土体非线性抗剪强度指标在土坝边坡稳定分析中的应用

土坝边坡稳定分析是水工设计人员经常要完成的工作，正确地进行土的抗剪强度试验。采用合理言强度指标，对于计算成果的合理性具有重要意义。本文论述了土体非线性抗剪强度指标的确定方法，并分析了参数选择对土坝边坡稳定分析计算结果的影响，用以实践。

基于非线性抗剪强度指标的面板堆石坝坝坡稳定有限元分析

面板堆石坝坝坡稳定分析的关键是如何合理选择堆石材料的抗剪强度指标,以及如何选用能合理反映坝坡失稳破坏机理的抗滑稳定分析方法。本文结合工程实例,以面板堆石坝坝坡稳定安全系数为研究对象,通过与按线性抗剪强度指标计算结果的比较,研究论证了采用非线性抗剪强度指标的合理性。在采用非线性抗剪强度指标的前提下,通过与传统的刚体极限平衡法计算结果的比较,分析说明了有限元法计算结果的准确性与合理性。结果表明,对于面板堆石坝的坝坡稳定问题,采用基于非线性抗剪强度指标的有限元方法可以获得更为合理的结果。

基于van Genuchten模型的非饱和土非线性抗剪强度研究

为了更直观和全面地揭示非饱和土的抗剪强度变化规律,针对土体剪切破坏面上抗剪强度与法向应力呈非线性关系以及基质吸力关联摩擦角随基质吸力改变呈非线性变化这两种实验现象,结合vanGenuchten土水特征曲线模型,提出了非饱和土的非线性抗剪强度包络壳模型,进而推导得出了基于土水特征曲线(SWCC)相关参数的非饱和土非线性抗剪强度计算公式。研究表明:模型中各参数较易获取且无须增加额外的试验;与Fredlund包络(平)面模型相比,本文模型参数获取过程更为客观,可有效保证计算的唯一性和准确性;通过与已有文献所给试验结果进行对比分析,本文模型的适用性与可靠性得到了验证,相较于著名的Fredlund非饱和土抗剪强度计算公式,由本文方法给出的非线性抗剪强度与土体真实抗剪强度更为接近。

一种非饱和土的非线性抗剪强度包络壳模型

为了更直观和全面地揭示非饱和土的抗剪强度变化规律,针对土体剪切破坏面上抗剪强度与法向应力呈非线性关系以及基质吸力关联摩擦角随基质吸力改变呈非线性变化这2种试验现象,提出非饱和土的非线性抗剪强度包络壳模型,并据此提出相应的基于土水特征曲线参数的非饱和土非线性抗剪强度计算方法。研究表明:模型中各参数较易获取且无需增加额外的试验;与Fredlund包络(平)面模型相比,本模型参数获取过程更为客观,可有效保证计算的唯一性和准确性;通过与多个文献案例进行对比分析,本模型的适用性与可靠性得到验证,尤其是对于不便于直接测定吸力而应力水平又较高的非饱和土样,本法可获取更精确的抗剪强度。

考虑堆石料非线性指标的某面板堆石坝稳定性分析

面板堆石坝是以堆石料作为大坝的支撑结构、上游表面运用混凝土面板作为防渗结构的一种坝型,其可以就地取材,具备良好的经济性,且能够适应复杂地质和地形条件,具备良好的安全性,成为比较有竞争力的坝型。由于筑坝主体材料为堆石料,而堆石料又随自身应力水平的不同,其抗剪强度指标呈现出非线性的特点,特别是高坝,坝体应力水平差异大。文章利用邓肯张EB模型分析了大坝填筑期和运行期的应力和变形,根据应力水平得到大坝的非线性抗剪强度指标,并对大坝进行稳定性分析,可为其他类似结构的计算提供参考。

非线性强度指标边坡稳定安全系数取值标准的研究

从强度指标的取值原则和边坡稳定的风险分析两方面,论述对土石坝堆石材料进行非线性强度的稳定分析时安全系数的合理取值原则。通过对以往工程硬岩堆石料的非线性强度试验数据统计分析和实际算例,说明使用非线性参数的安全系数和可靠度指标与传统的线性参数相应值处于同一量级。因此,在进行非线性分析时,同样可以使用现有规范对坝坡允许安全系数所规定的标准。

非线性强度参数在软岩筑高面板堆石坝坡比确定中的应用

规范对取料硬岩的面板堆石坝坡比已有明确规定,但对取料软岩的仅做了通过计算确定的要求,而堆石料线性、非线性强度包络线差别较大,采用恰当的强度包络线对坝坡的安全、经济性具有决定作用。以西部某百米级软岩筑面板堆石坝为例,对该坝料进行大型三轴试验,分析得出线性、非线性两组强度包络线,依此对大坝下游坝坡进行抗滑稳定分析。结果表明采用非线性强度包络线计算的坝坡安全系数高于采用线性强度包络线计算的安全系数。通过论证采用非线性强度包络线的合理性,并参考国内外其他已建成百米级软岩筑面板堆石坝工程以及库克对软岩筑坝坡比的建议范围,不难看出采用非线性强度包络线对面板堆石坝进行坝坡稳定分析更为恰当。

基于非线性强度准则土石坝坝坡动力稳定可靠性研究

高土石坝堆石料在高应力状态下,其抗剪强度呈现显著的非线性特性。为了有效评价非线性抗剪强度指标对坝坡稳定性的影响。本文发展了三维坝坡有限元动力稳定时程分析的高效计算方法,并与广义概率密度演化方法(GPDEM)相结合,建立了三维坝坡动力稳定可靠性评价方法。

采用非线性强度指标的面板堆石坝坝坡稳定分析

该堆石坝位于贵州省台江县境内,坝型为混泥土面板堆石坝,最大坝高42.80m。采用河海大学Autobank7.07程序计算,该程序中包括HH—slope程序,主要功能为满足《碾压式土石坝设计规范》(SL 274—2001)规定的有关土质边坡稳定分析的要求而设计的,以及Autobank—seep程序与之相配套的渗流分析模块,用于确定浸润线和渗透压力。本程序是根据上述规范规定的要求,可进行各种方法、各种工况下的土石坝边坡稳定计算,使用方便,成果可靠。

高土石坝坝坡稳定非线性分析

在高应力状态下堆石料的抗剪强度具有明显的非线性。强度非线性有指数和对数两种描述形式。对几座高土石坝的坝坡稳定分析表明,使用对数形式的非线性强度准则得到的坝坡计算安全系数比按线性强度准则计算的安全系数要高。现行规范所规定的许可安全系数,是与许多年的大量的用偏低的线性强度所作的稳定计算相适应的,偏于保守,改用非线性强度后应作适当的提高,对其提高的程度进行了统计分析,并给出了用非线性强度指标稳定分析时安全系数取值标准的建议值。

矸石山稳定性非线性破坏准则数值模拟分析

在探讨矸石山主要特征的基础上,基于Hoek-Brown非线性强度准则进行FLAC(fastlagrangian analysis of continua)数值模拟,分析矸石山稳定性随堆积高度的增加动态的变化过程。结果表明:随堆积高度增加,矸石山位移、变形程度增大,潜在滑移面逐渐形成,失稳破坏趋势渐增,且矸石山散粒层高度、面积增加,坡面出现局部滑塌几率增大;依据非线性强度准则计算得到的安全系数随矸石山高度增加而减小,符合矸石山堆积越高越不安全的实际情况。计算结果和理论分析表明采用文中方法分析矸石山稳定性具有合理性。

堆石坝坝坡的抗震稳定分析

目前分析堆石坝下游坡的抗震稳定性仍采用瑞典圆弧法和简化毕肖普法,土体的抗剪强度多用莫尔-库仑准则。试验表明堆石材料的抗剪强度更符合非线性表达式。已有文献采用非线性抗剪强度分析堆石坝的抗震稳定性,但该方法的安全标准少见论证。本文对采用线性与非线性抗剪强度的有限元法和极限平衡法分析堆石坝坝坡稳定性进行了比较。结果显示,毕肖普法安全系数比瑞典法高2%～10%,采用非线性抗剪强度计算的安全系数比采用线性抗剪强度高15%～25%。与毕肖普法容许安全系数比瑞典法高同理,用非线性抗剪强度准则进行堆石坝坝坡稳定计算,其容许安全系数也应在线性准则的基础上提高。提高的幅度有待进一步积累经验。

高边坡土体强度参数对设计坡比的影响及不同填土接触面与潜在滑动面之间的关系

对于民航机场这样的高边坡填方体无论是地基建设常用的粗颗粒土还是细颗粒土,其强度参数和填方体的围压都有着明显的非线性关系。分析了高填方边坡的各区域的围压大小,按照围压大小区域的划分得出了各区域的非线性强度参数,计算出在满足安全系数前提下的最佳坡比。发现按照非线性强度参数得到的坡比明显小于常规计算得到的坡比,地基建设所用的填方料显著减少。另一方面机场高填方地基的道槽区和土面区常用的碎石土和黏性土的渗透率等各方面性质有着很大的差别,会给边坡的稳定性带来影响。分析了在不同坡比、气候条件、地下水位线高度下的边坡潜在的滑动面和碎石土和黏性土接触面之间的关系后发现,高边坡潜在的破坏面总是倾向于在碎石土和黏性土的接触面上,所以在进行高边坡的稳定性防护工作时应尤其注意两种土体接触面之间的防护工作。

崩塌堆积体的渐性破坏及稳定性分析

崩塌堆积体是我国西南高山峡谷区常见的不良地质体,该类边坡的失稳破坏呈现渐进性破坏特征,由于传统的边坡稳定性计算的条分法无法反映它的破坏过程和机理,也无法确定其长期稳定性,因此,分析崩塌堆积体稳定性影响因素的基础上,采用FLAC内嵌fish程序语言对崩塌堆积体边坡的渐进性破坏过程进行仿真模拟分析,其中,数值模拟时考虑了崩塌堆积体边坡物料抗剪强度的非线性等堆积特点对其稳定性的影响.通过FLAC数值模拟仿真分析,清晰地揭示了崩塌堆积体边坡渐进破坏的演化过程,证实了崩塌堆积体边坡的稳定性随时间推移逐渐降低的趋势.

砂质卵砾石力学行为与颗粒破碎的试验研究

荷载作用下粒状岩土材料的颗粒破碎改变了颗粒组构,从而影响其力学特性。为了揭示颗粒破碎对抗剪强度的影响,利用大型真三轴进行一系列不同应力路径的剪切试验,阐述产生不同颗粒破碎形态的破碎机制;论证颗粒破碎是粗粒土抗剪强度非线性变化的重要影响因素,并建立幂函数拟合强度公式。引入由粗粒土非线性强度曲线与线性临界状态线围成面积和线性临界状态线随平均球应力变化面积之比定义的强度因子,描述颗粒破碎对子午平面内临界状态线的影响。强度因子越大,子午平面内临界状态线的非线性变化越突出;平均球应力越大,颗粒破碎对强度变化规律的影响越大。筛分试验结果表明,Marsal颗粒破碎指标与强度因子呈指数关系;粒径大于1 mm颗粒的破碎率随平均主应力的增大而增大,小于1 mm颗粒的破碎率随平均主应力的增大反而衰减的变化规律,内摩擦角与咬合强度随破碎率变化表现出一定的相关性。