抗滑桩设计推力计算方法研究

滑坡推力是抗滑桩设计推力的重要依据,工程中通常使用剩余推力法来计算滑坡推力。为了比较准确合理地计算出抗滑桩的设计推力,提出了在剩余推力法基础上的一种新的抗滑桩设计推力取值方法。分析极限平衡状态下和工程安全要求下各条块的剩余下滑力,选择合理的桩位,使得抗滑桩位于滑坡体的抗滑段;然后调整桩后滑体的剩余下滑力,其调整量一方面保证桩前桩后滑体满足工程安全要求,另一方面则作为抗滑桩设计推力的修正依据,其过程由程序实现。通过实例证明了该方法的合理性。同时对今后抗滑桩设计推力的合理取值提供了参考作用。     

降雨入渗非饱和黏土边坡稳定性的极限平衡条分法研究

考虑非饱和黏土边坡的基质吸力和渗流力,根据水位线位于滑面上、下的临界平衡状态,分别建立了滑体条块极限平衡状态下力和力矩平衡式,获得了降雨条件下非饱和黏土边坡稳定性的极限平衡条分法计算式。通过试验、参量变换以及作用力的位置关系可以确定相关参量,并采用数值计算求解临界平衡状态下滑体条块的相互作用力系数和非饱和边坡安全系数。案例结果表明：考虑渗流力时的非饱和黏土边坡安全系数比不考虑渗流力的安全系数降低约13.8%,且考虑渗流力作用的条间力作用系数变化率明显大于不考虑渗流力的结果;当降雨强度超过一定值时,坡面径流很快形成,边坡出现不稳定的时间基本相同。     

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。     

三维滑体锚固力计算方法及工程应用

基于恰当的假设,构造了锚固边坡的三维滑面正应力分布,建立了一种三维滑体锚固力计算方法。首先通过类比经典土压力理论和Spencer的条间力假定,提出了条柱间作用力假设模型,并由典型条柱的平衡条件构造了滑面正应力的分布函数(含3个待定参数),再根据整个滑体的4个主要平衡条件,建立了关于3个待定参数及1个锚固力系数的线性方程组,可直接求解出预定安全系数下的锚固力系数。这种新的三维滑体锚固力计算方法的优点是计算过程简单,易于实现;满足4个主要平衡条件,精度较高。该方法已用于乌江银盘重力坝左岸边坡三维滑体的加固设计,取得了令人满意的效果,具有进一步推广应用的价值。     

基于FLUENT的二维滑坡涌浪数值模拟

本文从N-S方程出发,建立了二维滑坡涌浪控制方程,使用二维非定常分离隐式PISO算法求解方程。通过UDF(User-Defined Function)编程,采用动网格技术控制滑体的运动,结合RNGk-ε湍流模型并采用VOF方法跟踪非线性自由表面流场,基于流体计算软件FLUENT模拟滑体下滑所引起的水的速度、自由表面高度变化以及流动过程,并将数值计算结果与Monaghan和Kos的试验数据进行比较。算例表明:本模型能很好地模拟出滑体下滑过程中孤立波的产生和传播以及涡流的形成。在此基础上,本文还研究了滑体速度对水体自由表面变形的影响。     

基于动力学和材料软化特性的边坡渐进破坏特征研究

边坡的失稳是一个从量变到质变的动态渐进破坏过程,此问题也是边坡领域研究的重点与难点之一。在考虑岩土材料软化特性和动力学求解的基础上,建立了边坡渐进破坏仿真的理论框架;利用ABAQUS软件的动力显式求解模块实现了边坡的渐进破坏仿真;根据塑性应变揭露了剪切带的扩展过程,由软化本构确定了滑面材料的分区演化规律,根据等效塑性应变确定了边坡的滑面,通过滑面位置将边坡分为滑体、滑带、滑床,并分别研究了边坡各分区内部特征点运动学变量的发展过程,从而揭示了边坡的渐进破坏过程;基于材料参数沿滑面的时空分布,利用矢量和法得到了边坡不同演化阶段的安全系数。对比该方法与Bishop法确定的滑面位置与安全系数,发现两种方法峰值和残余强度对应的安全系数比较接近,该方法搜索所得滑面位于Bishop法自动搜索的滑面之间,验证了此方法的合理性及可靠性。最后分析了材料软化特征对边坡稳定性的影响,在保持其他参数不变的条件下,增大残余黏聚力,边坡的滑面位置加深,安全系数的初始值减小,安全系数的快速减小阶段有所推迟,并且快速减小阶段经历的时间有所延长,稳定后的安全系数有所增大。保持其他参数不变,增大残余黏聚力对应的等效塑性应变阈值,边坡的滑面位置加深,安全系数的初始值减小,安全系数的快速减小阶段有所推迟,但快速减小阶段经历的时间基本不变,达到稳定的时间有所推迟,同时稳定后的安全系数略微有所增大。     

边坡稳定性分析的条块稳定系数法

鉴于传统条分法对边坡安全系数定义和使用的局限性,引入了条块稳定系数的概念。分析了条间力推力线高度的影响因素,假定条间力传递时都具有相同的条间力稳定系数 ,并考虑了条块重力偏心矩的影响。根据条块的力和力矩平衡关系以及条间力假定,建立了求解条块稳定系数的四元方程组。在此基础上,求得条块稳定系数随滑动面的分布状况。根据条块稳定系数随滑动面的分布规律划分了滑体的主滑段、抗滑段和牵引段,大致判断滑坡的滑动模式。根据滑面上抗滑力和下滑力之比的定义,求解边坡整体稳定系数。采用传统条分法和所建立的条块分析法分别以圆弧滑动和折线形滑动的两个实例进行了验算,说明了条块分析法的优越性和可靠性。     

三维边坡稳定分析的有限元弹塑性迭代解法

针对已知滑动面的三维边坡稳定分析问题,在塑性力学上限定理的基础上,提出了求解安全系数的三维有限元弹塑性迭代解法。对于滑动面的非线性特性,采用常规的矩形（平面）或立方体（空间）单元来描述,应力则符合相关联流动法则的Mohr-Coulomb强度准则。通过对弹塑性增量理论中流动法则的分析,证明了当结构达到极限状态时,滑动面内切向应力的方向与滑体的主滑方向一致,说明最终以滑动面内的切向应力作为滑体滑动力的有效性。通过迭代的方式,逐步降低滑动面材料的抗剪参数,使边坡达到极限状态,不仅快速求得了滑动面的安全系数,且能够得到边坡在接近临界失稳状态时滑动面内切向应力的分布情况和边坡的变形规律,为边坡采取加固措施提供了参考依据。最后,以椭球面滑动和楔形滑动2个经典算例和工程实例,验证了该方法的有效性和正确性。     

基岩振动干扰下的动力滑坡机制研究

本文通过对边坡基底岩石振动因素的分析, 建立了单一滑面滑体受基底岩石强迫振动的模型, 采用非线性动力学方程描述滑体的变形规律, 分析了基底岩石振动过程中导致滑体移动的原因。指出在一个频带范围和力幅范围内, 基底的振动, 会引起潜在滑体位移突跳, 在滑面的法向方向上张开, 切向上错动而诱发滑坡。     

滑体剩余下滑力计算在滑坡治理削挡方案设计中的应用

削坡和挡坡是治理滑坡常用的方法之一。但依据什么来设计削挡方案才能达到切合实际、行之有效、经济合理的目的呢？本文以广西资源县城大塘湾滑坡治理削挡方案设计为例,介绍了在滑面力学参数Ｃ、Φ值和滑体稳定安全系数ｋ值确定后,依据滑体剩余下滑力计算结果设计削挡方案的方法。该方法具有严谨的理论基础,计算简单,易于掌握,简便直观,定量,定位具体明确,具有较高的精确度,能把削挡工程与客观条件有机地结合起来,充分利用     

充分考虑振动台实验滑移特征的地震滑坡基本单元体永久位移估算方法研究

充分考虑振动台实验揭示出来的基本地震滑坡单元体震动滑移特征,总结得到其永久位移的估算方法:（1）考虑地震动惯性力和重力的联合作用,计算相应向上和向下滑移的屈服加速度,以反应其可能向上和向下滑移的行为;（2）在适度简化斜坡岩土体动力学模型的基础上,考虑斜坡岩土体自振特性和滑体所在高度对地震波的放大效应,得到滑体附近的局部地震加速度;（3）考虑滑体附近局部加速度和滑移屈服加速度的控制作用,计算每一地震波的周期内滑体相对滑床所能达到的最大滑移速度（向上和向下）,进而得到相对动能;（4）考虑到滑体的动能基本耗散在滑带上,基于能量守恒原理,将相对动能除以滑带上的摩擦力,即可估算出每一周期内的永久位移;（5）将每一地震波周期内产生的永久位移相累加,即可得到总体的滑动位移。经与实验结果对比,本估算方法具有较高的精度与可靠性,虽只考虑了水平向地震动作用的影响,但对于存在竖向地震动的情况,其思路同样适用,只是需要计入竖向地震动惯性作用力的影响。     

边坡安全系数的多解性讨论

边坡安全系数计算结果直接影响边坡工程设计,而极限平衡法不能给出唯一的安全系数值,研究边坡安全系数的多解性,有助于对边坡稳定性计算结果有一个合理地判断与取舍。先假定滑面正应力的初始分布,然后采用含有3个待定参数的拉格朗日函数对其修正,保证滑体满足所有的力与力矩平衡条件;设定一系列安全系数分别求解平衡方程组,得到对应的待定参数值;最后根据滑面正应力分布的合理性判断边坡安全系数的合理范围。算例表明,圆弧滑面合理安全系数范围在5 %以内,而任意形状滑面安全系数最大取值范围可达15 %。     

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。     

湖南怀新高速公路某路堑滑坡成因及稳定性分析

沪昆高速怀化至新晃段K73+590^+730段左侧路堑高边坡,在修建过程中发生了滑坡。通过野外地质调绘及勘察,揭露了该滑坡的滑体、滑带、滑床岩土性状;结合滑坡变形特征和监测资料,分析了滑坡的成因机制;利用试验和反演确定了滑带抗剪参数,计算了不同工况下的滑坡稳定性和剩余下滑力。通过地质分析,结合计算结果,该滑坡将继续变形并向两侧及后缘扩展,甚至显著滑动,必须采取有效的防治措施。该滑坡实例的分析研究成果,对类似工程具有借鉴意义。     

黄延高速公路K207+690～830段边坡稳定性分析

在分析黄陵—延安高速公路K207 690~830段边坡特征的基础上,分别用剩余下滑力法、极限平衡法和强度折减有限元法,对在降雨入渗作用下该边坡的稳定性进行了对比分析,提出了针对该边坡特点的重力式挡土墙和疏排地表水相结合的滑坡综合治理方案;用SLOPE/W法对治理后边坡稳定性模拟分析认为,边坡安全系数得到很大提高,治理效果明显。研究表明,与传统的边坡稳定性分析方法相比,强度折减有限元法得到的边坡安全系数物理意义明确,优势明显,具有一定推广价值。     

考虑支撑作用的基坑抗隆起稳定安全系数计算方法

圆弧滑动法是国内规范计算基坑抗隆起稳定安全系数的主要方法之一。传统方法假设了滑动圆弧的圆心位置,最常用的位置是最下道支撑与围护墙的交点,这相当于假定支撑体系不会破坏,计算结果显然是偏于不安全的。本文给出一个计算模型,该模型不固定滑弧圆心位置,把通过试算得到的安全系数最小值作为最终的抗隆起稳定安全系数。同时,给出了考虑基坑宽度影响的算法。算例分析表明：针对传统地铁基坑,滑弧圆心可能位于最下道或以上各道支撑处,支撑体系的稳定性对安全系数有明显影响;当支撑极限轴力增大至临界值时可过渡为传统算法。进一步的分析表明,滑弧圆心最终位于基坑内一侧。本文方法是对传统圆弧滑动法的一个重要改进,适合在基坑设计和施工中推广应用。     

考虑支撑作用的基坑抗隆起稳定安全系数计算方法

圆弧滑动法是国内规范计算基坑抗隆起稳定安全系数的主要方法之一。传统方法假设了滑动圆弧的圆心位置,最常用的位置是最下道支撑与围护墙的交点,这相当于假定支撑体系不会破坏,计算结果显然是偏于不安全的。给出一个计算模型,该模型不固定滑弧圆心位置,把通过试算得到的安全系数最小值作为最终的抗隆起稳定安全系数。同时,给出了考虑基坑宽度影响的算法。算例分析表明：针对传统地铁基坑,滑弧圆心可能位于最下道或以上各道支撑处,支撑体系的稳定性对安全系数有明显影响;当支撑极限轴力增大至临界值时可过渡为传统算法。进一步的分析表明,滑弧圆心最终位于基坑内一侧。所提方法是对传统圆弧滑动法的一个重要改进,适合在基坑设计和施工中推广应用。     

边坡三维端部效应分析

利用基于滑面正应力修正的三维安全系数解法,研究三维滑体端部作用对安全系数的影响。假设滑体中部为圆柱体,端部为椭球面,计算了一系列不同几何参数组合的滑体三维安全系数。结果表明,当滑体宽度L与高度H的比值(L/H)逐渐增大时,三维安全系数F3与主滑面二维安全系数F2的比值(F3/F2)逐渐减小,当L/H=2时,F3/F2最大为1.3;当L/H=5时,F3/F2最大为1.1,当L/H > 10时,F3/F2 < 1.05,此时可忽略端部效应。分析还发现,当土体摩擦角愈大,F3/F2将有所减小,即三维端部效应将有所减弱。     

基于矢量和的滑面应力抗滑稳定分析方法

矢量和抗滑稳定分析方法根据真实应力状态定义求解安全系数,物理意义明确,一批学者对其进行了研究。但是当合法向力矢量投影与合剪力矢量投影的符号相反且其绝对值大于合剪力矢量投影时,矢量和法计算出的安全系数可能为负值;另外,目前潜在滑移面上每点极限抗滑剪应力矢量的方向是根据潘家铮最大、最小原理确定的,将其定义为潜在滑移体滑动趋势方向在该点切平面上投影方向的反方向,但是潘家铮最大、最小原理描述的是滑移体力学系统抗滑能力最大,按照矢量和法的定义式,抗滑能力包括抗剪力和法向抗力两部分。基于矢量和思想与以上关于矢量和法的思考,提出一种滑面应力抗滑稳定分析方法,将潜在滑移面视为薄滑移带,以薄滑移带作为对象进行微元受力分析,每个微元的极限抗滑剪应力矢量方向取为该微元剪应力矢量的反向,所有微元的极限抗滑剪力矢量和的反向定义为潜在滑移体滑动趋势方向,最终将极限合抗滑剪力矢量在滑动趋势反方向的投影与合滑动剪力矢量在滑动趋势方向的投影的比值定义为安全系数。较极限平衡法,方法自动满足静力平衡、力矩平衡和变形协调条件,无需受力模式假设;较强度折减法,新方法基于真实应力,物理意义更加明确,安全系数以显式表达,无需迭代;通过经典二维静态边坡考题,验证此方法的可行性;将新方法应用到三维工程实例中,分析潜在滑移体在边坡开挖过程中安全系数的动态演化规律,证明方法的实用性。     

抗滑桩内力的监测与计算

抗滑桩已广泛应用于滑坡治理,但是对抗滑桩的监测研究还不够深入。通过测斜管监测抗滑桩的侧向位移,在文克勒弹性地基梁模型的基础上计算得到锚固段地层抗力,再运用力学平衡原理计算滑坡剩余下滑力值。对抗滑桩不同部位钢筋的受力进行监测,可求得各个截面处的弯矩。假设滑坡剩余下滑力的分布函数为一个二次多项式,由监测求得的滑坡剩余下滑力值和抗滑桩各截面弯矩,分析计算可得到该二次多项式。在求得抗滑桩所有作用力以后,就可以计算得到抗滑桩的弯矩和剪力分布图。与设计阶段采用的抗滑桩弯矩和剪力进行比较,就可以知道抗滑桩的抗滑效果,并为改进抗滑桩的设计提供依据。