施工時序對邊坡穩(wěn)定性影響的離心模型試驗及數(shù)值分析

從降雨入滲對邊坡土體吸力的影響、降雨對邊坡地下水位的影響、降雨對邊坡土體強度的影響以及對坡面沖蝕四個方面，分析了降雨誘發(fā)邊坡失穩(wěn)的作用機理，并以此為基礎介紹了降雨邊坡穩(wěn)定性的預測預報分析模型。

從降雨入滲對邊坡土體吸力的影響、降雨對邊坡地下水位的影響、降雨對邊坡土體強度的影響以及對坡面沖蝕四個方面,分析了降雨誘發(fā)邊坡失穩(wěn)的作用機理,并以此為基礎介紹了降雨邊坡穩(wěn)定性的預測預報分析模型。

降雨是誘發(fā)邊坡破壞的重要因素之一,在連續(xù)強降雨作用下,降雨入滲導致邊坡的孔隙水壓力及基質吸力的減小,地下水位線的抬升,水與邊坡結構的相互作用,會對邊坡的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響?；谶吰路治龅娘柡汀秋柡屠碚摵瓦吰路€(wěn)定性理論,運用geo-studio軟件模擬了3d時間內(nèi)連續(xù)強降雨300mm情況下湖北武漢某隧道出口處邊坡孔隙水壓力和安全系數(shù)的變化特征,預測了邊坡的穩(wěn)定性變化情況。強降雨引起邊坡的剪切力強度減小,導致邊坡的安全系數(shù)降低,應采取防護和加固措施避免強降雨引起邊坡發(fā)生破壞。

水對邊坡穩(wěn)定性的影響及邊坡的加固措施分析 趙　艷　郭明珠　周　智　黃鑫峰 (北京工業(yè)大學建筑工程學院　北京　100022) 摘　要:通過分析影響邊坡穩(wěn)定性的因素,指出水是影響邊坡失穩(wěn)的主要誘發(fā)因素。分別對地表水和地 下水對邊坡的影響進行了分析,列舉了一些常用的方法,指出在邊坡防治中應根據(jù)不同邊坡的特點設置可靠 有效的排水系統(tǒng),及針對不同的邊坡失穩(wěn)情況采取不同的加固方法,以提高邊坡的穩(wěn)定性。 關鍵詞:邊坡　穩(wěn)定性　地表水　地下水　排列系統(tǒng) analysisofeffectofwateronslopestabilityand strengtheningmeasuresofslopes zhaoyan　guomingzhu　zhouzhi　huangxinfeng (schoolofarchitect

本文以非飽和土力學理論為基礎,考慮了降雨入滲過程中的滲流-應力耦合過程,采用geo-studio軟件對非飽和土邊坡進行數(shù)值模擬分析,得出不同降雨歷時對邊坡孔隙水壓力和位移的影響規(guī)律,以及邊坡穩(wěn)定性系數(shù)的變化。該研究成果為正確認識降雨條件下滑坡發(fā)生的機理提供了科學依據(jù),為降雨型滑坡的監(jiān)測預警分析提供了基礎。

為研究近斷層地震動特性及其入射方向對邊坡地震響應的影響,首先,考慮邊坡對地震波的散射規(guī)律,提出了一種能夠考慮地震波任意角度入射的地震動輸入方法,該方法能夠準確考慮模型邊界兩側的動力相互作用且簡單易操作。其次,運用提出的地震動輸入方法,通過有限元參數(shù)分析研究了地震波入射角對邊坡地震響應的影響規(guī)律。結果表明:當同時考慮p波及sv波入射時,由于兩種波形的疊加作用,邊坡的放大效應較一種波形單獨作用時更加顯著,且坡面上加速度分布更不均勻。地震波的入射角能夠顯著影響邊坡的地震響應,隨著地震波入射方向與坡面間夾角的增加,邊坡對地震動的放大效應越明顯,坡面上加速度分布越不均勻。

針對汶川地震區(qū)邊坡,介紹了邊坡的工程背景和滑坡現(xiàn)狀,研究了地震和降水耦合條件作用對邊坡穩(wěn)定性的影響。探索了加筋擋土墻在地震區(qū)邊坡應用的可能性,使用基于極限平衡法的slide軟件進行不同工況條件下邊坡穩(wěn)定性的計算,分析了不同的加筋方案對加筋擋土墻性能的影響。研究表明:在地震作用下,邊坡土體原有的結構體系遭到破壞,土體變得較松散,甚至產(chǎn)生張拉裂縫,為雨水的滲入提供了通道,對邊坡的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。數(shù)值模擬計算得出,邊坡在排水條件下基本處于極限平衡狀態(tài),最危險滑動面位于邊坡下部,但滑動區(qū)域相比飽水條件下明顯減小,危險滑動面面積也隨之減小,而合理的削坡、建立有效的坡表排水系統(tǒng)和加筋擋土墻加固可較大程度的提高坡體穩(wěn)定性。

影響邊坡穩(wěn)定的因素有靜力的動力的，內(nèi)在的和外在的。爆破振動作為動力影響因素之一，主要表現(xiàn)了它的人為性和可控性特點。爆破振動對邊坡的影響基本上可以由爆破技術（方式）和爆破規(guī)模加以控制。本文初步討論了爆破振動動對邊坡穩(wěn)定性影響的分析方法，探討了適于邊坡穩(wěn)定性分析的爆破振動破壞判據(jù)，提出減小爆破振動對邊坡破壞的措施和方法。

影響邊坡穩(wěn)定的因素有靜力的動力的，內(nèi)在的和外在的。爆破振動作為動力影響因素之一，主要表現(xiàn)了它的人為性和可控性特點。爆破振動對邊坡的影響基本上可以由爆破技術（方式）和爆破規(guī)模加以控制。本文初步討論了爆破振動動對邊坡穩(wěn)定性影響的分析方法，探討了適于邊坡穩(wěn)定性分析的爆破振動破壞判據(jù)，提出減小爆破振動對邊坡破壞的措施和方法。

為了研究西藏林芝特有土質邊坡在降雨入滲條件下的穩(wěn)定性,在飽和-非飽和土理論的基礎上,利用有限元軟件對邊坡在發(fā)生降雨入滲后土體的孔隙水壓力和變形兩個方面進行研究.通過數(shù)值模擬結果可知,發(fā)生降雨后邊坡的孔隙水壓力與降雨前相比有所上升,并且隨著降雨歷時的增加,孔隙水壓力的影響深度也在持續(xù)增加,但在15m以下的土體中,孔隙水壓力隨雨水入滲的變化相對較小,說明達到一定的深度后降雨對土體的抗剪強度影響較小;另一方面,雨水的入滲導致了邊坡在水平和豎直兩個方向的變形,變形的形式主要表現(xiàn)為坡頂?shù)南蛳鲁料莺推履_處向外側的移動,并且隨著降雨時間的增長變形在不斷地增加,導致邊坡存在發(fā)生滑動變形的趨勢.

影響邊坡穩(wěn)定的因素有靜力的動力的，內(nèi)在的和外在的。爆破振動作為動力影響因素之一，主要表現(xiàn)了它的人為性和可控性特點。爆破振動對邊坡的影響基本上可以由爆破技術（方式）和爆破規(guī)模加以控制。本文初步討論了爆破振動動對邊坡穩(wěn)定性影響的分析方法，探討了適于邊坡穩(wěn)定性分析的爆破振動破壞判據(jù)，提出減小爆破振動對邊坡破壞的措施和方法。

隨雨水入滲和蒸發(fā),土質邊坡的含水率在逐漸增加,基質吸力也在不斷變化,這對土質邊坡的穩(wěn)定性會產(chǎn)生較大影響。本文利用geostudio軟件以三峽庫區(qū)典型滑坡樹坪滑坡為模型,分析了不同時步浸潤線的位置變化及孔隙水壓力變化,說明滑坡所經(jīng)歷的降雨過程、降雨量大小、蒸發(fā)量及其變化規(guī)律,也相應影響了邊坡體內(nèi)部地下水滲流的變化以及滲流場浸潤線的變化,因此,可以依據(jù)降雨量和蒸發(fā)量的變化情況對堆積層滑坡穩(wěn)定性進行分析和預測預報。

提出降雨對邊坡穩(wěn)定性影響研究的意義,指出降雨入滲是導致邊坡失穩(wěn)的主要誘發(fā)因素,從理論研究、現(xiàn)場試驗和室內(nèi)試驗3方面綜述了降雨入滲對邊坡穩(wěn)定性影響的研究現(xiàn)狀。歸納和總結了飽和-非飽和理論和邊坡穩(wěn)定性分析方法、邊坡穩(wěn)定性變化規(guī)律及影響因素。其中,重點介紹了極限平衡法﹑極限分析法﹑有限元法等相關方法,并且指出了它們的優(yōu)點和存在的相關問題,在此基礎上綜述了相關試驗研究現(xiàn)狀,并指出其中的不足。最后針對目前研究中所存在的問題就今后的發(fā)展方向提出了自己的看法。

降雨是邊坡失穩(wěn)破壞的主要誘因之一,邊坡的滑動和破壞與雨水入滲密切相關。本文選取銅綠山古銅礦遺址ⅶ號礦體西側的露天采場東側邊坡為分析對象,根據(jù)工程水文地質條件和邊坡產(chǎn)狀建立數(shù)值計算模型,利用geo-studio軟件的seep/w模塊,模擬不同降雨強度下的邊坡內(nèi)部滲流特征,并結合slope/w模塊計算出各種降雨工況條件下邊坡穩(wěn)定性系數(shù)。模擬結果表明,隨著降雨強度的增加,露天采場東側坡體內(nèi)部的滲流場發(fā)生顯著變化,且邊坡穩(wěn)定性系數(shù)與降雨強度呈負相關的變化規(guī)律。

某大型水電站近壩庫區(qū)一高陡邊坡局部開挖有臨時施工道路,為分析該施工道路開挖及附屬支護對邊坡穩(wěn)定的影響,本文采用極限平衡理論,借助slide邊坡計算軟件對該處邊坡進行穩(wěn)定性分析.通過對比該邊坡布置有施工道路+錨索和未布置的情形,研究局部施工道路和錨索對該高陡邊坡穩(wěn)定性的影響.計算表明,局部的開挖和支護對該邊坡的整體穩(wěn)定性影響較小,但對工程擾動附近的潛在滑體有一定影響,錨索對局部滑體穩(wěn)定有一定加強作用,但影響不太明顯.

抗滑樁施工期間對邊坡的影響是比較大的，雖然抗滑樁的開挖可以減輕滑坡的荷載，但是又會形成新的，臨空面，所以在抗滑樁施工期間對邊坡變形的監(jiān)測是必不可少的，本論文就詳細的說明了，在抗滑樁施工期間對邊坡變形的影響，所采用的監(jiān)測方案，以及當出現(xiàn)大變形情況所采取的措施。

將距離判別分析法(dda)應用于巖體邊坡穩(wěn)定性預測中,建立了邊坡穩(wěn)定性預測的距離判別模型。模型選取重度、黏聚力、摩擦角、邊坡角、邊坡高度和孔隙水壓力比等6個指標作為判別因子;以邊坡實測樣本作為訓練樣本,建立相應線性判別函數(shù)對待判樣本進行分類。研究結果表明,距離判別分析模型是邊坡預測的一種有效方法,可以在實際工程中應用。

運用plaxis巖土工程有限元分析軟件對于季節(jié)性凍土地區(qū)邊坡安全系數(shù)進行分析,計算的結果與采用條分法理論計算得到的結果基本吻合,說明這種計算方法用來計算邊坡穩(wěn)定性是可行的,并且隨著邊坡坡度的增加,邊坡安全系數(shù)在不斷減小;同時,可知隨著邊坡融化深度的增加,邊坡安全系數(shù)也在不斷減小。

為了解爆破后由急傾斜且具有水平裂隙發(fā)育巖體組成的邊坡穩(wěn)定性及其內(nèi)部破壞規(guī)律,最終總結出爆破高度對邊坡穩(wěn)定性的影響特征,使用基于顆粒流理論的pfc3d進行該工況模擬.利用pfc3d中的jset和bonds模擬非連續(xù)和連續(xù)性的巖體構造形式,以對實際的巖體中巖塊和裂隙發(fā)育進行模擬.針對存在該類型構造發(fā)育邊坡的實際工況,設置了13個爆破點的6個爆破方案進行模擬.研究了模擬結果表現(xiàn)出的邊坡內(nèi)部裂隙和位移隨爆破高度的變化規(guī)律.其表明了對于同時起爆各爆破點而言,爆破高度越高爆破后邊坡越穩(wěn)定的結論,并分析了出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因.說明了結論的普適性,同時該邊坡實際的爆破情況也支持了該結論.

通過極限平衡理論,對邊坡穩(wěn)定性影響因素進行了分析,計算分析發(fā)現(xiàn):當結構面的粘聚力或內(nèi)摩擦角增加時,邊坡的安全系數(shù)不斷的增大,邊坡越穩(wěn)定;當結構面的傾角不斷增大時,邊坡的穩(wěn)定性和邊坡的位移可能增加,也可能減小。

針對目前邊坡開挖研究中離心場開挖模擬技術的不足,在清華大學土工離心機上開發(fā)了一種可在離心模型試驗過程中模擬邊坡開挖的有效設備。該設備利用兩個電機和滑軌模擬邊坡開挖過程中的下切和推拉兩個過程,結合現(xiàn)有的離心場圖像采集和位移測量系統(tǒng)即可實現(xiàn)離心機運行過程中的實時開挖和多次開挖,并通過試驗驗證了該開挖設備的有效性和可靠性。利用該設備進行了土坡開挖的離心模型試驗,再現(xiàn)并記錄了邊坡開挖后的變形破壞過程。

巖堆路基是山區(qū)公路建設中遇到的特殊路基形式。根據(jù)云南水(富)—麻(柳灣)高速公路巖堆路基條件,通過離心模型試驗研究了不同土石組成、不同容重、不同厚度的巖堆路基沉降變化規(guī)律和影響因素,提出了用片石換填、加筋土換填、穩(wěn)定土換填減小巖堆路基沉降的措施;測試了三種換填處治措施減小巖堆路基沉降的效果,得出了穩(wěn)定土換填和片石換填對減小巖堆沉降效果較好的結論。研究成果對巖堆路基沉降穩(wěn)定性分析和減小沉降的合理處治措施有重要參考價值。