突變級數(shù)法的邊坡地震穩(wěn)定性綜合評價

傳統(tǒng)的擬靜力法和安全系數(shù)時程分析法在評價邊坡地震穩(wěn)定性時存在一定的局限性。在提出準(zhǔn)確的評價邊坡地震穩(wěn)定性必需因素的基礎(chǔ)上,建議對邊坡地震穩(wěn)定性分析方法重新進(jìn)行分類。根據(jù)動力分析得到的邊坡在地震作用下的破壞機(jī)制和破裂面的性質(zhì)和位置,提出基于拉-剪破壞的動力時程分析法和強(qiáng)度折減動力分析法。第一種方法將flac計(jì)算得到破壞時刻的動應(yīng)力施加到靜力情況下邊坡上,采用動力分析得到的拉-剪破裂面,結(jié)合極限平衡法求解邊坡地震安全系數(shù),是一種改進(jìn)的動力有限元時程分析法;第二種方法考慮了拉-剪破壞的flac強(qiáng)度折減動力分析法,是完全動力的方法。最后通過算例分析驗(yàn)證了新方法的可行性,為邊坡地震安全系數(shù)計(jì)算提供了一種新的思路。

由于邊坡問題的復(fù)雜性,有必要對邊坡的安全穩(wěn)定進(jìn)行綜合評價。在邊坡的綜合評價中,評價體系的建立和評價因素權(quán)重的確定十分重要。為充分考慮邊坡的現(xiàn)場情況,基于長期的監(jiān)測資料,建立邊坡安全穩(wěn)定的綜合評價體系。針對評價因素權(quán)重確定中的困難,把突變理論運(yùn)用到邊坡的綜合評價中,利用突變理論在多準(zhǔn)則評價決策中的優(yōu)點(diǎn),避免人為確定權(quán)重的主觀性。具體實(shí)施步驟是首先對多層評價目標(biāo)進(jìn)行分解,在將底層評價指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)量化后,運(yùn)用不同突變模型的歸一公式進(jìn)行計(jì)算,從而計(jì)算出邊坡安全總突變級數(shù)值,實(shí)現(xiàn)對邊坡安全的綜合評判。通過工程實(shí)例的計(jì)算表明,該評價方法是合理、可行的,為邊坡穩(wěn)定的綜合評價提供新的思路。

高陡邊坡的穩(wěn)定性分析與綜合評價

通過對206國道尋烏縣滑坡的工程地質(zhì)條件分析、滑坡形態(tài)分布特征分析其形成機(jī)制及穩(wěn)定狀況,建立穩(wěn)定性計(jì)算模型,運(yùn)用極限平衡條分法對邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算。運(yùn)用傳遞系數(shù)法確定滑坡在不同工況下的安全系數(shù)。該研究為該滑坡的有效防治提供了重要依據(jù),同時為邊坡的后續(xù)研究提供有價值的參考。

為了判斷含夾層巖質(zhì)邊坡在地震荷載下的穩(wěn)定性,豐富巖質(zhì)邊坡在地震荷載下的穩(wěn)定性分析方法,探討極限分析中的上限分析法如何應(yīng)用于評價邊坡在地震荷載作用下的穩(wěn)定性,文中介紹了上限分析法在邊坡穩(wěn)定性判斷中的應(yīng)用和極限分析法的基本原理,并詳述了如何基于波動理論計(jì)算地震波對邊坡中滑動體的做功功率,針對能量系數(shù)隨時間變化的特性,提出了以最小平均能量系數(shù)作為邊坡穩(wěn)定性的評價標(biāo)準(zhǔn)。最后結(jié)合室內(nèi)振動臺模型試驗(yàn),通過計(jì)算最小平均能量系數(shù)判斷的穩(wěn)定性結(jié)果與模型的實(shí)際破壞結(jié)果進(jìn)行對比,驗(yàn)證極限分析上限法應(yīng)用于地震穩(wěn)定性分析的合理性。研究表明:以正弦波代替地震波,基于波動理論可以求得該正弦波對邊坡滑體的做功功率,該功率為一個隨時間變化的函數(shù),因此提出以最小平均能量系數(shù)作為評價標(biāo)準(zhǔn),當(dāng)最小平均能量系數(shù)esmin>1時,消耗的功率大于外力做功功率,邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)；當(dāng)最小平均能量系數(shù)esmin<1時,消耗功率小于外力做功功率,邊坡發(fā)生滑動破壞；當(dāng)最小平均能量系數(shù)esmin=1時,邊坡處于極限穩(wěn)定狀態(tài)；應(yīng)用極限分析上限法計(jì)算出的最小平均能量系數(shù)判斷的模型邊坡破壞狀態(tài)與實(shí)際破壞基本一致,上限法求得的最小平均能量系數(shù)可作為含夾層邊坡的穩(wěn)定性判斷標(biāo)準(zhǔn)。

分析了地震力的偏角及邊坡的幾何和物理特征對土質(zhì)邊坡地震穩(wěn)定性的影響,探討了不同分析方法計(jì)算得到的安全系數(shù)的差異.結(jié)果表明:當(dāng)?shù)卣鹆εc邊坡的主滑方向一致時,此時對應(yīng)的安全系數(shù)最小;內(nèi)摩擦角較內(nèi)聚力對邊坡的地震穩(wěn)定性的影響更加顯著;不同的分析方法得到的安全系數(shù)各異,在工程實(shí)踐中建議采用janbu法來分析邊坡的地震穩(wěn)定性.

借鑒分形基本理論,提出了基于分形-插值模型的邊坡地震穩(wěn)定性評價方法.該方法首先選取影響邊坡地震穩(wěn)定性評價的巖土體特性、新構(gòu)造運(yùn)動特性、坡高、坡角、年均降雨量和場地地震烈度6個參數(shù)作為巖土邊坡地震穩(wěn)定性綜合評價的指標(biāo),并確定指標(biāo)的分級標(biāo)準(zhǔn),采用在每級標(biāo)準(zhǔn)中隨機(jī)內(nèi)插的方法,得到50個標(biāo)準(zhǔn)樣本,用于構(gòu)建邊坡地震穩(wěn)定性評價的分形-插值模型;其次根據(jù)最大似然分類原則確定每個邊坡地震穩(wěn)定性指標(biāo)的評價分維數(shù);然后利用加權(quán)求和法計(jì)算樣本的綜合評價值,并根據(jù)樣本綜合評價值與經(jīng)驗(yàn)等級之間的關(guān)系建立分形-插值評價模型;最后,通過實(shí)例分析表明:該模型的評價結(jié)果合理、客觀,為邊坡地震穩(wěn)定性評價工作提供了一種新的研究方法與思路.

基于室內(nèi)動三軸試驗(yàn)方法研究了最大動孔隙水壓力隨最大偏應(yīng)力和平均有效應(yīng)力的變化規(guī)律,提出了砂質(zhì)邊坡最大動孔隙水的簡化計(jì)算方法,將其代入永久位移的計(jì)算式中提出了可以考慮動孔隙水壓力影響的邊坡永久位移簡便計(jì)算方法;通過開展室內(nèi)振動臺試驗(yàn)驗(yàn)證了永久位移簡便計(jì)算方法的準(zhǔn)確性,并進(jìn)一步研究了地下水位對砂質(zhì)邊坡破壞模式的影響規(guī)律,最后提出了邊坡基于性能的地震穩(wěn)定性安全評價方法,并形成了一套結(jié)合永久位移的邊坡地震穩(wěn)定性評價新思路。研究表明,無地下水時,邊坡的破壞開始于坡頂,表現(xiàn)出了明顯的\"鞭梢效應(yīng)\";在較高水位時邊坡的破壞開始于坡腳,且邊坡頂部有明顯的震陷現(xiàn)象;通過將本文建立的邊坡動孔隙水壓力的簡化關(guān)系式和永久位移簡便計(jì)算方法與室內(nèi)試驗(yàn)值進(jìn)行了對比,驗(yàn)證了其準(zhǔn)確性。最后建立了基于安全系數(shù)和永久位移的邊坡地震穩(wěn)定性評價體系為坡體穩(wěn)定性判識提供參考。

高邊坡在高速公路的設(shè)計(jì)施工中均是項(xiàng)目的重點(diǎn)和難點(diǎn),然而在境外承擔(dān)的設(shè)計(jì)施工項(xiàng)目在高地震烈度下高邊坡設(shè)計(jì)就更為復(fù)雜,關(guān)鍵是各設(shè)計(jì)參數(shù)的選用,由于規(guī)范的不同導(dǎo)致參數(shù)差異較大,本文根據(jù)實(shí)際工程設(shè)計(jì)情況,對高邊坡地震作用下穩(wěn)定性進(jìn)行分析,提出可行的邊坡加固措施。

高邊坡在高速公路的設(shè)計(jì)施工中均是項(xiàng)目的重點(diǎn)和難點(diǎn),然而在境外承擔(dān)的設(shè)計(jì)施工項(xiàng)目在高地震烈度下高邊坡設(shè)計(jì)就更為復(fù)雜,關(guān)鍵是各設(shè)計(jì)參數(shù)的選用,由于規(guī)范的不同導(dǎo)致參數(shù)差異較大,本文根據(jù)實(shí)際工程設(shè)計(jì)情況,對高邊坡地震作用下穩(wěn)定性進(jìn)行分析,提出可行的邊坡加固措施。

巖土邊坡地震穩(wěn)定性評價方法是巖土邊坡地震穩(wěn)定性分析的核心。首先對巖土邊坡地震穩(wěn)定性評價方法的分類進(jìn)行了探討,在此基礎(chǔ)上從確定性分析和概率分析的角度出發(fā),對巖土邊坡地震穩(wěn)定性評價方法的研究進(jìn)展進(jìn)行了簡要回顧,包括擬靜力法、滑塊分析法、數(shù)值分析法和試驗(yàn)法,并作了簡要評述;最后指出了需要解決的問題和提出今后的研究方向。

基于屬性數(shù)學(xué)理論,建立巖土邊坡地震崩滑預(yù)測與危險性分級的屬性識別模型。模型包括單評價指標(biāo)屬性測度分析、樣本多評價指標(biāo)綜合屬性測度分析和屬性識別3個方面。在分析巖土邊坡地震崩滑影響因子的基礎(chǔ)上,綜合考慮巖土邊坡所處地質(zhì)背景、巖體結(jié)構(gòu)類型和地層巖性組合、地形地貌以及水文地質(zhì)條件,選取巖土體特性、新構(gòu)造運(yùn)動特性、坡高、坡角、年均降雨量和場地地震烈度6個參數(shù)作為巖土邊坡地震崩滑綜合評價的指標(biāo),并確定指標(biāo)的分級標(biāo)準(zhǔn);構(gòu)建評價指標(biāo)屬性測度函數(shù),計(jì)算單指標(biāo)屬性測度值和樣本綜合屬性測度值,進(jìn)行巖土邊坡屬性測度分析;應(yīng)用置信度準(zhǔn)則對巖土邊坡樣本的地震崩滑狀況進(jìn)行屬性識別。利用建立的模型對天然邊坡和路塹邊坡實(shí)例進(jìn)行評價,得到的結(jié)果與實(shí)際情況一致,說明給出的屬性識別模型既能夠應(yīng)用于天然邊坡又能夠應(yīng)用于路塹邊坡的地震崩滑預(yù)測和危險性分級。

針對擬靜力方法是否適用于水平設(shè)計(jì)加速度值較大條件下的地震邊坡穩(wěn)定性分析問題,選取兩個典型均質(zhì)土坡,分別采用極限平衡畢曉普方法與flac2d強(qiáng)度折減方法進(jìn)行了不同水平設(shè)計(jì)加速度條件下,地震邊坡抗滑穩(wěn)定性安全系數(shù)以及臨界滑動面的變化趨勢,研究結(jié)果發(fā)現(xiàn):對于粘聚力較小的均質(zhì)土坡而言,無論是極限平衡畢曉普法還是flac2d強(qiáng)度折減法,靜力條件下的臨界滑動面較淺,隨著水平設(shè)計(jì)加速度值的逐漸增大,地震邊坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)逐漸減小,極限平衡畢曉普法得到臨界滑動面基本保持不變,flac2d強(qiáng)度折減法得到的剪應(yīng)變云圖逐漸變窄;對于粘聚力較大而摩擦角較小的均質(zhì)土坡而言,靜力條件下的臨界滑動面較深,兩種方法下,隨著水平設(shè)計(jì)加速度的增加,抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)逐漸減小,臨界滑動面逐漸加深,當(dāng)水平設(shè)計(jì)加速度值增加到一定程度后,擬靜力方法不再適用于地震邊坡穩(wěn)定分析。

橋基邊坡的動力穩(wěn)定性直接關(guān)系到橋梁結(jié)構(gòu)的抗震能力。本文通過大型振動臺試驗(yàn)?zāi)M了某高速公路特大橋橋基邊坡在地震作用下的動力響應(yīng)以及破壞過程,然后利用newmark剛性硬塊法以及擬靜力法分別計(jì)算邊坡在不同烈度地震下的永久位移以及穩(wěn)定性系數(shù)。最后根據(jù)上述成果綜合評價該邊坡的抗震能力,并揭示出的破壞形式,給出了合理的工程處治措施。結(jié)論如下:(1)邊坡在8度烈度地震作用下可能發(fā)生局部變形,9度烈度地震條件下極可能發(fā)生大的整體滑動;(2)邊坡失穩(wěn)受地震產(chǎn)生的后緣張拉裂隙以及緩傾節(jié)理控制,主要失穩(wěn)部位位于坡腳以及邊坡淺部;(3)地震加速庫水向坡內(nèi)入滲,對邊坡穩(wěn)定性影響顯著,需要在坡腳進(jìn)行合適的防護(hù)措施。

1 邊坡穩(wěn)定性的工程地質(zhì)評價方法 [摘要]通過對邊坡穩(wěn)定性的工程地質(zhì)評價方法的介紹，分析了工程可靠性控制及措 施。 [關(guān)鍵詞]邊坡、可靠性、地質(zhì)評價 邊坡穩(wěn)定性的工程地質(zhì)評價包括兩方面的任務(wù)：一方面要對與工程 活動有關(guān)的天然斜坡或人工邊坡的穩(wěn)定性作出定性和定量的評價，另一 方面要為設(shè)計(jì)合理的人工邊坡和邊坡變形破壞的防治措施提供依據(jù)。邊 坡穩(wěn)定性的工程地質(zhì)評價方法可概括為地質(zhì)分析法(歷史成因分析法)、 力學(xué)計(jì)算法和工程地質(zhì)類比法三種。 邊坡穩(wěn)定分析應(yīng)收集下列資料：①地形和地貌特征；②地層巖性和 巖土體結(jié)構(gòu)特征：③斷層、裂隙和軟弱層的分布、產(chǎn)狀、充填物質(zhì)以及 結(jié)構(gòu)面的組合與連通率；④邊坡巖體風(fēng)化、卸荷深度；⑤各類巖土和潛 在滑動面的物理力學(xué)參數(shù)以及巖體應(yīng)力；⑥巖土體變形監(jiān)測和地下水觀 測資料；⑦坡腳淹沒、地表水位變幅和坡體透水與排水資料；⑧降雨歷 時、降雨強(qiáng)度和凍融資料；⑨地震

本文綜合運(yùn)用了極限分析法中的上限分析法結(jié)合波動理論,以一正弦sv波代替地震波,求出地震波透過夾層產(chǎn)生的透射波對滑體的做功功率,然后進(jìn)一步求地震荷載下邊坡的能量系數(shù),并提出了以最小平均能量系數(shù)作為邊坡穩(wěn)定性的判據(jù)。研究表明:極限分析上限法可以考慮地震因素用于邊坡在地震荷載下的穩(wěn)定性分析,最小平均能量系數(shù)作為穩(wěn)定性判據(jù)也是合理的。

漢江蜀河水電站屬ⅱ等大型水電站,水庫的運(yùn)行對庫岸的穩(wěn)定性可能造成一定的影響,甚至誘發(fā)庫岸失穩(wěn)災(zāi)害,所以水庫運(yùn)行時對岸坡的穩(wěn)定性進(jìn)行分析評價是必要的。文中以地質(zhì)背景為基礎(chǔ),結(jié)合具體工程實(shí)例,分別運(yùn)用了模糊評判和數(shù)值模擬分析兩種方法對棕溪火車站岸坡穩(wěn)定性進(jìn)行了分析評價。

分別采用擬靜力法和newmark滑塊法對某一下蜀邊坡進(jìn)行地震邊坡穩(wěn)定性分析,并與該邊坡處于靜力狀態(tài)時的穩(wěn)定性進(jìn)行比較,就地震對邊坡穩(wěn)定性的影響規(guī)律作出了定性的評價。

安全是礦山開采的最重要指標(biāo),對于露天礦山的開采工作而言,在開采過程中就其邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析,可提升礦山開采的穩(wěn)定性。本文通過實(shí)例分析的方式,就模糊綜合評價法在露天礦邊坡穩(wěn)定性分析中的應(yīng)用進(jìn)行分析。

露天礦山邊坡穩(wěn)定性分析過程中常常具有不確定性,本文以模糊數(shù)學(xué)為理論基礎(chǔ),建立了露天礦山邊坡穩(wěn)定性分析的模糊綜合評價體系,利用某露天煤礦為實(shí)際案例,將建立的體系應(yīng)用其中,對邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行具體分析。研究結(jié)果顯示,使用模糊綜合評價露天礦山邊坡穩(wěn)定性,評價效果良好,并且能夠?qū)⑦吰滤帉?shí)際狀態(tài)準(zhǔn)確反映,具有較高的實(shí)用性。

將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于邊坡沖刷穩(wěn)定性評價,建立了邊坡沖刷穩(wěn)定性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型并進(jìn)行了驗(yàn)證。對邊坡的設(shè)計(jì)和施工有一定的參考價值。

三峽永久船閘高陡邊坡工程是1個開放的復(fù)雜巨系統(tǒng),對其整體穩(wěn)定性的評價需要綜合考慮地質(zhì)資料、數(shù)值分析計(jì)算成果以及監(jiān)測數(shù)據(jù)等多源信息,基于多因素優(yōu)化融合的思想,采用定性與定量綜合集成的方法。基于系統(tǒng)工程的觀點(diǎn),借助可拓學(xué)理論,依據(jù)菱形思維模式和物元的可拓性,建立了三峽永久船閘高陡邊坡工程整體穩(wěn)定性的多指標(biāo)分層次綜合評價體系。采用物元的概念將研究對象、評價指標(biāo)和量值結(jié)合為一體,應(yīng)用物元變換建立整體穩(wěn)定性評價的物元模型,從而實(shí)現(xiàn)對三峽永久船閘高陡邊坡整體穩(wěn)定性的質(zhì)與量的綜合描述,并結(jié)合其隨時間的變化趨勢,可以完成對高陡邊坡整體穩(wěn)定性的三維動態(tài)評估。另外應(yīng)用優(yōu)化理論,進(jìn)行了評價指標(biāo)的主、客觀組合賦權(quán)。經(jīng)計(jì)算得出邊坡整體穩(wěn)定性屬1級,特征值為1.86,介于優(yōu)與良之間。同時,所述方法亦可應(yīng)用于大壩健康性態(tài)整體評價、巖體質(zhì)量評估、大壩老化評估等其他領(lǐng)域。