强度折减有限元法研究开挖边坡的稳定性

用强度折减有限元方法对开挖边坡的稳定性进行了较为全面的研究。分析结果表明 :当折减系数达到某一数值时 ,边坡内一定幅值的广义剪应变自坡底向坡顶贯通 ,认为边坡破坏 ,定义此前的折减系数为安全系数 ;和强度指标相比 ,弹性模量、泊松比、剪胀角和侧压力系数对边坡的安全系数影响不大 ;开挖边坡和天然边坡具有相似的破坏形式 ,表明强度折减有限元方法适用于开挖边坡的稳定性分析。最后指出 ,强度折减有限元法具有广泛的适用性和良好的应用前景     

基于强度折减法的某公路边坡稳定性数值模拟

边坡稳定性的评价对于地质灾害防治具有重要的意义,采用目前应用较多的有限元强度折减法对某公路边坡进行了稳定性计算,得到了该边坡的稳定系数和变形破坏规律;通过对比极限平衡法和有限元抗剪强度折减法对该边坡稳定性进行分析,研究表明,基于抗剪强度折减法的数值模拟方法能更好地反映边坡内应力分布状态,在斜坡稳定性评价中具有广阔的应用前景。     

基于局部强度折减法的大型边坡安全度分区

针对大型边坡可能具有多个滑动方向和多级滑动面的特点,提出安全度分区的方法。这种方法以强度折减理论为基础,首先选取典型边坡地质剖面建立二维数值模型,通过局部折减搜索不同深度的潜在滑动面,确定边坡的多种破坏模式,运用极限平衡法进行各个潜在滑动面的稳定性计算,即可得到边坡不同深度处的稳定性系数。然后,建立三维数值模型,并对三维模型进行各种破坏形式的局部强度折减,分析各种破坏形式下的影响范围。最后,综合分析各种破坏形式的稳定性系数及其变形破坏影响范围,对边坡进行安全度分区。以龙江特大桥基础边坡的安全度分区为例,证明这种方法对于全面刻画大型边坡的稳定状态是有效的,并可为边坡的监测设计、治理设计及施工提供指导。     

基于ANSYS的边坡稳定性强度折减有限元分析

介绍了一种基于有限元强度折减法的边坡稳定性分析方法,讨论了该方法的基本原理、安全系数的物理意义、屈服准则和流动法则的选用及边坡破坏的判据等。算例通过不断折减边坡强度参数,代入有限元程序进行边坡稳定性计算,直至计算不收敛时的折减系数即为边坡的安全系数。结果表明：随着折减系数的不断增大并达到某一数值时,边坡内塑性应变自坡底向坡顶逐渐贯通,边坡达到极限状态,此时的折减系数即为安全系数,有限元强度折减法对边坡稳定性分析具有良好的适用性。     

边坡渐进破坏双折减系数法的机理分析

边坡的破坏是一个渐进累积破坏过程,由于含水量变化以及应变的累积,土体的强度参数c,ψ以不同速度发生衰减,从而形成剪切带,随着剪切带的不断延伸,最终导致边坡整体失稳;同时,边坡稳定与否是c,ψ共同作用的结果,但是在边坡发生滑动时,粘聚力首先发挥作用,随着应变增加,内摩擦角才逐渐发挥作用,因此,c,ψ应有不同的安全储备.作者对土体的强度衰减特性及c,ψ的作用机理进行了分析,根据土体c,ψ的不同衰减速度和作用机理,提出了在边坡稳定性分析中采用c的折减系数大于ψ的折减系数的双折减系数法,提出此配套折减方法供大家讨论,以逐渐形成共识.     

考虑材料变形和破坏特性的强度折减方法研究

 基于材料峰后渐进破坏过程,给出符合岩土材料变形、破坏规律的边坡和坝基异步强度折减计算方法及基于Mohr-Coulomb准则的异步折减比确定方法。同时,针对岩体在不同应力状态和塑性变形程度时具有不同剪胀性能的特点,编写基于非线性ABAQUS有限元程序场变量接口的USDFLD子程序,实现剪胀角随最小主应力和塑性剪应变变化。最后,给出坝基算例分析。结果表明：(1) 水坝蓄水工作时,滑动面的应力水平明显增大,并引起滑动面岩体剪胀特性的变化,计算得到的坝基安全系数与相关联和非关联剪胀角下的安全系数均有显著差异;(2) 不同异步折减比时,坝基安全系数随异步折减比的增大而明显减小。因此,考虑岩土材料真实变形规律和破坏过程的安全系数才能正确表征边坡和坝基稳定性。所得结果可为大型边坡及坝基优化设计方案和稳定性评价提供依据。     

考虑岩土体力学特性自然劣化规律的双折减系数强度折减法研究

强度折减法为边坡稳定分析提供了较好的思路,在传统的强度折减法中,对边坡岩土体的黏聚力和内摩擦角采用相同的折减系数,但岩土体力学参数在劣化过程中有其自然规律,不一定是同步折减的,也就是说同步折减的思路不一定满足岩土体参数本身的劣化规律。基于此,以黏性土边坡为研究对象,以含水率变化导致其力学参数劣化规律为例,收集整理了大量试验资料,分析得到了含水率变化情况下黏性土的黏聚力和内摩擦角劣化统计规律,并基于此提出了一种考虑岩土体力学参数自然劣化规律的双折减系数强度折减法和综合安全系数计算方法。标准边坡和实例边坡的计算结果表明,所提出的双折减系数强度折减法可以较好地反映边坡的实际安全稳定情况。     

基于突变理论的岩质边坡失稳预警模型

以某岩质边坡为例,利用FLAC有限差分软件分析不同折减系数下位移变形特征,然后利用尖点突变理论分析岩质边坡的临界折减系数,从而建立岩质边坡失稳判断新的预警模型。     

基于强度折减法变形参数折减的边坡稳定性分析

考虑到实际工程边坡稳定位移监测的重要性,以及强度折减法稳定性分析方法在对强度参数折减的同时,未能兼顾到变形参数随强度折减变化的影响,基于变形参数弹性模量和泊松比折减原理,结合FLAC3D有限差分软件,对某在建高速公路边坡稳定性进行分析,建立不同折减系数下对应边坡位移关系。     

地震作用下三维边坡稳定性分析的拟静力法研究

基于拟静力法和强度折减法,运用MIDAS/GTS有限元软件来探究在水平地震作用下的边坡稳定性问题。文章详细阐述了边坡安全系数与内摩擦角、黏聚力以及水平地震力之间的关系,并叙述展示了运用强度折减法计算过程中不同折减系数的坡体变形情况,发现在计算终止时边坡滑体位移突然增大,塑性区贯穿坡顶,判断此时即为坡体保持稳定的极限状态。     

Centrifuge Model Tests on a Cohesive Soil Slope Under Excavation Conditions

Problems induced by slope excavations are quite common. An in-flight excavation device was realized to simulate the live excavation of slopes at high g levels during centrifuge model tests. A series of centrifuge model tests was conducted to simulate the excavation of a slope at different inclinations and heights, and the effect of the excavation size was taken into consideration. The displacement histories of points over the slope were measured by an image capture and displacement measurement system. Measurement results showed that the excavation-induced deformation process could be divided into several phases with different displacement distribution features. The excavation was found to only affect a restricted zone of the slope whose boundary could be outlined by an A-surface. A strain analysis was conducted to determine the excavation-induced strain localization area of the slope. The degree of strain localization increased as the excavation time increased, but the width of the strain localization area was nearly invariable. Shear failure first occurred near the excavation surface and then extended upwardly to the slope surface under excavation conditions, while tension failure played a dominant role in the upper part of the slip surface. The strain localization area moved towards the slope surface with an increasing slope inclination. The lower part of the final slip surface was located in the strain localization area.     

循环荷载作用下黄土边坡变形研究

 通过室内不排水动三轴试验,研究列车循环荷载长期作用下,Q3黄土的动强度以及动应力–动应变关系。结果表明,Q3黄土动应变随动应力及振动次数的增加而增大,动弹性模量随动应变增大逐渐减小,动强度随循环次数的增加而降低。在此基础上,建立黄土边坡的动力分析模型,分析机车振动荷载作用下边坡的变形规律。结果表明,边坡位移随时间的增大而增大,下边坡的变形量要远远大于上边坡的变形量,边坡位移表现为一个非稳定的变形过程;由于机车荷载的作用,黄土的动强度下降,从而造成边坡的稳定性降低,相对于上边坡而言,下边坡更易失稳。     

土质边坡地震稳定性状态判定方法研究

基于有限元强度折减法,对地震作用下土质边坡稳定性状态判定方法进行了研究。探讨了地震作用下坡体内部等效塑性应变区贯通率的计算方法,并利用有限元计算和统计分析方法建立了地震作用下坡体内部等效塑性应变区贯通率与边坡动力安全系数的对应关系。根据《建筑边坡工程技术规范》(GB50330—2013)中边坡稳定性状态与边坡安全系数的对应关系,从而实现了利用坡体内部等效塑性应变区贯通率来判别边坡地震稳定性状态的方法。结果表明:当等效塑性应变区贯通率K=100%时对应边坡稳定性状态为不稳定,当等效塑性应变区贯通率100%K≥90%时对应边坡稳定性状态为欠稳定,等效塑性应变区贯通率90%K≥85%时对应边坡稳定性状态为基本稳定,等效塑性应变区贯通率K85%时对应边坡稳定性状态为稳定。研究结果对于震后边坡稳定性的快速评价将具有重要的借鉴意义。     

基于分布式光纤应变感测的边坡模型试验研究

 光纤传感是近年来发展起来的一种分布式监测技术,这种方法在边坡工程监测领域有着巨大的潜力和应用价值。提出一种通过监测坡体应变分布来实现边坡稳定性评估的新方法,通过一组边坡模型试验,采用布里渊光时域分析(BOTDA)技术,对坡顶加载过程中边坡模型不同深度处的水平向应变进行连续监测。试验结果表明：经过热缩管封装的直埋式紧套光纤适用于边坡应变分布的监测;铺设传感光纤时,在关键位置预留自由段可达到温度补偿和精确定位的双重效果;边坡滑裂面的位置可以通过对分布式应变监测数据的分析大致推算出来。通过分析试验中受荷边坡变形和稳定性状态的演化过程,证明最大水平向平均应变值和边坡安全系数具有一定的经验关系。该研究成果为边坡稳定性评估和滑坡预警提供一种新的思路和方法。     

Analysis of the strain process of soil slope model during infiltration using BOTDA

Rainfall infiltration can be a major cause of slope failure. In the present paper, an indoor soil slope model was built; a distributed sensing fiber was designed based on Brillouin optical time-domain analysis (BOTDA). Two soil moisture probes were planted and a rainfall infiltrationtest was simulated to acquire the data of slope infiltration and deformation progress under rainfall infiltration. Time domain volumetric moisture content of the slope as well as the vertical and horizontal strain changes were monitored. The moisture content results showed the infiltration path and had obvious ascent at the sliding surface of the slope. The fiber results showed that there existed an apparent strain concentration near the shear section of the slope and strain conversion zone; the soil deformation law had a close spatial relationship with the infiltration path in the soil. In addition to the accurate determination of the sliding surface, a secondary shear surface was also detected by the BOTDA system. These results provide valuable information pertaining to the sliding mechanism and prediction of slope failure.     

Soil strain-field and stability analysis of cut slope based on optical fiber measurement

A relatively small laboratory model of soil slope was constructed, and a special strain-sensing cable was embedded in the slope soil mass. The strain at different positions of the model slope was measured using pulse-prepump Brillouin optical time-domain analysis (PPP-BOTDA) technology during slope surface loading and slope cutting. The data measurements under loading were analyzed, and the co-deformation between the sensing cable and the artificial compacted soil mass is discussed. The results show that the specially designed strain sensing cable is co-deformed well with the soil after a loading of 225 kPa. The measurement data of the cut slope were analyzed in detail to elaborate the relationship between soil strain-field and slope stability. When the slope failed, the position of the sliding surface was coordinated with the strain anomaly area of the soil strain-field. A limit equilibrium analysis was then conducted to determine safety factors during slope cutting. This analysis allowed determination of the characteristic strains, reflecting the stability of the slope, which permitted the establishment of an empirical relationship between horizontal characteristic maximum strains and safety factors. The results were most effective in validating the use of the distributed optical fiber sensing technology for soil strain-field monitoring, for the purposes of evaluating slope stability and creating a warning system for landslides.     

边坡开挖影响范围和潜在滑面的研究

边坡开挖影响范围和潜在滑面的确定是工程界一直关注的重要课题。边坡开挖实际上是坡体内应力调整和位移变化的过程,因此,分析边坡开挖导致的应力和位移的变化规律就可确定其影响区范围与潜在滑面的位置。利用楔体理论分析了开挖边坡坡体内的应力与变形规律,提出了由此确定开挖影响范围和潜在滑面的方法,并且作了具体工程实例的分析。     

基于有限元理论的深路堑边坡稳定性分析

基于有限元理论,采用岩土工程应力应变分析软件SIGMA/W,分别对深路堑边坡开挖前后的应力应变特性进行数值模拟,结果表明:开挖前后边坡处于稳定状态。用极限平衡法所计算的稳定性安全系数进行验证,结果表现为一致性,边坡整体较稳定,开挖时坡顶可能发生浅表滑移。此结果为公路建设提供了依据。     

光纤传感网络在边坡稳定监测中的应用研究

本文设计了一种新型的光纤传感网络。该网络利用分布式光纤应变监测技术(BOTDR),将光纤(光缆)按一定方式布设成网络,埋入边坡表面以下一定位置,通过监测光纤(光缆)的应变变化,推算出边坡的表面变形。对室内模型进行的加载实验表明,该网络对悬挂重物而引起的表面变形很敏感,且能够精确分析发生异常的区域和应变大小,进而对表面变形状态进行三维模拟。     

降雨入渗对边坡性状影响的模型实验研究

通过构建不同坡角边坡物理模型分别进行人工模拟降雨实验,对坡体进行分层监测。采用自动水份传感器测定坡体不同位置处含水率;用光纤传感器测定坡体内不同深度处应变;用压力盒测定坡体前端不同深度处推力。得到在降雨入渗作用下边坡性状的变化规律:①边坡坡体含水率、坡前推力、坡体变形在降雨期增大,雨后随时间逐渐减小。②受降雨入渗作用影响,土体含水率增长由坡面开始逐渐向下发展,坡体表层附近的含水率变化最大,底层变化最小。坡前推力、坡体变形在坡体深度方向上,由浅入深受降雨影响逐渐减弱,即表层受影响最大,底部受影响最小,这解释了降雨诱发的均质土坡破坏容易出现在浅层的原因。③受相同降雨条件的影响,20°坡角边坡模型产生变化较大,但响应较晚,而10°坡角边坡模型产生变化较小,但响应较早。