边坡破裂角分析

【目的】边坡破裂角是边坡稳定性分析和加固设计的重要参数。关于确定边坡破裂角的方法目前尚存在一些争议。【方法】运用摩尔-库伦强度理论、边坡稳定性评价和挡土墙土压力三种计算方法对边坡破裂角进行计算与分析。【结果】推导出直立边坡稳定安全系数所对应的破裂角计算公式。通过边坡稳定性计算得到边坡稳定安全系数所对应的破裂角,当边坡稳定安全系数大于1.00时,该破裂角为潜在破裂角;当边坡稳定安全系数等于1.00时,该破裂角为临界破裂角。【结论】运用挡土墙土压力计算方法得到的破裂角是土压力最大时所对应的破裂角,并不是边坡临界破裂角。《建筑边坡工程技术规范》(GB 50330—2013)基于挡土墙土压力计算思路确定的边坡破裂角是不合理的,建议修改。

用有限元强度折减法求边坡稳定安全系数

利用有限单元法 ,通过强度折减来求边坡稳定安全系数。通过强度折减 ,使系统达到不稳定状态时 ,有限元计算将不收敛 ,此时的折减系数就是安全系数。安全系数的大小与所采用的屈服准则有关 ,本文对几种常用的屈服准则进行了比较 ,导出了各种准则互相代换的关系 ,并采用莫尔 -库仑等面积圆屈服准则代替莫尔 -库仑准则 。

基于Drucker-Prager准则的边坡安全系数定义及其转换

探讨了基于D-P(Drucker-Prager)准则的边坡稳定安全系数定义形式,提出了各D-P准则之间的安全系数转换关系,并据此建立了基于D-P准则的边坡稳定安全系数与传统莫尔–库仑准则条件下安全系数的关系表达式。目前,ANSYS有限元软件采用的岩土材料屈服准则为莫尔–库仑六边形外接圆D-P准则,在利用有限元强度折减法计算边坡稳定安全系数时,可以先求出外接圆D-P准则条件下的安全系数,然后利用所提出的安全系数转换公式就可直接计算出各D-P准则条件下的安全系数。对于平面应变条件下的强度问题,平面应变莫尔–库仑匹配D-P准则(分关联和非关联两种情况)与莫尔–库仑准则等效,因此,通过转换就可以在ANSYS程序中实现莫尔–库仑准则,而不需要进行二次开发。这样就解决了基于D-P准则的有限元强度折减安全系数与传统工程中采用的安全系数(基于莫尔–库仑准则)间的接轨问题。大量算例结果表明:在平面应变条件下采用平面应变莫尔–库仑匹配D-P准则求得的安全系数与传统极限平衡条分法中用Spencer法求得的安全系数非常接近,且误差在1%～2%,已经具有相当高的计算精度,也同时证明所提出的方法是可行的。

用有限元强度折减法进行节理岩质边坡稳定性分析

通过对节理岩质边坡非线性有限元模型进行强度折减,使边坡达到不稳定状态时,有限元静力计算将不收敛,此时的折减系数就是稳定安全系数,同时可得到边坡破坏时的滑动面以及破坏过程,而传统条分法无法获得节理岩质边坡的滑动面与稳定安全系数。该方法为节理岩质边坡稳定分析开辟了新的途径,通过算例表明了此法的可行性。

多排埋入式抗滑桩在武隆县政府滑坡中的应用

武隆县政府滑坡规模巨大,滑坡体长280～340 m,滑坡体厚15～35 m,滑坡推力最大达9 000 kN/m,采用一排抗滑桩难以抵挡如此巨大的滑坡推力。设计采用了多排埋入式抗滑桩进行支挡,将桩的长度减小了约1/3,节省了工程投资。介绍了该滑坡采用埋入式抗滑桩的设计计算方法,重点介绍了采用有限元强度折减法对多排桩的推力及桩的长度设计与计算,供同行或类似工程参考。

基于强度折减安全系数的边坡岩土侧压力计算方法探讨

对边坡岩土侧压力计算方法进行讨论,指出《建筑边坡工程技术规范》(GB50330–2002)中边坡岩土侧压力计算方法没有与边坡稳定安全系数建立直接联系。传递系数法中的滑坡推力计算安全系数并不是支挡后边坡要达到的稳定安全系数。提出基于强度折减安全系数的岩土侧压力计算新方法,计算时将滑面强度除以一个折减系数,然后再根据力的平衡关系直接计算支挡结构承担的相应荷载。按照此方法,支挡后边坡的稳定安全系数就正好等于侧向岩土压力计算时的强度折减系数。由此得出的岩土侧压力计算安全系数就是指边坡治理后要达到的稳定系数,算例表明该方法的可行性。

极限分析有限元法讲座——Ⅱ有限元强度折减法中边坡失稳的判据探讨

边坡失稳,滑体滑出,滑体由稳定静止状态变为运动状态,同时产生很大的且无限发展的位移,这就是边坡破坏的特征。有限元中通过强度折减使边坡达到极限破坏状态,滑动面上的位移和塑性应变将产生突变,且此位移和塑性应变的大小不再是一个定值,有限元程序无法从有限元方程组中找到一个既能满足静力平衡又能满足应力-应变关系和强度准则的解,此时,不管是从力的收敛标准,还是从位移的收敛标准来判断有限元计算都不收敛。塑性区从坡脚到坡顶贯通并不一定意味着边坡破坏,塑性区贯通是破坏的必要条件,但不是充分条件,还要看是否产生很大的且无限发展的塑性变形和位移,有限元计算中表现为塑性应变和位移产生突变。在突变前计算收敛,突变之后计算不收敛,表征滑面上土体无限流动,因此可把有限元静力平衡方程组是否有解,有限元计算是否收敛作为边坡破坏的依据。-

路堑边坡施工顺序对边坡稳定性影响数值模拟分析

边坡的开挖、支挡施工顺序对边坡的稳定性有较大影响 ,本文采用有限元强度折减法对深挖路堑边坡的不同施工方案进行了有限元数值模拟分析。结果表明 ,开挖一级 ,锚固一级 ,可控制边坡的变形 ,有利于边坡的稳定 ,但是另一方面锚索的受力会随着往下逐级开挖而逐渐增大 ,有时甚至会超过其设计强度。边坡的稳定最好是依靠其自身就能基本自稳 ,加固处理仅作为安全储备 ,最好的办法是一方面既要确保边坡工程的稳定 ,同时也要允许边坡开挖后有一定的变形 ,释放一部分应力 ,充分发挥边坡的自稳定能力 ,以减少支护受力 ,即将所谓的“新澳法”

边坡稳定性分析的有限元法

本文把强度折减理论用于有限元法中 ,成功地解决了有限元在边坡稳定分析中的应用问题。有限元法不但满足力的平衡条件 ,而且考虑了材料的应力应变关系 ,计算时不需做任何假定 ,使得计算结果更加精确合理 ,而且可以很直观的得到坡体的实际滑移面。本文结合工程算例 ,对边坡加锚杆前后的稳定性进行了分析 ,并与传统的求稳定系数的方法进行了比较 。

边坡侧向荷载计算方法讨论

《建筑边坡支护技术规范》(GB 50330—2013)采用了极限状态设计法来计算直线滑动模式下的边坡侧向岩土荷载,首先根据库伦土压力原理来计算滑体的剩余下滑力标准值,然后再乘以一个安全系数进行支护结构设计。这种设计方法不满足边坡工程的稳定安全系数设计要求,会造成边坡稳定安全系数为1.0时得到的侧向岩石压力为0。笔者以考虑稳定安全系数的锚杆锚固力计算为例,指出基于强度折减安全系数的侧向岩土荷载计算方法能满足边坡工程的稳定安全系数设计标准,使得支护后的边坡的稳定系数正好是设计安全系数。由此,提出了一个实用计算方法,即仍可采用《建筑边坡支护技术规范》(GB 50330—2013)第6章的计算公式,只是需要对滑面岩体强度c和tanφ按稳定安全系数设计标准进行折减,然后将折减后的参数代入公式计算边坡侧向岩土荷载设计值。

地下隧道衬砌结构内力计算方法探讨

对地下隧道衬砌结构内力计算的荷载结构法和地层结构法进行了比较，荷载结构法尚不能充分考虑结构与围岩的共同作用，地层结构法中尚不能准确确定多少围岩压力被释放。综合两种方法的优点，提出了一种能考虑共同作用的荷载结构简化模型，并进行了算例比较，通过算例计算表明文中提出的简化方法可行。

全长和埋入式组合抗滑桩在挖断村滑坡中的应用

重庆市奉节县挖断村滑坡规模巨大，滑坡体长180～250 m，滑坡体厚15～35 m，剩余下滑力达5337 kN/m，采用了前排全长后排埋入式的新型组合抗滑支挡技术，大大节省了工程投资。介绍了这种新型组合抗滑结构的设计方法，重点介绍了桩的长度计算、各桩承担滑坡推力计算、治理后的监测数据。工程竣工2年的监测数据表明滑坡变形趋于稳定，说明采用全长和埋入式组合抗滑桩治理该滑坡是有效的。

抗滑桩设计安全系数标准讨论

对国内外边滑坡治理的抗滑桩设计安全系数标准进行了对比分析,指出我国各行业规范建议的稳定安全系数设计标准和国际上采用的标准相比总体偏低,建议适当提高。一些岩土设计规范在抗滑桩设计中考虑了2次安全系数,在滑坡推力计算中考虑了1次安全系数,然后又考虑了1.35的荷载分项系数。基于此,提出了一种新的设计思路,将极限状态设计法和稳定安全系数法区分开来,设计时分别满足极限状态设计法的荷载分项系数设计标准和稳定安全系数法设计标准,取2种方法的极大值进行抗滑桩结构设计。这样,既满足了结构工程师要求的极限状态荷载系数标准,又满足了岩土工程师要求的稳定安全系数标准,避免重复考虑安全系数。

南门山岩石高切坡工程的设计实践与体会

南门山岩石高切坡工程坡顶有居民建筑,设计需按静止侧向岩石压力确定边坡的支护结构型式,并要求逆作法施工。但施工中部分区段未严格按逆作法施工造成坡顶建筑开裂,与之相反,严格按逆作法施工的边坡在施工期间和施工完成2年内监测得到的变形位移很小,治理效果明显。该文介绍了此类边坡的设计理念和施工效果,供同类工程设计施工参考。

有限元强度折减系数法计算土坡稳定安全系数的精度研究

有限元强度折减系数法在边坡稳定分析中的应用正逐渐受到人们的重视。本文较为全面地分析了土体屈服准则的种类、有限元法自身计算精度以及H (坡高 )、 β (坡角 )、C (粘聚力 )、Φ (摩擦角 )对折减系数法计算精度的影响 ,并给出了提高计算精度的具体措施。通过对 10 6个算例的比较分析 ,表明折减系数法所得稳定安全系数比简化Bishop法平均高出约 5 7% ,且离散度极小 ,这不仅验证了文中所提措施的有效性 。

有限元极限分析法发展及其在岩土工程中的应用

有限元极限分析法兼有数值分析法与经典极限分析法两者的优点,特别适用于岩土工程的分析与设计。20世纪初,国内岩土工程界应用国际上通用程序,大力发展有限元极限分析法并拓宽其在岩土工程中的应用。在基本理论研究、提高计算精度、拓宽应用范围及工程实际应用等方面取得了很大成绩。重点介绍作者及其合作者的一些研究成果。主要包括岩土工程安全系数定义、方法原理、整体失稳判据、强度准则的推导、选用及提高计算精度等方面的研究。应用范围从二维扩大到三维,从均质土坡、土基扩大到有节理的岩质边坡与岩基,从稳定渗流扩大到不稳定渗流、从边坡与地基工程扩大到隧道、还用于寻找边(滑)坡中的多个潜在滑面,进行岩土与结构共同作用的支挡结构设计,计算机仿真地基承载板载荷试验等应用项目,以逐渐达到革新岩土工程设计方法的目的。

极限分析有限元法讲座——Ⅰ岩土工程极限分析有限元法

经典岩土工程极限分析方法一般采用解析方法,有些还要对滑动面作假设,且不适用于非均质材料,尤其是强度不均的岩石工程,从而使极限分析法的应用受到限制。随着计算技术的发展,极限分析有限元法应运而生,它能通过强度降低或者荷载增加直接算得岩土工程的安全系数和滑动面,十分贴近工程设计。为此,探讨了极限分析有限元法及其在边坡、地基、隧道稳定性计算中的应用,算例表明了此法的可行性,拓宽了该方法的应用范围。随着计算机技术与计算力学的发展,岩土工程极限分析有限元法正在成为一门新的学问,而且有着良好的发展前景。

岩质边坡破坏机制有限元数值模拟分析

岩质边坡的稳定性主要由其结构面控制,采用有限元强度折减法对岩质边坡破坏机制进行了数值模拟分析。计算表明,破坏“自然地”发生在岩体抗剪强度不能承受其受到的剪切应力的地带。分析表明,根据塑性力学破坏原理,采用有限元强度折减法有助于对岩质边坡破坏机制的理解。算例表明了此法的可行性。

有限元强度折减法在元磨高速公路高边坡工程中的应用

采用有限元强度折减法对云南省元磨高速公路K301+320～K301+900试验段岩质高边坡稳定性进行了评价,通过有限元强度折减法得到了不同工况下的破坏模式和安全系数,同时得到了框架竖肋的内力大小和分布,并与现场实测数据及传统方法计算结果作了比较分析,其结果对预应力锚索框架设计具有一定的参考意义。

抗滑桩设计中的两个问题

文章针对抗滑桩加固边坡设计中抗滑桩内力计算、合理桩长的选择这两个问题,运用有限元强度折减法直接计算抗滑桩所受的滑坡推力、桩身内力、滑面形式,优化锚索的锚固力,使锚索与抗滑桩协调作用。研究不同桩长的抗滑桩加固效果,发现沉埋桩不仅可使边坡达到足够的稳定性,而且沉埋桩所受的滑坡推力降低、桩身内力比全长桩更为合理,在条件许可的情况下沉埋桩可更为有效地加固边坡,这为抗滑桩设计中选择合理桩长的这个问题提供了一个很好的解决方法。