基于強(qiáng)度折減法某新建隧道下穿客運(yùn)專線穩(wěn)定性分析

從塑性極限分析機(jī)動(dòng)學(xué)方法出發(fā),利用土的強(qiáng)度折減系數(shù)概念,建立了隧道開(kāi)挖面三維穩(wěn)定性分析模型,確定了潛在破壞模式下的開(kāi)挖面穩(wěn)定系數(shù)。針對(duì)典型問(wèn)題,通過(guò)與楔形體模型、梯形楔體模型以及離心模型試驗(yàn)對(duì)比分析,得出的計(jì)算結(jié)果介于楔形體模型和梯形楔體模型之間,更接近于離心模型試驗(yàn)結(jié)果,驗(yàn)證了方法的合理性。

針對(duì)貴州省烏木鋪巖質(zhì)高邊坡,采用有限元強(qiáng)度折減法進(jìn)行抗滑穩(wěn)定性分析。由于該坡體內(nèi)巖體天然特性不均勻,存在各種節(jié)理與結(jié)構(gòu)面,而其穩(wěn)定性則主要由節(jié)理與結(jié)構(gòu)面所控制。根據(jù)該高邊坡高、陡、險(xiǎn)等特點(diǎn),建立高邊坡的變形破壞分析模型,綜合采用有限元強(qiáng)度折減法和極限平衡法對(duì)其潛在變形破壞模式、高邊坡穩(wěn)定性等進(jìn)行詳細(xì)研究,對(duì)比分析兩者分析結(jié)果,合理評(píng)價(jià)該高邊坡的整體穩(wěn)定性,并在此基礎(chǔ)上提出高邊坡加固方案。

考慮到實(shí)際工程邊坡穩(wěn)定位移監(jiān)測(cè)的重要性,以及強(qiáng)度折減法穩(wěn)定性分析方法在對(duì)強(qiáng)度參數(shù)折減的同時(shí),未能兼顧到變形參數(shù)隨強(qiáng)度折減變化的影響,基于變形參數(shù)彈性模量和泊松比折減原理,結(jié)合flac3d有限差分軟件,對(duì)某在建高速公路邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析,建立不同折減系數(shù)下對(duì)應(yīng)邊坡位移關(guān)系。

離散元方法是一種用于非連續(xù)介質(zhì)的數(shù)值計(jì)算方法，適用于巖土斷層、節(jié)理、裂隙比較發(fā)育的高邊坡穩(wěn)定性分析。強(qiáng)度折減法是一種在邊坡穩(wěn)定性分析中應(yīng)用比較廣泛的數(shù)值方法．其所認(rèn)定的強(qiáng)度儲(chǔ)備系數(shù)跟極限平衡所提出的穩(wěn)定安全系數(shù)是等效的。將離散元方法與強(qiáng)度折減準(zhǔn)則相結(jié)合，采用udec軟件．對(duì)山西省柳林縣莊上學(xué)校邊坡工程桌一邊坡的性進(jìn)行了計(jì)算。并與極限平衡法進(jìn)行比較。

基于強(qiáng)度折減法,運(yùn)用有限元分析軟件adina建立非均質(zhì)多級(jí)邊坡計(jì)算模型并進(jìn)行數(shù)值模擬。結(jié)合邊坡各計(jì)算工況的安全系數(shù)和塑性區(qū)范圍,分析了邊坡級(jí)數(shù)、平臺(tái)寬度以及單級(jí)坡率等因素對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明:增加邊坡級(jí)數(shù)、平臺(tái)寬度或放緩坡率可有效提高邊坡的穩(wěn)定性;增加邊坡級(jí)數(shù)和放緩下級(jí)邊坡坡率,可將邊坡整體破壞分解為局部破壞;邊坡平臺(tái)設(shè)在中下部對(duì)邊坡穩(wěn)定性更有利;若改變單個(gè)平臺(tái)寬度或單級(jí)坡率,增加下部平臺(tái)寬度和降低下級(jí)邊坡坡率對(duì)提高邊坡穩(wěn)定性更顯著。

由于加筋復(fù)合路堤分析中難以直觀看到筋材的參數(shù)改變對(duì)整個(gè)工程的穩(wěn)定性貢獻(xiàn),為了更加深入了解土工格室加筋的效果,設(shè)計(jì)用有限元分析軟件結(jié)合強(qiáng)度折減法（strengthreductionmethod,srm）對(duì)一個(gè)二級(jí)公路路堤進(jìn)行數(shù)值計(jì)算.首先,對(duì)三維建模的不加筋路堤進(jìn)行srm計(jì)算,再用極限平衡方法驗(yàn)證,兩種方法得到的結(jié)論吻合.這表明更接近實(shí)際情況的三維路堤邊坡建模分析方法適合在復(fù)雜的加筋工況中使用.然后,用此方法分析了鋪設(shè)土工格室后的路堤穩(wěn)定性,通過(guò)改變土工格室的焊距、埋深、高度、鋪設(shè)層數(shù)來(lái)探究材料參數(shù)因素與邊坡安全系數(shù)之間的規(guī)律.結(jié)果表明,土工格室材料可以起到提高路堤整體穩(wěn)定性的作用,其中焊距較小、高度較高的土工格室的加筋效果較明顯;多層加筋的路堤被破壞時(shí)會(huì)形成多弧段的破裂面.

強(qiáng)度折減法是邊坡穩(wěn)定性分析中重要的方法之一,在巖土工程領(lǐng)域應(yīng)用廣泛.為分析邊坡土層性質(zhì)對(duì)其穩(wěn)定性影響,基于強(qiáng)度折減法采用有限元軟件對(duì)不同土層條件下公路邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行研究.結(jié)果表明,隨強(qiáng)度參數(shù)內(nèi)摩擦角和黏聚力降低,邊坡穩(wěn)定性逐漸降低,且邊坡穩(wěn)定性對(duì)內(nèi)摩擦角變化更為敏感.

闡述了有限元強(qiáng)度折減法的基本原理,利用強(qiáng)度折減法對(duì)尾礦壩進(jìn)行了邊坡穩(wěn)定計(jì)算,同時(shí)通過(guò)簡(jiǎn)化畢肖普法和瑞典圓弧法對(duì)其結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析,證明基于有限元理論的強(qiáng)度折減法的計(jì)算結(jié)果是可信的,其安全系數(shù)值可以作為定量判斷的依據(jù)。

為了評(píng)價(jià)某山坡露天礦邊坡的穩(wěn)定性,應(yīng)用有限差分強(qiáng)度折減法,對(duì)該礦山人工邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行了計(jì)算分析,并與傳統(tǒng)的極限平衡法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明,由于有限差分強(qiáng)度折減法克服了極限平衡法未能考慮材料本構(gòu)關(guān)系的不足,因而更能實(shí)際的模擬邊坡計(jì)算模型,更客觀的分析邊坡的穩(wěn)定狀態(tài),求得的邊坡安全系數(shù)更為合理。

將有限元強(qiáng)度折減法應(yīng)用于邊坡穩(wěn)定分析中,探討了該方法的基本原理、安全系數(shù)的定義、屈服準(zhǔn)則和失穩(wěn)判據(jù)等。采用強(qiáng)度折減法對(duì)某邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析,并與傳統(tǒng)極限平衡法求得的安全系數(shù)進(jìn)行對(duì)比。計(jì)算結(jié)果表明,采用塑性區(qū)貫通或特征點(diǎn)位移突變?yōu)槭Х€(wěn)判據(jù)確定的安全系數(shù)與傳統(tǒng)極限平衡法的計(jì)算結(jié)果很接近,表明有限元強(qiáng)度折減法能夠滿足工程應(yīng)用。建議在有限元強(qiáng)度折減法中聯(lián)合采用塑性區(qū)貫通和特征點(diǎn)位移突變作為邊坡的失穩(wěn)判據(jù)。

采用有限元軟件abaqus建立三維土質(zhì)邊坡模型,基于強(qiáng)度折減法研究了邊坡穩(wěn)定性與坡轉(zhuǎn)角的關(guān)系,以及坡轉(zhuǎn)角對(duì)邊坡穩(wěn)定性與坡高、坡角和邊坡長(zhǎng)度關(guān)系的影響。結(jié)果表明,邊坡安全系數(shù)隨著坡轉(zhuǎn)角的增大會(huì)逐漸降低；坡轉(zhuǎn)角對(duì)邊坡安全系數(shù)與坡高、坡角關(guān)系的影響較小,但對(duì)于邊坡安全系數(shù)與邊坡長(zhǎng)度關(guān)系的影響較大,且當(dāng)坡角較大時(shí),坡轉(zhuǎn)角對(duì)安全系數(shù)與邊坡長(zhǎng)度的關(guān)系的影響就較??；當(dāng)坡角較小時(shí),坡轉(zhuǎn)角對(duì)安全系數(shù)與邊坡長(zhǎng)度的關(guān)系的影響就較大。

斜坡軟弱地基路堤的穩(wěn)定性受到了工程界的重視。基于flac3d軟件平臺(tái),運(yùn)用剪切強(qiáng)度折減法,就斜坡軟弱層性狀對(duì)路堤穩(wěn)定性的影響進(jìn)行了較為全面的分析,重點(diǎn)討論斜坡軟弱層厚度、在地基中的相對(duì)位置、尖滅度、地面橫坡及斜坡軟土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)等因素,獲得了安全系數(shù)值及潛在滑動(dòng)面的演變規(guī)律,并提出實(shí)際工程可選用的工程對(duì)策。

首先對(duì)利用有限差分強(qiáng)度折減法判斷邊坡失穩(wěn)的準(zhǔn)則進(jìn)行了分析,以某擬建水電站壩頭巖石高邊坡變形體為實(shí)例,在現(xiàn)場(chǎng)勘察的基礎(chǔ)上,利用flac3d數(shù)值模擬對(duì)該高邊坡蓄水前后的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析,并利用強(qiáng)度折減法求出安全系數(shù)。結(jié)果表明,實(shí)例高邊坡在蓄水前后整體上處于穩(wěn)定,另外驗(yàn)證了利用有限差分強(qiáng)度折減法可以定量地解決巖體邊坡的穩(wěn)定問(wèn)題。

為了分析波浪荷載作用下海底邊坡的穩(wěn)定性,通過(guò)visualc#語(yǔ)言平臺(tái)開(kāi)發(fā)數(shù)值接口程序,實(shí)現(xiàn)了地質(zhì)三維建模程序gocad和有限元分析程序abaqus的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,即有限元程序在海底復(fù)雜的地貌和地形條件下三維建模。同時(shí)開(kāi)發(fā)了abaqus力學(xué)場(chǎng)數(shù)據(jù)處理程序,可以實(shí)現(xiàn)abaqus在強(qiáng)度折減法下的邊坡穩(wěn)定性分析。通過(guò)分析波浪作用下舟山朱家尖島海域海底邊坡穩(wěn)定性,評(píng)判該邊坡的穩(wěn)定性。計(jì)算結(jié)果表明,波浪荷載對(duì)海底邊坡穩(wěn)定性會(huì)產(chǎn)生一定的影響,朱家尖島附近海域海底邊坡有滑坡的風(fēng)險(xiǎn)。

基于動(dòng)態(tài)和整體強(qiáng)度折減法,運(yùn)用ansys、flac3d構(gòu)建模型,對(duì)西南某巖質(zhì)邊坡不同工況下的穩(wěn)定性進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析。結(jié)果表明,坡體易沿泥巖、砂巖層內(nèi)節(jié)理裂隙產(chǎn)生滑坡等地質(zhì)災(zāi)害;整體強(qiáng)度折減法得出的塑性區(qū)域過(guò)大,與實(shí)際情況不符,動(dòng)態(tài)強(qiáng)度折減法得出的塑性區(qū)域與實(shí)際情況相符;坡體在自然條件下較為穩(wěn)定,但在降雨條件下邊坡安全系數(shù)小于極限值,有發(fā)生失穩(wěn)的危險(xiǎn)。

由于加筋復(fù)合路堤分析中難以直觀看到筋材的參數(shù)改變對(duì)整個(gè)工程的穩(wěn)定性貢獻(xiàn),為了更加深入了解土工格室加筋的效果,設(shè)計(jì)用有限元分析軟件結(jié)合強(qiáng)度折減法(strengthreductionmethod,srm)對(duì)一個(gè)二級(jí)公路路堤進(jìn)行數(shù)值計(jì)算.首先,對(duì)三維建模的不加筋路堤進(jìn)行srm計(jì)算,再用極限平衡方法驗(yàn)證,兩種方法得到的結(jié)論吻合.這表明更接近實(shí)際情況的三維路堤邊坡建模分析方法適合在復(fù)雜的加筋工況中使用.然后,用此方法分析了鋪設(shè)土工格室后的路堤穩(wěn)定性,通過(guò)改變土工格室的焊距、埋深、高度、鋪設(shè)層數(shù)來(lái)探究材料參數(shù)因素與邊坡安全系數(shù)之間的規(guī)律.結(jié)果表明,土工格室材料可以起到提高路堤整體穩(wěn)定性的作用,其中焊距較小、高度較高的土工格室的加筋效果較明顯；多層加筋的路堤被破壞時(shí)會(huì)形成多弧段的破裂面.

采用強(qiáng)度折減法分析了土質(zhì)路基的穩(wěn)定性,并且考慮土體的剪脹特性,探究了不同剪脹角對(duì)土質(zhì)路基安全系數(shù)的影響,進(jìn)而探究了抗滑樁對(duì)土質(zhì)路基穩(wěn)定性的影響。研究結(jié)果表明在路基發(fā)生失穩(wěn)破壞的初始階段,其坡腳處土體發(fā)生屈服,逐漸向上擴(kuò)展直至形成貫通的滑動(dòng)破壞面,此時(shí)路基發(fā)生破壞；土體的剪脹特性對(duì)于路基的穩(wěn)定性具有顯著的影響,隨著剪脹角的逐漸增大,路基的安全系數(shù)逐漸增大,路基的穩(wěn)定性增大；采用抗滑樁能夠有效的抵御路基發(fā)生失穩(wěn)破壞后上部土體的滑動(dòng)變形,從而提高路基的穩(wěn)定性。

結(jié)合已有資料與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,通過(guò)原位測(cè)量得到趙家沖隧道仰坡幾何尺寸、土體性質(zhì)等基本數(shù)據(jù),據(jù)此建立有限元模型,通過(guò)數(shù)值計(jì)算得到隧道仰坡的安全系數(shù)及滑動(dòng)面位置,并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)情況給出加固意見(jiàn)和建議。

基于flac3d討論了巖質(zhì)邊坡工程在天然狀態(tài)下和開(kāi)挖狀態(tài)下力學(xué)模型的變化。在該巖質(zhì)邊坡工程中,選擇了某斷面進(jìn)行了數(shù)值模擬分析。從坡體材料的力學(xué)參數(shù)、開(kāi)挖施工過(guò)程等角度模擬了原型坡體的情況,取得了較好的效果,得到以下結(jié)論：通過(guò)對(duì)天然狀態(tài)下邊坡進(jìn)行分析,從應(yīng)力、位移和塑性區(qū)角度分析了邊坡在天然狀態(tài)下處于穩(wěn)定狀態(tài);邊坡開(kāi)挖以后通過(guò)的模擬分析開(kāi)挖邊坡的位移、應(yīng)力以及剪切應(yīng)變?cè)隽康淖兓?說(shuō)明開(kāi)挖邊坡的破壞規(guī)律。

我國(guó)目前已經(jīng)開(kāi)工的客運(yùn)專線鐵路,隧道基本上都采用的是單洞雙線形式,為形狀扁平的超大斷面隧道。這樣的斷面形狀從受力上講與一般的地應(yīng)力條件并不相宜。由于客運(yùn)專線鐵路雙線隧道的斷面形狀、受力變形規(guī)律、承載能力與普速鐵路隧道有很大差異,其施工穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)的選擇也應(yīng)考慮客運(yùn)專線隧道的實(shí)際斷面形狀。而當(dāng)前對(duì)于這方面的研究工作開(kāi)展得很少,《客運(yùn)專線鐵路隧道工程施工技術(shù)指南》中提供的參考值缺乏指導(dǎo)性,且存在極大的安全隱患。文章對(duì)客運(yùn)專線鐵路隧道施工穩(wěn)定性判據(jù)的選擇及相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了有益的探討。

通過(guò)有限單元強(qiáng)度折減法對(duì)土體強(qiáng)度c,值進(jìn)行折減,得出降雨前后的黃土邊坡安全系數(shù)及土坡破壞面形狀,在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析了降雨條件下土坡的破壞機(jī)理,為以后類似實(shí)際工程提供一定的科學(xué)依據(jù)。

對(duì)某隧道進(jìn)口仰坡進(jìn)行分析,在rmr評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上確定巖體的力學(xué)參數(shù),利用赤平投影法對(duì)仰坡的穩(wěn)定性進(jìn)行定性分析,找出其最可能的破壞形式,然后對(duì)仰坡的穩(wěn)定安全系數(shù)進(jìn)行了計(jì)算,結(jié)果表明,該隧道仰坡安全儲(chǔ)備不大,隧道施工擾動(dòng)下,仰坡有失穩(wěn)的可能。