基于滑移线场理论的地震作用下土质边坡稳定性分析

在土质边坡稳定性分析中,滑裂面的确定至关重要,而当前普遍采用的圆弧滑动面法会产生较大误差。采用滑移线场理论确定滑裂面,并结合动力有限单元法,提出了一种地震作用下土质边坡稳定性的分析方法。首先求出地震作用下土坡的应力场,运用滑移线场法搜索得到不同时刻土坡的临界滑移线,然后再根据临界滑移线上的应力分布求出对应于该滑移线的安全系数,以最小平均安全系数作为评价指标,实现地震作用下土质边坡的稳定性分析,最后结合工程实例,求得不同时刻的土坡临界滑移线及其对应的安全系数,并对该土坡的动力抗震稳定性进行了评价。分析表明:安全系数小于1.2的滑移线共同构成了地震作用下土坡的剪切带,与土坡的塑性区吻合,验证了文中分析方法的合理性。     

蒙特卡洛法与有限元结合搜索边坡临界滑动面

把蒙特卡洛随机搜索法与有限元法相结合,搜索边坡的临界滑动面及其对应的最小安全系数.通过随机跳跃法生成一定数量的初始试算滑动面,根据有限元分析的应力和孔隙水压力结果计算给定滑动面的安全系数,利用随机走步法不断更新试算滑动面,使试算滑动面安全系数不断减小,最终确定边坡临界滑动面及其对应的最小安全系数.本方法通过随机搜索,克服了大多数常规优化方法易陷入安全系数局部极小的问题.数值算例分析说明了本文提出的确定边坡临界滑动面的方法的有效性和优越性.     

降雨过程中边坡临界滑动场

降雨入渗过程中孔隙水压力的升高与基质吸力的降低引起边坡稳定性的下降,是导致边坡滑塌的主要诱导因素。利用饱和-非饱和渗流有限元计算得到的孔隙水压力场,基于Fredlund提出的非饱和土抗剪强度理论,对边坡临界滑动场进行改进,提出可以考虑降雨过程的边坡临界滑动场数值模拟方法,能够方便、快速地计算出边坡局部、整体安全系数和相对应的临界滑动面在降雨过程中的变化历程。将该法用于一个典型均质边坡和一个非均质边坡在降雨过程中的稳定性计算,分析降雨持续时间、降雨强度和非饱和强度参数取值等因素对边坡稳定性的影响,并将计算结果与其他方法进行比较,结果表明临界滑动场方法能搜索任意形状最危险滑面,计算的安全系数合理。     

填筑和开挖边坡的稳定性分析

在有限元应力应变分析的基础上,采用以剪应力定义的安全系数和模式搜索的方法确定边坡的安全系数及最危险滑动面。在平面应变条件下,对土层均质的填筑和开挖边坡的稳定性进行了较为全面的研究,并同天然边坡的安全系数和破坏面进行比较,计算结果表明,这3类边坡滑动面的形状基本一致,天然边坡安全系数要高于填筑和开挖边坡;同时比较了采用有限元稳定评价方法和采用极限平衡方法计算结果的差别;最后分析研究了计算参数变化对填筑和开挖边坡稳定性的影响。     

框架预应力锚杆边坡支护结构的稳定性分析方法及其 应用

以边坡极限平衡理论及框架预应力锚杆边坡支护结构的圆弧滑动破坏模式为基础,在考虑框架、锚杆对土体边坡稳定性影响的情况下,基于圆弧滑动条分法的思想利用积分法建立了内部稳定性安全系数计算模型和最危险滑移面搜索模型。确定滑移面圆心坐标为几何控制参数,推导了安全系数计算模型中各变量与滑移面圆心坐标之间的函数关系式,从而获得了滑移面几何控制参数与内部稳定性安全系数之间的函数关系。利用网格法对框架预应力锚杆支护结构最危险滑移面的圆心坐标进行动态搜索和求解。最后采用Matlab语言编制了框架预应力锚杆边坡支护结构的稳定性分析程序,并结合工程实例进行了验算,讨论了此种方法的适用条件,结果表明该方法简明适用,较传统的经验分析方法更加合理。     

降雨入渗条件下多级黄土高边坡稳定性分析

在西北地区进行基础工程建设,遇到了大量的多级黄土高边坡工程。边坡工程属于永久性工程,难免遇到降雨状况。降雨入渗会引起边坡土体饱和度与土体重度的变化,进而导致边坡体基质吸力与有效应力场的变化,使边坡的稳定性受到较大的影响。本文通过考虑边坡体不同深度处基质吸力随雨水入渗的变化情况,建立了渗流场与应力场的耦合计算模型,对降雨入渗条件下多级黄土高边坡的稳定性进行分析。最后,依托实际边坡工程,利用PLAXIS 3D岩土有限元软件,建立边坡稳定性计算模型,通过设置降雨量随时间的变化函数与渗流边界条件,进行降雨入渗条件下多级黄土高边坡的稳定性数值计算,并与理论分析结果进行了对比分析。根据数值计算结果可得到多级黄土高边坡在降雨入渗条件下的变形、基质吸力、有效应力、潜在滑移面以及安全系数的变化情况,从而对降雨入渗影响下多级黄土高边坡的稳定性做出分析。研究结果可为降雨入渗条件下多级黄土高边坡的稳定性的研究提供一定的指导作用。     

基于有限差分强度折减法的多级边坡破坏模式研究

总结了当前多级边坡的稳定性分析方法,引入FLAC3D程序和强度折减理论,并运用有限差分强度折减法研究了多级边坡随台阶宽度变化的破坏模式、变形及其稳定性。分析结果表明:多级边坡的滑移面的位置、形状和破坏模式随着台阶的宽度不同而不同,且其变形也随着台阶的宽度不同表现出不同的特性。最终通过对多级边坡进行稳定性分析,发现安全系数和滑移面广义剪应变大小也随台阶宽度的变化也表现出一定的规律性。     

临界滑动场技术在排土场边坡设计中的应用

边坡临界滑动场技术是近年发展起来的一种边坡稳定性分析方法。它能准确快速确定多层介质、多台阶边坡任意形状的临界滑动面,全面评价边坡整体和局部稳定性。文章首先应用临界滑动场技术对原设计15坡角时的龙桥排土场边坡进行临界滑动面搜寻,确定边坡整体安全系数为1.42,证明原设计的15坡角取值过于保守。然后再应用临界滑动场技术的扩展方法进行反向分析,在给定安全系数为1.30的条件下,求得最佳设计坡角为17。研究成果为将来矿山的排土工作提供指导,具有一定的工程实用性。     

基于能量定义的边坡临界滑动场方法

边坡临界滑动场法是最近发展起来的边坡稳定性计算方法,通过定义外力功与内能耗散之差为剩余功。基于能量定义的边坡临界滑动场模拟的主要思路为：给定一个安全系数,寻找最大剩余功对应的滑动面,变换安全系数直到所得最大剩余功为零,其对应的滑动面即为临界滑动面,相应的安全系数即为最小安全系数。通过两个典型土坡算例分析证明了该方法的有效性,与传统的临界滑动场相比,该新方法不再需要条间力假定,计算简单。     

一种基于强度折减法的次级滑动面分析方法研究

传统强度折减法通常对整个边坡区域进行折减,因而只能得到最小安全系数及对应的最危险临界滑动面。但在工程实践中,边坡的治理范围不能局限于最危险滑动面所包围的区域,不满足规范要求的次级滑动面范围内的坡体亦应得到治理。为了克服传统强度折减法在搜索次级滑动面方面的缺陷,提出了一种新的强度折减法。一般而言,边坡的屈服区域主要集中在滑动面两侧附近,形成一个沿滑动面分布的剪切破坏带,因此,在用强度折减法进行边坡稳定性分析时,只需对剪切破坏带范围内的局部坡体进行折减,则可得到该滑动面的安全系数和滑动面。基于以上认识,假设剪切破坏带沿对数螺旋曲线分布,不断调整对数螺旋曲线的形状以得到不同范围的剪切破坏带,对各种不同的剪切破坏带范围内的坡体进行局部折减计算,即可得到不同的安全系数及对应的滑动面。通过两个边坡算例（单台阶、双台阶）验证了该方法的可行性,并最后讨论了剪切破坏带的宽度对结果的影响。两个算例的计算结果表明,该方法不仅可以得到最危险临界滑动面,亦可得到任意安全系数对应的滑动面。     

基于极限分析法的边坡临界高度及稳定性研究

基于塑性极限分析理论,优化了受到地震力作用的均质土坡在破坏面为对数螺旋面形式时的临界坡高计算模型,并在此基础上,引进强度折减假定,推导了地震作用下边坡的对数螺线破坏形式的安全系数计算公式。该计算模型不仅能考虑地震力的作用,而且能考虑不同安全系数要求对临界高度的影响。通过两个算例将文中提出的模型与传统极限平衡法对比,文中方法计算安全系数较瑞典条分法大,与简化Bishop法计算所得结果非常接近。该方法可对均质边坡临界高度及稳定性分析研究提供有益的指导和参考。     

非均质边坡强度折减法折减范围研究

强度折减法分析边坡稳定的研究多针对均质简单边坡,而当涉及到非均质边坡时,就存在选择局部区域还是选择所有区域进行强度折减的问题。本文基于FLAC3D的FISH语言自编整体强度折减法和局部强度折减法,在此基础上,对非均质边坡分别按照整体强度折减与局部强度折减进行分析,结果表明两者所得安全系数并不总是一致,整体强度折减法给出的安全系数更为合理,因此建议采用整体强度折减法分析非均质边坡的稳定性。     

地震作用下华丽高速公路金沙江桥华坪岸顺层边坡动力稳定性评价

以华丽金沙江桥华坪岸顺层边坡地震稳定问题为研究对象,在slide下利用Janbu-simplified法计算了其最不利滑动面和安全系数,为模型试验确定了宽900 m×高450 m的试验范围。采用拟静力法,在Phase 2D下利用有限元强度折减法模拟模型边坡,计算了0.00g、0.10g、0.15g、0.20g、0.25g、0.30g、0.35g等7个地震工况的安全系数和位移。对比不同工况下的安全系数、位移与水平地震加速度曲线,结果表明,（1）极限平衡法与强度折减法所得安全系数在1.0附近安全系数离散性最小,远离1.0则安全系数的离散性增大,差异是两类方法极限状态定义的不同造成的。基于安全系数确定的临界水平地震加速度为0.20g;（2）剪应变揭示的边坡破坏模式为桥墩位置拉剪破坏、T2凝灰岩主滑和前缘近于水平剪出破坏,坡体内部的变形响应敏感性为水平位移＞竖向位移＞剪应变。基于变形演化规律确定的临界值为0.15g～0.20g,相应水平位移预警值为10.2 mm,室内模型试验验证了上述分析的合理性;（3）综合确定华坪岸顺层边坡临界水平地震加速度为0.2g,50年超越概率为10%和100年超越概率为2%对应的安全系数分别约为1.2和1.1,华坪岸边坡在现行抗震设防标准下是安全的。当前选择安全系数作为边坡稳定性评价指标,而安全监控实践中一般选择可操作性和预警性强的变形值作为控制指标,所以边坡稳定性评价需要采取安全系数与临界位移相结合的方法。     

层状岩质边坡破坏模式及稳定性的数值分析

运用FLAC3D模拟层状岩质边坡的破坏模式,并采用强度折减法分析结构面倾角与稳定性之间的关系。结果表明:①水平层状边坡坡顶变形破坏早于坡面和坡脚,形成拉破坏区。当结构面倾角较小时,顺倾向层状边坡主要发生滑移破坏;当结构面倾角较大时,发生弯折-溃曲破坏。直立层状边坡主要发生弯曲-板间拉裂-塌落破坏。逆倾向层状边坡的破坏形式为对于小倾角为滑移破坏,对于陡倾角为倾倒破坏。②对于顺倾向边坡,整体安全系数随结构面倾角先减小后增大,呈现两头高、中间低的形态,在倾角为30°时安全系数最小;对于逆倾向边坡,曲线呈现增大-减小-增大的态势,并且大部分高于顺倾向边坡曲线,符合实际情况。③所采用的低强度弹塑性单元能够比较真实地模拟软弱结构面的变形。     

双临空面岩质边坡滑动与倾倒破坏的运动学分析

临空面的几何形状在边坡破坏模式与稳定性分析中起着举足轻重的作用。运动学分析是确定边坡破坏模式与评价边坡稳定性的一种有效方法。目前基于运动学分析的边坡稳定性研究主要集中于单临空面边坡的破坏模式与最大安全开挖边坡角的确定。本文将此项研究扩展至双临空面边坡,将其破坏模式细分为4种,分别为沿结构面发生单平面滑动、沿结构面发生楔形体滑动、沿两个结构面的交线发生楔形体滑动以及倾倒破坏。在立体投影中得出,平滑滑动与楔形体滑动的滑动区为双临空面真倾向线与摩擦圆所组成的区域,单个结构面倾角矢量与两个结构面交线矢量位于该区城内;倾倒破坏区为双临空面真倾向线、摩擦圆与基圆所组成的区域,结构面的法向矢量位于该区城内。提出了双临空面边坡最大安全开挖边坡角的确定方法及边坡设计原则。最后将上述方法应用于三峡库区湖北省秭归县郭家坝镇郭家坝村生基坡高边坡,研究了该双临空面边坡的破坏模式并给出了最大安全边坡角的建议值     

岩质边坡复合型破坏机制的改进运动单元法研究

目前运动单元法的研究主要集中于土质边坡,未涉及到岩质边坡稳定性分析问题;而岩体中孕育有不同特性的结构面,控制着岩质边坡的力学行为。为求解结构面控制作用下岩质边坡“结构面滑移-岩桥剪断”复合型破坏问题,研究了塑性滑移区节点在岩桥内和结构面上的运动约束条件,推导了含结构面的运动单元计算公式,提出了改进运动单元法。通过经典算例的对比分析,验证了改进运动单元法计算结果的准确性。研究结果表明：岩桥位置、结构面贯通度和结构面倾角是控制岩质边坡力学行为的3个主要影响因素。岩桥越接近坡顶,改进运动单元法所得安全系数越大,而Jennings法无法反映岩桥位置的影响效应。高贯通度的结构面导致岩质边坡发生“结构面滑移-岩桥剪断”复合型破坏模式,安全系数较小;而低贯通度的结构面导致完整岩石发生破坏,安全系数较大。水平或陡倾角结构面导致滑裂面穿切结构面,安全系数较大;而对于其它倾角情况下的结构面,岩质边坡发生“结构面滑移-岩桥剪断”复合型破坏模式,安全系数较小。实例应用结果说明该方法可以有效评价岩质边坡的稳定状态,可在类似工程中应用推广。     

边坡的潜在滑动面分析

边坡稳定分析是土力学的经典课题之一。极限平衡法是边坡稳定分析最常用的方法, 也是规范推荐的方法。通常认为最小安全系数对应的潜在滑动面就是最可能滑动的临界滑动面。本文对这一问题进行分析, 提出了将最大加速度对应的滑动面作为潜在滑动面的思路, 这里称为加速度临界滑动面。对典型算例进行分析, 表明最大加速度与最小安全系数具有较好的相关性。     

黄土边坡降水入渗规律及其稳定性研究

由于黄土地区地下水埋藏较深,降水因此成为影响公路黄土边坡稳定性的主要因素。根据饱和-非饱和土的渗流理论,考虑降水入渗的影响,利用有限元的方法,对阎良—禹门口高速公路的黄土边坡在百年一遇降水强度下的入渗规律和稳定性进行了数值模拟,同时根据现场人工降水试验证明:强降水条件下水分入渗的深度有限,一般为表层2m深度范围,且入渗深度随着降水时间的增加而增加,边坡安全系数逐渐减小,但对边坡的整体稳定影响不大;坡面出现冲刷破坏,如果不采用坡面防护措施,随着降水次数增加,将会出现局部破坏,最终导致整体边坡的失稳。而对于失稳状态下的危险边坡或老滑坡,滑坡出现频率与降水强度成正比例,并有一定的滞后性。     

基于局部强度折减法的边坡多滑面分析方法及应用研究

边坡最危险滑动面的搜索方法一直是研究的热点,但边坡内部次级滑动面也可能不满足安全设计要求,因此,考虑边坡多条滑动面的分析方法亦应得到关注。在传统强度折减法中,对边坡整个区域的抗剪强度参数进行折减,此方法仅可得到一个临界滑动面和最小安全系数。提出了一种基于局部强度折减法的多滑面分析方法,即首先定义单元安全系数的概念,并且计算边坡每个单元的安全系数,然后自动搜索出单元安全系数处于不同范围内的单元集合,对各个单元集合的强度参数进行折减计算,即可得到不同安全系数对应的滑动面。通过单台阶和双台阶边坡算例验证了该方法的可行性,结果表明,随着安全系数的增大,潜在滑面的深度和潜在滑动区域亦增大。最后把该方法应用到某隧道进口仰坡的稳定性评价中, 通过该方法得到的多级滑动面与现场监测数据吻合较好。     

基于MPGA的复杂应力状态边坡稳定性分析

极限平衡法在边坡稳定性分析中处于主导地位,该算法通常建立在一定的假设之上,没有考虑边坡土体的非线性应力-应变关系,不能用于未达到极限状态以及加固后边坡的稳定性分析。为了解决以上问题,将有限元计算与多种群遗传算法（MPGA）相结合,建立一种基于MPGA的复杂应力状态边坡稳定性分析通用模型,通过数值应力场求解安全系数,并为多种群遗传算法构建适应度函数;再利用多种群遗传算法为安全系数的计算提供滑移面。为了保证分析的高效、合理,根据滑移面发展趋势,动态产生初始滑移面,并增加一个滑移面约束条件。最后,通过均质边坡和软弱夹层边坡两个典型算例分析验证了该方法的合理性;通过分析土钉加固的软弱夹层边坡,证明了该方法可用于加固等复杂应力状态边坡的稳定性分析。