降雨对土体边坡稳定性的影响

应用非饱和土水分运动基本理论建立了二维降雨入渗 计算模型,编制了计算程序,用于计算雨后土体的瞬态含水率 分布,将总粘聚力引入抗剪强度公式,采用极限平衡方法,讨论 了降雨入渗对非饱和土体边坡稳定性的影响。     

非均质边坡稳定性极限分析上限法

引入变异因子,推导土体黏聚力沿深度线性变化时的边坡极限分析上限法相关公式,研究成层土不同分布情况下的稳定性,并对极限分析法与极限平衡法中的评价指标进行对比。结果表明:对于刚体转动破坏,当坡脚土层黏聚力不变时,随着变异因子的增大,滑面对应的张角增大,但滑面位置变动微小,稳定系数近似线性增加。稳定系数和安全系数随变异因子的改变呈现相同的变化规律,但安全系数的大小与边坡坡高、土体重度和黏聚力有直接关系;考虑土体变形时,变形区内由黏聚力变化引起的损耗率是对数旋转面上的一半;坡脚土层黏聚力保持不变时,极限承载力随着变异因子的增加近似线性增加;当坡脚土层黏聚力大于坡肩时,边坡的稳定系数、安全系数和极限承载力均比土层相反分布时的要大。表明边坡坡脚土层黏聚力过小更容易造成失稳,建议采取"固脚强腰"的防护措施以确保边坡稳定。     

渗流对非饱和土层中地下隧道的开挖影响分析

应用水头为基本变量编制变饱和地下水渗流有限元计算程序,解决了复杂地层条件下求解地下水头分布的问题;其次,利用地下水头分布值来求出地下各区域土体的总黏聚力值;最后,利用非线性有限元计算程序ANSYS将总黏聚力作为参数输入材料模型中,进行具体计算。土体入渗将造成非饱和土体总黏聚力下降,当成为饱和土时,总黏聚力最小,土体抗剪强度减小,变形增大自稳能力下降。     

基于塑性变形理论的圆形抗滑桩边坡稳定性分析

圆形截面抗滑桩广泛应用于边坡加固和地质灾害治理工程中,传统的圆形截面抗滑桩理论和经验计算公式未考虑土-拱效应,因此计算结果不合理。本文基于Ito塑性变形理论,考虑桩-土相互作用的土-拱效应,推导出圆形截面抗滑桩在考虑土-拱效应时计入桩土摩擦力的水平分布力计算公式以及边坡稳定性系数F_s;并结合工程算例,讨论了土体重度、黏聚力、内摩擦角和桩间距对边坡稳定性的影响,研究结果表明:(1)通过推导的水平分布力公式,可得圆形截面抗滑桩的布桩位置对桩身抗力和边坡稳定性系数的影响,边坡稳定性系数在抗滑桩距离坡脚约为0.5L时最大,0.4~0.6L时处于稳定状态;(2)黏聚力和内摩擦角对边坡稳定性起着决定性的影响因素,土体的重度对边坡稳定性的影响并不明显,当桩身距离坡脚0.5L时,边坡土体的重度对边坡稳定性影响更加明显;(3)在考虑边坡稳定性和工程造价的条件下,采取2~2.5倍桩径距离进行布桩可以达到良好的工程效果。     

几何参数对边坡稳定可靠度影响规律分析

坡高和坡率是影响边坡稳定可靠度的重要因素.利用积分中值定理推导基于Fellenius法的黏性土简单边坡稳定可靠指标的解析表达式,讨论边坡安全系数和可靠指标随几何和材料参数变化的非协同响应特性;基于Monte-Carlo方法,分析坡高和坡率引起边坡安全系数和可靠指标非协同响应的土体强度条件.研究结果表明:特定几何和材料参数下的边坡安全系数和可靠指标将呈现出相反的演化趋势,与边坡安全系数随土体强度和几何参数的不利变化而降低规律不同,在黏聚力小且变异性大、内摩擦角大且变异性小条件下,边坡可靠指标出现随坡高增加而提高的特殊变化现象;对于黏性土边坡,采取放缓边坡的工程措施,较降低坡高,既能提高边坡安全系数,也能保障边坡的可靠指标提高,降低工程安全风险.     

单侧反包式加筋土路堤准黏聚力原理的合理性

以单侧反包式加筋土路堤为研究对象,基于塑性极限分析上限法并引入土体剪切强度折减系数,考虑拉筋拉断和拔出2种破坏模式,给出了路堤边坡稳定性分析方法,并推导了相关计算公式。在此基础上给出了基于路堤稳定性加筋土等效为纯土体时的准黏聚力计算方法,并采用工程实例分析拉筋极限拉力、拉筋竖向间距、填土内摩擦角、拉筋长度、路堤高度及顶面荷载对准黏聚力的影响。结果表明:拉筋极限拉力、拉筋长度、拉筋间距、填土内摩擦角对准黏聚力的影响相对较大;传统方法与本文方法得到的准黏聚力计算值之比往往大于2;传统方法确定的准黏聚力值易过高估计路堤边坡的稳定性,一般不宜用于路堤边坡稳定性分析。     

异型纤维土六棱砖骨架护坡技术研究

针对铁路边坡在南方多雨区易冲刷和西北干旱区易冻裂的问题,通过数值模拟对比分析了异型纤维土六棱砖骨架护坡、异型纤维土与植物护坡、异型纤维土护坡3种护坡技术。结果表明:异型纤维土护坡、异型纤维土与植物护坡只能略微提高坡体土的黏聚力与内摩擦角,异型纤维土与护坡骨架共同作用时,坡体土的黏聚力与内摩擦角提高得比较明显,同时其滑移面的位移临界值分别较前二者提高了30%,15%左右。将异型纤维土六棱砖骨架护坡技术应用于铁科院东郊试验基地大环K6+400处铁路路基边坡整治,可供新建线路、既有线路边坡治理时参考。     

高土质边坡稳定性主控因素研究

在山区高速铁路的建设及运营过程中,时常发生高边坡失稳现象。影响边坡稳定性的因素很多,包括几何形态、地质构造等,各因素影响程度不同,因此边坡稳定性影响因素的选取会直接影响到边坡稳定性的判定结果。本文应用粗糙集理论来分析影响边坡稳定性的主控因素。首先,收集了西南地区在建的5条山区高速铁路共35处高土质边坡的工程数据;其次对数据离散化处理,建立起反映众多种类的高土质边坡稳定性影响因素与其稳定性的映射关系决策表;再次,利用粗糙集理论对决策表进行约简,得出高土质边坡稳定性的主控因素为土体内摩擦角、黏聚力、边坡坡度、边坡支护情况和日最大降雨量;最后,计算出各主控因素对高土质边坡稳定性影响的权重系数。     

考虑降雨影响的框锚支护结构稳定性动态分析

研究目的:现有的框架预应力锚杆柔性支护结构(简称"框锚支护结构")的整体稳定性分析方法均未考虑降雨入渗的影响。为探索降雨入渗对框架预应力锚杆柔性支护结构稳定性的影响规律,基于Geo Studio软件,采用Van Genuchten模型对非饱和黄土的土-水特征曲线和渗透系数特征曲线进行拟合,进而对降雨条件下非饱和黄土边坡内部渗流场进行模拟,采用非饱和土强度理论确定黄土的强度,提出一种土体含水率变化时摩擦型灌浆锚杆极限抗拔承载力的计算方法,对降雨入渗条件下的框架预应力锚杆柔性支护结构的整体稳定性进行动态分析。研究结论:(1)锚杆锚土摩阻力和极限抗拔承载力随着土体含水率增大迅速降低;(2)降雨持时超过12 h后,雨水入渗对锚杆承载力的影响比较明显;(3)不考虑和考虑含水率变化对锚土摩阻力的影响,边坡安全系数变化差异较大;(4)降雨入渗对框架预应力锚杆柔性支护结构的整体稳定性影响不容忽视,分析时应考虑含水率变化对锚杆极限抗拔承载力的影响;(5)本研究成果能为非饱和黄土地区框架预应力锚杆柔性支护结构考虑降雨影响的设计和施工提供指导。     

加固膨胀土边坡的单排抗滑桩受力性能分析

根据边坡浅表层的膨胀力随深度变化模型,将膨胀力引入到抗滑桩受力分析及膨胀土边坡稳定性分析中。基于4类经典的边坡稳定性极限平衡条分法并考虑桩间局部土体对抗滑桩的摩阻作用,给出膨胀土边坡抗滑桩的剪力计算方法—在给定设计安全系数下以桩身剪力取得最大值为条件迭代计算,得到了是否考虑抗滑桩桩间土体摩擦作用的桩身剪力上、下边界值的解,以及在给定安全系数下的加桩边坡潜在最危险滑面位置的圆弧型滑面搜索算法。对云桂铁路一工点膨胀土路堑边坡实例分析结果表明:考虑膨胀力时桩身剪力较不考虑膨胀力时显著增大,膨胀力越大剪力也越大;若不考虑膨胀力剪力约降低80%~90%,偏于不安全;通过简化Bishop法、Morgenstern-Price法和Spencer法分析得到的抗滑桩剪力结果较为接近,而Fellenius法的计算结果则大于前三者,最大偏差约20%。     

现代齿轨铁路有砟道床阻力及轨道力学特性

齿轨铁路具备优越的爬坡性能,国外多铺设于山区旅游线路,我国尚无应用。针对齿轨铁路线路坡度大的特点,基于离散单元法建立大坡度有砟道床离散元模型,研究道床纵向阻力随坡度变化规律,并以所得结论为基础,建立齿轨铁路空间耦合有限元模型,对Strub模式齿轨铁路轨排稳定性及结构受力变形进行计算分析。研究结果表明:(1)道床纵向阻力随轨道坡度的增大而呈现余弦规律衰减,对齿轨铁路进行设计时,应对其进行重点考虑;(2)当5节车编组、轨道坡度25%时,轨枕弯矩最大值1.53 kN·m,不会对轨枕造成破坏;(3)轨枕最大位移量为0.79 mm,轨排结构不会失稳;(4)齿轨纵向位移峰值0.82 mm,齿轨最大应力位于齿根部位,峰值为75.8 MPa,齿轨满足要求强度。     

铁路下穿式结构施工受轮轨作用力的影响分析

针对既有线下隧道施工引起的轨道变形而加大轮轨作用力的情况,以在建地铁南京站为例,通过弹塑性动力有限元法分析行车动荷载对轨下施工中隧道的影响,同时分析了由于轨下构筑物的存在对路基内动应力的影响。分析中采用轨枕—道床全支承模式,土体采用理想弹塑性动本构模型,分别考虑了轨道不加固情况和采用D24型便梁加固两种情况,计算得到了隧道上覆土体及隧道初衬结构的动力响应。对两种情况的计算结果进行比较,表明对线路采取便梁加固后,隧道拱部土层的附加动应力减小了76%,而初衬的附加动应力减小了58%,便梁加固时减小了列车动荷载对施工期隧道的影响,有利于初期支护的施工;轨下构筑物的存在将减弱列车动应力往深层传递的衰减,在既有线路的地下构筑物施工中应引起重视。     

合福高铁某隧道进口高边坡稳定性分析

对合福高铁某隧道进口高边坡的工程地质条件进行勘察,并依此进行边坡稳定性分析。根据某隧道进口高边坡的特点,选择典型断面,分别采用极限平衡法和有限元强度折减法建立分析模型,系统分析高边坡在开挖完成后的稳定性以及支护条件下边坡的稳定性,为边坡支护设计提供理论依据。     

车载下冻土路基稳定性的有限元计算分析

根据车载下冻土路基受力特征,应用虚拟裂纹的概念,并考虑了冻土特有的冰体胶结力作用,提出了路基稳定性的二维模型。应用断裂力学理论,对车载下路基简化模型进行理论推导,建立了在车载及胶结力作用下的路基破坏过程的计算公式,可以计算路基破坏的特征参数,为路基稳定性设计提供参考和依据。在计算方法上采用了半解析有限元法,即计算车载引起的破坏用有限元法,计算胶结力引起的破坏用解析法,然后将二者结合起来计算整个破坏过程。给出了数值算例,计算了不同土质的破坏过程及特征值,与理论预测值相符,说明了方法的有效性。     

山区铁路路堑边坡滑塌整治技术研究

山区铁路路堑边坡常出现滑塌现象,为保证铁路运营安全,需及时采取整治措施。本文以某铁路滑塌路堑边坡为例,根据现场调查、地质水文资料,结合数值模拟结果剖析路堑边坡稳定性及滑塌机制,并对引起边坡滑塌的因素制定针对性整治措施。结果表明:连续降雨以及长期排水不畅会导致地层性质减弱、滑动面下移,将诱发加固边坡发生二次滑塌;为减少对既有边坡防护的扰动破坏,对二次垮塌边坡挡护进行合理加固补强亦可满足边坡稳定要求。     

大瑞铁路澜沧江特大桥岸坡稳定性分析

大瑞铁路澜沧江特大桥为大瑞铁路控制性工程之一。桥址位于澜沧江断裂内,地形地质条件复杂,岩体结构特征复杂,岸坡稳定性控制拱座基础的稳定。通过工程地质调绘、物探、钻探等方法和手段,查明岸坡的地质条件,采用赤平投影、离散元法、强度分析等方法对岸坡稳定性进行研究。分析表明瑞丽岸存在形成危岩体的条件,易形成大型崩塌;岸坡坡面岩体存在拉应力区,瑞丽岸拱座下方易引起拉裂破坏。分析岸坡天然状态、加载后、地震条件下的稳定性以及水位以上及以下的稳定坡角,并对岸坡及墩台基础进行稳定性评价,为基础的布置及设计提供依据。     

爆破荷载下岩质直立边坡预应力锚板墙动力响应机理

以重庆沙坪坝铁路枢纽综合改造工程开挖形成的岩质直立边坡为原型,利用FLAC3D软件建立数值计算模型,分析预应力锚板墙边坡支护结构在不同开挖位置的爆破荷载作用下的动力响应特性。在此基础上,讨论锚杆预应力大小、爆破峰值荷载和锚固段长度几种参数对于支护结构受力状态和结构变形的影响。计算结果表明:爆破作用下锚杆轴力增量分布与静力作用下相似,并且锚杆轴力增量和板墙位移都在边坡中部达到最大,而上下位置较小。对比锚杆轴力增量和板墙水平位移增量的数值模拟和理论计算结果,验证了板—锚结构之间存在的变形协调现象。通过各种影响因素的计算结果分析得到了岩质边坡预应力锚板墙支护在爆破作用下的动力变化规律。     

土工材料在加陡路堤边坡中的应用分析

研究目的：迫于土地资源日益紧张、修建平原地区铁路填料匮乏的压力，探索和寻求采用土工合成材料加陡路堤边坡坡率，以达到节省土地资源的目的。研究方法：结合西安枢纽北环线工程实例，采用填料和土工材料的试验力学参数，通过对各种边坡稳定性检算方法的分析比较后，选用圆弧滑动面垂直条分法对路堤稳定性进行了分析。研究结果：得出路堤边坡内分层铺设高密度聚乙烯单向土工格栅加筋带、适当加陡路堤边坡坡率，能满足现行规范对路堤边坡稳定性的要求。研究结论：理论研究和工程实践表明，采用土工合成材料加陡路堤边坡坡率在平原高产农田区能节省珍贵的土地资源，具有良好的经济效益和社会环境效益。     

基坑开挖对邻近高铁路基变形影响的预测方法研究

依托软土地区某典型基坑工程,研究基坑开挖对邻近高铁路基变形影响的预测方法。结合该工程土体修正摩尔–库伦模型参数,建立96个不同工况下的有限元模型。通过对有限元计算结果的分析和拟合,推导能够综合考虑基坑开挖深度、支撑系统刚度和基坑距路基坡脚距离3个因素的高铁路基最大水平位移和最大沉降的简化计算公式,提出受基坑开挖影响的路基水平位移、沉降的预测曲线,并给出相应的预测流程。结果表明:在双对数坐标中,当基坑距路基坡脚距离相同时,路基最大水平位移与开挖深度的比值(δhmax/H)、路基最大沉降与开挖深度的比值(δvmax/H)均与支撑系统刚度ρ基本呈线性关系;可用图10中的折线ABC、图13中的折线DEFG分别预测路基水平位移、路基沉降;简化分析方法能较好地预测软土地区类似依托工程土层条件下受基坑开挖影响的高铁路基变形。