考虑参数不确定性的台阶式边坡滑面强度参数反演分析

基于极限分析方法和概率分析理论,提出考虑参数不确定性的台阶式边坡滑面强度参数反演分析方法。首先,结合极限分析上限定理和强度折减法,推导得到台阶式边坡安全系数的隐式求解公式。为有效提高计算效率,利用随机响应面法获得安全系数显式表达函数,并令安全系数等于1的条件下,得到强度参数c和φ的反演关系式。在已知某一参数的统计规律基础上,通过参数的反演关系,获得待定参数的统计特征以及置信区间。结合工程实例,并与已有文献的结果对比,验证了本文所提出方法的有效性。

考虑地震力效应的台阶式边坡可靠度分析

在地震多发地区,设计和施工都需要考虑地震力作用对边坡稳定性的影响。针对地震力作用下的台阶式边坡稳定性问题,结合极限分析方法和随机响应面法,建立了一种计算效率较高的边坡可靠度分析方法。首先,利用拟静力法将地震力效应转换为作用在边坡水平方向上的荷载,同时将地震力系数和土体特性均视为随机量;然后基于上限法原理和强度折减法,推导得到考虑了地震力效应的台阶式边坡稳定功能函数;由于该方程表达式是一个隐式函数,因此,利用随机响应面法得到原功能函数的近似显式表达式;最后,通过蒙特卡洛法模拟近似的显式函数,最终计算得到边坡的失效概率。通过工程实例的对比分析表明,该方法的精度与传统的蒙特卡洛方法相当,但是计算过程相对简易高效,可以有效地应用于考虑地震力效应的台阶式边坡可靠度分析。

浅谈山区高速公路台阶式边坡的理念与应用

台阶式边坡是针对以水土保持为核心的生态建设目标,力求通过最简单的方法来解决最本质的问题,并达到生态能力长期持续的一种方法,有着广泛的应用前景,值得推广使用。

多期地震作用的台阶式顺层岩质边坡震裂破坏机制

高烈度区斜坡震裂变形体广泛存在,为理清台阶式顺层岩质边坡在多期地震作用下的震裂破坏机制,以三清高速路堑斜坡为原型,开展大型振动台试验。引入加速度放大系数比(ratio of acceleration amplification factor,RAAF)研究不同台阶位置加速度动力响应差异性,利用希尔伯特−黄变换和边际谱识别边坡震裂累积损伤及失稳破坏过程,结合边坡失稳破坏现象阐明台阶式边坡震裂破坏机制。结果表明:边坡具有高程放大效应,加速度放大系数随输入地震波峰值增加呈现先增加再降低的趋势。RAAF在输入地震波峰值为0.6g前后出现正负突变,表明输入地震波峰值为0.6g是改变两种类型边坡动力响应差异性的“临界值”。多期地震作用下,希尔伯特谱低频部分减小,高频部分增加,岩体和夹层表现出滤波作用。水平地震作用下,台阶阴角极易产生动拉应力集中,造成阴角处被拉裂。不均匀台阶宽度边坡的渐进破坏过程为第2级台阶首先出现拉裂缝→上部岩层沿软弱夹层滑动→坡顶后缘拉裂→第1级台阶拉裂并脱离坡体。均匀台阶宽度边坡各级台阶阴角均出现拉裂缝,边坡未出现明显滑动面。模型试验揭示了台阶式岩质边坡的震裂破坏机制,针对勘察设计和施工应加强各级台阶阴角变形量的监测,阴角处可做圆弧处理降低应力集中现象。坡脚处可设置抗滑桩,提高边坡出现震裂破坏的阈值,增强边坡稳定性。

风区路堤台阶式边坡优化设计

基于三维定常不可压缩雷诺时均N-S方程和κ-ε双方程湍流模型,对在20m/s风速下10m高路堤上以300km/h车速运行的三车编组高速列车气动性能进行了模拟,并对路堤边坡结构形式进行了设计与优化.数值算法经验证与试验规律基本一致,幅值相差不超过10%.结果表明：路堤两侧设计成台阶对于改善列车气动性能效果显著.位于路堤不同线路上列车气动力和力矩随边坡台阶高度变化规律基本一致;各节车对应的相对最优台阶高度以及其所受气动力及力矩随台阶高度变化规律存在明显差异;台阶高度在3~5m间的边坡设计对改善路堤上运行的列车气动性能具有明显效果.边坡两侧顶部设计成台阶有效改善了列车气动性能;路堤边坡底部设计成高度相对较大的台阶对路堤上运行的列车气动性能有一定改善.

考虑残余变形的台阶式岩质边坡震裂累积效应

以某台阶式岩质边坡为研究对象,对边坡进行物理模型试验,研究台阶式岩质边坡的震裂累积效应,得到基线偏移量、残余变形率以及残余变形率差值变化规律。结果表明,随着激振加速度峰值的增加,边坡基线偏移量逐渐增大,边坡变形可分为弹性变形、塑性变形以及弹塑性变形3个阶段;边坡残余变形率随着激振加速度峰值增加而逐渐增大,当激振加速度峰值为0.6~1.0时,残余变形率增加幅度最大。从残余变形率角度分析,地震作用下边坡变形主要分为3个阶段,分别为缓慢变形阶段、变形加速阶段以及失稳破坏阶段;边坡一在坡顶处残余变形率最大,而边坡二在第一台阶处变形率最大;随着边坡高程增加,残余变形率差值逐渐增大。较大的台阶宽度会增加残余变形率,加剧边坡变形,且台阶宽度的影响随加速度峰值增大逐渐增大。

非关联流动法则下锚杆加固边坡稳定性研究

基于极限分析上限定理,考虑土体材料的非相关联流动特性,对预应力锚杆下台阶式边坡的安全系数进行了研究。利用对数螺旋线形状的旋转破坏机构,基于修正的土体强度参数,计算了土体的重力功率与内能耗散,并将锚杆的锚固力视为边坡表面的集中力,求得其重力功率。利用内外功率相等原理,得出了边坡的安全系数上限解答。并分析了不同影响因素对边坡安全性的影响。结果表明:锚杆根数及锚杆锚固段长度对边坡的安全系数有较大影响,而关联流动法则的影响也不可忽视。

非关联流动法则下加筋土边坡稳定性研究

利用极限分析上限定理,在非关联流动法则下研究了加筋土边坡的稳定性问题。对非关联流动法则下的土体强度参数进行了修正,基于边坡旋转的破坏机构,计算了土体重力功率以及内部能量耗散,并推导了筋材的内能耗散方程。根据功率相等的基本原理,得到了加筋台阶边坡的上限解答。最后分析了不同加筋参数对边坡安全系数的影响规律。

考虑残余变形的台阶式岩质边坡震裂累积效应

高烈度地震区的岩质边坡内部节理裂隙较为发育,且分布随机性大。多期强震作用造成岩体结构进一步的破坏,形成震裂岩体边坡并继续发生变形破坏。因此,研究台阶式岩质边坡在多次强震作用下的震裂累积效应对于分析边坡的地震稳定性具有重要意义。通过大型振动台模型试验分析台阶式岩质边坡的动力位移响应状态,重点研究台阶式岩质边坡的震裂累积效应。通过基线偏移量表征边坡的残余变形,坡表发生的最终破坏是残余变形与激振动力变形共同作用的结果。提出用残余变形率分析台阶式岩质边坡的震裂累积效应,并利用阿里亚斯强度放大率验证残余变形率在分析强震造成岩质边坡出现震裂累积效应的适用性。结果表明:残余变形率充分考虑了持续的残余变形和地震动力的共同影响,能够更清楚地辨识边坡不同的地震动力破坏阶段、分析边坡的震裂累积效应。台阶式岩质边坡在地震动力作用下的变形破坏从局部开始,特别是台阶平台的内部折线处以及坡顶,均是最易萌生初始裂缝的部位。基于残余变形率和阿里亚斯强度能量的分析,边坡的震裂累积过程包含缓慢变形、加速变形和失稳破坏3个阶段。2种分析方法可以交互使用,实现更精准的边坡动态变形预测,为边坡的抗震设防方案提供可靠的依据。