边坡稳定性监测分析

2024-08-06

边坡稳定性监测分析(精选8篇)

1.边坡稳定性监测分析 篇一

浅析边坡稳定性分析的数值解

推导了坡面为两直线段斜坡的`均质边坡稳定性安全系数函数式,利用遗传算法求出最危险滑弧位置、滑弧半径及相应的最小稳定性安全系数值,利用有限元法和接触摩擦弹簧元进行了边坡的渐进破坏分析,讨论了材料特性对边坡稳定性的影响.计算表明,渐进破坏分析所求出的稳定性安全系数比理论上求出的最小稳定性安全系数要小.

作 者:朱典文 ZHU Dian-wen 作者单位:广东省路桥规划勘察中心,广东广州,510635刊 名:广东交通职业技术学院学报英文刊名:JOURNAL OF GUANGDONG COMMUNICATIONS POLYTECHNIC年,卷(期):8(3)分类号:U416.1关键词:边坡 渐进破坏 稳定性分析 遗传算法 接触摩擦 弹簧元

2.边坡稳定性监测分析 篇二

目前, 许多学者对公路边坡稳定性进行了研究, 取得了许多成果。金培杰、陈鹏等[1,2]研究了顺层岩质边坡的失稳破坏机制与稳定性, 提出了边坡失稳的控制因素。倪振强、孔纪名等[3]围绕开挖对边坡的扰动效应进行了深入研究, 提出了开挖对边坡位移场、应力场等的作用, 提出了治理建议。巨能攀、赵建军等[4]将变形理论与强度理论相结合, 形成基于地质过程原理的重点高边坡稳定性评价和灾害控制方法, 利用强度稳定性分析方法得出边坡治理设计所需数据, 进行优化设计。袁从华等[5]依据边坡地质调查等工程具体情况, 对边坡稳定性进行了评价, 并提出了优化的边坡加固方案。张季如等[6,7]利用数值模拟的方法对边坡稳定性进行了评价与分析, 得出了较好的结论。丁秀美、刘光士等[8]利用快速拉格朗日程序对滑坡堆积体进行了分析, 通过最大剪应变增量找到坡体内最易失稳部位并对边坡稳定进行了评价。连镇营、韩国城等[9]用强度折减有限元法对开挖边坡的稳定性进行了较全面的研究, 提出当折减系数达到某一数值时, 边坡内一定幅值的广义剪应变自坡底向坡顶贯通, 认为边坡破坏。

目前, 常用的边坡稳定性监测方法大都只能对某一种或某几种可能导致滑坡发生的因素进行监测[10], 但是影响边坡稳定性的因素有很多, 因此, 从理论上传统的监测方法就无法准确预报滑坡的发生。本文采用中国矿业大学 (北京) 自主研发的“滑坡体远程实时监测预警系统”对公路边坡进行实时监测。

以某土质公路边坡工程开挖为工程背景, 对边坡的开挖与支护过程进行数值模拟, 得到了不同阶段的位移场、剪应变增量场等开挖变形与稳定性特征, 结合强度折减法计算边坡安全系数, 并对支护后的边坡稳定性进行了研究, 在关键部位布置了滑动力远程实时监测系统, 保证了对边坡稳定性状态的实时掌握。

1 计算与监测原理

1.1 强度折减技术

强度折减技术主要是利用式 (1) 和式 (2) 调整土体的强度指标c值与φ值, 其中Ft为折减系数。对边坡进行有限差分分析, 通过不断地增加折减系数Ft, 反复分析土坡直至达到临界破坏, 此时得到的折减系数即为安全系数Fs, 公式为

强度折减法的优点是安全系数可以直接得出, 不需要事先假设滑裂面的形式和位置, 另外可以考虑土坡的渐进破坏过程。

1.2 剪应变与边坡稳定性

现场路基和地基的滑动破坏以及山体运动的褶皱断层等均可视作局部化剪切带形成的现象。此种局部变形一旦发生, 变形将会集中在局部化变形的区域, 区域外的变形相当于卸载后的刚体运动。剪切带上土的强度不是同时发挥到最大值, 土的逐渐性强度特性是剪切带强度发挥的反映。非均匀变形的发展也使得整体上表现土的软化性状是与剪切带产生的结构破坏直接相关。可以用剪应变量最大的部位来评估岩土体的失稳区域。

1.3 滑动力监测系统

滑动力远程实时系统可以清楚地揭示滑坡的整个“稳定—平衡—失稳—破坏”的全过程, 是对“下滑力-抗滑力”的本质监测, 并且采用了现代卫星通讯技术, 使其具有远程性、实时性和智能性[11]。

滑坡体远程实时监测预警系统由两部分组成:一部分是智能传感-采集-发射系统 (现场安装) , 另一部分是智能接收-分析终端 (室内安装) 。整个系统工作原理如图1所示。

2 工程边坡基本情况

研究边坡所在区域为山间丘陵地貌, 地面高程为298~277 m, 相对高差约为18 m, 山坡自然坡度为15°~20°, 倾向SW, 地势较平缓。切坡形成了3级边坡, 边坡坡比为1∶1.5, 每级边坡高度为6 m, 总高度约为18 m。

边坡主要地层为粉质黏土, 黄褐色, 硬塑;碎石土, 黄褐色, 潮湿~饱和, 稍密, 一般粒径为60~200mm, 最大粒径300 mm, 呈浑圆状, 由粘性土及少量中粗砂充填;下伏地层为砂岩, 灰白色, 强风化, 主要成分为石英、长石, 砂质结构, 层状构造, 岩质软。边坡设计支护加固工程如下。

(1) 左侧1级边坡处设置钢筋混凝土抗滑桩一排, 截面尺寸为1.5 m×1.5 m, 桩长为8 m, 桩心间距为6 m。

(2) 左侧2级坡面处设置预应力锚索3排, 锚索沿线路方向3 m;锚索长度21 m, 自由段长度10m, 与水平面夹角为25°, 孔径φ=130 mm;锚索采用15.24 mm的高强度低松弛的钢绞线, 每孔5根锚索, 单孔设计锚固力为400 k N, 预张拉力为50 k N;边坡坡面均采用空心砖客土植草及栽种灌木防护。研究公路段工程地质及加固设计如图2所示。

3 边坡计算条件

FLAC3D是目前世界上优秀的岩土工程数值分析程序之一, 它采用有限差分法, 按时步进行显式迭代求解, 考虑了岩土体的复杂性、可变性, 及非均质、不连续、大变形、大应变、非线性等, 适合于开挖与滑坡等大变形问题的求解, 本文采用FLAC3D软件进行数值分析。

3.1 计算模型

研究段典型边坡模型中考虑的主要地层有粉质黏土、碎石土和砂岩三种材料, , 其计算模型如图2所示, y向 (平行公路) 范围为6 m;x向 (垂直公路) 范围为100 m;z向 (竖直) 范围为40 m。总节点数6 504个, 六面体单元数为27 301个;抗滑桩与预应力锚索加固结构采用FLAC3D的桩单元与锚索单元来模拟, 其计算模型如图3所示。

3.2 计算参数与边界条件

各计算岩层采用摩尔-库伦塑性模型, 根据工程地质勘查报告与现场试验研究, 确定岩土体力学计算参数见表1。计算模型底部为全约束边界, 侧面为法向约束边界。

4 计算结果与分析

4.1 开挖未支护状况

边坡进行开挖但未采取支护加固时的计算结果为如图4、图5所示。

第一步开挖后, 由于开挖造成的荷载回弹作用, 开挖边坡位移由左至右逐渐增大, 边坡位移由坡体内部到临空面逐渐增大且表现为回弹, 最大位移达0.03 m, 剪应变增量较大区域集中于一次开挖形成坡脚处。按强度折减法计算的安全系数为1.215, 这说明一次开挖完成后边坡总体处于稳定状态, 极限状态下边坡潜在失稳区域位于坡脚处。

第二步开挖后, 边坡位移进一步增大, 位移较大区域由坡脚向边坡坡面上部发展, 位移由回弹转变为向下滑动, 此时最大位移达0.05 m, 剪应变增量较大区域处于二次开挖所形成的坡脚部位且有向边坡左侧内部发展的趋势。此时按强度折减法计算边坡安全系数为1.12, 说明二次开挖后边坡稳定性有了大幅下降, 但仍处于稳定状态, 边坡潜在失稳区域位移坡脚处。

第三步开挖后, 也就是开挖未支护状态下, 位移较大部位处于坡面下部, 最大位移量可达0.25 m, 剪应变增量较大区域以转移至边坡内部且形成贯通整个边坡的区域。此时计算边坡安全系数为0.87, 说明在边坡开挖完成而未采取加固措施的状况下边坡会发生整体性的滑坡。

通过对个开挖后的位移场与剪应变增量场的分析可以看出一步、二步开挖对边坡稳定性有较大的影响, 但处于极限平衡状态;开挖完成后边坡坡面位移较大, 且在坡体内部形成贯通的将应变增量较大区域, 如未采取加固措施边坡极易发生失稳破坏。

4.2 开挖支护状态

开挖完成后采取抗滑桩支护措施, 开挖完成后边坡最大位移减少为为0.18 m, 剪应变较大区域范围有所缩小, 已不能形成贯通滑面。此时按强度折减法计算边坡安全系数为1.02, 说明在采取桩支护条件下边坡由不安全状态转换为安全状态, 但在此状态下边坡位移依据较大, 易发生边坡失稳事件。

开挖完成后采取抗滑桩与预应力锚索支护措施后, 边坡位移较大区域由整个坡面转换为坡脚与底部临空面部位, 最大位移减少到0.06 m, 通过单一抗滑桩加固与抗滑桩与预应力锚索结合加固时的位移矢量可以看到位移较大区域由向右侧水平方向发展转变为向坡面右上方发展剪应变较大区域大范围减小, 集中于坡脚临空面。此时边坡安全系数为1.38, 说明采取预应力锚索与抗滑桩加固下已经对边坡开挖的变形起到了有效地控制作用, 开挖后及时采取加固措施边坡的稳定性将极大的提升, 模拟结果见图6~图7。

5 监测系统现场安装设计与结果分析

5.1 监测点设计与布置

根据边坡地形地貌、地质特征与数值模拟结果, 在保证边坡稳定性的前提下, 采用经济的参数进行摄动锚索加固监测设计。布设5个监测点 (图8) 。摄动锚索相关设计参数说明如下。

(1) 每个监测点布置1根摄动锚索, 安装1套传感-采集-发射系统, 对滑体下滑力进行实时监测;

(2) 每根锚索的预应力设计值为40 t, 张拉力值为60 t, 锁定值为20 t。

5.2 监测结果分析

对自2013年12月以来5个监测点的全部数据汇总整理, 为了便于捕捉滑坡信息, 按照以下标准和原则对5个监测点进行分类。

(1) 正常点即监测曲线 (P-T曲线) 基本趋于平缓, 忽略脉冲峰值点, 应力P的样本极差ΔP<±40 k N (4 t) , 标准差s<15。

(2) 异常点即监测曲线 (P-T曲线) 呈现如下线形:稳定上涨曲线、稳定下降曲线、骤然上升曲线、骤然下降曲线、复合型曲线, 忽略脉冲峰值点, 应力P的样本极差ΔP>±40 k N (4 t) , 标准差s>15。

(3) 在正常监测点中, 根据监测曲线缓慢上涨或缓慢下降趋势, 进一步细分为:应力上升型、应力下降型和应力稳定型监测点, 便于实时跟踪非稳定型监测曲线的应力变化趋势, 捕捉滑坡信息, 划分准则如下。

式 (1) 中, (1) 样本极差ΔP总:ΔP总=Pmax-Pmin;

(2) 样本标准差s:

(4) 在异常监测点中, 根据监测曲线上涨或下降趋势, 进一步细分为:应力上升型、应力下降型, 划分准则如下 (ΔP总=Pmax-Pmin) 。

式 (3) 中, (1) 样本极差ΔP总:ΔP总=Pmax-Pmin;

(2) 样本标准差s:

通过实时监测可得到如图9所示的监测曲线, 计算变化率和标准差 (表2) 。

上述图表清楚的反映出监测点的曲线都很平稳, 依据预警标准边坡目前处于稳定状态。

6 结论

利用FLAC3D软件研究了边坡在各个开挖阶段下的变形与稳定性状态, 分析了采取单一抗滑桩桩支护与锚索与抗滑桩结合支护下的边坡稳定性, 并对监测结果进行了分析。通过稳定性模拟与监测结果分析, 得出以下结论。

(1) 开挖对边坡位移场的扰动较大, 随着开挖的进行, 剪应变增量较大区域逐渐扩大, 直至形成贯穿坡体内部的联通区域。

(2) 采取加固措施后剪应变增量较大区域位于坡脚临空面处, 说明有坡脚处发生位移与垮塌进而影响边坡整体稳定性的可能;抗滑桩、预应力锚索等加固结构对提高边坡稳定性有着重要的作用, 但工程仍处于较低的安全裕度状态, 需要采取监测手段掌握边坡稳定性状态。

(3) 采用滑坡体远程实时监测预警系统对边坡进行监测, 并对监测数据进行分析, 结果表明边坡目前处于稳定状态。

摘要:随着我国交通基础设施建设的快速发展, 公路边坡稳定性分析与滑坡整治设计等工程问题越来越多。以某高速公路边坡工程为例, 在分析工程地质条件和开挖扰动的情况下, 利用FLAC3D数值模拟软件, 模拟边坡整个开挖过程及开挖后边坡在未支护与不同加固方案下的变形情况与稳定性特征;并计算安全系数。依据工程地质条件分析与数值模拟结果, 在边坡关键部位安装5套滑动力远程实时监控系统。数值模拟分析表明随着逐步开挖的进行, 边坡稳定性明显下降;开挖完成后, 在未加固状态下会发生沿坡面的滑移破坏;采用抗滑桩与预应力锚索加固措施后边坡的变形得到了很好地控制;通过对滑动力远程实时监测结果分析得出边坡目前处于稳定性状态的结论。

关键词:边坡工程,开挖,FLAC3D,加固,监测

参考文献

[1] 金培杰.重庆市万梁高速公路顺层岩石高边坡失稳破坏机制与稳定性评价.岩石力学与工程学报, 2003;22 (增2) :2748—2750Jin P J.Stability-losing distruction machanism and stability evaluation consequent rock high slope in Chongqing Wanliang express highway.Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2003;22 (s2) :2748—2750

[2] 陈鹏, 徐博侯.顺层岩质路堑边坡稳定性数值极限分析.交通运输工程学报, 2012;12 (2) :38—45Chen P, Xu B H.Numerical limit analysis of stability for bedding rock cutting slope.Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2012;12 (2) :38—45

[3] 倪振强, 孔纪名, 阿发友, 等.类土质公路边坡开挖扰动破坏过程的研究.公路, 2011;12:29—33Ni Z Q, Kong J M, A F Y, et al.Analysis of excavation disturbance of soil highway slope.Highway, 2011;12:29—33

[4] 巨能攀, 赵建军, 邓辉, 等.公路高边坡稳定性评价及支护优化设计.岩石力学与工程学报, 2009;28 (6) :1152—1161Ju N P, Zhao J J, Deng H, et al.Stability evaluation of high slope for highways and optimized support design.Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2009;28 (6) :1152—1161

[5] 袁从华, 倪俊.高速公路中红砂岩滑坡特征及整治.岩土力学, 2004;25 (5) :745—748Yuan C H, Ni Jun.Treatment and characters of red sandstone landslides in expressways.Rock and Soil Mechanics, 2004;25 (5) :745 —748

[6] 丁秀美, 黄润秋, 臧亚军.预应力锚索框架作用下附加应力的FLAC3D模拟.成都理工大学学报, 2003;30 (4) :339—345Ding X M, Huang R Q, Zang Y J.FLAC3D simulation of prestressed anchor sable frame under the action of additional stress.Journal of Chengdu University of Technology, 2003;30 (4) :339—345

[7] 张季如.边坡开挖的有限元模拟和稳定性评价.岩石力学与工程学报, 2002;21 (6) :843—847Zhang J R.Finite element simulation and the stability evaluation of slope excavation.Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2002;21 (6) :843—847

[8] 丁秀美, 刘光士, 黄润秋, 等.剪应变增量在堆积体边坡稳定性研究中的应用.地球科学进展, 2004;19 (增) :319—323Ding X M, Liu G S, Huang R Q, et al.Application of the shear strain increment in deposit slope stability study.Advance in Earth Sciences, 2004;19 (s) :319—323

[9] 连镇营, 韩国城, 孔宪京.强度折减有限元法研究开挖边坡的稳定性.岩土工程学报, 2001;23 (4) :407—411Lian Z Y, Han G C, Kong X J.Stability analysis of excavation by strength reduction FEM.Chinese Journal of Geo Technical Engineering, 2001;23 (4) :407—411

[10] 何满潮, 张金凤, 衡朝阳, 等.延边地区膨胀性软岩边坡临界参数研究.辽宁工程技术大学学报, 2004;23 (1) :55—56He M C, Zhong J F, Heng C Y, et al.Research on critical inclination of cut slope of expansive soft rock in Yan bian region.Journal of Liaoning Technical University, 2004;23 (1) :55—56

3.膨胀土边坡稳定性分析 篇三

关键词:膨胀土;边坡工程;失稳破坏

中图分类号: TU23 文献标识码: A 文章编号: 1673-1069(2016)20-69-2

0 引言

膨胀土属于特殊土,分布较为广泛并且对工程建筑物危害较大。大量的粘土矿物是膨胀土具有膨胀结构的根本原因,其中蒙脱石的存在会使得土体易于开裂、亲水性强、胀缩性高,同时膨胀土的液限也很高。判断一种土是否为膨胀土的依据就是液限和自由膨胀率,当液限和自由膨胀率均大于40%时,判别为膨胀土[1]。

膨胀土的破坏特性是复杂的,具有潜在性、反复性和长期性,全世界由膨胀土造成的损失很大,甚至超过了洪水、飓风、地震和龙卷风所造成破坏的总和[2]。美国专门组织召开膨胀土大会,国际工程地质大会、国际土力学及基础工程大会以及地区性的会议都会针对膨胀土的研究进行交流探讨,在此的背景下,国际上制定了一些相关的规范。我国在20世纪五六十年代开始注重膨胀土带来的一系列问题。当时的研究程度不够深入,在膨胀量和膨胀力以及引起膨胀的相关因素方面的研究成果很少[3]。

1 膨胀土边坡稳定性研究现状

1.1 强度准则

传统的摩尔库伦准则是应用最广泛、认可度最高的强度理论,后续的很多新理论都是在摩尔库伦理论的基础上建立起来的。由于自然条件下膨胀土边坡为非饱和土,故目前研究的热点集中在非饱和土力学。Bishop等于1960年提出了非饱和土抗剪强度的有效应力公式[4]:

以上学者提出的公式虽然得到了国际上很多转接学者的认可,但是还是存在缺陷,Bishop法ua-uw数值难以测定,Fredlund法?渍″的测定非常复杂,都未能在工程中大量应用,应用最广的依然是摩尔库伦强度准则。

1.2 膨胀土边坡裂隙开展深度

膨胀土裂隙开展深度对土体稳定性影响非常的大。膨胀土在不同的温度、含水量等作用影响下产生应力不均匀分布,于是产生相应的应变。膨胀土形成的众多裂隙致使其结构稳定性降低,导致膨胀土体工程性质变得极差。因此研究其裂隙扩展深度极其重要。由于膨胀土裂隙深度并非受单一因素影响,它与风化卸荷、地应力、工程地质条件密切相关,要精确求解比较困难。

易顺民和袁俊平对裂隙的分布进行了研究,并依据统计法建立了裂隙度的概念,但并未针对某一具体裂隙深度进行求解。在工程实际中,很多时候都是根据当地的地质勘察资料和当前气候条件进行经验估算得到裂隙深度。根据经验统计分析,膨胀土体的稳定性系数随着裂缝深度的变化幅度基本在10%以下,就可以在进行稳定性计算时取稳定性系数为最小时的深度。

1.3 膨胀土的渗透性

非裂隙性的膨胀土渗透系数很小,对边坡土体的稳定性影响很小,因此关于非裂隙性的边坡渗流问题研究的文献也比较少,只有少部分文献研究了裂隙生成后的渗流问题。对于边坡表层的膨胀土受风化应力改造比较严重,裂隙发育较多,大小不一,根据不同的工程地质条件,边坡形态,雨水入渗对边坡会产生不同程度的影响,对边坡稳定性造成一定的威胁。袁俊平初步建立了非饱和膨胀土边坡裂隙网络的入渗模型。

1.4 膨胀力与含水率的关系

膨胀土遇水后会产生膨胀力,而大气条件下膨胀土吸水后产生膨胀力的情况要比室内膨胀力测试实验复杂得多,室内试验膨胀土试样完全浸入在水中,并且在测试过程当中完全没有变形,这与大气条件下差别较大,因此准确测定膨胀力困难比较大。卢肇钧定义膨胀土的的膨胀力为土体积不变的情况下测定的,现在土工试验规程也使用了这种方法。Asuri Sridharan设计了三种方法来测定膨胀力,包括自由膨胀法、线性求解法和定体积法,从不同的角度,通过大量实验对比分析三种方法的不同特点,测定膨胀力以获得更加合理的方法,同时还总结出了膨胀力与初始含水率和干密度的关系。

2 膨胀土边坡稳定性分析

2.1 室内试验研究

目前室内试验是获取膨胀土的膨胀力和强度参数的主要方法,在进行稳定性计算时往往要先做室内试验。

2.1.1 膨胀力试验

膨胀力试验测量的是膨胀土试样在不同初始含水率试样达到或接近试样的最大干密度条件下的膨胀力,分析了膨胀力与含水率之间的关系并且实现了定量化,能够为极限平衡计通过研究以往试验可以发现,试样在实验前虽然含水率相差很大,膨胀力试验结束后发现含水率都接近塑限。膨胀速度呈现先快后慢的趋势。在实验过程中,当膨胀力趋于稳定的并且接近末尾阶段,不同试样表现出了不一样的变形差别,含水率大于等于最优含水率的试样完全限制试样变形,在实际条件下,膨胀土边坡的变形是不可能被完全限制住的,因此在进行极限平衡计算时需要选择一个合理的折减系数来平衡实验室与实际间的差别。

2.1.2 压实性膨胀土的抗剪强度试验

压实性膨胀土的抗剪强度试验测定了膨胀土抗剪强度随含水率的变化情况而变化的规律,为膨胀土边坡稳定性计算提供定量数据。

在做固结慢剪试验时,需要制备不同含水率的试样,并且固定一个压实度作为基准,在制备试样时,分别将试样压实到相对于试样的最大干密度。当固定一个含水率的值的时候,制备不同压实度的试样,来考察最优含水率附近压实度对强度的影响。还可以控制含水率,制备不同压实度的试样来进行快剪试验。

2.2 大气作用下的试验研究

孔令伟[6]研究了大气作用下膨胀土边坡的现场响应试验研究。试验场地选在了广西南宁郊外,属于亚热带季风气候,日照充足,降水量大,雨季旱季分界明显。多年平均降雨量约为1318mm,其中雨季的降水量达到全年降水的80%,年平均蒸发量约为1220mm。地形地貌属于垄状地貌,选在一块面西向的缓坡上,坡度较小,10°-14.5°,边坡上安装相关检测设备,包括小型气象站、TDR土壤含水率测量系统、测斜管、沉降传感器等。

通过试验数据分析得出:降雨量、蒸发量、净辐射量、湿度等都会对膨胀土的含水率有影响,但是降雨和蒸发两个参数是影响程度最大的,进而影响膨胀土边坡稳定性;土壤温度是与净辐射量有关系,在一定程度上可以间接性的反映边坡不同温度区域的含水率情况;植被覆盖对膨胀土边坡的变形有一定影响,植被可以保持水分、固定土壤、控制径流,进而影响边坡的稳定性。

3 总结

膨胀土的特殊性使得膨胀土坡稳定性变差,膨胀土工程边坡经常发生滑坡等地质灾害。影响膨胀土边坡稳定性的最重要因素为裂缝的开裂情况,裂缝即降低了土体强度,又为雨水入渗提供通道,加剧土体抗剪强度的降低,最终导致土体变形失稳。

对于膨胀土的研究日渐成熟,但也存在很多尚待解决的问题,在理论研究结合生产实践的基础上,对膨胀土的认识会进一步,为实际工程带来帮助。

参 考 文 献

[1] JTJ033一95公路路基施工技术规范.

[2] 孙志伟.裂隙膨胀土切岭滑坡形成机理及发育阶段分析[J].中国地质灾害与防治学报.1994,6(5):60-65.

[3] Huang X L.Problems of buildings on slopes of expansive soils[A].Proc of the Inter Conf on Engineering Problems of Regional Soils[C].Beijing,China,1998.67-110.

[4] 林鲁生,蒋刚.考虑降雨入渗影响的边坡稳定分析方法探讨[J].武汉大学学报(工学版),2001,34(1):42-44.

[5] 中华人民共和国行业标准,公路土工试验规程(JTJO51-93).人民交通出版社,1993.

4.边坡稳定性监测分析 篇四

【摘 要】高填方边坡的稳定性一直都是影响工程质量与安全的一大重要技术问题,如何对高填方边坡的稳定性做到准确分析,并寻找对应的加固方法,已经成为边坡工程的一个难题。本文通过实例对高填方边坡的稳定性进行分析,并探求合理的对策,以避免发生边坡失稳事故。【关键词】高填方边坡;稳定性;对策

高填方是指根据需要将指定区域用土、水泥或石子等材料用分层或者碾压等方式,建成比周围建筑高一些的设计。高填方边坡就是用高填方设计方式加高的边坡。由于高填方边坡突出位置,其稳定性不仅关系到边坡的稳固,而且一旦出现崩塌等情况将危及到周围的建筑、人等,因此高填方边坡的稳定性不容我们忽视。本人于2012年初接到“梧州市220kV红岭变电站”(现已改名为翡翠变)的设计任务,负责该工程的„三通一平‟等施工图纸的设计工作。220kV红岭变为广西首个3C绿色智能变电站。该工程选定的站址,位于梧州市火车站西偏南位置,该区域拟建成物流园区,站址紧临城市政规划路。220kV红岭变站区场地南面为填方段,按照场平标高(56m-55.75m),红岭站址填土边坡最高为26米。因此该工程初设阶段考虑采用自然放坡和坦萨生态边坡两种方案。坦萨生态边坡方案节省占地,由于进行加筋处理,分层碾压后能有效控制不均匀沉降。回填土方量小,需要外购土少,有效减少外运填料产生的费用。完工后与周围环境能很好融为一体。自然放坡与塔萨方案比较,自然放坡征地面积大6亩,临时用地大6.7亩,回填土方多34000m3,挡土墙多1860m3。自然放坡较塔萨方案工程总造价多140万。

1.高填方边坡稳定性分析方法与加固技术的研究现状

1.1高填方边坡稳定性分析方法的研究现状

滑坡现象在自然界中时常发生,也引起了人们广泛的关注。早期人们应对高填方边坡主要采取定性分析的方法,其未能得出高填方边坡稳定性的相关数据,只能大致确定是否稳定。随着人们对高填方边坡稳定性的深入研究和探索,人们开始使用一些定量分析的方法,从不同角度建立模型对边坡的稳定性进行研究,使得出的高填方边坡稳定性的结果得到数据支持。截止到目前,高填方边坡稳定性分析主要有定性分析法和定量分析法两种方法。根据不同的边坡,定性分析法可分为自然历史分析法、诺模图法、赤平极射投影法、工程类比法、专家系统、范例推理法等方法,表1列出了定性分析法上述方法的原理及其发展动态。定量分析法又确定性分析法和不确定分析法;确定性分析法包括极限平衡法和数值分析法,极限平衡法包括瑞典条分法、Bishop条分法、Sarma法、斯宾塞法、摩根斯坦-普赖斯法、传递系数法等方法,数值分析法包括有限元法(FEM)、有限差分法(FDM)、无界元法(IDEM)、数值流形元法(NMM)等方法;不确定分析法包括可靠度评价法、人工神经网络分析法(ANN)、灰色系统评价法、模糊评价法、遗传法、综合法等方法。

1.2高填方边坡加固技术的研究现状

高填方边坡滑坡、坍塌等边坡稳定性不良带来的危害会带来经济损失,甚至造成不可逆转的巨大灾害,因此,对高填方边坡的加固技术进行研究具有重要的现实意义和社会意义。随着工程师应对具有不同稳定性的边坡,截止到目前,已经研究出了不少高填方边坡的加固技术。高填方边坡的加固技术主要包括重力式挡墙、抗滑桩、扶壁式挡墙锚杆技术、悬臂式挡墙、格构加固、喷锚网支护、坡虑法、注浆加固、悬挂式挡墙等加固技术。现有的高填方边坡加固技术多种多样,针对具有不同稳定性的高填方边坡,我们需要选择合适的加固技术,以而不能盲目选择。同时,我们还可以针对不同的边坡可以创新或完善已有的边坡加固技术,尽全力去消除可以避免安全隐患,以保障人类和财产等的安全。

2.高填方边坡的稳定性分析

针对梧州市220kV红岭变电站中高填方边坡的项目,我们采取了定量分析法与定性分析法结合的方法对其的稳定性进行分析:(1)影响高填方边坡的稳定性的因素;本项目定性分析了梧州市220kV红岭变电站中高填方边坡的地质、水文、边坡成因等影响边坡稳定性因素,定量分析了边坡的高度、面积、经济效益等影响边坡稳定性的因素。(2)影响高填方边坡稳定性因素的敏感性分析;灰色关联度方法是研究相关因素曲线的变化趋势、方向、大小、速度等变化态势相似程度,越相似关联度越大影响越大,反之越小。本项目中采取灰色关联度的方法对找出的影响边坡稳定性的因数进行主次分析,确定出最具影响力的几个关键因素。(3)选取合适的高填方边坡稳定性的分析方法;针对梧州市220kV红岭变电站中高填方边坡的影响因素,选取了定性分析法和定量分析法中的极限平衡法。(4)建立合适的模型;确定这个边坡模型结构的边界条件、横截面的形状、地质属性相关数据、承载能力等建立合适的模型。(5)确定处理方法;根据模型得出的相关数据确定土和加固材料钢筋等对接触面的处理,梧州市220kV红岭变电站中高填方边坡采取了自然放坡的方式,先建立模型,然后对单元进行填土和其他材料,不断重复直至结束。

3.高填方边坡的治理对策

若高填方边坡由于不稳定的原因发生事故,后果甚至可能出人意料,对于高填方边坡的稳定性一旦发现问题,就应当采取合适的治理措施,以杜绝可以避免的安全隐患:(1)根据高填方边坡所处的环境、机构等影响边坡稳定性的因素,找出可以解决高填方边坡稳定性的一些备选方案,是一种多属性决策的方法,可以根据影响因素的权重、主次等进行对策选择。(2)再根据实际情况从备选方案确定较优的选择,目前高填方边坡的治理对策有消坡减载、挡土墙工程、锚固工程、抗滑桩工程、护坡工程以及排水工程等措施,可以根据实际情况采取多种方案综合实施。(3)从可行性方面、环境方面、工期方面、安全可靠方面、经济效益方面、操作难易方面等方面对高填方边坡的治理对策的熵权多目标优选进行决选,确定最终的高填方边坡的治理对策。(4)对高填方边坡的治理对策进行设计实施;梧州市220kV红岭变电站站址附近区域拟建成物流园区,附近地区列入2013长洲区政府征地拆迁计划任务,并希望于年底完成征地工作。经过业主方,梧州市运行维护局多方协调,梧州市商贸物流园管理委员会同意配合本工程建设,将建设站址附近市政道路开挖的多余土方,回填至变电站附近的冲沟,使变电站远离高边坡,以节省高边坡的处理费用。故初设收口的站区土方按站区西南面围墙距离回填边坡顶40米计算,回填坡比为1:1.5,中间设三个马道,马道宽2.5米,马道及边坡外沿均设置截水沟,坡面植草皮,防止水土流失。该方案得到审查通过,施工图纸已于2012年8月正式出版,边坡工程正在施工(见附图)。

4.总结

高填方边坡的稳定性问题看似只是工程中的一个问题,但是如果不能很好的解决,很可能造成重大事故和严重损失,我们应当加以重视。针对不同的高填方边坡,我们可以从多种高填方边坡稳定性分析方法中选择一个或多种方法组合,然后再根据实际情况从可行性、地质水文、单元截面、经济效益等方面用定性和定量分析法结合的方法确定最优方案,以将高填方边坡的稳定性提高到能提高的最高程度。参考文献:

5.指定界面边坡稳定分析方法的改进 篇五

指定界面边坡稳定分析方法的改进

垃圾填埋场场底防渗系统经常作为软弱层需要分析沿其界面的稳定性,目前常用软件不能直接用于分析,需要对输入的.模型进行改进,以求稳定分析更真实地反应出边坡在指定界面处的安全系数.

作 者:余国平YU Guo-ping 作者单位:中国瑞林工程技术有限公司,江西南昌,330002刊 名:有色冶金设计与研究英文刊名:NONFERROUS METALS ENGINEERING & RESEARCH年,卷(期):30(6)分类号:X703.1关键词:稳定分析 垃圾边坡 指定界面

6.边坡稳定性监测分析 篇六

某路堑边坡稳定影响因素敏感性分析

路堑边坡稳定性受多种内外因素的影响.运用因素敏感性分析方法,对边坡稳定性有较大影响的因素进行检查和分析,可以确定影响滑坡稳定性的最敏感和较敏感因素,从而更加有针对性地进行滑坡监测和防治工作.为此,本文以广东省某高速公路路堑边坡稳定影响因素敏感性分析为例,在边坡工程地质条件分析的`基础上,首先对影响边坡稳定的因素进行了定性分析,然后从定量的角度对其敏感性进行了分析.

作 者:林贤蓬 周燕聪 作者单位:广东省地质局,七一九地质大队,广东,肇庆,526020刊 名:中国水运(下半月)英文刊名:CHINA WATER TRANSPORT年,卷(期):9(9)分类号:P692.22关键词:路堑边坡 稳定性 影响因素 敏感性分析

7.边坡稳定性监测分析 篇七

由于受到双重采动效应,露井联采边坡岩体变形量值及变形范围己远远超过了原有的单一采动理论认识[1],其变形破坏机制及稳定性问题极为复杂。掌握露井联采边坡岩移规律及其稳定性状态,是确保安全生产和提出合理防治措施的前提。

对于如何分析地下采动对边坡稳定性的影响,国外很少见到这方面的研究资料[2]。近10 ~ 20 年,部分学者结合具体矿山工程实际,应用数值模拟[3 - 8]、模型试验[9 - 10]、现场监测[11,12]或综合手段[13]对露井联采边坡岩体的变形破坏规律、两种采动效应间的相互影响、警戒煤柱宽度及顶板安全厚度等问题进行了研究。孙世国等[6,11,14]在露井联采边坡的变形规律与机理方面开展了大量的有意义的研究,尤其推导得出了边坡的稳定系数计算式,但要据此方法计算边坡的稳定系数必须先求出中间未知量—岩体的变形参量,鉴于露井联采条件下岩体变形和破坏规律的复杂性,很难准确得出变形参量,因此,未能在工程实际中得到较多的应用和推广。王东等[15]在对露井联采边坡破坏形式进行类型划分的基础上,提出了基于极限平衡理论的露井联采边坡稳定性计算方法,但该方法中涉及到的岩体残余强度很难准确获得,亦未能得到广泛应用。

迄今为止,位移监测是解决露井联采高陡长大边坡稳定性问题最为有效的手段。本文以平庄西露天矿顶帮边坡为研究对象,通过对比分析地表位移监测数据,研究露井联采高陡长大边坡的岩移规律,同时判定其稳定性状态,为及时采取合理的滑坡灾害防治措施提供依据,为类似条件下边坡稳定性研究提供借鉴。

1 工程背景与边坡工程地质条件分析

平庄西露天矿顶帮边坡走向长3. 8km,地层倾角10° ~ 20°,整体到界帮坡角22° ~ 34°,最大高度为336m。受到剥采比的限制,平庄西露天矿主采的1#和2#煤层的深部划分给五家矿四井,采煤方法为倾斜长壁采煤法,顶板处理方法为垮落法。

边坡自上而下的组成岩石为散体状玄武岩( N2β) 、新近系沉积岩( N) 、白垩系沉积岩( J35) 、辉绿岩( βu) 、以及煤层。煤层顶板辉绿岩体强度高、稳定性较好,对顶帮上部岩体有一定的承托作用。边坡内部有F1、F3两条较大的正断层,与顶帮边坡均向西南方向倾斜,不利于边坡稳定性。坡体内自上而下赋存4 个产状基本与煤层一致的弱层,分别为C弱层、B弱层、A4弱层和A弱层,边坡上部经多次滑坡已趋于稳定,仅位于辉绿岩顶板的A4、A弱层对现状边坡稳定性影响较大。按照平面形态、地下空区分布情况、地质构造等条件可将顶帮边坡沿走向方向划分为I区、II区、III区、IV区4 个工程地质分区,地下空区分布在II区凸边坡和III区直线边坡下部,为本文重点研究对象。平庄西露天矿顶帮II区和III区边坡的空间几何形态、地层岩性、地质构造以及地下空区与边坡间的空间关系见图1所示。

2 典型滑坡位移- 时间特征分析

大量滑坡变形监测结果表明,边坡的变形往往具有蠕变特点,即从开始出现变形到最终失稳破坏一般需经历与岩土体蠕变曲线类似的初始变形、等速变形和加速变形3 个阶段,见图2 中的曲线1[16]。分别求出位移对时间的一阶和二阶导数,即可获得边坡位移速度- 时间曲线( 图2 中的曲线2) 和位移加速度- 时间曲线( 图2 中的曲线3) 。显然,边坡在初始变形阶段( AB) ,位移加速度a < 0 ; 在等速变形阶段( BC) ,位移加速度a = 0 ; 一旦进入加速变形阶段( CD) ,则位移加速度a > 0 。边坡在初始变形和等速变形阶段是稳定的,只有当边坡进入加速变形阶段,即预示着边坡演化将进入整体失稳破坏的临界状态,滑坡即将发生,据此可判定边坡的稳定性状态。

3 监测点布置情况

结合现场工程地质条件并考虑到采矿工程活动区域,平庄西露天矿共在顶帮边坡布设了68 个地表位移监测点( 命名原则为“标高_剖面号”) 。由于上部边坡经过多年变形、滑动已趋于稳定,同时为反应地下开采造成的边坡移动规律,这些监测点基本布置在井工开采范围上方和顶帮边坡体内的A4、A弱层以上、+ 572m以下,大致沿边坡走向或倾向线型布置,形成类方格形观测网; 采用全站仪进行量测,测量方法为边角边法,监测周期一般依据边坡变形情况与工程活动范围为3 ~ 15 天不等。II区和III区分别布置了23 个和28 个位移监测点,部分监测点布置在地下采区上方,以尽可能反映井工开采引起的地面下沉和边坡的整体变形规律( 见图1) 。

4 边坡岩移规律与稳定性分析

结合平庄西露天矿顶帮边坡地表位移监测点布置的整体情况,人为选取并假定了布置在矿井东、西部边界附近的2 条监测线、边坡走向方向的2 条监测线和倾向方向的3 条监测线,对监测数据进行整理,用于分析边坡稳定性。由于没有准确的位移速率阈值来判断边坡所处的状态,仅绘制了各个监测线的位移历时曲线与位移加速度历时曲线。为消除初始监测时间差异,取各监测点同一时间区段( 2008 年9 月- 2010 年6 月) 内的监测数据进行对比分析。

4. 1 井采边界监测线数据分析

图3 和图4 分别为5 家4 井西部与东部边界监测线的监测结果,可用于分析露天与井工联合开挖效应的地表移动规律,确定井工开采对顶帮边坡的影响范围。对比分析可知,井采西部边界附近岩体的水平位移受断层影响较大,与F1和F3断层之间的距离越大,水平位移量越小; 岩体的垂直位移累积量自南向北逐渐减小,距离采空区较远的608_4300监测点并未受到地下开采影响。对于井采东部边界附近岩体,水平位移表现为II区凸边坡最为显著,III区直线边坡也较大,I区凹边坡最小,表明边坡平面形态是影响边坡变形和稳定性的重要因素; 岩体垂直位移约以572 水平为分界线,上部明显大于下部,表明+ 572m基本就是地下开采影响的边界。

总体上看,井采边界附近岩体处于等速变形阶段; 地下开采下山一侧岩体的水平位移主要受F1断层影响,距离F1断层越近,水平位移量越大,而上山一侧岩体的水平位移主要受露天开挖和边坡平面形态影响; 地下开采影响的边界在边坡表面的出露标高大致为+ 572m。

4. 2 边坡走向方向监测线数据分析

边坡滑移主要受辉绿岩顶板A4、A弱层控制,故选取弱层附近的512 水平走向监测线和464 水平走向监测线进行分析,目的是通过对比分析走向方向不同位置的变形情况评价现状边坡的稳定性状态,同时预测边坡相对危险的区域。两条走向方向监测线监测结果分别见图5 和图6( 为减小篇幅,不再重复列出各监测点的位移加速度历时曲线) 。分析可知,受到边坡形态的影响,II区凸边坡较III区直线边坡变形明显,为顶帮边坡的相对不稳定区域;A弱层以上一定范围内岩体位移呈上升趋势,而下部上升趋势较明显,基本趋势是距离A弱层越近,上升越明显,表明岩体向露天采空区滑移过程中要受到逆倾A弱层的控制; 边坡无明显加速变形现象,整体上处于等速变形阶段。

4. 3 边坡倾向方向监测线数据分析

为进一步揭示地下开采对露天矿边坡稳定性的影响,根据边坡下是否含地下空区和边坡平面形态,分别选取3 条典型的倾向方向监测线进行详细对比分析,其中0 线剖面处边坡为凸边坡、含地下采区,3 700剖面处边坡为直线边坡、含地下采区,4 500 剖面处边坡为直线边坡、不含地下采区。三条倾向方向监测线监测结果分别见图7 ~ 图9。分析可知,各个倾向剖面的上部岩体均表现为下沉,弱层以上附近岩体表现为上升,说明下部岩体滑移主要受A弱层控制; 4 500 剖面由于不含地下采区使得上部岩体下沉量较小,但相对于受到地下空区影响的0 线剖面和3 700 剖面,水平位移量明显减少,这似乎和被广泛认可的露井联采位移叠加理论相矛盾。详细分析其原因就会发现,由于地下开采引起的F1断层活化造成地下空区上方岩体沿该断层滑移、下沉,进而推动边坡整体向露天采空区移动。从边坡稳定性状态上看,4 500 剖面最好,3 700 剖面次之,0 线剖面最差,表明边坡外凸和地下开采均不利于边坡的稳定性。

5 结论

1) 边坡岩移规律及稳定性主要受到断层、弱层、地下开采及边坡平面形态等因素的综合控制,A弱层是边坡整体滑移的下部边界; 现状边坡整体处于等速变形阶段,但II区凸边坡变形相对明显,为顶帮边坡的相对不稳定区域。

2) 地下开采下山一侧岩体的水平位移受F1断层影响显著,距离F1断层越近,位移量越大; 上山一侧岩体的水平位移主要受边坡形态和露天开挖影响,凸边坡岩体位移量较直线边坡大,露天开挖也会造成位移量增加。

3) 地下开采对边坡稳定性影响范围的边界大约为边坡表面出露标高+ 572m,若边坡潜在滑面上部出露于该标高以上,其稳定性将受到一定影响; 地下开采引起的F1断层活化使得地下空区上方岩体沿该断层滑移、下沉,是边坡滑移的主要原因。

摘要:为掌握平庄西露天矿露井联采顶帮边坡的岩移规律与稳定性状态,揭示地下开采对边坡稳定性的影响,基于对典型滑坡位移-时间特征的认识,提出用位移历时曲线与位移加速度历时曲线形态判断边坡稳定性状态,并详细对比分析了布置在井工开采边界以及边坡走向与倾向方向上各监测线的地表位移监测数据。结果表明,平庄西露天矿顶帮现状边坡整体处于稳定状态,II区凸边坡为相对不稳定区域;边坡岩移规律及稳定性主要受断层、弱层、边坡平面形态、地下开采及其引起的断层活化等因素综合控制;地下开采对边坡稳定性影响范围的边界大约在边坡表面出露标高+572m。

8.堆积体边坡稳定性分析研究现状 篇八

【关键词】堆积体;边坡;稳定性分析;研究现状

0.引言

我国是一个地质灾害十分频繁的国家,尤其是我国西南地区,不仅地质灾害数量多,而且灾种全。其中崩塌、滑坡、泥石流等浅层表生地质灾害异常突出,分布有大量的由滑坡堆积、崩塌堆积、残积层、冰溃堆积、坡积物等组成的松散堆积体斜坡[1]。与此同时,西南地区一系列大型乃至巨型正在建设或规划中的水电站相继开工建设,在复杂地质环境和大规模工程活动、水库蓄水及暴雨等复杂条件下,可能会有大量的水库库岸堆积体边坡发生变形甚至失稳破坏。

水库库岸堆积体边坡失稳的代价是巨大的。斜坡或边坡作为一种人类不可回避的地学环境与工程形式,总是伴随着人类的工程活动,人类为了安全始终关注着边坡的稳定性。一百多年来,人们对边坡变形过程、失稳形式、失稳机制、稳定评价及滑坡预测预报等进行了广泛的研究,借助数学、力学和计算科学理论与方法,试图对边坡的稳定、演化及滑坡的预测预报进行研究,并应用到工程实践中。

1.土坡稳定性分析理论研究现状

1.1边坡稳定性分析现状

边坡失稳作为普遍存在的工程问题受到国内外学者的重视。对此课题的研究,国内外都经历了从实践积累到理论归纳,再实践,再归纳,并逐步总结提高的过程。十九世纪末二十世纪初,随着发达国家的大规模土木工程建设,大量边坡工程问题、特别是滑坡问题随之产生,并造成了很大损失,人们开始应用材料力学和近代土力学的理论对边坡问题进行半经验、半理论的研究。上世纪五十年代,我国学者引进了前苏联的工程地质分析的体系,继承和发展了地质历史分析法,着重研究边坡的工程地质背景和边坡类型的划分,以此进行边坡的工程地质类比分析,在滑坡的分析和研究中取得了一定的成果。

1.2边坡稳定研究方法现状

研究边坡稳定的方法主要有:“地质历史分析”方法、极限平衡法、概率分析法、极限分析法、数值计算分析方法、物理模拟法、非线性方法等。现将主要边坡稳定性评价方法列述如下:

(1)“地质历史分析”方法:五十年代,我国许多工程地质工作者在滑坡研究中采用了苏联的“地质历史分析”方法[4],但该方法偏重于定性描述和分析。

(2)极限平衡法:极限平衡法是一种定量方法,也是工程中使用最多、最成熟的方法,其理论基础为极限平衡理论。它通过分析在临界破坏状态下,土体外力与内部强度所提供的抗力之间的平衡计算土体在自身和外荷作用下的稳定程度。同时,根据假设不同而形成不同方法,具有不同的适用范围。

(3)极限分析法:岩土工程极限分析是典型的塑性极限分析问题。塑性极限分析对象包括塑性区Gussmnna.P提出了运动单元法,以莫尔一库仑岩土介质为研究对象,采用离散技术与现代数值手段,通过运动分析、静力分析和求多变量目标函数值的优化分析,有效地分析了地基极限承载、挡土墙极限土压力及斜坡稳定性问题。

(4)数值计算分析方法:数值计算方法上,随着计算机的普及和发展,出现了一批以弹性力学、结构力学为基础的数值计算方法:FDM(有限差分法)、FEM(有限单元法)、DEM(离散单元法)、DDA(不连续变形分析)、FLAC(快速拉格朗日插值)、NNM(流形元方法)等。

(5)非确定性分析方法:该方法的评价基础是工程地质类比法、滑坡静态规律的认识以及预测科学的一般原理。随着概率论、数理统计、信息理论、模糊数学等方法用于滑坡预测,目前已形成了多种预测模型。其预测成果可相互对比、检验,使预测成果更具合理性、科学性。目前常用的非确定性定量分析方法主要有以下几种[7]:①经验方法;②数理统计方法;③信息模型法;④模糊数学评判法;⑤灰色系统方法;⑥模式识别方法;⑦非线性模型预测法;⑧人工智能法。

其中,数值计算分析方法又可以分为如下几种:

①有限单元法(FEM):该方法是目前应用最广泛的数值分析方法。它能够考虑滑坡体的非均质性、不连续性等特征,考虑岩体的应力应变特征,避免将坡体视为刚体,能够切实地以应力、应变为变量分析边坡的变形破坏机制,对了解滑坡的应力分布、应变发展很有利。其不足之处是:数据准备工作量大,而且原始数据易出错,不能保证整个区域内某些物理量的连续性;对解决无限性问题、应力集中等问题精度较差。

②边界单元法(BEM):该方法只需对已知区域的边界进行极限离散化,具有输入数据少的特点。其计算精度较高,在处理无限域方面有明显的优势。其不足之处为:一般边界元法得到的线性方程组的关系矩阵是满的不对称矩阵,不能采用有限元中成熟的求解稀疏对称矩阵的解法。另外,边界元法在处理材料的非线性严重不均匀的滑坡问题方面,远不如有限元法。

③快速拉格朗日分析法(FLAC):为了克服有限元等数值分析法不能求解岩土大变形问题的缺陷,人们根据显式有限差分原理,提出了FLAC数值分析方法。该方法较有限元方法能更好地考虑岩土体的不连续性和大变形特征,求解速度较快。其缺点是同有限单元法一样,计算边界单元网格的划分带有很大的随意性。

④离散单元法(DEM):该方法可以直接反映岩体变化的应力场、位移场以及速度场等各个参量的变化,也可以模拟边坡失稳的全过程。另外,该方法特别适合块裂介质的大变形及破坏问题的分析,但所需计算时步非常小,阻尼系数也难以确定。

⑤块体理论(BT):该方法是以构造地质和简单的力学平衡计算为基础,利用拓朴学和群论提出的一种评价三维不连续岩体稳定性的方法。随着关键块体类型的确定,块体理论能够找出具有潜在危险的关键块体的临空面位置及分布。

除以上几种方法外,近几年还出现了如无界元(IDEM),不连续变形分析(DDA)等方法。此外,由于工程实践的需要,出现了多种数值方法的算法,使滑坡稳定分析数值方法化的趋势更加明显。但数值分析方法也存在着不足:由于地质条件的复杂性及认识的局限性,往往使计由于计算参数的选取是以某种简化为基础的,与实际存在一定误差,继而影响了计算结果的精度[5,6,7,8,9,10]。

1.3边坡参数选取研究现状

边坡的静力稳定研究中,计算采用参数的准确程度会对边坡稳定的评价结果产生重大的影响,因此,本节对边坡物理力学参数选取的研究现状进行论述。

当前国内外岩体力学参数选取研究的总趋势是有经验、半经验、精度较低的数值计算方法向考虑多种因素影响,计算过程复杂、精度较高代表性较强的数值中计算分析法发展。尤其是计算机的使用,使这一领域的研究加快。岩体力学参数选取常用的方法有点群中心法、优定斜率法、最小二乘法、随机一模糊法等。点群中心法由于人为因素影响过多,目前已不常采用,国内对于岩体力学参数的研究主要是从岩体力学参数本身所包含的随机性和模糊性出发,应用随机理论和模糊数学的方法,对试验所得的数据进行分析以获得更为逼近岩体力学实际参数的“真值”[11]。

1.3.1水库库岸堆积体边坡塌岸范围预测方法研究现状

水库蓄水运行过程中,库岸所处的地质环境将发生改变,自然平衡条件遭到破坏,引起岸坡变形失稳,库岸线也逐渐后退,直至达到新的平衡状态为止,这一过程称为库岸再造。库岸再造是一个十分复杂的动力地质过程,受岸坡物质组成、结构特征、形态及水流等多因素控制,塌岸过程复杂,尚无法精确地通过数学计算式来表达。

1.3.2地震作用下边坡稳定性分析研究现状

地震边坡稳定性研究是边坡稳定性研究的重要方面,是岩土工程和地震工程中关心的重要问题之一。刘红帅等认为,从地震作用下是否考虑边坡岩体参数的不确定性的观点来看,岩土边坡地震稳定分析方法可分为确定性方法和概率分析方法两大类;从边坡稳定性计算中对地震动作用的不同处理方式来看,岩土边坡地震稳定性分析方法宜分为拟静力法、滑块分析法、数值模拟法和试验法四大类[5,10,12-18]。

2.结束语

目前,我国的大部分已建、正在兴建和规划中的水利水电工程都在该地区。水利工程中库岸边坡的滑动范围和稳定性问题是大坝安全、社会效益和水利工程经济效益考虑的重要因素之一。同时,西南地区地壳活动频繁,地震震级高、强度大,大量库岸边坡都是重力崩塌堆积体。西南堆积体边坡,考虑地震作用下修正塌岸预测方法中图解法,并将其用于预测边坡滑动范围;与实际情况对比进行反分析,藉此评价堆积体边坡震后滑动范围图解法反分析在工程上的适用性。

【参考文献】

[1]丁秀美.西南地区复杂环境下典型堆积(填)体抖坡变形及稳定性研究.成都理工大学,2005,1.

[2]曹毅然等编.国土资源部实物地质资料中心集刊第15号[M].北京:地质出版社,2002.

[3]黄润秋.高边坡整体稳定性综合评价探讨[J].水文地质工程地质,1995,22(6).

[4]张悼元,王士天,王兰生.工程地质分析原理(第二版)[M].北京:地质出版社,1994.

[5]汪贤良.强震作用下堆积体边坡变形特征和稳定性分析.成都理工大学硕士学位论文,2009,5.

[6]杜明亮.考虑渗流作用的土质边坡稳定性分析.河海大学地质及岩土工程系硕士论文,2007,5.

[7]郑颖人,赵尚毅,张鲁渝.用有限元强度折减法进行边坡稳定分析.中国工程科学,2002,10,4(10).

[8]Dawson E M,Roth W H,Drescher A.Slope stability analysis by strength reduction.Geotechnique,1999,496,49(6):835-840.

[9]Griffiths D V,Lane P A.Slope stability analysis by finite elements.Geotechnique,1999,493,49(3):387-403.

[10]Sarma S K.Stability analysis of embankments and slopes.Geotech.Eng.ASCE,1979,10512,105(12):1511-1524.

[11]姜彤.边坡在地震力作用下的加卸载响应规律与非线性稳定分析.中国地震局地质研究所固体地球物理博士论文,2004,7.

[12]马芳芳.基于地震动力时程反应的有限元边坡稳定性分析.大连理工大学硕士论文,2005,6.

[13]祁生文,伍法权,刘春玲,丁彦慧.地震边坡稳定性的工程地质分析.岩石力学与工程学报,2004,8,23(16).

[14]刘立平,雷尊宇,周富春,地震边坡稳定分析方法综述,重庆交通学院学报, 2001.9,3(20).

[15]Zienkiewicz O C,Humpeson C,Lewis R W.Associated and nonassociated visco-plasticity in soil mechanics.Geotechnique,1975,254,25(4):671-689.

[16]P.A.Lane,D.V.Griffiths.Assessment of Stability of Slopes under Drawdown Conditions .Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering.2000,Vol.1265,Vol.126(5):443-450.

[17]Newmark NM.Effects of earthquakes on dams and embankments.Geotechnique,1965,15,15(2):139-160.

上一篇:大学生特殊教育机构实习总结报告下一篇:范文仪个人资料