強(qiáng)度折減法的二維與三維公路邊坡穩(wěn)定性對比分析

針對雨后土體強(qiáng)度不斷降低的情況,利用有限差分強(qiáng)度折減法,對邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行了數(shù)值分析,將計(jì)算結(jié)果與監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較。分析表明:數(shù)值模擬路堤中潛在滑動(dòng)面很好地吻合了由監(jiān)測結(jié)果分析得出的滑動(dòng)面,路堤的滑動(dòng)從坡體后緣軟弱面開始,逐漸展開貫通至整個(gè)滑動(dòng)面。通過數(shù)值模擬結(jié)果和實(shí)際工程結(jié)果的對比,證明有限差分強(qiáng)度折減法在邊坡穩(wěn)定性分析中進(jìn)行工程應(yīng)用是可行的。

將強(qiáng)度折減理論應(yīng)用于邊坡穩(wěn)定性分析中,借助flac/slope有限差分分析程序,選擇彈塑性mohr-coulomb模型及其破壞準(zhǔn)則,以黃延高速公路界子河邊坡作為工程實(shí)例,分析了該邊坡在自然狀態(tài)條件和飽水狀態(tài)條件下的穩(wěn)定性,并與傳統(tǒng)的janbu法、morgenstern-price法、spencer等方法計(jì)算得到的邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)進(jìn)行了比較.結(jié)果表明,有限差分強(qiáng)度折減法能夠真實(shí)地反映邊坡的實(shí)際情況,方便合理,求得的邊坡安全系數(shù)更接近實(shí)際,顯示出其在邊坡穩(wěn)定性分析中的一定優(yōu)勢.

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,分析了邊坡級數(shù)、平臺(tái)寬度以及單級坡率等因素對邊坡穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明:增加邊坡級數(shù)、平臺(tái)寬度或放緩坡率可有效提高邊坡的穩(wěn)定性;增加邊坡級數(shù)和放緩下級邊坡坡率,可將邊坡整體破壞分解為局部破壞;邊坡平臺(tái)設(shè)在中下部對邊坡穩(wěn)定性更有利;若改變單個(gè)平臺(tái)寬度或單級坡率,增加下部平臺(tái)寬度和降低下級邊坡坡率對提高邊坡穩(wěn)定性更顯著。

闡述了有限元強(qiáng)度折減法的基本原理,利用強(qiáng)度折減法對尾礦壩進(jìn)行了邊坡穩(wěn)定計(jì)算,同時(shí)通過簡化畢肖普法和瑞典圓弧法對其結(jié)果進(jìn)行了對比分析,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)。

結(jié)合某公路邊坡實(shí)例，運(yùn)用大型有限元軟件midas/gts建立邊坡的平面應(yīng)變二維模型，基于有限元強(qiáng)度折減法，對錨桿加固前后的邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行了研究，主要分析了錨桿加固前后邊坡塑性破壞區(qū)以及安全系數(shù)的變化；同時(shí)著重討論了錨固長度、錨桿間距、傾角等因素對邊坡整體穩(wěn)定性的影響，對影響邊坡整體穩(wěn)定性的因素進(jìn)行了敏感性研究，分析了各因素與邊坡安全系數(shù)之間的規(guī)律。

針對貴州省烏木鋪巖質(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,對比分析兩者分析結(jié)果,合理評價(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。

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)。

建立巖土邊坡物理模型,選擇強(qiáng)度折減法進(jìn)行混合土邊坡穩(wěn)定性判別,對梯型邊坡進(jìn)行流變特性分析。結(jié)果表明,邊坡抗剪強(qiáng)度參數(shù)隨著黏聚力和內(nèi)摩擦角呈現(xiàn)線性增長趨勢,隨著剪脹角增大呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢,隨著彈性模量和泊松比增大基本保持不變,隨著坡角增大呈現(xiàn)不斷減小的趨勢,為實(shí)際工程建設(shè)提供了理論指導(dǎo)。

使用有限元分析軟件abaqus,并結(jié)合強(qiáng)度折減法,對邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明:當(dāng)邊坡加固時(shí),邊坡的整體穩(wěn)定性得到了明顯的提高；在運(yùn)用abaqus和強(qiáng)度折減法模擬分析邊坡穩(wěn)定性時(shí),模型的建立、網(wǎng)格的劃分密度、單元類型的選取及材料模型的選用等對計(jì)算結(jié)果都有影響；邊坡失穩(wěn)判據(jù)的選用原則及其判據(jù)是否存在統(tǒng)一性,值得進(jìn)一步研究。

文章結(jié)合某路塹高邊坡工程,采用有限元方法建立高邊坡平面應(yīng)變模型并且進(jìn)行強(qiáng)度折減,系統(tǒng)研究了影響高邊坡穩(wěn)定性的因素并對高邊坡進(jìn)行了初步設(shè)計(jì)。結(jié)果表明:強(qiáng)度折減法可以通過分析節(jié)點(diǎn)水平位移從而分析邊坡的穩(wěn)定性。

利用極限平衡法,對順層巖質(zhì)邊坡進(jìn)行雙強(qiáng)度系數(shù)折減分析,提出了折減系數(shù)增幅比,根據(jù)增幅比確定抗剪強(qiáng)度折減原則,當(dāng)坡體達(dá)到極限狀態(tài)時(shí)確定其極限折減系數(shù)。分別以坡體的張拉裂縫深度和充水深度為單一變量,對比分析坡體穩(wěn)定性發(fā)生變化時(shí)內(nèi)摩擦角和黏聚力對其影響程度,最后根據(jù)雙強(qiáng)度折減分析中極限折減系數(shù)定義坡體權(quán)重安全系數(shù)。研究表明:雙強(qiáng)度折減法能夠考慮內(nèi)摩擦角和黏聚力對坡體的影響程度,對順層巖質(zhì)坡體進(jìn)行雙參數(shù)折減分析,最終定義雙參數(shù)折減中內(nèi)摩擦角的折減系數(shù)值為坡體安全系數(shù),該結(jié)果更符合實(shí)際工程,能夠?yàn)橥悊栴}提供參考。

結(jié)合工程算例,采用強(qiáng)度折減有限元法,對邊坡治理前后的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析。結(jié)果表明,有限元強(qiáng)度折減法能更加直觀的得到坡體的實(shí)際破壞形式,求得的邊坡穩(wěn)定系數(shù)更接近邊坡的實(shí)際穩(wěn)定狀態(tài),顯示出其在邊坡穩(wěn)定性分析中的一定優(yōu)勢。

對于高邊坡，因主觀原因準(zhǔn)許不能準(zhǔn)確地把握滑動(dòng)面及坡體的實(shí)際變形狀態(tài)，不利于邊坡穩(wěn)定性設(shè)計(jì)。本文大型通用有限元分析軟件abaqus作為分析平臺(tái)，采用強(qiáng)度折減法，建立坡體安全系數(shù)與失穩(wěn)機(jī)理的邊坡穩(wěn)定性有限元模型。該模以迭代計(jì)算不收斂作為邊坡失穩(wěn)判斷依據(jù)，分析坡體初始設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性。通過改變坡體設(shè)計(jì)方案，來提高坡體整體的安全系數(shù)。結(jié)果表明：通過分層降低設(shè)計(jì)坡比，可實(shí)現(xiàn)提高坡體的安全系數(shù)，但是提高效果有限；基于強(qiáng)度折減法的有限元數(shù)值迭代不收斂判決有助于坡體穩(wěn)定性初步設(shè)計(jì)。

探討了強(qiáng)度折減法的基本原理、安全系數(shù)、屈服準(zhǔn)則和破壞標(biāo)準(zhǔn)等內(nèi)容,結(jié)合ansys有限元軟件,對水泥庫邊坡工程在不同破壞標(biāo)準(zhǔn)下的穩(wěn)定性進(jìn)行對比分析.計(jì)算過程中,隨著折減系數(shù)的不斷改變,會(huì)得到不同的黏聚力和內(nèi)摩擦角參數(shù)值,再將其輸入到ansys中的等面積d-p本構(gòu)方程中計(jì)算至不收斂,發(fā)現(xiàn)邊坡的安全系數(shù)與此時(shí)的折減系數(shù)是相等的.結(jié)果表明:采用塑性區(qū)貫通和位移的突變作為邊坡破壞標(biāo)準(zhǔn)所得到的安全系數(shù)與傳統(tǒng)方法計(jì)算得到的安全系數(shù)十分接近,從而表明有限元強(qiáng)度折減法在邊坡穩(wěn)定性分析中具有可行性.

將有限元強(qiáng)度折減法與abaqus軟件相結(jié)合,分析軟弱夾層、泊松比和剪脹角對邊坡強(qiáng)度折減系數(shù)的影響。結(jié)果表明:含夾層的強(qiáng)度安全系數(shù)比不含弱夾層的邊坡安全系數(shù)??；此外,強(qiáng)度安全系數(shù)隨著剪脹角增大而增大。

介紹了強(qiáng)度折減法的基本原理;借助abaqus軟件采用強(qiáng)度折減有限元法計(jì)算分析了不同因素對路堤邊坡穩(wěn)定性的影響。研究的影響因素包括粘聚力、內(nèi)摩擦角、土體容重、彈性模量與泊松比。計(jì)算分析結(jié)果表明,土體強(qiáng)度參數(shù)粘聚力和內(nèi)摩擦角對邊坡穩(wěn)定性有顯著影響,彈性模量和泊松比無影響,但泊松比的大小會(huì)顯著影響塑性區(qū)的分布。

工程上常采用極限平衡法分析邊坡的安全穩(wěn)定性,但由于極限平衡法的局限性,使得計(jì)算結(jié)果只能反映邊坡安全系數(shù)的大小,不能確定邊坡在施工各個(gè)階段的變形穩(wěn)定情況,因此以永寧高速公路邊坡為研究對象,通過plaxis有限元強(qiáng)度折減法對邊坡施工過程中可能產(chǎn)生的變形、位移進(jìn)行模擬分析,得到分步施工狀況下,施工各階段邊坡的變形圖以及整體的安全系數(shù),并將結(jié)果與極限平衡法計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比分析。結(jié)果表明:邊坡的安全系數(shù)隨著坡體的逐級開挖會(huì)不斷降低,需及時(shí)進(jìn)行支護(hù)加固,強(qiáng)度折減法所確定的邊坡最終滑動(dòng)面形狀與極限平衡法計(jì)算結(jié)果較為一致,且安全系數(shù)差值僅為3%,從而也驗(yàn)證了強(qiáng)度折減法對于分步施工邊坡安全穩(wěn)定性分析的適用性與正確性。

工程上常采用極限平衡法分析邊坡的安全穩(wěn)定性,但由于極限平衡法的局限性,使得計(jì)算結(jié)果只能反映邊坡安全系數(shù)的大小,不能確定邊坡在施工各個(gè)階段的變形穩(wěn)定情況,因此以永寧高速公路邊坡為研究對象,通過plaxis有限元強(qiáng)度折減法對邊坡施工過程中可能產(chǎn)生的變形、位移進(jìn)行模擬分析,得到分步施工狀況下,施工各階段邊坡的變形圖以及整體的安全系數(shù),并將結(jié)果與極限平衡法計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比分析.結(jié)果表明:邊坡的安全系數(shù)隨著坡體的逐級開挖會(huì)不斷降低,需及時(shí)進(jìn)行支護(hù)加固,強(qiáng)度折減法所確定的邊坡最終滑動(dòng)面形狀與極限平衡法計(jì)算結(jié)果較為一致,且安全系數(shù)差值僅為3％,從而也驗(yàn)證了強(qiáng)度折減法對于分步施工邊坡安全穩(wěn)定性分析的適用性與正確性.

針對山西某高填土邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析,利用zsoil有限元軟件,基于強(qiáng)度折減法對該場地高填土邊坡4個(gè)典型剖面進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算,并與傳統(tǒng)極限平衡法計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比分析。結(jié)果表明：有限元軟件作為邊坡穩(wěn)定性分析的輔助工具,可有效提高邊坡穩(wěn)定性分析結(jié)果的可靠性,特別適用于難以確定滑裂面形狀和位置的邊坡,基于有限元的邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果與傳統(tǒng)極限平衡法相差不大,兩種方法得到的滑裂面的形狀和位置基本吻合,利用該軟件進(jìn)行高填土邊坡穩(wěn)定性分析是可靠的.

基于abaqus軟件在巖土分析計(jì)算中的應(yīng)用,采用強(qiáng)度折減法討論了忽略剪脹角的均質(zhì)邊坡和考慮軟弱夾下臥層二種工況下某邊坡的安全系數(shù)。結(jié)果表明:隨著折減系數(shù)的不斷增大并達(dá)到某一數(shù)值時(shí),邊坡內(nèi)塑性應(yīng)變自坡底向坡頂貫通,邊坡達(dá)到極限狀態(tài),此時(shí)的折減系數(shù)即為安全系數(shù);有限元強(qiáng)度折減法對邊坡穩(wěn)定性分析具有良好的適用性;采用強(qiáng)度折減法無須預(yù)先假設(shè)滑動(dòng)面位置。