基于ABAQUS仿真分析的高填粗粒土路基边坡稳定性研究

高填方粘性土边坡的稳定性以往研究较多,为了研究变形特性与强度都不同于粘性土的高填方粗粒土边坡,运用ABAQUS软件,采用强度折减法对多级加筋粗粒土边坡工程做了有限元数值模拟,分析了整个边坡的稳定性.研究结果表明,加筋不仅提高了各个台阶的局部稳定性,也加强了边坡的整体稳定;边坡中都存在水平位移,最大值出现在边坡底部坡脚附近,在坡脚处出现小部分沿x轴正向的负位移;水平位移随着填土高度的增加而减小,第一台阶的水平位移最大;越靠近边坡,土工格栅和土体的位移均越大,变大的趋势近似一致,但土体的水平位移明显大于土工格栅的水平位移.     

大位移条件下水平受荷单桩的简明弹塑性计算方法

软土地层中当桩顶水平荷载较大时,采用传统m法计算容易低估桩身弯矩与挠曲变形,有必要针对该问题提出相关计算方法。将地基土体简化为理想弹塑性体,假定桩身某一深度处存在土体的弹塑性变形临界点,临界点以上的土体进入塑性变形状态,而临界点以下的土体仍处于弹性变形状态,分段建立桩身挠曲微分控制方程,得到水平受荷单桩简明弹塑性计算方法。现场单桩实测和参数敏感性分析结果表明：采用简明弹塑性计算方法得到的桩身最大弯矩较传统m法计算精度提高38.1%;桩身最大水平位移计算精度提高22.3%;桩顶边界条件对桩身水平位移与弯矩沿桩身的分布规律影响显著;桩身最大弯矩和水平位移对土体的极限抗力系数及其形状参数较敏感,设计中宜按下限值选取。     

基于PSO-MLSSVR的土体参数反演方法在深基坑工程中的应用

为了确保基坑工程安全,常常会采用数值模拟的方法预测支护结构的位移,其中岩土体力学参数的选取对于结果的影响最大.本文使用了一种粒子群(PSO)算法结合多输出最小二乘支持向量回归机(MLSSVR)的基坑土体参数位移反分析法,以深圳某深基坑的支护桩顶水平位移监测数据为依据,基于正交设计生成具有代表性的土体参数组合,通过有限元...     

悬臂式抗滑桩加固黏土边坡地震永久位移算法

为了有效地确定悬臂式抗滑桩加固的黏土边坡地震永久位移,基于极限分析上限定理,针对圆弧滑动式土坡破坏模式,通过对设置抗滑桩条件下土坡进行外力功率和内能耗散率的计算,按严格力学定义推导出坡体在地震作用下的安全系数,进而导出与安全系数相对应的边坡地震屈服加速度计算公式,并结合Newmark滑块位移法对边坡产生的转动加速度进行二次积分,推导出与边坡设计安全系数密切相关的坡体地震永久位移的详细计算公式。以5.12汶川地震卧龙测站东向地震波为例,通过对一算例边坡进行分析,给出了边坡永久位移时程曲线以及不同设计安全系数与永久位移的关系,分析了算法与Ambraseys算法的结果,验证了所提计算方法的有效性,并得到不同设计安全系数时边坡土体黏聚力和内摩擦角对坡体永久位移的影响规律。研究结果表明,坡体永久位移随着设计安全系数的增加逐渐呈指数函数式减小变化,在较低设计安全系数下,坡体永久位移受土体抗剪强度参数影响较为敏感,随着设计安全系数的提高,这种敏感性则逐渐降低。     

边坡土体侧移模式对抗滑桩影响分析

在开挖、降雨或地震等外部因素作用下,边坡土体很容易进入局部或瞬态大变形乃至失稳滑动,使抗滑桩产生附加位移及弯矩。基于两阶段分析方法,采用Winkler模型模拟抗滑单桩与土之间的相互作用,建立单桩水平位移控制方程组,根据内力与位移的连续条件得到考虑不同土体侧移模式下求解桩身响应的矩阵解析表达式,并采用现场监测数据及Poulos弹性理论进行验证,证明该方法是合理可行的,并通过参数分析土体侧移对抗滑桩水平承载性状的影响程度。分析结果表明,土体侧移模式包括最大侧移值、分布形状及重心、侧移势等,对抗滑桩的挠度和弯矩均有显著影响,在工程设计中应予以充分重视。     

油气管道穿越黄土冲沟的管线设计参数研究

长输油气管道经过黄土冲沟边坡时常常采用斜井穿越的方式,采用数值强度折减法与实际地形建模结合的方法,以陕西千阳黄土冲沟边坡为例,通过对黄土力学参数的不断折减,以收敛性准则作为边坡是否产生滑动的破坏判据,根据边坡滑动时的位移等值线图确定了边坡潜在滑动面的形状及位置,确定了管线穿越斜井的初始安全设计参数;基于初步设计参数研究了管线斜井开挖过程中井周土体的位移变化规律,并对斜井开挖后黄土冲沟边坡的稳定性安全系数进行了进一步分析计算。分析结果表明,所给出的管线穿越斜井设计参数的确定方法,能在设计阶段有效避开冲沟边坡潜在滑动区,基于这种设计参数使得管道斜井施工对边坡稳定性影响很小,边坡安全系数由1.162变为1.156,变化不大。根据计算结果,对斜井支护区域也提出了合理的建议。     

土钉支护边坡动力模型的建立及地震响应分析

参照上部结构抗震设计的方法,对土钉支护边坡的抗震设计提出了3个水准的抗震设防要求和两阶段设计法。综合考虑输入地震波的特性、边坡土体特性、坡高因素,以及土体边坡在水平地震激励下,其位移响应主要为剪切型变形,建立了土钉支护边坡地震动力简化模型。该模型将同一水平层不稳定土体、稳定土体在水平地震作用下运动趋势假想为同步,两者之间相互作用很小,因此,取不稳定土体和面板为研究对象。由于面板很柔,其运动随着土体的运动而变化,其刚度只考虑剪切刚度,将土钉处理成弹性支座,建立了土钉支护边坡振动方程,求解了在简谐地震作用下土钉支护边坡动力响应的解析解,通过该模型可以得到滑移面附近土钉轴力动力响应和土钉支护边坡的弹性动位移响应。最后,结合案例进行了分析,比较了按此分析方法与用ADINA按弹性有限元方法计算的结果,两者吻合较好。故这种方法可用于土钉支护边坡的第1阶段的抗震分析与设计。     

基于多源试验数据空间变异土体参数概率反演及边坡可靠度更新

岩土工程现场勘察试验通常只能获得有限的试验数据,据此难以真实地量化土体参数的空间变异性。提出了考虑土体参数空间变异性的概率反演和边坡可靠度更新方法,基于室内和现场两种不同来源的试验数据概率反演空间变异参数统计特征和更新边坡可靠度水平,并给出了计算流程。此外为合理地描述土体参数先验信息,发展了不排水抗剪强度非平稳随机场模型。最后通过不排水饱和黏土边坡算例验证了提出方法的有效性,并探讨了试验数据和钻孔位置对边坡后验失效概率的影响。结果表明：提出方法实现了空间变异土体参数概率反演与边坡可靠度更新的一体化,基于有限的多源试验数据概率反演得到的土体参数均值与试验数据非常吻合,明显降低了对参数不确定性的估计,更新的边坡可靠度水平显著增加。受土体参数空间自相关性的影响,试验数据对钻孔取样点附近区域土体参数统计特征更新的影响明显大于距离取样点较远区域。     

弹塑性有限元模拟分析影响基坑位移的因素

分析影响基坑支护破坏因素对于防止基坑事故的发生,优化基坑支护设计有重要意义。本文用弹塑性有限元方法模拟基坑破坏过程,分析了影响基坑支护破坏的因素。分析结果表明,土体和桩墙的弹性模量都对基坑的位移有一定影响,但土体弹性模量的影响比桩墙弹性模量的影响更大。根据这些结果,推论出传统基坑设计方法与弹性地基梁法的不足之处。另外,分析结果还表明,基坑坑顶水平位移与土体弹性模量的关系无固定规律,而坑底最大位移与弹性模量呈非线性的关系。由此推论出基坑坑顶水平位移监测方法的不可靠性。      

考虑坡度效应的水平受荷桩应变楔计算方法

由于坡度效应的存在,常规方法并不适用于斜坡上水平受荷桩的计算,首先开展了斜坡上基桩的横向加载破坏试验,以确定斜坡上基桩的破坏模式。在此基础上,沿坡体方向对破坏土楔体进行斜向单元划分,提出了考虑坡度效应的土体应变楔模型,对于其中的关键参数应变楔深度与应变楔土体应变采用迭代求解。迭代过程中,建立基桩横向受荷的桩-土相互作用方程并用有限杆单元法求解,当求解得到的桩身地面处位移与应变楔模型中地面处土体位移之差小于某一允许值时,得到的基桩的水平位移及内力即为最终解答。通过与试验测试数据的对比,验证了该方法的合理性。最后,将土体破坏深度与边坡斜率的比值定义为陡坡效应影响范围,并对其影响因素进行了对比分析。结果表明,陡坡效应的影响范围受土体强度参数及基桩尺寸等多因素影响,其随着桩径的增加而减小,且随土体强度的增强而减小。     

多次冻融后格栅加筋黏土路堤工作性能分析

利用多次冻融后加筋黏土路堤相关试验参数对其进行有限元计算, 确定了加筋黏土结构各初始因素对其工作性能的影响规律, 并利用ABAQUS有限元计算软件对各种计算条件下的位移和应力进行求解, 确定了冻融循环后位移和应力的最大值. 结果显示: 增加加筋黏土路堤中的格栅层数可以减小冻融后加筋路堤的竖向和水平位移及土体剪应力最大值, 且格栅层数的增加对土体变形的影响强于对土体剪应力值的影响. 土体压实度的增大可以减小加筋路堤的竖向和水平位移, 同时引起土中剪应力数值的增大; 土体初始含水率的减小可以减小加筋路堤的竖向和水平位移, 同时引起土中剪应力数值的减小.     

Safety factor calculation of soil slope reinforced with piles based on Hill’s model theory

How to evaluate reasonably the stability of a soil slope reinforced with piles (SSRP) still is an urgent problem. At present, the three-dimensional (3D) finite element strength reduction method has been used for the soil slope stability analysis. However, to accurately determine the global instability of soil slopes is the key to implementing the strength reduction finite element method. In this paper, the 3D finite element strength reduction algorithm (FESRA), based on Hill’s model theory, is proposed to assess the stability of SSRP and study on the relationship between the safety coefficients of SSRP and the displacements of slope mass. The results show that: (1) the relationship between the safety coefficients of SSRP and the displacements of slope mass agrees with the Hill’s model; (2) the proposed method (3D FESRA based on Hill’s model theory) in this study may take into account simultaneously the pile response and slope stability, and makes the results of SSRP stability analysis reasonable and reliable, which could be used as a reference for the evaluation of stability of the same type of slope; and (3) further study should be done to confirm whether the proposed method in this study is suitable for other types of slopes.     

Finite element analysis of the effect of corrosion on the behavior of reinforced earth walls

A simple model for the corrosion‐induced loss of stiffness and strength of the steel strips of earth‐reinforced walls was introduced in a finite element simulation of the long‐term behavior of the wall, in which the backfill‐strips interactions are taken into account by means of a generalized homogenization procedure (called a multiphase model). The results show an initial phase of slow displacements induced by the loss of stiffness, followed after a few decades by a steep acceleration of the displacements, leading to wall failure. The influences of the parameter controlling corrosion, the backfill cohesion and the heterogeneity of the corrosion process are discussed. Results are used to discuss a strategy for reinforced earth wall surveillance. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

高速公路加筋陡坡路基长期工作特性研究

为研究高速公路环境与边坡填筑一体化设计关键技术,在对某高速公路段12 m高加筋边坡进行长期工作特性的现场试验研究基础上,建立考虑格栅黏弹性和土体黏弹塑性流变模型的高速公路加筋边坡数值分析模型,采用增量-初应变迭代法对各种工况进行了分析计算。通过与试验测试数据的对比,验证数值的可靠性,进而进行大量变动参数的数值分析,详细地探讨加筋边坡填筑过程中加筋结构的力学特性。在将试验数据和数值分析结果的对比分析的基础上,得到边坡加筋体内土压力、地基应力和格栅拉力分布规律及其成因,随后与类似加筋直墙和单级加筋路堤的研究结果对比,得到多级加筋陡坡的一般规律及其破坏模式。     

锚索与锚杆联合锚固支护岩坡的有限元分析

针对广东某高速公路74 m高的7级挖方边坡,采用三维弹塑性有限元数值计算方法分析山区路堑开挖岩质边坡的锚固支护的受力情况。分别计算了坡体无锚和3种不同的锚固方案。通过坡体无锚方案的计算确定坡体的滑动面并为锚固方案的设计提供依据。3种锚固方案中的预应力锚索和锚杆按不同方式进行了组合。所建立的锚固坡体三维有限元分析模型对锚固坡体进行了合理简化并节约了计算量。计算中锚索的预应力采用预先施加应变的方式施加。计算分析表明,边坡加锚后可显著减少边坡塑性区。实际工程中采用预应力锚索和锚杆交错布设方案进行边坡锚固支护可较好地达到安全与经济并重的边坡处治原则。现场监测结果表明,锚固边坡有限元分析合理可行。     

Vulnerability assessment of reinforced concrete buildings subjected to seismically triggered slow-moving earth slides

The objective of this paper is to develop an efficient analytical method for assessing the vulnerability of low-rise reinforced concrete buildings subjected to seismically induced slow-moving earth slides. Vulnerability is defined in terms of probabilistic fragility curves, which describe the probability of exceeding a certain limit state of the building, on a given slope, versus the Peak Horizontal Ground Acceleration (PHGA) at the assumed “seismic bedrock”, allowing for the quantification of various sources of uncertainty. The proposed method is based on a two-step, uncoupled approach. In the first step, the differential permanent landslide displacements at the building’s foundation level are estimated using a dynamic non-linear finite difference slope model. In the second step, the calculated differential permanent displacements are statically imposed at the foundation level to assess the building’s response to differing permanent seismic ground displacements using a finite element code. Structural limit states are defined in terms of threshold values of strains for the reinforced concrete structural components. The method is applied to typical low-rise reinforced concrete frame buildings on shallow foundations with varying strength and stiffness characteristics (isolated footings and continuous slab foundation), standing near the crest of a relatively slow-moving earth slide. Two different slope models are selected representing a cohesive and a purely frictional soil material. The paper describes the method and the derived fragility curves for the selected building and slope typologies that could be used in quantitative risk assessment studies at site-specific and local scales.     

基于强度折减的土质边坡破坏及稳定分析

边坡的破坏过程是由土体局部破坏向整体失稳发展的过程,其塑性区的开展及其水平位移增量的变化较完美地展现了这个过程。根据边坡的实际破坏和有限元数值模拟情况,提出了以特征点位移增量的突变及塑性区贯通作为边坡的失稳判断准则;并以此为判据,采用基于强度折减的大变形有限元方法分析了土质边坡的破坏及稳定性。研究表明,采用强度折减有限元法可有效分析边坡的破坏及其稳定性;此外还分析了带有软弱夹层黏土边坡的破坏性状及其稳定性,并比较了大、小变形有限元的计算结果,结果表明,带有软弱夹层黏土边坡的破坏性状随软弱夹层土体性质的变化而变化,由大小变形有限元分析得到的边坡稳定安全系数较为一致,但边坡的破坏机制随软弱夹层土体性质变化的转变点不同。     

FE analysis of grid reinforced embankment system on soft Bangkok clay

The behavior of a reinforced embankment on soft Bangkok clay has been analyzed by plane strain finite element method. The finite element analysis considers the selection of proper soil/reinforcement properties according to the relative displacement pattern of upper and lower interface elements. The large deformation phenomenon is simulated by updating the node coordinates, including those of the embankment elements above the current construction level, which ensures that the applied fill thickness simulates the actual field value. A full scale test reinforced embankment with a vertical face (wall) on Bangkok clay has been analyzed by the proposed finite element method, and the numerical results are compared with the field data. The response of a reinforced embankment on soft ground is principally controlled by the interaction between the reinforced soil mass and soft ground and the interaction between the grid reinforcement and the backfill soil. The tension in reinforcement and lateral displacement of the wall face varied during consolidation of foundation soil. The maximum tension force occurred in the reinforcement layer placed at the base of reinforced mass, due to bending of the reinforced mass resulting from differential settlements. It is considered necessary to account for the permeability variation of the soft ground foundation in the finite element analysis.     

强间断分析方法在土工结构物渐进破坏过程中的应用

对于超固结黏土和密实砂土等软化材料或非关联塑性材料组成的地基、边坡及挡土墙墙后土体,在其破坏过程中,会产生应变局部化现象,使得控制方程的类型发生改变,从而导致出现数值解不惟一和解的网格相关性等现象。为了克服这些数值困难,基于强间断分析方法,及单元内嵌不连续面的有限元模型,对地基、土坡、墙后土体的渐进破坏过程进行了数值模拟。计算结果表明,单元内嵌不连续面模型可以有效地模拟土工结构失稳破坏过程,并且能够明显地改善采用常规有限元方法所产生的网格尺寸相关性问题。这一方法可作为传统极限平衡法进行稳定分析、承载力分析的有益补充。     

滑坡稳定性分析与安全系数取值研究

在地质灾害中,滑坡灾害分布最广、发生频率最高、危害最大,是我国地质灾害防治的主要对象。滑坡研究的主要任务之一是稳定性分析。论文针对三板溪水电站进水口滑坡和水布垭水电站大岩淌滑坡,分别采用刚体极限平衡法、块体单元法、有限单元法对稳定安全系数和条间推力分布曲线进行分析和比较,研究各种方法的差异和计算精度,以及各种方法稳定安全系数的取值标准,希望为水利水电工程边坡设计规范有关有限单元法、块体单元法条目的编写和相应的允许安全系数取值标准的制定提供一定的参考。研究结果表明:①块体单元法计算的安全系数与刚体极限平衡法计算的安全系数可以采用相同的取值标准,而有限单元法计算的安全系数取值标准可适当降低;②块体单元法计算的条间水平推力、条间剪切力与刚体极限平衡法(尤其是Sarma法)计算的条间水平推力、条间剪切力非常相近,有限单元法计算的条间水平推力、条间剪切力较小;③分析方法、力学模型与参数取值应与安全系数取值标准相匹配。