解。基于四边形单元的下限原理有限元法,根据强度折减系数与超载系数近似符合双曲函数的特点,通过调整强度参数使得超载系数逼近于1[1],可将边坡稳定性分析中常用的强度折减系数的非线性规划求解转化为线性规划求解问题。分析表明,采用拟合双曲线插值法求解强度折减系数的计算效率高于常规的二分法及割线法,且具有较好的收敛性;该方法能够充分利用当前高效的线性规划算法,便于工程应用。     

基于非饱和渗流的水库库岸滑坡稳定性计算

三峡水库蓄水后,库水位涨落和降雨入渗是导致滑坡的主要因素。本文以秭归县下土地岭滑坡为例,在一个水文年内根据库区水位调控方案并考虑库区降雨情况,运用非饱和土力学的渗流和抗剪强度理论,对滑坡稳定性进行了分析,得出在库水位涨落和降雨条件下滑坡渗流和稳定性的变化规律,对库区滑坡稳定性评价和治理有一定的指导作用。