多阶多层复杂边坡稳定性的通用上限方法

极限分析上限方法在边坡稳定性评价中受到了广泛关注,但当前所取得的解析成果尚不能直接应用于解决任意多土层分布、多台阶的广义复杂层状边坡。基于组合对数螺线的旋转破坏机制,推导了具有任意坡面几何特征、任意多土层(含非水平土/岩层)边坡的外功率统一积分表达式及相应的虚功率方程,提出了多阶多层复杂边坡稳定性的通用极限分析上限方法;为克服积分式的复杂解析计算,引入了数值积分技术。在此基础上,结合最优化方法和强度折减技术,优化求解了复杂边坡的全局稳定性安全系数及相应的临界滑动面。通过多个典型算例的验证与对比分析,表明该方法具有较高的精度和广泛适用性。最后,针对典型多阶多层边坡实例,开展了上限法的深度拓展与应用研究,其结果为广义复杂层状边坡的稳定性评价提供了新思路。

非均质土坡稳定性分析评价的刚体单元上限法

非均质土坡的稳定性分析评价是土力学的经典课题之一。以极限分析方法为理论基础,建立分段对数螺旋线滑面的旋转破坏机制。在滑体被视为刚性体条件下,通过ANSYS有限元软件的前处理功能,对层状土质边坡潜在滑体进行三角形单元离散和网格化。按照极限分析法上限原理,分别计算每个三角形单元滑体在重力及地震作用力条件下所作的外力功率,以及分段对数螺旋线滑面上阻力产生的内能耗散。采用强度折减法和极限分析上限定理的虚功率方程,推导得到非均质土坡稳定性评价的刚体单元上限法安全系数计算公式。以土质边坡为例,分别使用瑞典条分法、Bishop法、Janbu法和刚体单元上限法进行稳定性分析计算比较。结果表明,刚体单元上限法可以得到层状介质土坡安全系数的上限解,而Bishop法计算得到的安全系数则接近下限解。综合分析认为,当安全系数的上限和下限界定后,合理的选用安全系数对边坡工程非常重要。与其他方法比较,刚体单元上限法对层状介质组成的非均质土坡有一定的适用性。

纯黏土条件下浅埋隧道掌子面稳定性分析

针对玉磨铁路的太达村隧道工程,并结合纯黏土特性,提出一种改进的破坏模型,用于分析纯黏土条件下浅埋隧道掌子面稳定性。所提出破坏模型可分为2部分:交叉层部分破坏模型为三维旋转破坏机制的一部分,覆盖层部分破坏模型是基于太沙基地应力理论。基于所提出破坏模型,采用非线性最小优化算法fminsearch获得掌子面极限支护压力值。研究结果表明:所提出的改进破坏机制能够大大提高极限支护压力的严格下限值,提升幅度约9%~19%;所提出模型获得的极限支护压力下限值略小于实际监测值;隧道掌子面极限支护压力值随黏聚力的增大而线性减小。

基于极限分析理论的隧道掌子面稳定性评估

掌子面失稳现象一直是困扰隧道在不稳定土体中掘进的关键问题之一。本文基于极限分析理论,构建了隧道掌子面旋转破坏机制,以双对数螺旋线规定了滑移块体的上下界,并编写了程序计算掌子面处于临界状态时所需的支护力。根据本文提出的方法,研究了土体黏聚力,内摩擦角以及隧道埋深对隧道支护力的影响。结果表明,随隧道埋深的增加,掌子面支护力先增加后趋于稳定,黏聚力和内摩擦角的增大均有利于增强隧道掌子面的稳定性。