关键词：
边坡分析软件（精选十篇）
边坡分析软件 篇1
限于篇幅, 本文仅介绍目前常用的边坡数值分析软件:ANSYS、FLAC及SLIDE, 并利用典型算例比较了这些软件计算的安全系数。
1 边坡稳定分析软件及其基本原理
1.1 边坡稳定分析软件简介
ANSYS软件[1,2]是由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发, 融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。对于土木工程而言, 可以进行结构的静力分析、非线性分析、动力学分析、热分析及流体力学分析等。对于边坡稳定分析ANSYS软件较常采用的是有限元强度折减法。对于边坡稳定分析可以采用点安全系数等值线法和有限元强度折减法。本文计算实例采用的是有限元强度折减法。土体弹塑性模型采用Druker-Prager准则 (简称D-P准则) 。D-P准则在主应力空间的屈服面为光滑圆锥面, 在π平面上的图形为圆形, 表述极其简单且数值计算效率很高。
FLAC软件[3]是由美国Itasca ConsultingGroup, Inc开发的有限差分法程序, 可通过命令“SOLVE fos”实现强度折减算法, 并通过剪切应变率云图和 (或) 速度矢量等来表征滑面的性态。后该公司进一步在FLAC2D的基础上, 推出了FLAC/SLOPE, 该程序可视为FLAC2D程序的缩微版 (mini-version) , 专门用于边坡稳定的安全系数计算, 完全基于FLAC2D的图形界面 (Graphical Interface for Itasca Codes, GIIC) , 轻松创建土质或岩质边坡模型并进行安全系数计算。
SLIDE是加拿大RocScience公司开发的产品, 该软件使用垂直条块极限平衡分析方法来分析滑动面的稳定性, 可分析单条滑面, 也可使用自动搜索方法来搜寻给定边坡的临界滑动面。此外该软件集成了Bishop、Spencer和其他一些方法。在岩土工程和采矿领域, 该软件使岩土工程师可以对岩质和土质的地表和地下结构进行快速、准确地分析, 提高了工程的安全性并减少设计成本。
1.2 基本原理
边坡稳定分析的数值分析方法基本上可分为两大类:一类基于极限平衡方法;另一类则基于强度折减法。
1.2.1 极限平衡方法
边坡稳定分析的极限平衡方法是土力学中的一个经典领域, 该方法以摩尔-库仑抗剪强度理论为基础, 将滑坡体划分成若干垂直条块, 建立作用在垂直条块上的力的平衡方程式, 求解安全系数。该方法采用摩尔库仑屈服准则, 安全系数的定义为沿滑动面的抗剪强度与滑动面上实际剪力的比值, 用公式表示如下:
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1.2.2 强度折减法
1975年Zienkiewicz等首次在土工弹塑性有限元数值分析中提出了抗剪强度折减系数概念。但受到当时计算机发展水平的限制, 该方法并未得到广泛应用。近年来随着计算机技术的飞速发展, 该方法在实际中逐渐得到广泛应用[4,5,6,7]。其基本原理为:首先选取初始折减系数, 将岩土体强度参数进行折减, 将折减后的参数作为输入, 进行有限元计算, 若程序收敛, 则岩土体处于稳定状态, 然后再增加折减系数, 直到程序恰好不收敛, 此时的折减系数即为安全系数。该安全系数可由下面方法推得:
将式 (1) 两边同除以ω, 则有:
undefined
式中:undefined
可以看出, 有限元强度折减法在本质上与传统方法是一致的。
2 算例分析
2.1 问题描述
在边坡稳定分析中, 常常将其视为平面应变问题, 下面将以文献[8]中的典型算例来比较ANSYS、FLAC及SLIDE 3个软件计算的安全系数。该算例分别为一均质土坡, 坡高H=20m, 计算坡角为β=30°, 40°, 50°。边坡的物理力学参数:岩土体密度ρ为2500kg/m3;弹性模量E为10000MPa;泊松比μ为0.25;内聚力C为42kPa;内摩擦角φ为17°。
2.2 结果分析
不同软件计算的安全系数见表1。结果表明, 采用FLAC强度折减法、SLIDE Spencer法及Bishop法求得的安全系数非常一致, 三者的最大误差在1%左右;而采用ANSYS强度折减法计算所得安全系数偏大, 较FLAC强度折减法、SLIDE Bishop法及Spencer法平均误差分别达到了24.79%、25.04%和25.04%。主要原因在于有限元强度折减法所得的安全系数与所使用的屈服准则密切相关, 不同的屈服准则得到的安全系数亦不同, 而ANSYS软件采用的外接圆D-P准则偏差最大。此外, 以ANSYS强度折减法和SLIDE Spencer法为例, 当坡角为30°、40°和50°时, ANSYS强度折减法的误差分别达到了22.84%、24.68%和27.70%, 可以看出误差随着坡角的增大有增大的趋势。
3 结论
1) 随着电子计算机的飞速发展, 数值方法日益成为边坡稳定分析的主要方法。直接利用相关计算软件进行边坡稳定分析是可行的, 值得在边坡工程中进行推广;
2) 从计算机时来看, 相对于FLAC 和SLIDE软件, 运用ANSYS强度折减法分析时要耗费相对较多的计算机时, 且其结果往往会受到有限元网格划分密度的影响, 因此采用ANSYS软件时, 建议合理划分网格并采用高性能计算机;
3) 用FLAC 和SLIDE软件计算的安全系数较为一致, 二者精度要优越于ANSYS软件, 且由ANSYS软件所得安全系数的误差会随着坡角的增大而逐渐增大。因此, 在具体分析时应引起注意。
摘要：基于有限元强度折减理论和极限平衡理论, 分别采用3种边坡分析软件ANSYS、FLAC和SLIDE对一土质边坡进行稳定性分析。结果表明, ANSYS所得安全系数误差较大, 而FLAC和SLIDE结果相对一致, 在工程计算中具有一定的实用性和可靠性。
关键词：边坡分析软件,有限元强度折减法,极限平衡法,安全系数
参考文献
[1]ANSYS Advanced Analysis Techniques Guide.ANSYSInc.
[2]ANSYS Theory Reference.ANSYS Inc.
[3]Itasca Consulting Group Inc.FLAC2D (Fast Lagrangi-anAnalysis of Continua) Version5.0 User’s Guide[M].USA;Itasca Consulting Group Inc, 2005.
[4]赵尚毅, 郑颖人, 时卫民, 王敬林.用有限元强度折减法求边坡稳定安全系数[J].岩土工程学报, 2002, 24 (3) :343-346.
[5]蒋鑫, 邱延峻, 凌建明.强度折减法软件在评价边坡稳定性上之比较[J].地下空间与工程学报, 2008, 4 (2) :302-309.
[6]张鲁渝, 时卫民, 郑颖人.平面应变条件下土坡稳定有限元分析[J].岩土工程学报, 2002, 24 (4) :487-490.
[7]张鲁渝, 郑颖人, 赵尚毅.有限元强度折减系数法计算土坡稳定安全系数的精度研究[J].水利学报, 2003, 13 (1) :21-27.
公路边坡植物防护技术分析 篇2
作 者：刘泽辉 谢洪波 作者单位：刘泽辉(中交一公局第二工程有限公司,江苏苏州,215000)谢洪波(浙西高速公路管理有限公司,杭州,310014)
刊 名：科技资讯 英文刊名：SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION 年，卷(期)：2009 “”(4) 分类号：U412 关键词：高等级公路 生物防护 护坡植物★ 公路边的村庄
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水对边坡稳定影响的分析 篇3
【关键词】边坡;边坡稳定分析;边坡治水
随着现代化建设事业的迅速发展，各类工程大量开工建设，在这些工程的建设过程或建成后的运行期间,有时形成了大量边坡工程；这些边坡工程的稳定状况，会对整个工程的可行性、安全性及经济性等起重要的制约作用，并在很大程度上影响着工程建设的投资及使用效益。
1.综合分析水对边坡稳定的影响
（1）边坡的稳定是一个比较复杂的问题,影响边坡稳定性的因素较多，简单归纳起来有以下几个方面：边坡体自身材料的物理力学性质；边坡的形状和尺寸；边坡的工作条件；边坡的加固措施等等,在这其中水是边坡失稳的重要因素之一。现在簡单分析水流对边坡稳定性的影响边坡。一般说，水对边坡的影响主要分以下两个方面：一是使得边坡土体本身抗剪强度减少；二是使得边坡土体剪应力增加。
（2）边坡一般是倾斜坡面的土体或岩体边坡，由于坡面倾斜，在坡体本身重力及其他外力作用下，整个坡体有从高处向低处滑动的趋势，同时，由于坡体土(岩)自身具有一定的强度和人力的工程措施，它会产生阻止坡体下滑的抵抗力。一般来说，如果边坡土(岩) 体内部某一个面上的滑动力超过了(岩) 体抵抗滑动的能力，边坡将产生滑动，即失去稳定；如果滑动力小于抵抗力，则认为边坡是稳定的。
（3）水流渗进土体，使土体的密度增加，这是增加土体剪切应力的主要因素。水对岩质边坡的影响较小,这是因为岩质边坡的强度较高。当地表水在岩石坡面排泄受阻时，会加大岩体的重量,增加坡体的下滑力。对于遇水容易软化的岩层，地下水常可以使岩石内部的联结变弱,强度降低，从而导致土体康剪强度降低。
（4）地下水在渗流过程中会对岩土体颗粒施加一个动水压力。它是一个体积力，其大小与流动水的体积、水的容重和水力梯度有关,其方向与水流的方向一致。结构面的填充物在水的浮力作用下，重量降低，动水压力稍大时，就会带走结构面中的填充物颗粒，侵蚀掏空岩块之间的填充物；同时动水还会磨平粗糙的岩石面,使其变得光滑，降低了岩石的摩擦系数,减小了岩体的抗滑力，降低了边坡的稳定性。由于水流对边坡稳定性的影响非常大，所以边坡工程对水流的防治是边坡稳定的重要方面。
2.边坡治水方法措施
边坡治水包括坡面排水及坡体排水。坡面排水主要是通过设置坡顶截水沟、平台截水沟、边沟、排水沟及跌水与急流槽来实现。坡体排水设施主要有渗沟、盲沟及斜孔等。渗沟又分支撑渗沟、边坡渗沟和截水渗沟三种，主要作用截排地表以及几米范围内的地下水：盲沟(即渗水隧洞) 主要用于截排或引排埋藏较深的地下水；斜孔主要用于排除深层地下水，土层和岩层均可采用，一般用水平钻机,埋置排水管。同时，也可以通过在坡面植草绿化的方法减少水对坡面的渗入边坡。
3.结语
由于水对边坡的影响是多方面和多角度的，因此在防治边坡时，首先要做好对边坡水的处理，做好排水系统，包括地表排水系统和地下排水系统，使水对边坡的影响降到最低限度，甚至消除；其次，针对不同的边坡，了解地下水位情况，采取不同的方法进行加固，本着具体问题具体分析的原则因势利导，多角度、多方面的进行分析，最终采取最优的方法。
公路边坡防护技术分析 篇4
1 路基坡面防护简介
路基的坡面也叫边坡，坡面防护主要就是通过一定的技术措施来保护路基边坡表面，使其在非正常天气的情况下，减缓温度及湿度变化的影响，如在雨天让路基边坡免受雨水冲刷，有效防止和减少不良岩土表面的风化、剥落等，从路基整体上保证其稳定性，而且路基的坡面防护是可以提高公路的美化、亮化效果的，使公路不仅仅是人们通行的载体，也成为一道亮丽的风景线。路基边坡防护与加固应符合“因地制宜、就地取材、以防为主、防治结合、经久耐用、节省造价和造型美观”的原则。这些原则的广泛应用，是开展好路基坡面防护工作的重点。常用的坡面防护设施有植物防护和工程防护。目前，我国大部分公路边坡的防护还基本上采用“工程措施为主、植物措施为辅”的工程技术，但随着人们对美的要求的提高，对周围环境也产生了较高的要求，且由于人们对保护环境的重要性的认识，这种工程技术的适用范围和适用度正在逐步缩小。因此，从一定的层面上来讲，有“生命”的植物防护在维持路基边坡稳定、提高路基强度和改善道路环境方面，要优于无机物的工程防护。
2 工程防护
工程防护是一种传统的防护措施，在我国公路建设中已被成熟应用多年。这种防护主要是针对不适宜植物生长的土质填、挖方边坡或风化严重、节理发育的岩石路基边坡，以及碎(砾)石土的挖方边坡等或者是为了就地取材，降低工程成本时采用的。通常采用砂石、水泥、石灰等矿质材料进行坡面防护。
1)工程防护的优缺点。工程防护技术初期防护效果好，修建后见效快，作用也非常显著，经过多年的施工已逐步形成针对不同条件下的较成熟的设计、施工、维护技术措施。由于工程防护所用原材料比较容易取得，且可以提前预制，因此在施工中具有进度快、工期短的优点。但工程防护对自然环境破坏程度较大，生态环境效益极差，在路基施工中已经损坏的自然植被无法快速得到恢复。公路修建之处，只见黑、白两色，周围环境单调乏味，易对在公路行驶的人员造成视觉上的疲劳和厌倦的情绪，给公路行驶带来安全隐患。而且工程防护工程施工结束后，随着时间的推移，不论采用何种材料施工的防护措施，都将面临着老化、破坏的风险，这势必会带来十分巨大的后期维护费用。
2)工程防护的类型。工程防护的类型主要有砂浆抹面、勾缝或喷涂以及石砌护坡或护面墙等。这几种防护要分不同情况具体选择使用。当坡面比较完整、尚未有大范围剥落的坡面，一般可选用抹面防护。如果路基材料是易风化而边坡坡面是不平整的岩石挖方边坡，可选用喷浆防护，此种防护施工简便、效果较好。但由于水泥用量较大，会加大工程造价，重点工程可选用。这两种方法在坡面防护时着色或修饰，有助于改善道路景观。当坡面为比较坚硬的岩石坡面，以防止有水渗入缝隙给路基带来的损害，可采取勾缝与灌浆。上述几种防护针对的都是没有大的河流经过的路基，当路基和大的河流交汇时，为防止地面水流或河水冲刷边坡一般应设置干砌片石护面。护面墙是一种造价比较高的坡面防护措施，防护效果较好，设计、施工都较复杂，应该根据边坡地质条件合理选用。
3 植物防护
植物防护也称为生态防护，是指在边坡上种植草丛或灌木或两者兼有，以减缓边坡上的水流速度，利用植物根系固结边坡土壤以有效减轻冲刷，从而达到保护边坡的目的，同时也起到美化路容的效果。
3.1 植物防护的优缺点
在以往的工程施工中，植物防护一直是作为工程防护的辅助措施，但在近年的工程实践中，植物防护措施以其明显的景观、生态优势，应用程度远远多于工程防护。植物护坡技术可以较大程度地恢复被破坏的生态环境，使生硬的公路构造物景观充满生气，极大地丰富公路周边的景观环境。这种良好的边坡植物系统，不仅是营造出景色宜人的路容路貌，而且可以产生可观的生态效益，大量的植物可以涵养水源，减少水土流失的发生等。但植物防护也有一定的局限性，如果不能及时合理地栽植植被，就会影响路基的稳定性，而且植物防护由于植被的生长需要一段时间，致使植物防护的见效性慢。
3.2 边坡植物防护技术分类及工程简介
1)液压喷播植草护坡。液压喷播植草护坡是将草籽、肥料、粘着剂、土壤改良等按比例混合，通过机械加压喷射到边坡坡面的施工技术。它具有施工简单、速度快、草籽发芽均匀、适用面广、造价低等优点。
2)土工网植草护坡。土工网植草护坡是一项集坡面加固和植物防护于一体的防护技术。土工网是一种经特殊工艺生产的三维立体网，它不仅可加固边坡，还能在播种初期起到保持土壤以利草籽生长的作用。目前这种技术多用于公路边坡防护工程。
3)OH液植草护坡。OH液植草护坡是国外近十年新开发的一项边坡化学植草防护技术。它将新型化工产品OH液用水按一定比例稀释后和草籽一起喷洒于坡面，使之在极短时间内硬化，将边坡表土固结成弹性固体薄膜，达到植草初期边坡防护目的。它具有施工简单迅速、不需后期养护、防护效果好等特点。
4)行栽香根草护坡。香根草是一种禾本科植物，具有长势旺盛、根系发达、适应性强等特点。行栽香根草护坡就是在土质边坡上行栽香根草进行边坡防护的技术。具有增强边坡稳定性等优点。
5)蜂巢式网格植草护坡。蜂巢式网格植草护坡是在边坡坡面上拼铺正六边形混凝土框砖形成蜂巢式网格后，再在框砖内栽草或种草的边坡防护技术。它受力结构合理，能有效分散坡面雨水径流，减缓水流速度，防止坡面冲刷，保护草皮生长。
6)客土植生植物护坡。客土植生植物护坡是在坡面上挂网，机械喷填或人工铺设一定厚度客土的技术。它根据地质和气候条件进行基质和种子配方，多用于普通条件下无法绿化的边坡。由于机械化程度较高，故具有速度快、防护效果好等优点。
7)喷混植生植物护坡。喷混植生植物护坡是在岩质边坡上铺挂镀锌铁丝网，采用专用喷射机将拌和均匀的种植基材喷射到坡面上，使植物依靠基材生长以起到防护作用的施工技术。目前该技术已广泛应用于各类防护工程。
4 对于公路路基坡面防护的几点想法
1)由于公路工程施工中边坡地质情况具有多变性，因此边坡防护的方案也必须随着开挖后出现的地质情况而不断调整和修改，有的地方还需采用综合防治方案，一定要具体情况具体分析，不能一概而论。
2)在采用植物防护的时候，在草种和树种方面应逐渐走本地化道路，这样才能使植物更能适应当地气候，更能与自然融为一体。多采用草种和小灌木树种进行混播，通过植草提供初期植被，灌木生长提供长期植被，从而达到“还林于山”的目的。只有这样，才能使植物防护的成本真正降低下来，走一条“低投入低养护”的路。
摘要：通过对路基坡面防护的简单介绍,分别就工程防护和植物防护的优缺点及类型作了详细分析,并关于公路坡面防护提出了几点想法,对提高公路工程质量,延长公路使用年限具有重要意义。
关键词：公路,边坡,工程防护,植物防护
参考文献
[1]邓学钧.路基路面工程[M].北京:人民交通出版社,2005.
[2]尤晓.现代道路路基路面工程[M].北京:清华大学出版社,2004.
关于边坡稳定性分析开题报告 篇5
1 选题背景及意义
1.1.1 选题背景
近年来，在黄土地区特别是在山西，随着建筑物的大量兴建和人们对空间的不断开发、利用，边坡工程越来越多，边坡支护的形式也多种多样。由于人们对建筑边坡工程复杂性认识不够、工程经验不足，加上黄土本身土质的特殊性，因此在工程施工中，支护结构选择不当或支护强度设计不够，以及不加强雨水及生产、生活用水管理，使边坡浸水。所有这些造成许多边坡工程事故，给国家经济及人民生命财产造成巨大损失。例如4月27日，青海省银鹰金融保安护卫有限公司基地发生一起边坡支护工程坍塌事故，造成数人死伤，经济损失达数十万元。事故调查结果显示，施工单位在没有进行任何地质灾害危险性评估的情况下，擅自施工，且边坡支护设计方案未按照规范设计，以及施工过程中也没有根据现场的实际情况采取有效的防护措施，违反了建筑边坡工程技术规范施工工艺流程，从而导致了事故的发生。像这样的例子还有许多。
岩土工程界普遍认为引起边坡工程失稳事故的主要原因是工程地质勘察存在问题、边坡支护设计存在问题、边坡工程施工存在的问题以及边坡工程在使用中存在不当等问题。而边坡工程的设计又是最为重要的一方面，所以对于边坡工程事故应当着重于这一方面的研究。
1.1.2 选题意义
边坡工程的设计及其稳定性问题是结构力学、土力学、水文地质学等诸多工程领域学科的交汇，是一项涉及范围较广、难度较大的系统工程。同时，这是一项具有较强综合性的课题，勘察、设计、施工等各个环节对于边坡支护的稳定都有巨大的影响，任何失误都可能产生严重的后果。
我国现在正大力发展中西部地区，而大部分黄土都分布在中西部地区，那么关于黄土边坡稳定性问题是在发展国家中西部的过程中所不能回避的问题。如在边坡支护过程中由于勘察、设计、施工等不当导致黄土滑坡对人民生命、财产安全构成威胁问题等等。想要解决这些问题都必须对黄土边坡稳定做相应的研究。本文主要从设计角度讨论了黄土边坡稳定性分析方法及产生边坡工程事故的原因，进而试图完善对边坡工程事故的分析与研究，为以后类似工程的安全进行提供参考依据。
1.2 国内外边坡稳定性分析研究现状
1.2.1 国外研究现状
边坡的稳定性研究迄今已有一百多年的历史。英国的赖尔在一个多世纪之前就在《地质学原理》一书中涉及到了边坡失稳的问题，并且认为水是引起边坡失稳的首要原因。在此之后所有与岩土工程相关的问题，几乎都对边坡的稳定性展开了研究。所有边坡问题的研究都起始于自然边坡的滑坡，过程的关键在于找到与所求最小安全系数相接近的主滑面的位置[1].19世 纪 中 叶Fellenius(1927)就提出了有关边坡稳定分析的瑞典圆弧法。由于滑裂面是圆弧面，此法将土条底部的应力近似地投影到土条重量的法线方向。将假设滑移面之上的土体分成若干个竖直土条，将作用于各土条上的所有力进行力与力矩之间的平衡分析，又因为圆弧面的法向力过圆心，求距较为方便，可以较为简便地求出土体在极限平衡状态下稳定的安全系数。由于瑞典圆弧法忽略了土条间的相互作用力的影响，所以是比较适用的一种方法[2].
Bishop(毕肖普，1950)考虑了土条间力的相互作用。他改进了传统意义上的瑞典圆弧法，并且提出了关于边坡稳定的安全系数这一重要定义，假设土条之间存在水平方向的相互作用力，求得土条底部的法向力，从而求出安全系数。毕肖普忽略了条间的切向力，所得到的方法即为国内外广泛使用的毕肖普简化式。由于推导中仅仅忽略了条间切向力，因此毕肖普简化法比瑞典条分法更为合理。之后一段时间，边坡的稳定性研究相继发展出Lowe-Karafiath法(1960)、Sarma法(1973,1979)等各类方法，它们统称为极限平衡法。这些方法原则上都是将滑动体划分为若干个微小土条而展开分析的。不同的极限平衡法假设的相应条件有所不同，虽然假设条件对于边坡稳定性计算的结果有一定的影响，但是对于结果的分析验证了适当的条件下依然可以使用极限平衡法。
除了极限平衡法之外，还有极限分析法即所谓的能量法，此法就是我们所学过的上限定理。通过假定滑动土体为刚性、并且已知滑移面所在的位置。借助于位移协调条件，基于虚功原理求解滑动体处于极限状态时的极限荷载、稳定系数。但是由于滑动土体之间还存在非线性关系，而且土体并非为理想的刚体，因此该方法仍然存在局限性。
与极限平衡法相比，有限元法更加精确，且无须任何假定就能对边坡的稳定进行分析计算。有限元法与其他方法最大的不同之处在于，它在考虑了滑动土体中的应力-应变关系的同时，还能满足相应的力学平衡条件。有限元法主要基于滑裂面上应力分析和强度折减分析理论。Zienkiewicz(1975)等首次借助折减系数研究出土坡稳定分析的强度折减弹塑性有限元法。有限元法目前已经成为最有效、通用性最强、应用最广泛的方法之一[3~12].
1.2.2 国内研究现状
边坡支护工程在我国出现较晚。国内对于边坡工程的系统研究是在中华人民共和国成立之后，随着国家的不断发展、经济建设的水平不断提高，工程建设涉及的边坡也越来越多，因此对于边坡的稳定性研究也日益加深。我国对边坡工程稳定性研究大致分三个时段[13]:
(1)被动治理时期。20世纪50年代初，由于对边坡变形破坏所产生的危害性缺乏认识，在建设中盲目地挖方，时常有边坡失稳事故的发生，从而被迫对已发生事故的边坡重新进行勘测、研究和治理。既延误了工期，又增加了成本，对人力和物力产生很大的浪费。
(2)专项研究时期。人们经过不断的施工实践探索，逐渐意识到要有效地预防、减轻边坡失稳所造成的灾害，必须系统地深入研究各种边坡的类型，包括分布条件、水文条件及其发生和运动的机理等。对此国内的专家们列出了若干个专题进行探讨和研究。
(3)从治理为主到预防为主的过渡时期，并逐渐形成一系列防治理论体系(20世纪80年代至今)。包括通过削减缓坡使得滑坡的体重减轻来达到稳定的目的;通过防渗和排水、支挡、锚固、注浆和喷射混凝土表面等措施，逐渐过渡到以预防为主的边坡支护体系。随着国民经济的不断发展，不稳边坡失稳所造成的影响也变得更加地突出，对于防灾减灾的要求也更高。进入21世纪，科学技术水平大大地提高，计算机软件分析的能力也大大提高，这对于边坡工程的稳定性研究具有极大的帮助。
1.2.3 国内外边坡的治理研究现状
19世纪中期，西方国家就开始着手研究边坡治理的方法，但由于各项理论知识处于初步发展阶段，而且各种研究的技术水平还达不到要求，所以只能研究一些较为简单的小型边坡。且研究的手段也较为单一，多数通过削减坡度和设置挡土墙来治理边坡。到了20世纪中期以后，经济建设蓬勃发展，西方各国开始大兴土木工程，日益增加的工程建设也使得边坡灾害越来越多地出现在人们眼前，大家开始意识到对于边坡的预防和治理的重要性，于是人工支护边坡工程开始逐渐被采用，而且取得了明显的成效。人工支护边坡经历了三个重要的发展阶段[14~15]:
(1)第一阶段发生在20世纪中叶以前，当时的西方国家为了经济的发展，大力地开采矿产资源。为了便于运输，修建了许多的铁路以及公路，正是由于这些工程的兴建引起的大量边坡滑坡问题，才使得边坡理论逐渐被人们研究分析。
(2)第二阶段发生在20世纪50年代之后的数十年，人们逐渐学会使用抗滑桩来代替挡土墙进行边坡支护，这样能够有效地避免使用挡土墙而引发的施工所带来的困难。
(3)第三阶段发生在20世纪80年代之后，人们逐渐开始用挖孔抗滑桩来对一些大型的边坡工程进行治理，同时还出现了锚索这一更加有效的治理方法。锚索以其优良的力学性能和较高经济性很快地便应用于各类边坡的支护之中。
对于国内治理边坡来说，相较于国外要晚了许多。起初都是使用抗滑挡土墙进行简便的治理，但这种方法最大的缺点就是不稳定，受到稍许的外力就会发生失稳。例如陇海铁路在建设时只采取了简便的边坡支护手段，其后多次造成滑坡以及岩体的破碎崩塌等事故，严重地影响了铁路的运营。
在20世纪50年代末，国家开始重视边坡工程的防治。在总结和吸取了各类工程的经验和教训之后，对于滑坡的形成条件、运动机理以及新的更加有效的防治措施有了更深入的研究。20世纪60年代末开始大量应用的抗滑桩技术，它能够有效地处理一些较大的边坡支护问题。其后到了80年代又出现了更为先进流行的喷锚技术。我国在经过不断的研究之后，也逐渐开始应用这项技术，它不但具有比抗滑桩更优秀的力学性能，而且具有更高的经济性，能够广泛地运用于各类边坡支护。90年代之后，各类理论研究和技术手段也更加成熟。框架锚固、压力注浆锚固等等边坡治理技术更加成熟，也更加广泛地运用于各类边坡工程的治理。
1.3 研究思路与研究内容
1.3.1 研究思路
本文通过现场实践勘查与软件分析相结合，在充分了解本工程地区的地质条件的前提下，依据“地质过程机制分析-量化评价”的学术思想体系以及“系统工程地质学”的方法论为指导，着重对于山西某黄土边坡工程的稳定性进行了分析与评价。以现有的边坡工程研究数据为前提，在充分掌握本实例边坡工程的地质条件之后，通过原型调研与室内分析相结合、模式分析与模拟研究相结合、层次分析与系统评价相结合的思路，系统而全面地研究了影响边坡工程稳定性的条件及边坡可能发生的失稳形态等问题;分析所研究的结果，并得出边坡工程的稳定性评价结果;基于可能引起边坡失稳的原因，提出合理的工程处理措施。
1.3.2 研究内容
123下一页 本文拟以山西某黄土边坡工程事故为背景，首先对边坡支护稳定性进行分析、总结;利用理正岩土6.5软件采用极限平衡法针对工程实际设计方案对边坡的稳定性进行计算，并将计算结果与边坡施工后的实际稳定状态进行对比;其后，结合GEO5数值分析软件进行有限元计算分析，通过数值模型，得出现有设计方案安全性的结论，并提出相应的处理措施;最后，对边坡进行重新设计计算，并利用理正岩土6.5及GEO5软件验证新设计方案的安全性、合理性。具体内容如下：
(1)首先简单地介绍边坡工程的研究背景和意义，简述边坡工程的发展历程以及国内外的研究现状。
(2)阐述边坡稳定支护的理论以及计算设计方法。
(3)掌握山西某黄土边坡工程的背景与工程地质条件，及其边坡工程失稳的情况。
(4)分别利用理正岩土6.5和GEO5软件对边坡原支护设计方案进行稳定性验算，并将所得计算结果与实际施工后的失稳状况进行比较，得出原设计方案的不安全性结论。
(5)对原支护设计方案进行改进，提出新的设计方案，并再次利用理正岩土6.5和GEO5软件进行计算，验证新方案的安全性、合理性。
1.4 研究方法和技术路线
1.4.1 研究方法
本文在对边坡工程大背景介绍的前提下，运用理正岩土软件，利用极限平衡法计算原设计方案的安全性。同时通过GEO5有限元软件建立模型，进行数值模拟分析，最后和理正软件分析结果以及边坡按原设计施工后实际的稳定状态进行对比，分析并得出结论。
1.4.2 技术路线
2 提纲
目 录
摘 要
Abstract
第1章 绪论
1.1选题背景及意义
1.1.1选题背景
1.1.2选题意义
1.2国内外边坡稳定性分析研究现状
1.2.1国外研究现状
1.2.2国内研究现状
1.2.3国内外边坡的治理研究现状
1.3研究思路与研究内容
1.3.1研究思路
1.3.2研究内容
1.4研究方法和技术路线
1.4.1研究方法
1.4.2技术路线
第 2 章 边坡工程稳定性分析原理
2.1概述
2.2边坡稳定性的影响因素
2.3黄土性质对于边坡稳定性的影响
2.4边坡稳定性分析方法
2.4.1定性分析方法
2.4.2定量分析方法
2.4.3极限平衡法
2.4.4数值计算分析法
2.5边坡工程防护与加固
2.6边坡稳定性分析软件简介
2.6.1理正岩土6.5软件简介
2.6.2GEO5软件简介
2.7本章小结
第3章 某事故厂房边坡工程地质条件及支护简况
3.1区域地质背景
3.2场地工程地质条件
3.2.1工程地质条件
3.2.2水文地质条件
3.2.3水的腐蚀性分析与评价
3.2.4地基土的腐蚀性分析与评价
3.2.5地震效应
3.3岩土物理力学性质指标
3.3.1土工试验数据
3.3.2原位测试数据
3.4地基土承载力
3.5湿陷性分析评价
3.5.1地基湿陷等级的确定
3.5.2湿陷土层厚度及分布情况
3.5.3湿陷性分析与评价
3.6实例边坡支护简况及其变形破坏情况
3.6.1实例边坡支护简况
3.6.2实例边坡变形破坏情况
3.7本章小结
第4章 厂房边坡的极限平衡稳定验算分析
4.1边坡的等级与计算方法
4.2稳定性分析的基本公式
4.2.1通用方法计算公式
4.2.2《建筑边坡工程技术规范》计算公式
4.2.3其他因素的影响
4.3计算剖面
4.4计算参数
4.4.1地震信息
4.4.2水位信息
4.4.3地层参数选取
4.5边坡现状稳定性分析
4.5.1简化Bishop法计算
4.5.2 Janbu法计算
4.6现状边坡稳定性计算结果
4.7边坡稳定性计算结果分析
4.8本章小结
上一页123下一页 第5章 厂房边坡支护数值模拟
5.1有限元在岩土工程中的应用
5.1.1概述
5.1.2有限单元强度折减法
5.1.3稳定系数的定义
5.1.4本构模型的选取
5.1.5屈服准则的选取
5.1.6流动法则的选取
5.1.7滑裂面的确定
5.1.8边坡失稳的判据
5.2 19-19剖面工况数值计算结果
5.2.1边坡原始状态稳定性分析
5.2.2 19-19剖面各工况稳定性分析
5.2.3两种方法计算结果分析对比评价
5.3本章小结
第6章 厂房边坡新的支护设计与验算
6.1 19-19边坡新的加固设计方案
6.2理正岩土对边坡新方案的稳定性验算
6.2.1简化Bishop法计算
6.2.2 Janbu法计算
6.2.3理正软件边坡稳定性计算结果
6.3 GEO5软件对边坡新支护方案的稳定性验算
6.4新方案两种计算的对比分析
6.5本章小结
结论与建议
结论
建议
参考文献
致谢
3 研究进度
1、20xx.X.X~20xx.X.X 完成开题报告编写，质量达到规定要求
2、20xx.X.X~20xx.X.X 完成基本计算过程
3、20xx.X.X~20xx.X.X 完成毕业论文正文编写，提交论文初稿，由指导教师批阅、修改。
4、20xx.X.X~20xx.X.X 提交论文二稿，由指导教师批阅、修改。
5、20xx.X.X~20xx.X.X 交毕业论文正本，质量达到规定要求。
6、20xx.X.X~20xx.X.X 指导教师将评阅好的毕业论文交教研室，进行形式审查，上网查询及交叉评阅。
7、20xx.X.X~20xx.X.X 答辩
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膨胀土边坡稳定性分析 篇6
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。
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边坡稳定分析方法讨论 篇7
关键词：边坡,稳定性分析,有限单元法
边坡稳定性分析在于评定边坡工程的稳定性和安全性。文中就目前常用的边坡稳定分析方法做了总结和归纳,并对其适用性及存在问题进行了讨论。
1 极限平衡法
其思路是将假定破坏面之上的土体分成若干垂直土条,并假定土条条间作用力,对作用于各土条上的力和力矩进行平衡分析,求出在极限平衡状态下的土体安全系数。不同的方法采用的条间力假设不同,具体如下。
1.1 Fellenius法(普通条分法)
假定土条为刚性不变形体,不考虑相邻土条间的作用力,安全系数为:
其中,φi为第i土条的内摩擦角;Wi为第i土条的重量;αi为第i土条的底面倾角;ci为第i土条的粘聚力;li为第i土条底面长度;n为土条总数。
1.2 简化Bishop法
假定条块间只有水平作用力而不存在切向力,且各土条底部滑动面上的抗滑安全系数均相同:
其中,
1.3Janbu普通条分法
根据土压力理论假定条块间水平作用力即刺入线的位置:
其中,ΔHi为第i土条两侧的切应力差。
1.4 Morgenstern-Price法
假设刺入线函数y=yt(x),且土条间法向条间力E和切向力X满足X=λf(x)E,利用Newton-Raphson方法通过控制λ和k迭代求解边坡安全系数。
1.5 Spencer法
假定相邻土条之间E和X满足
1.6 Sarma法
假想在水平地震惯性力作用下滑裂面刚好达到极限状态,以临界加速度作为判断土坡稳定程度的标准。
对上述方法满足的平衡条件、使用情况及存在问题总结如下:
1)Fellenius法只满足整体力矩平衡,简化Bishop法满足整体力矩和垂直力平衡,二者均只适用于圆弧滑裂面。其他均满足力和力矩平衡,均适合任意滑裂面边坡稳定分析。
2)由于忽略条间力的影响,Fellenius法安全系数可能降低5%～20%,对于φ=0或数值很小的软粘土,Fellenius法已足够精确,但对高孔压破坏面较深的平缓土坡,Fellenius法计算安全系数偏低,有时高达60%。
3)简化Bishop法在任何条件下是精确的。但当mαi
4)Morgenstern-Price法最通用也最复杂,可以校核其他方法的合理性并确定潜在误差。但该法的求解需对有关假设(如刺入线函数)做出正确的判断。
5)在某些情况下Janbu的普通条分法,Morgenstern-Price法,Spencer法都有数值问题。
6)Sarma法以临界加速度判断边坡稳定程度缺乏理论依据。
7)条分法存在一个缺陷是数学上不够严密,即给出的只是数值的必要条件而未能给出充分条件。
2 有限元法
有限元法分析边坡稳定性思路:1)用有限元方法计算边坡中的应力分布,将应力水平较高的点连接起来作为计算边坡中潜在的滑动面,以该面上抗剪强度的总和与各单元沿滑动方向的剪应力总和的比值作为安全度量指标;2)对抗剪强度指标进行一定的强度折减或荷载放大,计算此时的土体变形量,若变形量已与折减倍数基本无关时,即认为土体已经失稳,此时的折减系数或放大系数即为安全系数。
有限元法与传统的边坡稳定分析方法相比有如下优点:
1)能够动态模拟边坡的滑坡过程及其滑移面形状,滑移面大致在水平位移突变的地方及塑性变形发展严重的部位;
2)考虑了土体的本构关系以及变形对应力的影响;
3)能够对具有复杂地貌和地质的边坡进行计算;
4)求解安全系数时,可以不需要假定滑移面的形状,也无需进行条分也不需要假定土条之间的相互作用力。
3结语
极限平衡法虽已广泛用于边坡稳定性分析,但也存在种种不足,在实际工程中应充分联系实际情况,并结合地区经验,使边坡稳定分析方法更加优化。有限元分析方法虽亦被广泛应用,且存在诸多优点,但其结果不能直接与稳定建立联系,需要根据破坏准则制定合理的安全系数。
参考文献
[1]陈祖煜.土质边坡稳定分析的原理和方法[M].北京:中国水利水电科学研究所,2000.
[2]张天宝.土坡稳定分析和土工建筑物的边坡设计[M].成都:成都科技大学出版社,1987.
边坡变形监测技术分析 篇8
1 边坡变形监侧的作用
在土木工程各个建设领域中, 通过边坡工程的监测, 可以起到以下作用。
1.1 评价边坡施工及其使用过程中边坡的稳定性, 并作出有关
预测预报, 为业主、施工单位及监理提供预报数据, 跟踪和控制施工过程, 合理采用和调整有关施工工艺和步骤, 取得最佳经济效益。
1.2 为防止滑坡及可能的滑动和蠕变提供及时支持。
预测和预报滑坡的边界条件、规模滑动方向、发生时间及危害程度, 并及时采取措施, 以尽量避免和减轻灾害损失。
1.3 监测已发生滑动破坏和加固处理后的滑坡, 监测结果是评价滑坡处理效果的尺度。
1.4 为进行有关位移分析及数值模拟计算提供参数。
2 边坡工程监测的方法
目前, 我国边坡变形监测方法主要采用简易观测法、设站观测法、仪表观测法和远程监测法等。
2.1 简易观测法
简易观测法是通过人工观测边坡中地表裂缝、鼓胀、沉降、坍塌、建筑物变形及地下水位变化、地温变化等现象。
简易观测法对于发生病害的边坡进行观测较为合适, 也可结合仪器监测资料综合分析, 初步判定滑坡体所处的变形阶段及中短期滑动趋势。即使采用先进的仪表观测, 该法仍然是不可缺少的观测方法。
2.2 设站观测法
设站观测法是指在充分了解了现场的工程地质背景的基础上, 在边坡上设立变形观测点 (成线状、网络状) , 在变形区影响范围之外稳定地点设置固定观测站, 用测量仪器 (经纬仪、水准仪, 测距仪、摄影仪及全站型电子速测仪、GPS接收机等) 定期监测变形区内网点的三维 (X, Y, Z) 位移变化的一种行之有效的监测方法。
2.2.1 大地观测法:
常用的大地测量法主要有两方向 (或二方向) 前方交汇法、双边距离交汇法、视准线法, 小角法、测距法及几何水准测量法, 以及精密三角高程测量法等。大地测量法有如下优点: (1) 能确定边坡地表变形范围。 (2) 量程不受限制。 (3) 能观测到边坡坡体的绝对位移量。由于大地测量法具有以上优点, 在边坡工程的地表监测中占主导地位。但大地测量法也受到地形通视条件限制和气象条件的影响, 工作量大, 周期长, 连续观测能力较差。
2.2.2 GPS (全球定位系统) 测量法:GPS测量法的基本原理是
用GPS卫星发送的导航定位信号进行空间后方交汇测量, 确定地面待测点的三维坐标。将GPS测量法用于边坡工程监测有以下优点: (1) 观测点之间无需通视, 选点方便; (2) 观测不受天气条件的限制, 可以进行全天候的观测; (3) 观测点的三维坐标可以同时测定, 对于运动的观测点还能精确测出它的速度; (4) 在测程大于1 Okm时, 其相对精度可达到5*10-6一1*10-6, 优于精密光电测距仪。此法适用于边坡地表的三维位移监测, 特别适合于地形条件复杂, 起伏大或建筑物密集、通视条件差的边坡监测。
2.2.3 近景摄影测量法:
该方法是把近景摄影仪安置在两个不同位置的固定测点上, 同时对边坡范围内观测点摄影构成立体像时, 利用立体坐标仪量测像片上各观测点三维坐标的一种方法。
2.3 仪表观测法
仪表观测法是指用精密仪表对变形斜坡进行地表及深部的位移、倾斜 (沉降) 动态、裂缝相对张、闭沉、错位变化及地声、应力应变等物理参数与环境影响因素进行监测。目前, 监测仪器的类型, 一般可分为位移监测, 地下倾斜监测、地下应力测试和环境监测四大类。
2.4 远程监测法
伴随着电子技术及计算机技术的发展, 各种先进的自动遥控监测系统相继问世, 为边坡工程、特别是边坡崩塌和滑坡的自动化连续遥测创造了条件。远距离无线传播是该方法最基本的特点, 由于其自动化程度高, 可全天候连续观测, 故省时、省力和安全, 是当前和今后一个时期滑坡监测发展的方向。
3 边坡变形监测测点布置原则
3.1 测线布置
首先应确定主要监测的范围, 在该范围内按监测方案的要求确定主要滑动方向, 按主滑动方向及滑动面范围确定测线, 然后选取典型断面, 布置测线, 再按测线布置相应观测点。对于不同工程的边坡, 一般在布置测点时, 均有所不同。
3.2 监测网的形成
考虑平面及空间的展开布置, 各个测线按一定规律形成监测网。监测网的形成可一次完成, 也可分阶段按不同时期和不同要求形成。
3.3 局部加强
对关键部位如可能形成滑动带, 重点监测部位和可疑点, 应加强监测工作, 在这些点上加密测点。
4 边坡变形监测周期和频率
对于不同类型、不同阶段的边坡, 根据工程所处的阶段和规模, 以及边坡变形的速率等因素, 边坡变形监测的周期及频率有所不同, 应视具体情况而定。
参考文献
[1]白迪谋, 交通工程测量学, 西南交通大学出版社, 1996年,
[2]新建铁路工程测量规范, 中华人民共和国铁道部, 1999年,
边坡分析软件 篇9
边坡失稳是生态环境和工程建设中经常遇到的广泛且严重的地质灾害之一,给人民的生命财产和经济建设带来了巨大的损失。如何保证边坡的稳定性对于防灾减灾和工程建设的安全具有重要的现实意义。
目前对于边坡稳定性的分析,针对土质边坡和岩质边坡有不同的分析方法。限于篇幅,本文主要探讨土质边坡的稳定计算问题。目前对于土质边坡的定量稳定分析有较多的分析软件和分析方法,本文选取理正边坡稳定分析软件、WinStabl软件、Plaxis软件及ANSYS软件对同一边坡进行分析,计算理论主要基于极限平衡理论和有限元强度折减理论。
1 相关理论和软件概述
理正边坡稳定分析软件和WinStabl软件对于边坡稳定的计算主要基于传统的极限平衡理论,Plaxis和ANSYS有限元软件,在进行边坡稳定分析时,主要是采用强度折减法计算稳定系数。
极限平衡方法[1]又称条分法,是将滑动土体竖直分成若干土条,把土条当成刚体,分别求作用于各土条上的力对圆心的滑动力矩和抗滑力矩,然后按下式求土坡的稳定安全系数
根据对条间力假定的不同,分别有不同的方法,如假定条间力的大小与方向的毕肖普法(Bishop法)和瑞典条分法(Fellenius条分法);假定条间力的作用方向的不平衡推力传递法;假定条间力的作用点位置的简布法(Janbu法)等。
有限元分析采用的强度折减法[1],其基本原理是将边坡强度参数粘聚力C和内摩擦角Υ同时除以一个折减系数F,得到一组新的C′,Υ′。然后作为一组新的材料参数输入,再进行试算。当计算不收敛时,对应的F被称为边坡的最小安全系数,此时边坡达到极限状态,发生剪切破坏,同时可得到临界滑动面。
理正边坡稳定分析软件是北京理正软件公司开发的面向各个行业,能够处理各种复杂情况的通用边坡稳定分析系统。向用户提供三种计算方法:瑞典条分法、简化Bishop法及Janbu法,可以进行有效应力或总应力条件下的稳定分析。滑裂面可以是任意形状,或者曲线的任意组合。可以考虑复杂的外部荷载作用和边坡加固措施,尽可能反映边坡的实际受力情况。
WinStabl是美国Wisconsin大学Madison分校的Peter J.Boss-cher和Huseyin Bektas采用FORTRAN编制的边坡稳定分析软件。其计算理论也是基于极限平衡法,可以算多层地下水、边界荷载、锚杆荷载、加筋荷载、地震荷载以及有滑动限制等情况,也可以计算各向同性以及各向异性的情况;可以计算指定破坏面、圆弧/不规则的滑动面,也可以计算楔块滑动,所采用的方法有:圆弧滑面(Janbu法)、圆弧滑面(修正Bishop法)、任意形状滑面(Janbu法)以及Spencer法。
Plaxis是荷兰的Delft大学研制的岩土工程有限元软件[2],Plaxis可分析岩土工程学中2D和3D的变形,稳定性以及地下水渗流等。对于边坡稳定采用的是Phi/C折减法,土体采用MohrCoulomb理想弹塑性模型(简称M—C)。M—C准则在主应力空间的屈服面为不规则的六角形截面的角锥体表面,在Π平面上的图形为不等角六边形。
ANSYS软件[3]是由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发,融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。对于土木工程而言,可以进行结构的静力分析、非线性分析(几何非线性、材料非线性及状态非线性)、动力学分析(模态分析、谐响应分析、瞬态动力学分析及谱分析)、热分析及流体力学分析等。对于边坡稳定分析可以采用点安全系数等值线法和强度折减有限元法。本文计算实例采用的是强度折减有限元法。土体弹塑性模型采用Druker-Prager准则(简称D—P准则)。D—P准则在主应力空间的屈服面为光滑圆锥面,在Π平面上的图形为圆形,表述极其简单且数值计算效率很高。
2 边坡稳定计算实例
2.1 计算模型及相关参数
计算模型的几何尺寸见图1。
土的参数及边界条件:
土的密度、粘聚力与内摩擦角分别为:ρ=1 827 kg/m3,C=10 kPa,Υ=5°,剪胀角为0°;变形模量与泊松比为E=20 MPa,v=0.3。边坡右侧和坡角左侧均为水平约束边界条件,底面为全部固定边界条件。对于这一天然边坡,外荷载仅为重力,不考虑地下水的影响。
2.2 各软件计算结果
1)理正软件的模型如图2所示。
采用理正条分法得到的稳定系数为1.138,采用简化Bishop法和Janbu法得到相同的稳定系数都是1.18。
2)WinStabl分析结果。
采用Janbu法分析结果:稳定系数1.12,滑动面如图3所示,最危险的滑动面为实线所示。采用简化Bishop法分析结果:稳定系数1.18,滑动面如图4所示,最危险的滑动面为实线所示。
3)Plaxis分析结果。
Plaxis计算得到的稳定系数:1.13。
Plaxis有限元网格和变形后的网格如图5,图6所示。
4)ANSYS分析结果[4]。
该边坡稳定的ANSYS分析已有专门的文献论述,详见文献[4],这里为了方便比较,摘录部分结果如下:
ANSYS计算得到的稳定系数:1.7。
由位移云图和等效塑性应变云图可以看出,随着强度折减系数的增加,边坡的y方向最大位移随之增大,且边坡的等效塑性应变从边坡底部移动至边坡上部,且在边坡即将发生破坏时即F=1.7时,这条等效塑性带贯穿这个边坡,且经过坡脚。这也是边坡即将破坏的重要标志。
2.3 小结
上述软件的计算结果如表1所示。
通过表1可以发现,前3种软件的计算结果数值比较接近,而ANSYS分析的结果偏大。
3 结论与建议
通过以上分析,可以得出如下结论:
1)采用基于极限平衡理论的分析方法得到的边坡稳定系数相差不大。
2)虽然Plaxis和ANSYS都是采用强度折减法计算稳定系数,但是二者采用的土体本构模型不同,前者采用的是M—C本构,而后者是D—P本构,使得计算结果也有一定的差异。
3)应用有限元软件计算边坡稳定时,Plaxis的计算结果与传统的极限平衡理论较为接近,而ANSYS计算稳定系数偏大,应用时要引起注意
摘要：基于极限平衡理论和有限元强度折减理论,选取某一土质边坡实例为研究对象,分别采用理正边坡稳定分析软件、WinStabl软件、Plaxis软件和ANSYS软件对其进行稳定性分析,得到了相关的分析结果,并对结果进行比较,得出了各软件的应用效果。
关键词：边坡稳定,Plaxis,ANSYS
参考文献
[1]陈祖煜.土质边坡稳定分析[M].北京:水利水电出版社,2003:1.
[2]Plaxis公司.Plaxis使用手册(2D-版本8)[Z].2005.
[3]刘涛,杨凤鹏.精通ANSYS[M].北京:清华大学出版社,2002:9.
路基边坡稳定性分析 篇10
1 力学分析法
1.1 数解法。
该方法是假定几个不同的滑动面, 按力学平衡原理对每个滑动面进行边坡稳定性分析, 从而找出极限滑动面, 按此极限滑动面的稳定程度来判断边坡的稳定性。按滑动面的形状可以分成平面破坏 (直线破裂面) 和非平面平破坏 (圆弧破裂面) 。1.1.1平面破坏的边坡稳定性分析。平面破坏的边坡稳定性分析方法:分为无张拉裂隙坡体的稳定性分析及有张拉裂隙坡体的稳定性分析。所谓无张拉裂隙平面破坏:是坡体土沿一近似直线的破裂面滑动, 从而发生滑移破坏。有张拉裂隙坡体破坏是由于收缩及张拉应力的作用, 在边坡坡顶附近或坡面, 可能发生裂隙, 从而产生的滑移破坏。平面破坏的边坡稳定性分析方法适用于砂土和砂性土 (两者合成砂类土) , 土的抗力以内摩擦力为主, 粘聚力甚小, 边坡破坏时, 破裂面近似为一直线。1.1.2非平面破坏的边坡稳定性分析。所谓非平面平破坏:是指边坡在外力和自身重力的作用下, 坡体沿不规则的破裂面发生滑动, 从而产生滑移破坏。其分析方法分为圆弧滑面分析法和非圆弧面分析法。最典型的圆弧滑面的稳定性分析法有:瑞典条分法 (W.Fellenius) 和毕肖普法 (A.W.Bshop Method) 。瑞典条分法假定土坡稳定分析是一个平面应变问题, 因此其滑面是圆弧形。将圆弧滑动面上的土体划分为若干竖向土条, 依次计算每一土条沿滑动面的下滑力和抗滑力, 而后叠加计算出整个滑动体的稳定性。由于瑞典条分法略去了土条间的作用, 即其对每一土条的力的平衡条件是不满足的, 对于土条本身本身的力矩平衡也是不满足, 只是满足整个滑动土体的力矩平衡条件。而毕肖普法的则是考虑了条间力的作用, 其假设每个分割的土条都与土坡具有相同的安全系数, 当土坡的安全系数Fs>1时处于稳定状态, Fs=1时为极限平衡状态, Fs<1时为失稳状态。安全系数的求解可以采用试算法和迭代法。非圆弧滑动面的稳定分析方法主要有詹布法 (N.Janbu) :此法为考虑非圆弧滑动面的“普遍条分法”。其做了如下两个假定:a.每个土条都与土坡都具有相同的安全系数;b.推力线的位置假定已知。以上非平面破坏的边坡稳定性分析法主要适用于粘性土, 土的抗力以粘聚力为主, 内摩擦力较小, 边坡破坏时, 破裂面为近似的圆柱体。
1.2 图解或表解法。
该方法是在计算机和图解分析的基础上, 制定成图或表, 用查图或查表法进行边坡稳定性分析。此法简单, 但不如数解法精确, 主要的图解法有以下2种:1.2.1诺模图法:该法就是利用一定的诺模图或关系曲线来表征与边坡稳定有关参数间的关系, 并由此求出边坡稳定安全系数, 或根据要求的安全系数及一些参数来反分析其它参数 (φ、C、结构面倾角, 坡角, 坡高等) 的方法。1.2.2投影图法:该法就是利用赤平极射投影的原理, 通过作图来直观地表示出边坡变形破坏的边界条件, 分析不连续面的组合关系, 可能失稳岩土体形态及其滑动方向等, 进而评价边坡的稳定性, 并为力学计算提供信息。常用的有赤平极射投影图法、实体比例投影图法、Markland J J投影图法等。
2 工程地质法
该方法是根据不同土类及其所处的状态, 经过长期的的生产实践和大量的质料调查, 拟定边坡稳定参考数据, 在设计和施工过程中, 将影响边坡稳定的因素做比拟, 采用类似条件或周边地区的稳定边坡值。主要工程地质法有以下两种:
2.1 自然 (成因) 历史分析法。
该方法主要根据边坡发育的地质环境、边坡发育历史中的各种变形破坏迹象及其基本规律和稳定性影响因素等的分析, 追溯边坡演变的全过程, 对边坡稳定性的总体状况、趋势和区域性特征作出评价和预测, 对已发生滑坡的边坡, 判断其能否复活或转化。它主要用于天然斜坡的稳定性评价。
2.2 工程类比法。
该方法实质上是利用已有的自然边坡或人工边坡的稳定性状况及其影响因素、有关设计等方面的经验, 并把这些经验应用到类似的所要研究边坡的稳定性分析和设计中去的一种方法。通过这些分析, 来类比分析和判断研究对象的稳定性状况、发展趋势、加固处理设计等。在工程实践中, 既可以进行自然边坡间的类比, 也可以进行人工边坡之间的类比, 还可以在自然边坡和人工边坡之间进行类比, 是目前应用较广泛的一种边坡稳定性分析方法。
2.3 边坡稳定性分析数据库和专家系统。
边坡工程数据库是收集已有的多个自然斜坡、人工边坡实例的计算机软件。它按照一定的格式, 把各个边坡实例的发育地点、地质特征 (工程地质图、钻孔柱状图、岩土力学参数等) 、变形破坏影响因素、形式、过程、加固设计, 以及边坡的坡形、坡高、坡角等收录进来, 并有机地组织在一起。边坡稳定分析设计专家系统就是进行边坡工程稳定性分析与设计的智能化计算机程序。它把某一位或多位边坡工程专家的知识、工程经验、理论分析、数值分析、物理模拟、现场监测等行之有效的知识和方法有机地组织起来, 建成一个边坡工程知识库, 结合相关学科不同专家的知识进行推理和决策, 对所研究的对象 (边坡) 进行稳定性评价。
结束语
边坡稳定分析方法很多, 不同边坡可采用不同的分析方法。不同的分析目的与精度要求也有不同的方法与之适应。在工程初期基本资料不充分, 分析精度要求不高的情况下, 对粘性土质边坡采用刚体极限平衡理论中的圆弧法分析;对于无粘性土边坡可采用相应的平面法;对岩质边坡可采用刚性块体稳定分析法或毕肖普法 (A.W.Bshop Method) 。在技术设计或施工设计阶段, 分析精度要求高, 分析所需的资料也较充分, 可采用较精确的连续介质力学方法-有限单元法或离散介质力学方法-离散单元法分析。对于可滑动边破的稳定性分析, 采用条分法来得更直接、方便, 对于某些滑动可能性不大但变形要求高的边坡则必须采用变形介质假定下的分析方法-有限元法, 包括弹塑性有限元分析, 粘弹塑性有限元分析及渗流有限元分析等。对于地震、爆破等动荷载作用下边坡的稳定性分析及其滑速、涌浪分析及渗流应采用有限元动力大位移模型分析。随着岩土力学参数由过去主要由实验室试验和现场确定发展成多种方法综合确定的方法, 如数值反分析法、野外抽样与统计推断技术等, 特别是有关结构岩体特性研究的进展, 使得岩质边坡的数值计算结果更为可靠。目前人们已可以在计算机上再现岩体的裂隙网络, 确定节理网络状态下的渗流特征, 定量评价岩体的质量、力学参数进而确定边坡的稳定性。引入损伤、断裂概念及大变形理论能使数值计算结果更加精确, 块体理论、离散单元法让我们能够在计算机上模拟边坡运动的特征与失稳过程, 运用可靠度方法、网络理论和动态规划原理、随机模糊有限元可以较好地处理裂隙介质力学几何参数的随机性、模糊性, 使稳定性计算成果更为合理等等。
摘要：路基边坡稳定性分析方法的研究一直是公路工程研究的重要内容之一, 主要介绍了路基边坡稳定性分析的一些常用方法、基本原理及其适用范围, 适当探讨了路基边坡稳定分析的发展趋势, 为进一步研究路基边坡稳定性问题理清了思路。
关键词：破坏,边坡稳定,稳定性分析,滑面
参考文献
[1]高民欢, 李辉等.高等级公路边坡冲涮理论与植被防护技术[M].北京:人民交通出版社, 2005, 7.
[2]邓学均.路基路面工程[M].北京:人民交通出版社, 2000, 2.
[3]孙玉科, 牟会宠.边坡岩石稳定性分析[M].北京:科学出版社, 1998:50-59.
