静力及动力条件下边坡稳定性研究

地震条件、静态条件下的边坡稳定性差异是边坡抗震设计的难点,研究静力和动力条件下边坡稳定性差异及其稳定性特征可为合理把握地震边坡稳定性提供依据和指导。文章利用常用岩土计算软件FLAC~(3D)对边坡进行了静力和动力分析,阐明了数值分析时如何设置模型边界条件,并对选用的地震波合成、输入、转化为动力时程以及对地质体的阻尼进行了合理设置;选用了更符合土体力学特性的应变软化模型,对不同收敛标准和边坡在静力和动力两种作用下的安全系数进行了比较和分析。结果表明:在静力和动力分别作用下边坡的安全系数相差较大,相同条件下静力安全系数为1.4,动力安全系数为1.1;静力和动力条件下边坡的破坏过程也有较大差别,静力条件下贯通区的形成是坡顶、坡脚同时向滑动面中部进展,动力条件下则由坡脚向坡顶进展。     

周期荷载作用下几何缺陷拱的动力稳定性

分析了周期荷载作用下几何缺陷对拱的动力性能的影响.首先将结构有限元节点坐标偏差视为随机变量,通过建立拱的条件相关矩阵,分解得出几何缺陷的分布方式及缺陷幅值标准差.在考虑动力荷载作用下结构的稳定性能时,由Lyapunov稳定性原理出发,推导出了反应结构长期动力性能的运动稳定方程,基于此方程求解Lyapunov指数.对比分析了几何缺陷拱与完善拱的动力稳定性能,研究了周期荷载作用的频率与几何缺陷的大小对拱动力稳定性能的影响.结果表明与静力屈曲模态相似的几何缺陷分布方式对拱的动力稳定性影响最大;同时存在使拱发生动力失稳的激励频率区域.     

岩质高陡边坡关键剖面稳定性分析

小江口隧道边坡是灰岩夹泥灰岩的岩质高陡边坡,陡崖处存在两处由多组不规则卸荷裂隙围限出的危岩体,危及拟建隧道及桥梁的安全。为确保隧道施工过程和运营的安全,以小江口隧道为原型,选取关键剖面评价局部危岩体的稳定性。研究表明:隧道出口岸坡与上游侧陡崖边坡的坡体应力状态相同,均呈现坡脚位置应力集中,陡坡面存在受拉区的高山峡谷应力分布特征,易在边坡底部出现剪切破坏以及高位陡岩发生崩塌落石等地质灾害。隧道出口段南侧陡崖的破坏模式为渐进式倾倒破坏,上游侧陡崖的破坏模式是错落式破坏。     

小江口隧道边坡失稳破坏机理数值分析

以小江口隧道边坡为研究对象,利用FLAC3D软件建立了能够精确反映地形地质条件的精细地质力学模型,进而建立三维数值分析模型.在分析过程中,选取4种工况进行模拟分析,其中自重工况和破坏模式分析都与现场实际情况对应.在此基础上模拟环境地质条件恶化时的边坡失稳破坏机理,并进一步分析采空区对坡体的影响,以及隧道开挖时的坡体变形失稳模式.研究结果表明:(1)未来的破坏模式仍然是平行坡面的陡立结构面起控制作用,破坏区域呈片状平行坡面走向位于陡壁表层,在软弱的泥灰岩基座处切断下部岩体,形成楔形错落式滑动破坏,在隧道轴向上,要特别注意裂隙面所切割出来的上游侧三角形体.(2)煤层采空后顶部岩层塌陷明显,变形影响区向外扩展到地表河谷,向内受限于裂隙面,向上接近最临近的泥灰岩夹层,隧道尚在煤层塌落的应力影响区之外.(3)隧道开挖后,围岩变形不明显,但隧道围岩应力改变明显,应力变化明显的区域,受限于裂隙面,局限于裂隙面所界定坡体外侧区域,向坡体内则没有发展.     

多震地区公路边坡支护方案及稳定性研究

为了研究多震山区的公路边坡工程稳定性问题,以云南省红河州某高速公路边坡作为工程背景,首先采用极限平衡条分法,分析边坡稳定性与滑体应力状态在地震荷载作用下的响应规律,发现随着水平向地震荷载的变大,边坡安全系数和滑面上的法向力逐渐变小,而条间法向力逐渐变大,并且滑面中部的变化相比较坡顶和坡脚处更为明显.然后通过设计数值试验...     

隧洞衬砌静力分析力学模型的研究

以文克尔弹性地基梁理论为基础,建立了隧洞衬砌静力分析的杆系结构力学模型,使其可考虑底部为弹性转动约束的情况,并对该模型进行了实例验证。研究结果表明,考虑弹性转动可使拱顶及边墙顶部截面受拉边缘处的应力增加。     

基于强度折减有限元法的土石坝抗震稳定分析

将土石坝的拟静力法抗震稳定计算与强度折减有限元法相结合,对土石坝边坡稳定性进行有限元计算。按《水工建筑物抗震设计规范》(SL203-97)的规定,依据坝高动态分布系数施加水平等效地震惯性力,然后用基于ABAQUS软件环境下的温控参数强度折减有限元法确定土石坝边坡的临界失稳状态及其所对应的安全系数。结果表明,采用此法进行土石坝边坡抗震稳定分析与传统的极限平衡Bishop法相比,不仅计算结果一致,且可直观反映土石坝的应力、应变和整个坝坡破坏发展过程。     

不利围岩条件下调压井应力变形的有限元仿真分析

【目的】探讨不利围岩条件下调压井的应力变形特性。【方法】以摩洛哥某水电站调压井工程为例,运用大型有限元软件,建立了调压井应力变形分析的三维有限元模型,通过仿真计算获得了施工期与运行期调压井围岩及衬砌结构应力变形的分布与变化规律。【结果】在不利围岩条件下,施工开挖过程中围岩径向位移均指向井内,随着下层岩体的开挖,上层岩体的径向位移不断增大;沿高程方向,径向位移自上而下呈递减趋势,衬砌之前围岩变形基本稳定;运行期衬砌结构内、外侧环向正应力的分布规律沿高程方向基本一致,除调压井底部阻抗孔口处及调压井顶部外,内、外侧环向正应力均以拉应力为主,且自上而下大体呈递增趋势,内、外侧环向拉应力最大值均发生在调压井底部与阻抗孔口衔接处;施工期和运行期井周围岩的径向最大压应力及环向最大压应力均远小于围岩体的设计抗压强度,因此施工期井周围岩不会产生塑性破坏。【结论】在不利围岩条件下,调压井施工应采用自上而下分层开挖的方法,并及时喷锚和延迟一级衬砌;在调压井底部需采取加大衬砌混凝土标号、加设钢板内衬等增加强度的措施。     

栗西尾矿坝地震反应分析和稳定性评价

【目的】对尾矿库进行加高后其在地震荷载作用下的动力反应进行分析,为对栗西尾矿坝的加高设计提供参考。【方法】基于实际钻孔勘探的成果,在确定了各分区-尾矿砂和初期坝堆石体模型的渗透系数、物理力学指标及加高方案下的浸润面分布条件下,采用等价粘弹性模型的三维有效应力有限元法,对栗西尾矿坝加高以后的坝体进行了地震永久残余变形、液化分析和边坡稳定分析,求得残余变形、孔压水平分布场和边坡安全系数。【结果】在地震作用下,尾矿坝坝内在靠近水边的沉积滩液化区,由于其藏埋较浅加之高孔隙水压力梯度的存在,将导致沉积滩表面出现裂缝喷冒现象。【结论】在加高方案设计中应设排渗设施,以降低地下水位,提高尾矿坝边坡稳定性。     

考虑降雨和地震作用下的铁路边坡稳定性分析

采用力学分析和数值模拟的方法对边坡进行了稳定性的研究和评价。首先,对铁路路基边坡的周边环境和滑坡形成原因进行了现场勘探,选择边坡侵蚀严重的剖面,分别采用简化Bishop法和数值模拟的方式,计算并比较边坡在自然、降雨和地震三种状态下的安全系数。之后采用抗滑桩护坡、浆砌石锚杆桩护坡和挡土墙护坡三种方案进行治理,并对治理后的边坡进行了稳定性分析。最后分析了不同的抗滑桩长宽度、锚杆的长度与直径和挡土墙高宽度对边坡安全系数的影响并总结规律。结果表明,三种方案都显著提高了路基边坡的稳定性。边坡安全系数随着挡土墙高度增加呈线性增长,且随着抗滑桩宽度与锚杆直径的增加而增长。当抗滑桩长度增加到12 m、锚杆长度的增加到10 m后,其对边坡抗滑能力的提升趋势不再明显。     

强震作用下双层球面网壳结构非线性动力响应分析

针对大跨网壳结构的动力特性,提出了在强烈地震作用下双层球面网壳结构的非线性分析和结构动力稳定性判别方法.单元模型中考虑几何非线性和材料非线性的双重影响.分析时,以静力荷载作用下的受力状态作为时程分析的初始状态,采用B-R判断准则确定其临界荷载,通过加速度峰值-结构最大位移曲线来判别结构的动力稳定性,据此找出其动力失稳临界点及破坏规律.通过算例验证了本文方法的有效性.分析结果表明,双层球面网壳结构考虑双重非线性是必要的;一致缺陷模态对结构承载力的影响比振型模态缺陷的影响大.     

列车引起饱和土场地地面振动实测分析

为了研究列车经过引起的环境振动在饱和土场地的传播特性,对滨洲(哈尔滨到满洲里)铁路大庆市龙凤湿地段列车经过引起轨道附近地面振动进行现场观测。通过振动级通用方法计算得到线型台阵各实测点三分之一倍频程各中心频率的加速度振动级,对比研究客、货两类列车引起的振动加速度幅值和加速度振动级衰减关系。结果表明:随着距轨道中心线距离的增加,加速度幅值和加速度振动级逐渐减小;列车经过时,在30 Hz~80 Hz频段振动加速度级增加;列车运行速度对振动加速度级的影响比载重和车厢数大。     

杆件局部失稳对钢桁架拱桥整体稳定性的影响

以某城市钢桁架拱桥为研究对象,采用板单元、梁单元、桁架单元等模拟整体有限元模型,分析钢桁架拱桥局部杆件弹塑性稳定性的特征值;通过改变风撑、斜撑、拱肋、吊杆数量及拱肋的刚度和矢跨比等参数,分析成桥状态下局部稳定性对钢桁架拱桥整体稳定性的影响.结果表明:①经计算结构的失稳临界值,杆件局部失稳是钢桁架拱桥失稳的主要影响因素,局部杆件受力能较好地反映结构稳定性承载力.②增加风撑结构的数量可以显著提高结构的稳定性;但当风撑数量足够时,继续增加风撑结构的数量,结构的稳定性并不能得到很大的提高;斜撑的设置对整体稳定性有很大的影响,特别是"K"和"X"斜撑对结构稳定性的影响非常显著.③风撑和拱肋刚度变化对结构的稳定性影响较为显著,吊杆刚度变化对结构的稳定性影响不大.④当矢跨比为1.0/4.0～1.0/5.0时,失稳位置出现在风撑位置;矢跨比为1.0/5.5～1.0/6.0时,失稳位置出现在拱肋弦杆位置;矢跨比主要通过影响局部位置杆件的受力状态影响结构整体的稳定性.     

汤峪河渡槽吊杆式拱架支承结构抗震性能分析

汤峪河渡槽采用的吊杆式拱架支承结构是国内外水工渡槽及道路工程中首创的一种工程支承结构。以汤峪河渡槽为工程实例 ,运用当今普遍采用的振型分解反应谱法和 P11D平面静力计算程序 ,分析了这种结构形式的地震反应特性。结果表明 :(1)下弦杆分缝的处理方法有效地释放了地震力所引起的结构超静定内力 ;(2 )在头道梁的拱脚附近的截面上 ,地震内力与常规荷载内力叠加后产生了巨大的偏心 ,这给结构的配筋及混凝土抗裂性要求增加了一定难度 ,设计时应重视该处截面尺寸的拟定 ,可在该处加设梗胁结构 ,加强构造配筋。     

地震动参数对高层混合结构破坏的影响

采用15条地震波对3个层高不同周期不同的钢框架-钢筋混凝土剪力墙混合结构进行动力时程分析,以了解地震波的峰值速度与峰值加速度的比值、峰值加速度、以及强震持时对结构破损程度的影响.结果表明:地震波的幅值相同时,结构的破坏程度与地震波峰值速度与峰值加速度的比值呈正比;地震波峰值加速度的增大使结构破坏程度不断提高,提高的速度先急后缓;地震波强震持时对结构破坏的影响随结构自振周期增大而增大.根据研究结果提出了结构破损计算公式,该公式综合反映了地震波幅值、频谱特性对不同周期结构破坏的影响,利用它能较为准确地判断地震波对结构的破坏能力.     

综合物探方法在黏土地区开挖隧道的应用

土体受水的影响大,在黏土隧道中,随着含水率的增加,隧道围岩逐渐失去自稳能力,失稳的可能性增大.利用土体含水率与电阻率的关系,采用结合AGI高密度电法、 EH4大地电导率法的综合物探方法对重庆一隧址区隧道的失稳现象进行探测,并推断导致黏土含水率高的原因.结果表明：河床下方区域的电阻率较低,且低电阻率区域沿河道走向分布,自上而下逐步增加,此时河床下方的黏土含水率由远及近越来越高.已知隧址区处于易汇水区域,根据地调结果排除原有地下水的影响,验证推断：造成河床下方黏土含水率较高的原因是隧址区破碎带的存在,水流沿地表与地层间的导水通道进入地下,增加了黏土层的含水率.向河底注入水泥浆,与原有黏土体形成水泥土,通过这种方式改善土体性能并做到防渗以减少黏土受水影响引起的失稳问题.     

铅芯橡胶隔震桥梁结构的地震反应动力分析

以一端铰支一端滚动的简支桥和采用铅芯橡胶隔震支座的简支桥为研究对象,分别进行地震作用下的弹塑性动力反应分析。为考察铅芯橡胶隔震支座对桥梁隔震效果的影响,分别在隔震和未隔震情况下输入不同幅值的Elcentro地震波,计算出上部结构的加速度反应和相对位移。地震反应分析结果表明:动力分析中所用的结构计算模型、恢复力模型和参数及计算程序是可行的。通过对地震动力反应数据的分析,选择适当尺寸参数的铅芯橡胶支座作为隔震装置,改善结构动力特性,可以降低桥面及桥墩的地震响应,在整体上提高了结构的安全性及抗震性能,增强桥梁结构的抗震能力,从而得到较好的抗震效果。     

基于蒙皮效应钢梁的静力性能研究

采用数值试验的方法分析了基于蒙皮效应的钢梁在静力情况下的力学性能.给出了该新型钢梁的应力分布情况,并与H型钢梁、箱型钢梁的承载能力进行了比较.研究表明,相同跨度、相同质量的新型钢梁具有更高的承载能力,并且随着跨度的增加,合理设计的新型梁的承载力具有更加明显的优势.     

湟水河白川水电站动力渠除险加固分析论述

白川水电站动力渠渠线位于湟水河右岸的Ⅰ级和Ⅱ级阶地上,地表为冲洪积粉质壤土,中部为冲积砂卵砾石层,下伏基岩为白垩系下统河口群泥质粉细砂岩,地下水位埋深约2~8 m,渠堤存在两种以上的地层岩性。砂卵砾石层为透水层,底部的泥质粉细砂岩为隔水层。砂卵砾石层的边坡稳定性与地层含水率有直接关系,随着地表水下渗、灌溉回归水及渠道内水外渗的逐渐累积,渠堤下部砂卵砾石层内含水率趋于饱和状态,致使内摩擦角降低,抗剪强度下降,而泥质粉细砂岩长期遇水易软化膨胀,且岩石黏聚力和抗剪强度降低,造成岩土分界处出现滑移面,导致动力渠边坡出现失稳现象。以上两种地层结构均因渗水致使地层岩性发生变化,抗剪强度降低,使得堤身边坡在地层分界面附近水平推力剧增,衬砌面板出现断裂鼓胀等现象。因此,在透水层与隔水层分布的二元结构地层修建挖方渠道时,要特别注意地下水位对渠堤的影响,务须做好排水措施,以保证渠堤安全稳定。     

长悬臂干挂石材支撑结构体系设计及其动力分析

利用ANSYS软件建立了干挂石材支撑结构体系数值模型,对结构体系进行竖向静力荷载作用下的受力分析:结构体系在竖向荷载作用下最大侧向位移为0.0288m,最大竖向位移为0.0053m,结构体系中构件的最大屈服应力为110MPa。在7度罕遇地震作用下选取3条不同的地震波EL-Centro波、Taft波和人工波对结构体系进行了动力分析:结构体系的竖向位移基本保持不变,而最大侧向位移出现增大,尤其在Taft波作用下,最大侧向位移达到0.0558m,相比静力荷载作用,其值增加了93.8%。上述研究结果表明,结构体系的竖向和侧向承载力及刚度均满足设计和施工要求。