一种新的边坡稳定性因素敏感性分析方法——可靠度分析方法

传统的边坡稳定性因素敏感性分析方法基于确定性计算,仅能得到边坡稳定性对各变量的敏感性大小,无法获得边坡稳定性对不同滑面位置上的同一岩土参数的敏感性。在可靠度分析基础上提出一种新的边坡稳定性因素敏感性分析方法——可靠度分析方法,该方法采用随机场模型来描述边坡滑面上岩土参数的空间变异性,通过验算点法优化求解实现,分析结果可得到边坡的最小可靠指标、概率临界滑面、参数敏感性因子在临界滑面上的分布曲线。研究结果表明,敏感性因子分布曲线随边坡尺度和岩土参数波动范围的相对大小变化而变化,根据边坡可靠度指标在临界滑面上的不同位置上的敏感性因子,可对边坡加固位置提出设计改进,将有限的加固措施加于敏感性因子较高的位置,能够更有效地提高边坡的稳定性,较之传统的边坡稳定性因素敏感性分析方法具有明显的优越性。     

双滑面岩质边坡稳定性极限平衡计算方法

基于极限平衡理论,综合考虑张拉裂缝积水深度、滑面出流缝是否堵塞、坡顶超载、地震荷载效应以及被动块倾角等因素的影响,推导出了多影响因素条件下含主控弱面双滑面岩石边坡抗滑稳定性系数的表达式,并分析了几种相关参数组合对双滑面破坏岩石边坡稳定性的影响。分析表明:滑面出流缝被堵塞比滑面出流缝未堵塞时对边坡稳定性的影响更大,边坡稳定性随着坡顶张拉裂缝积水深度增加、坡顶附加荷载增大、地震影响效应的增大而减小,在滑面出流缝未堵塞的情况下被动块倾角为20°时双滑面岩石边坡抗滑稳定性系数最大,滑面出流缝被堵塞的情况下被动块倾角为9°时双滑面岩石边坡抗滑稳定性系数最小。针对工程实际,提出了相应的工程建议。     

基于Barton-Bandis准则的边坡稳定性极限平衡分析方法

针对传递系数法中抗剪强度参数的取值无法适应潜在滑移面的实际受力情况,本文提出了基于Barton-Bandis准则的边坡稳定性极限平衡分析方法。通过切线等效法将Barton-Bandis准则抗剪强度参数转化为Mohr-Coulomb准则抗剪强度参数,在边坡滑体每一条块采用不同抗剪强度参数的前提下,基于隐式解法实现边坡的稳定性分析,并与传统传递系数法的计算结果对比分析。案例分析表明,基于Barton-Bandis准则的边坡稳定性极限平衡分析方法在边坡稳定性分析时考虑到了岩体结构面所处的实际应力环境,是岩质边坡稳定性分析的有效方法。     

考虑张拉–剪切渐进破坏的边坡强度折减法研究

针对边坡渐进破坏过程中局部岩土体强度参数不断劣化现象,采用应变软化模型代替传统的理想弹塑性模型,提出一种考虑张拉–剪切渐进破坏的强度折减法。从劣化函数、破坏判据、折减系数、滑动面显示和折减范围等方面对该方法进行研究;以极限塑性应变作为边坡点破坏准则,将破坏点从坡脚到坡顶贯通作为边坡整体破坏判据;基于弹塑性计算的初应力法,提出一种边坡张拉–剪切全滑动面定量显示指标I_(cs)。结果表明,应变软化模型所得塑性区明显小于理想弹塑性模型,考虑张拉破坏的边坡安全系数偏于危险;I_(cs)指标能同时显示并区分边坡潜在滑动面的张拉与剪切部分。该基于应变软化模型的计算方法进一步完善了边坡稳定性分析的强度折减法理论。     

基于滑面正应力修正的极限平衡法的研究现状

基于滑面正应力修正的极限平衡法是近年来发展起来的一种边坡稳定性分析方法,具有良好的发展潜力。在已有工作的基础上,对该方法的研究成果作了系统的归纳总结,主要包括基本理论的建立和完善、二维与三维极限平衡研究和典型工程应用等三大方面。同时介绍了借助该方法的基本原理在加固边坡的稳定性、三维边坡滑带强度参数的反演分析、地震作用下的三维边坡稳定性评价、三维边坡稳定性分析中的端部效应等方面取得的进展。最后,对该课题的研究不足和下阶段的研究方向进行了阐述。     

三维非饱和土滑坡稳定性影响因素研究

三维空间结构和土体非饱和状态,对滑坡稳定性评价具有至关重要的影响。为了深入研究影响三维非饱和土滑坡稳定性的主要因素,以标准算例的三维扩展模型为例,考虑非饱和土的弹塑性本构模型和Fredlund强度准则,开展边坡稳定性数值模拟研究。从外因和内因两个方面,探讨了雨水入渗引起的负孔隙水压力分布和地下水位线的改变以及滑面深度、强度参数等因素对三维非饱和土滑坡稳定性的影响规律。研究结果表明:采用三维分析方法能反映坡体的空间应力状态和滑面的空间形态,各分析因素对滑坡稳定性的影响程度依次为参数?的改变、雨水入渗导致吸力丧失、滑面深度,且?的影响随着滑面深度而增大,而雨水入渗对浅层滑坡的影响较大。     

考虑参数时空演化规律的黄土边坡极限平衡分析法研究

考虑黄土特殊力学性质的边坡稳定性分析方法研究对于保障国家"西部大开发"战略和"一带一路"倡议的实施具有重要的意义。利用渗流—软化—稳定性分析顺序耦合的研究思路,对地下水位上升条件下的黄土边坡稳定性进行分析。首先借助非饱和非稳定渗流分析理论进行地下水位上升条件下黄土边坡的渗流分析;其次基于渗流分析的计算成果借助水致结构性劣化方程动态更新土体强度参数的空间分布;基于总重度、黏聚力、内摩擦角和孔隙水压力的时空分布规律,采用面力法提出了考虑参数时空演化规律的黄土边坡极限平衡分析法。最后以地下水位上升条件下白鹿塬边某黄土边坡为例,通过考虑参数时空演化规律的黄土边坡稳定性Spencer法和M-P法计算成果之间的相互对比分析,同时将这些成果与现场勘察迹象进行对比,从而说明考虑参数时空演化规律的黄土边坡极限平衡分析法的合理性和可靠性。     

基于极限平衡原理的地震边坡浅层和深层耦合滑移分析

边坡地震位移是评价边坡地震稳定性的重要指标，现有的地震位移分析方法主要针对单一滑动面边坡。基于Spencer极限平衡分析原理，提出了一种滑面为非平面的双滑面土质边坡地震位移计算方法。该方法基于考虑惯性力的极限平衡条分法建立双滑面滑块体系在地震过程中的动力平衡方程，考虑地震引起两个滑动面滑移变形过程中浅层和深层滑体之间的相互影响。将研究方法的结果与有限差分软件FLAC的数值模拟结果进行对比，证明了方法描述地震引起边坡浅层和深层耦联滑移变形模式的合理性和正确性；并将建立的方法分别用于分层土堆积层边坡以及川藏俄岗公路老折山边坡，阐明了该方法用于实际双滑面边坡地震位移计算的可行性。     

不平衡推力法的弹塑性有限元改进

结合杭金衢高速公路K111碎石土滑坡工程实例,研究如何使极限平衡法与有限元法有机结合应用于边坡稳定性计算和分析中,以及碎石土边坡稳定性系数与滑动面抗剪强度发挥程度的关系。研究结果表明,可以采用弹塑性有限元边坡稳定性极限分析法,得到边坡接近破坏状态时滑坡体的塑性变形破坏区,然后据此确定边坡的滑动面;通过野外工程地质勘探揭示,该法确定的潜在滑动面与实际滑动面基本相符;可根据极限状态下塑性应变值的大小确定滑面带上不同抗剪强度取值段,采用全面考虑滑面上岩土体抗剪强度不同发挥程度的不平衡推力法计算碎石土边坡的稳定性系数;采用该方法进行碎石土边坡稳定性分析能更加真实地反映边坡所处的实际状态。     

雨水软化下路基土质边坡失稳模式及判别阈值

 为了提高雨水软化条件下路基土质边坡稳定性分析的准确性,开展路基土质边坡失稳模式及其判别准则分析,提出边坡失稳随软化深度 增加依次呈现单位土条式、组合式及整体式3种模式;采用滑体长度L与软化深度 的比值 作为表征参数,确立界定3种失稳模式的2个阈值 和 ;基于刚体极限平衡条件,构建以组合式失稳模式为基础且涵盖3种失稳模式的边坡稳定安全系数统一表达式。研究表明：单位土条式与组合式失稳模式转化阈值 和组合式与整体式失稳模式转化阈值 受坡体强度参数及几何参数影响并不显著,范围分别为15.2～20.0和3.0～6.3; ＜ 时采用单位土条式顺坡平面失稳模式忽略滑体上下缘滑体力学作用会得到偏于保守的结果, ＞ 时采用以圆弧滑面为代表的整体式曲面失稳模式则偏于危险,而 ≤ 时采用对数螺旋形和圆弧形的整体式曲面滑动模式差异不大。     

基于流形方法和图论算法的岩/土质边坡稳定性分析

目前边坡稳定性分析常用的极限平衡法存在着不能考虑实际岩土体的应力应变关系,假设过多等缺点,强度折减法也存在着需要重复计算工作量大,计算容易不收敛,难以考虑边坡应力路径影响及较难直接得到滑裂面等不足。从边坡的应力状态出发,借助基于物理覆盖系统、能较好统一连续和不连续分析的数值流形方法,得到土质边坡或存在着较多不连续面的岩质边坡的应力场分布,并将边坡稳定性分析转化为图论问题,利用Bellman-Ford搜索算法快速稳定地寻找出边坡的安全系数和最危险滑裂面。该方法无需做过多假设及迭代计算,可以反映边坡的应力路径影响,较好地统一岩质/土质边坡稳定性分析。     

预应力锚索加固边坡稳定性的有限元评价

进行边坡非线性有限元分析,探讨坡体变形的大小和分布状况,分析塑性区的扩展形态和滑动面的形成,从而确定合理的滑动面位置。根据确定的滑动面,采用极限平衡法计算边坡的安全系数,能够对边坡工程的稳定性进行评价。结合1个工程实例进行了分析说明。     

基于动态和整体强度折减法的边坡稳定性分析

 基于强度折减法的边坡稳定性评价只能获得静态单一的安全系数。为获得边坡渐进失稳过程中的稳定性状况,提出基于动态和整体强度折减法的边坡动态稳定性评价方法,利用动态强度折减法搜索出渐进扩展的滑动面,并结合整体强度折减法计算安全系数的优势,在边坡渐进失稳过程中计算动态安全系数,从而实现对边坡失稳全过程的分析和调控。首先,利用动态强度折减法确定出一系列扩展的滑动面,然后,在每一步折减中降低滑动面的强度参数,随后采用整体强度折减法计算此刻的安全系数。最后进行滑动面扩展–安全系数的对应分析,根据安全系数的动态变化规律对边坡进行稳定性评价和支护。两实例计算表明,动态强度折减法获得的滑动面与实际监测数据相吻合,合理反映边坡(滑坡)的变形破坏特征。利用动态和整体强度折减法的各自优势,获得边坡渐进失稳过程中的一系列动态安全系数,更利于边坡的稳定性判断及支护措施建议。相比于极限平衡法,动态强度折减法也更适合于非均质边坡的稳定性评价,能搜索出正确的潜在滑动面。     

基于独立覆盖流形方法与矢量和方法的边坡稳定性分析

 提出一种基于独立覆盖流形方法(independent cover manifold method,ICMM)和矢量和方法的边坡稳定性分析方法。该方法采用ICMM计算边坡岩土体的应力场,避免了有限元及传统流形方法复杂的前处理过程,可以方便地计算含节理断层等不连续面的复杂边坡的应力状态。在此基础上,采用矢量和方法计算潜在滑裂面的安全系数,矢量和方法基于边坡的真实应力状态和力的矢量特征,物理意义明确,而且不需要类似强度折减法的迭代计算,计算代价小。同时采用模拟退火遗传算法进行优化搜索,得到边坡的临界滑裂面。提出方法结合以上优点,可以高效精确地计算含有节理断层的复杂边坡的临界滑裂面和安全系数。4个代表性算例以及工程案例的分析应用验证了提出方法的有效性和精确性。     

考虑参数空间变异性的边坡稳定可靠性有限元极限分析

当土性参数空间变异性较大时,极限平衡法得到的滑移面不尽合理。阐述了基于广义变分原理的有限元极限分析方法,采用混合有限元方法,构筑了线性应力三角形单元与线性速度三角形单元,结合强度折减法与线性规划算法,建立了边坡稳定安全系数上下限分析方法,分析了土的抗剪强度参数空间变异性对边坡稳定性的影响,并与3种典型极限平衡法进行了对比。结果表明,FELA方法可有效搜索边坡临界滑移面,并给出安全系数的严格上下限。对于简单均质边坡,有限元极限分析与极限平衡法结果接近,极限平衡法结果大多位于极限分析的上下限内;对于空间变异性较大的边坡,有限元极限分析法可以有效搜索可能的多种临界滑移面,而极限平衡法则存在显著偏差,且往往高估滑坡风险。强度参数的空间变异性还导致边坡安全系数分布形式变化显著,仅采用安全系数无法反应这一变化。根据安全系数的分布形式,给出了土性参数设计值建议。     

Factor of safety of strain-softening slopes

Stability analysis of strain-softening slopes is carried out using the shear strength reduction method and Mohr-Coulomb model with degrading cohesion and friction angle.The e ffect of strain-softening behavior on the slope factor of safety is investigated by performing a series of analyses for various slope geometries and strength properties.Stability charts and equations are developed to estimate the factor of safety of strain-softe ning slopes from the results of traditional stability analysis based on perfectly-plastic behavior.Two example applications including an open pit mine in weak rock and clay shale slope with daylighting bedding planes are presented.The results of limit equilibrium analysis and shear strength reduction method with perfectly-plastic models were in close agreement.Using perfectly-plastic models with peak strength properties led to overly optimistic results while adopting residual strength properties gave excessively conservative outcomes.The shear strength reduction method with a strain-softening model gave realistic factors of safety while accounting for the process of strength degradation.     

高土石坝坝坡地震稳定分析研究

采用有限元动力时程稳定和变形分析方法,对不同高度大坝坝坡稳定进行分析,开展了最危险滑弧确定方法 、地震动持时对稳定和变形的影响、滑弧位置和深度以及坝坡加固范围的研究 。结果表明：拟静力法采用规范建议的加速度分布系数不能反映高土石坝实际地震反应规律,计算得到的最危险滑弧较深且滑动范围偏大,不利于确定坝坡的加固范围;坝坡在地震过程中,最小安全系数与最大滑动量对应的滑弧并不一致且是不断变化的,有限元动力法计算坝坡稳定时,应在每一时刻任意搜索最危险滑弧;地震持时对坝坡安全系数影响不大,但对滑动量有较大影响;不同滑弧深度对坝坡安全系数有较大影响,存在一个临界深度,当滑弧超过临界深度时,坝坡安全系数大于 1.0 ;坝坡稳定安全性评价需要综合考虑安全系数与变形的计算结果。根据计算结果,建议了坝坡加固的范围。     

一种边坡稳定性分析的三维极限平衡法及应用

将离散后的条柱间作用力等效成滑面正应力,依据整个滑体的平衡条件,提出一种适用一般空间形态滑面的边坡三维极限平衡法。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,由典型条柱的平衡条件得到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平衡方程,采用数值方法和解析法求解平衡方程组获得三维安全系数。算例验证研究结果表明：该方法计算结果与已有方法相印证,其精度与严格三维极限平衡法相当,适用于任意空间滑面形态。最后,应用该方法初步评价金坪子II区边坡的整体稳定性,取得较理想的效果。该方法理论严谨,结果可靠,计算过程简单且易于编程,可在边坡工程设计及滑坡治理中推广应用。     

边坡开挖的有限元模拟和稳定性评价*

 对大甘坪粘土进行卸荷路径下的三轴试验,确定用于边坡开挖稳定分析的计算参数。对边坡开挖作非线性有限元分析,探讨边坡变形的大小和分布、塑性区的扩展形态、滑移面的形成、发展直至整体破坏的演变过程,以确定合理的滑移面位置。采用Janbu的普遍条分法计算边坡的安全系数,对边坡开挖的稳定性进行评价。     

Probabilistic evaluation on progressive failure in cut slopes

A method is developed for evaluating the static stability of a cut slope formed by strain-softening soil such as highly overconsolidated clay considering progressive failure as the critical failure mode. The stress condition along a potential failure surface both prior to and after an excavation is determined by finite-element analysis, where the potential slip surface is modeled as joint elements. An elasto-plastic model of hear strength versus strain is also assumed to study the redistribution of the stress released by a local failure. The effect of inherent spatial variation of shear strengths along the slip surface on the progressive failure is investigated by a Monte Carlo simulation procedure. The proposed procedure yields the failure probability as well as the expected length of local failure along an assumed slip surface.