Comprehensive Analysis Method of Slope Stability Based on the Limit Equilibrium and Finite Element Methods and Its Application

To study the safety and stability of large slopes, taking the right side slope of the Yuxi’an tunnel of the Yuchu Expressway Bridge in Yunnan Province as an example, limit equilibrium and finite element analysis were applied to engineering examples to calculate the stability coefficient of the slope before and after excavation in the natural state. After comparative analysis, it was concluded that the former had a clear mechanical model and concept, which could quickly provide stability results;the latter could accurately determine the sliding surface of the slope and simulate the stress state changes of the rock and soil mass. The stability coefficients calculated by the two methods were within the stable range, but their values were different. On this basis, combined with the calculation principles, advantages and disadvantages of the two methods, a comprehensive analysis method of slope stability based on the limit equilibrium and finite element methods was proposed, and the rationality of the stability coefficient calculated by this method was judged for a slope case.

圆形抗滑桩-拱形挡土板支挡性能与参数分析

为规避当前施工方法的不足,发展安全、高效和可靠的施工方法。依托东北地区某高速铁路路堑边坡工程,采用适于机械钻孔的圆形抗滑桩代替现行矩形抗滑桩,预制拱形挡土板,本文提出一种新型拱形板-桩墙支挡体系;并构建有限元模型,分析桩长、桩径、桩间距以及拱形挡土板矢跨比对新型拱形板-桩墙支挡体系支护性能的影响;揭示不同参数下桩顶水平位移与桩身内力的变化规律。研究结果表明:桩长与桩身弯矩和剪力大小呈正相关关系,与桩顶水平位移呈负相关关系。桩长超过14 m时,其对桩顶水平位移、桩身弯矩和剪力的影响效应明显减弱;随着桩间距增大,桩顶水平位移增大但变化幅度逐渐减小。拱形挡土板矢跨比增大时,桩顶水平位移、桩身弯矩和剪力均减小。影响拱形板-桩墙体系支挡性能的因素依次为桩间距、桩长、桩径和矢跨比。研究结果为圆形抗滑桩-拱形挡土板支挡体系在实际工程中的应用提供新思路。

高填方路堤滑坡成因分析及防护对策

以某高速公路互通匝道高填方路堤边坡失稳为例,综合考虑填方区原始地形地貌、地层岩性及施工工艺对路堤边坡稳定性的影响,分析了土−岩二元结构填方边坡的变形特征和破坏机理,认为岩土界面可能为填方边坡的最薄弱层面而非填筑界面。同时,根据滑坡成因分析和稳定性评价结果,借助ABAQUS有限元分析软件对填方边坡的破坏机理做了进一步验证,并对抗滑桩支挡结构的受力状态进行了数值分析。分析可知,滑坡滑面主要在岩土界面处,滑面形态呈折线状;通过开挖台阶、设置宽平台和抗滑桩支挡可有效抑制路堤边坡变形,同时应加强排水;在抗滑桩支挡作用下,高填方路堤边坡潜在滑动面表现为由深层向浅层的演化破坏;滑动面以上桩身应力逐渐减小,在滑面处形成“三角状”高应力区,滑动面以下桩−土接触段桩身应力主要集中在桩前;桩身主要受弯段在潜在滑面以下;桩身主要受推力部位在滑面以上桩长1/5~1/3处,而主要抗力部位在滑面以下桩前部分。

黏性土中条壁式地连墙基础竖向承载特性研究

条壁式地连墙基础长宽比较大,承载性能优越,施工速度快捷,具有较好工程应用前景。但其承载机理尚不明晰,通过建立条壁式地连墙基础数值模型,研究了条壁式地连墙基础竖向承载特性及墙-土相互作用机理,分析了墙体参数、土体参数等因素对条壁式地连墙基础竖向承载力的影响。计算结果表明,单幅地连墙每增加10 m埋深可使承载力提高34%~60%。每增加12 m墙长度可使承载力提高14%~89%。地连墙承载力随土体黏聚力和内摩擦角增加而基本呈线性增长,随土体弹性模量增加而呈对数增长。当墙顶荷载接近极限时,墙端附近形成一个锥形的潜在滑移面。地连墙长度越长,地连墙对周围土体影响范围越来越大,墙幅间对周围土体影响存在叠加效应。

含软弱夹层凝灰岩滑坡稳定性计算——以松阳县呈田滑坡为例

含软弱夹层凝灰岩边坡受降雨影响诱发的滑坡一直是浙江省内公路边坡防治的主要对象。为进一步理解不同软弱夹层强度弱化模式对滑坡稳定性的影响,选取典型凝灰岩滑坡——浙江省松阳县呈田滑坡,采用Midas GTS NX有限元软件的强度折减法进行不同降雨条件下的滑坡变形分析,同时引入软弱夹层强度“S”型曲线弱化模型,并优化考虑裂隙水压和渗流力的耦合模型,对比讨论滑坡的稳定系数演化特征。结果表明,滑坡的变形迹象与数值模拟结果得到相互印证,随着降雨持续,变形带由后缘夹层不断向前缘演化扩展;强降雨导致富含黏土矿物的软弱夹层强度弱化是该滑坡失稳的主要原因。通过对比不同方式计算的边坡稳定系数,采用考虑软弱夹层强度“S”型曲线弱化模型计算的滑坡稳定系数随着后缘裂隙水头高度和结构面强度软化阶段表征参数(λL)的增加而快速减小,突出了滑坡变形失稳演化的时间效应,其更适用于滑坡风险评价工作;而采用极限平衡法计算的滑坡稳定系数,突出了计算结果的唯一性,适合于以安全为前提条件的滑坡抢险的风险决策。

极限平衡法与强度折减法在边坡稳定分析中的问题讨论

为比较极限平衡法与强度折减法在边坡稳定分析中的区别,通过具体算例,将瑞典条分法、简化Bishop法、Janbu法等不同的极限平衡方法和有限元软件中强度折减法(SRM)应用于工程实践中,通过多种计算方法求解边坡安全系数,并对两种均质土坡稳定性结果进行分析。结果显示瑞典条分法可信度较低,安全系数仅为0.89。采用正交试验探讨了网格疏密对安全系数的影响,Abaqus所得等值线最深。此外,通过比较不同方法所得安全系数和临界滑动面,进一步探讨边坡失稳和滑动面搜索等问题。研究结果可对极限平衡法与强度折减法在工程中的应用提供一定的参考。

基于FLAC的边坡稳定性分析及治理措施研究

为解决某河道边坡稳定性问题,利用Geostudio软件对边坡进行极限平衡分析,同时采用FLAC进行数值模拟分析校核。在暴雨工况下边坡处于不稳定状态,最大位移量可达100.0 mm,剪切应变增量最大值可达4.45×10^(-2),shear-n塑性区已经完全贯通,边坡体有整体滑动的趋势。提出双排抗滑桩设计方案进行加固后边坡稳定性系数较治理前得到了大幅度提高,加固后最大位移量只有1.8 mm,边坡体最大应变增量值及剪切破坏塑性区的分布也得到了显著减少,边坡体达到稳定状态,设计方案合理可行,可为类似边坡治理工程提供参考。

降雨作用下缓倾堆积层滑坡失稳机制与工程效果评价

滑坡灾变机理模式与整治工程对策模型的针对性研究较少。以滇西北地区某高速公路滑坡为对象,采用宏观迹象调查、滑坡现状稳定性评价、滑带强度指标反算与数值分析计算相结合的方法对路堑边坡开挖诱发滑坡的灾变全过程进行了系统研究,分析了该边坡滑坡的灾变机理并评价了其整治工程效果。结果表明:受路堑边坡施工开挖卸荷影响,坡体应力场发生调整,坡体中上部浅表层与路基下部土岩界面处出现应力松弛现象,坡脚局部出现应力集中现象,并逐步扩大形成塑性区,最终形成了浅表层贯通松弛区和沿土岩界面的潜在滑裂面;受持续强降雨作用,地表水下渗坡体,土体含水量增加,土岩界面岩土体软化、强度降低,边坡浅表层应力松弛区与潜在滑裂面发生屈服变形,并不断向上和向下发展直至贯通,导致路堑边坡滑坡;滑坡整治工程采用多级刷方卸载、锚索框架梁、锚索抗滑桩和截排水沟等综合治理措施;整治工程实施后坡体处于稳定状态,满足规范要求,效果良好;滑坡病害演化与整治工程历经起始、路堑开挖、变形破坏、工程整治4个主要工程阶段,对比各阶段稳定性计算结果与宏观迹象调查结果,稳定性计算结果与滑坡各阶段变形、整治效果相符。

基于MIDAS GTS NX软件的高寨下边坡支护工程稳定性分析

以连平县东罗村高寨下滑坡地质灾害治理工程为例,采用MIDAS GTS NX软件计算稳定性,对比分析了支护前后边坡的塑性区云图、x方向应变云图、边坡稳定安全系数及最大总位移。研究表明,抗滑桩支护边坡后,边坡的塑性应变、塑性变形区域面积均减少;抗滑桩能够有效抑制土体形变,降低了坡体出现剪切破坏且从坡脚位置滑出的可能性;抗滑桩能有效提高边坡稳定安全系数,有效限制了边坡最大总位移。

某输油管线滑坡形成机制及影响因素的数值模拟研究

某油库由于台风影响,短时强降雨,导致半坡输油管部分位置发生滑坡崩塌现象。根据现场滑坡特征与周边地形地质条件,建立滑坡前形成的斜坡地质模型,利用数值模拟软件,对斜坡地质模型进行稳定性分析,并对不同条件下的斜坡模型进行数值模拟与分析。对比分析得出,集油槽开裂雨水入渗是该滑坡形成的主要原因;雨水下渗深度越深,坡体的稳定性越差;随着坡角的增加,边坡稳定性越差,两者安全系数下降趋势基本相同。根据结论,提出一系列意见与建议。研究成果可为类似工程的分析评价提供借鉴。

某砂岩顺层挖方高边坡治理工程施工期变形特征与工程效果评价

为了研究砂岩顺层挖方高边坡支护工程施工期间及施工后的边坡变形规律和治理工程效果,文章依托北京某边坡支护项目,对边坡在施工过程中的锚索轴力及边坡位移进行监测分析,结果表明:锚索轴力变化主要分为加速损失阶段、波动阶段以及持续稳定趋变阶段;锚索轴力变化可以很好地反映坡体内力的变化情况;坡顶水平位移和竖向沉降的变化,可以反映边坡深层位移的变化规律和边坡的稳定性;框架预应力锚索抗滑桩组合支护体系应用于砂岩顺层挖方高边坡的支护时,具有较好的支护效果。采用有限元分析软件,模拟该砂岩顺层挖方高边坡的开挖支护过程发现:随着边坡的开挖,坡体位移沿着软弱滑动面向坡角发展,边坡稳定性降低。将监测结果与模拟结果对比分析,发现二者的变化趋势基本一致,证明了该边坡的支护体系能有效地控制边坡的变形。研究成果能为以后类似边坡的设计施工提供参考。

龚滩新镇软弱易滑层稳定性的数值模拟分析

为了揭示龚滩新镇F-F′工程地质剖面AB段软弱易滑层的失稳机理,采用基于数值模拟的强度折减法对该段软弱易滑层的稳定性进行计算,并将计算结果与传统的传递系数法的计算结果进行比较。结果表明:AB段易滑层在工况Ⅲ下处于基本稳定状态,在工况Ⅳ下则处于欠稳定状态;M3层塑性区较贯通,且该塑性区前部向上反翘,产生次级剪出口,进入M2层,形成复合滑动面;当滑坡中存在多层软弱层且层间力学作用复杂时,传统的传递系数法假定的临界滑动面不太合理,会高估斜坡的稳定性,使稳定分析结果产生较大误差;基于数值模拟的强度折减法则能精准的找到更为合理的临界滑动面,因而比传统的极限平衡类分析法更合适用来计算稳定安全系数并揭示其失稳机理与破坏模式。

基于有限元的新型变截面抗滑桩工程应用研究

抗滑桩被广泛应用于道路边坡、路基工程中以避免工程产生滑坡等自然灾害。近年来,抗滑桩的项目逐渐由人工挖孔转向了机械施工,从而诞生了悬臂段为矩形或方形截面、锚固段为圆形的变截面抗滑桩,变截面抗滑桩与传统的等截面抗滑桩在荷载作用下的响应有所不同,且相对于传统抗滑桩具有较大的优势。本文依托某填方边坡实际工程,按照相似比理论,利用MIDAS GTS NX,以建立的四种截面抗滑桩作为支挡结构的二维边坡进行数值分析,并对比分析了安全系数、应力、应变等,为变截面抗滑桩的推广和运用提供参考。

安太堡露天矿边坡蠕滑区滑动机理与稳定性分析

针对安太堡露天矿西北帮边坡出现的蠕滑现象,介绍了边坡的工程背景和滑坡现状,结合位移监测数据,研究了边坡蠕滑区滑坡的主要形成因素和滑动机理,简述了蠕滑边坡的失稳预测方法。结果表明:露天矿边坡蠕滑区滑坡机理为前缘沿红黏土顺层持续蠕滑,后缘产生大量拉裂带,中部阻滑段最终被剪断导致边坡产生陡倾切层滑动;持续的强降雨是造成边坡滑坡的主要外在因素,不利的地形与地貌和地质特征与构造是导致边坡蠕滑变形的内在因素;可以通过判定边坡后缘拉裂带的裂缝深度对边坡失稳进行预测。运用基于有限单元法的MIDAS-GTS软件构建了边坡蠕滑区三维地质模型,采用强度折减法计算了边坡稳定系数,并进行了边坡的变形破坏分析和稳定性评价。结果表明:边坡天然状态下稳定系数为1.06,整个边坡蠕滑区处于临界破坏状态;边坡蠕滑区位移自上而下逐渐减小,坡顶最大位移达到0.43 m,位移变化最显著的区域分布于红黏土层,说明其发生了蠕滑变形,并形成了剪切破坏带,与坡顶拉裂带有贯通的趋势,滑坡的可能性较大,应该采取必要的工程防治措施。

基于原位监测的边坡滑动原因初步分析

目前,人们常常借助实验室对边坡滑动的机理进行模拟分析,从而得出各种各样的滑坡模型,这些模型各有千秋、难分伯仲,在适用性方面也各有所长,实践发现,用实验室模型研究成果来代表实际滑坡的代表性误差有时会相当大,甚至有时会出现很大的谬误。从根本上弄清滑坡的实际机理是一个非常重要的问题,以原形监测分析法十余年的原位监测数据为依据,初步分析了边坡滑动的外因与内因,利用数学模拟原理初步总结出了边坡滑动与诸滑坡因素间的关联关系。同时叙述了边坡原位监测的一些行之有效的方法与技术手段(包括GPS、测量机器人等)。

预加固高填方边坡的滑动机制：攀枝花机场12#滑坡

近年来,高填方边坡失稳给山区机场建设和运营带来了严重影响。本文以攀枝花机场12#滑坡为研究实例,阐述了高填方边坡的滑动失稳机制及其稳定性支护措施的有效性。论文首先介绍了滑坡的地质环境、滑坡基本特征及边坡的预加固方案。在对滑坡的形成条件及其影响因素分析的基础上,结合数值模拟,揭示了12#滑坡的形成机制及其变形发展过程。研究表明,导致滑坡的主导因素包括:填方边坡底部的软弱泥岩层、边坡内部丰富的地下水、边坡加固桩不合理的布置以及强降雨。12#滑坡的形成机制可以概括为:推移式蠕滑-累进性剪断-溃滑与超覆。

降雨对边坡变形破坏影响的综合分析

降雨是诱发滑坡发生的主要因素,分析了降雨入渗对斜坡土体的物理、力学性质产生的影响,通过对实例的数值模拟研究,揭示了边坡变形破坏受降雨影响的特征。提出在常规边坡稳定、变形破坏分析计算中应考虑降雨入渗的影响。

纵横波时差耦合作用的斜坡崩滑效应离散元分析——以北川唐家山滑坡为例

运用离散元数值模拟技术,对北川唐家山斜坡体在具地域性和空间非均质性的地震纵横波时差耦合作用(同时考虑水平和竖向地震力作用)下产生崩滑破坏的动力全过程进行研究,确定该斜坡体在强震动力作用下产生崩滑破坏的形成机制及主控因素。研究表明:(1)该斜坡体的初期崩滑破坏是受到地震纵波产生的水平与竖向拉裂耦合作用所致,并以竖向拉裂作用占优,而后期的抛射及运动过程则是受到地震纵横波的耦合作用所致;(2)地震纵波产生的水平与竖向拉裂耦合作用是触发斜坡体产生初期崩滑破坏的主控因素,而斜坡所处地形(如高程差、沟谷延伸方向)则是促使破坏后的斜坡体形成后续碰撞解体及碎屑流等运动过程的控制诱发因素;(3)该斜坡体动力响应特征值的放大效应表明,其放大系数值从大到小依次是:竖向加速度>水平加速度>竖向速度>水平速度,该结果与斜坡体发生先期崩滑破坏的形成机制及主控因素相符合,即地震纵波产生的竖向加速度起到了优势破坏作用。以上结论对研究动力耦合条件下的斜坡崩滑效应具有较高的理论和现实价值。

地震纵横波时差耦合作用的斜坡崩滑效应研究

多次典型地震的灾后实地调查都表明震中附近的竖向地震力作用十分明显,而传统的斜坡动力响应分析仅考虑了水平地震力的作用。文中运用离散元数值模拟技术,对震中附近的斜坡体在具地域性和空间非均质性的地震纵横波时差耦合作用下产生崩滑破坏的动力全过程进行了研究,确定了地震动力作用触发的震中附近斜坡体崩滑破坏的形成机制及主控因素。研究表明:对于地震作用下震中附近的斜坡体崩滑破坏,由于纵横波作用的时间差较短,其崩滑形成机制多为受地震纵横波的耦合作用,即竖向周期拉压与水平周期剪切的耦合作用,在此基础上又以纵波的竖向拉伸作用占优,即表现为拉剪破坏形式;此外,在地震构造组合机制、岩体结构与构造、斜坡岩体风化程度及物理力学参数等因素既定的情况下,地震力作用(即地震纵波的周期拉压和地震横波的周期剪切耦合作用)是诱发斜坡体产生初期崩滑破坏的主控因素,而斜坡所处地形(如高程差、沟谷延伸方向)则是促使破坏后的斜坡体形成后续碰撞解体及碎屑流等运动过程的控制诱发因素。

露天矿节理岩体边坡稳定性研究

针对眼前山露天矿南帮节理岩体边坡的结构特征,通过现场节理调查及统计分析,采用Monte-Carlo随机模拟方法,进行了节理三维网络的计算机模拟,研究确定了南帮边坡的节理岩体强度和破坏模式。通过滑动面自动搜索及FLAC数值模拟,系统地计算分析了南帮节理岩体边坡现执行开采和调整方案随采场逐渐下延的稳定状况,指出将三并段边坡的台阶坡面角由65°调整为60°可以从根本上改善眼前山露天矿南帮边坡的稳定状况,在矿山服务年限内满足开采的稳定性要求。