留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

复杂双面边坡整体稳定性分析

潘池 李飒

潘池,李飒. 复杂双面边坡整体稳定性分析[J]. 水利水运工程学报,2020(6):72-79 doi:  10.12170/20190730001
引用本文: 潘池,李飒. 复杂双面边坡整体稳定性分析[J]. 水利水运工程学报,2020(6):72-79 doi:  10.12170/20190730001
(PAN Chi, LI Sa. Stability analysis of complex double-sided slope[J]. Hydro-Science and Engineering, 2020(6): 72-79. (in Chinese)) doi:  10.12170/20190730001
Citation: (PAN Chi, LI Sa. Stability analysis of complex double-sided slope[J]. Hydro-Science and Engineering, 2020(6): 72-79. (in Chinese)) doi:  10.12170/20190730001

复杂双面边坡整体稳定性分析

doi: 10.12170/20190730001
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(51478313)
详细信息
    作者简介:

    潘 池(1994—),女,湖北武汉人,硕士研究生,主要从事边坡稳定性研究。E-mail:15102717228@163.com

    通讯作者:

    李 飒(E-mail:lisa@tju.edu.cn

  • 中图分类号: TU457

Stability analysis of complex double-sided slope

  • 摘要: 实际工程中边坡常呈现出复杂的几何结构,利用有限元强度折减法讨论了3种边界条件下凹凸坡结构和不同坡度组合情况双面边坡的安全系数和破坏特性,并与单面平直边坡进行对比分析。研究发现:在本次计算条件下,双面边坡垂直放坡时,单面平直边坡的安全系数大于凸坡;对于凸坡其他情况,全约束边界条件下安全系数最大,与平直边坡相比提高了约3%。所有形式的凹坡的安全系数均大于平直边坡,其中,全曲面凹坡在全约束边界条件下安全系数提高了近10%,约为其余形式凹坡的2倍。当双面边坡横纵坡度不等时,边坡沿危险坡面产生滑移,决定边坡整体稳定性的因素为较陡的坡度;坡度相等时,边界条件对双面边坡破坏模式的影响较为明显,不同边界条件将导致边坡不同的破坏形态,在半约束条件下,双面边坡只沿法向约束一侧产生滑移破坏,而另外两种约束条件下,其破坏区域均为对称形状。
  • 图  1  单面平直边坡结构示意

    Figure  1.  Schematic of the single-sided straight slope

    图  2  4种双面边坡结构示意(单位:m)

    Figure  2.  Schematic of four double-sided slopes (unit: m)

    图  3  形式1边坡在3种边界条件下的安全系数

    Figure  3.  Safety factors of the 1st slope under three boundary conditions

    图  4  形式2,3和4边坡在3种边界条件下的安全系数

    Figure  4.  Safety factors of the 2nd, 3rd and 4th slopes under three boundary conditions

    图  5  凸边坡与单面平直边坡安全系数关系

    Figure  5.  Relationship between the safety factors of the convex and single-sided straight slopes

    图  6  凹边坡与单面平直边坡安全系数关系

    Figure  6.  Relationship between the safety factors of the concave and single-sided straight slopes

    图  7  全约束边界条件下4种形式边坡的等效位移云图

    Figure  7.  Displacement zone of four slopes under rough-rough boundary condition

    图  8  全约束边界条件下5种工况边坡的等效位移云图

    Figure  8.  Displacement zone of five cases under rough-rough boundary condition

    图  9  纵向坡度与边坡安全系数的关系曲线

    Figure  9.  Relationship between longitudinal gradient and safety factor

    图  10  纵向坡度与$\left( {{F_{\rm s{\text{凹}}/{\text{凸}}}} - {F_{\rm s{\text{直}}}}} \right)/{F_{\rm s{\text{直}}}} \times 100$%的关系曲线

    Figure  10.  Relationship between $\left( {{F_{\rm s{\text{凹}}/{\text{凸}}}} - {F_{\rm s{\text{直}}}}} \right)/{F_{\rm s{\text{直}}}} \times 100 \%$ and longitudinal gradient

    图  11  纵向坡度与$ \left(F_{\rm S R / R R}-F_{\rm S S}\right) / F_{\rm S S} \times 100 \% $的关系曲线

    Figure  11.  Relationship between $ \left(F_{\rm S R / R R}-F_{\rm S S}\right) / F_{\rm S S} \times 100 \% $ and longitudinal gradient

    图  12  不同约束条件下边坡的位移云图

    Figure  12.  Displacement zone of slopes under different boundary conditions

    表  1  边坡体边界类型对应的约束情况

    Table  1.   Boundary conditions of slopes

    平面SSSR(凸)SR(凹)RR(凸)RR(凹)
    X=0法向约束法向约束法向约束法向约束固定约束
    X=W1+S+W2法向约束固定约束法向约束固定约束法向约束
    Y=0法向约束法向约束固定约束法向约束固定约束
    Y= W1+S+W2法向约束法向约束法向约束固定约束法向约束
    Z=0固定约束固定约束固定约束固定约束固定约束
    下载: 导出CSV
  • [1] 刘春龙, 张志强, 袁继国, 等. 岩质边坡稳定坡角影响因素及其确定方法[J]. 水利水运工程学报,2016(1):23-29. (LIU Chunlong, ZHANG Zhiqiang, YUAN Jiguo, et al. Rock slope stability influence factors of slope angle[J]. Hydro-Science and Engineering, 2016(1): 23-29. (in Chinese)
    [2] LYNESS J F, OWEN D R J, ZIENKIEWICZ O C. The finite element analysis of engineering systems governed by a non-linear quasi-harmonic equation[J]. Computers & Structures, 1975, 5(1): 65-79.
    [3] GRIFFITHS D V, LANE P A. Slope stability analysis by finite elements[J]. Géotechnique, 1999, 49(3): 387-403. doi:  10.1680/geot.1999.49.3.387
    [4] 卢坤林, 朱大勇, 杨扬. 二维与三维边坡稳定性分析结果的比较与分析[J]. 岩土力学,2012,33(增刊2):150-154, 161. (LU Kunlin, ZHU Dayong, YANG Yang. Comparison and analysis of 2D and 3D slope stability analysis results[J]. Rock and Soil Mechanics, 2012, 33(Suppl2): 150-154, 161. (in Chinese)
    [5] 张新兵, 彭文祥, 林杭. 三维边坡稳定性边界效应分析[J]. 中南大学学报(自然科学版),2015,46(11):4262-4266. (ZHANG Xinbing, PENG Wenxiang, LIN Hang. Three-dimensional boundary effect of slope stability[J]. Journal of Central South University (Science and Technology), 2015, 46(11): 4262-4266. (in Chinese) doi:  10.11817/j.issn.1672-7207.2015.11.038
    [6] 朱乃龙, 张世雄. 深凹露天矿边坡稳定的空间受力状态分析[J]. 岩石力学与工程学报,2003,22(5):810-812. (ZHU Nailong, ZHANG Shixiong. Mechanical analysis on the stability of deep furrow pit slope[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2003, 22(5): 810-812. (in Chinese) doi:  10.3321/j.issn:1000-6915.2003.05.022
    [7] FARZANEH O, ASKARI F, GANJIAN N. Three-dimensional stability analysis of convex slopes in plan view[J]. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 2008, 134(8): 1192-1200. doi:  10.1061/(ASCE)1090-0241(2008)134:8(1192)
    [8] CHENG Y M, YIP C J. Three-dimensional asymmetrical slope stability analysis extension of Bishop's, Janbu's, and Morgenstern-Price's techniques[J]. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 2007, 133(12): 1544-1555. doi:  10.1061/(ASCE)1090-0241(2007)133:12(1544)
    [9] WEI W B, CHENG Y M, LI L. Three-dimensional slope failure analysis by the strength reduction and limit equilibrium methods[J]. Computers and Geotechnics, 2009, 36(1/2): 70-80. doi:  10.1016/j.compgeo.2008.03.003
    [10] 卢坤林, 朱大勇. 坡面形态对边坡稳定性影响的理论与试验研究[J]. 岩石力学与工程学报,2014,33(1):35-42. (LU Kunlin, ZHU Dayong. Theoretical and experimental study of effect of slope topography on its stability[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2014, 33(1): 35-42. (in Chinese)
    [11] NIAN T K, HUANG R Q, WAN S S, et al. Three-dimensional strength-reduction finite element analysis of slopes: geometric effects[J]. Canadian Geotechnical Journal, 2012, 49(5): 574-588. doi:  10.1139/t2012-014
    [12] ZHANG Y B, CHEN G Q, ZHENG L, et al. Effects of geometries on three-dimensional slope stability[J]. Canadian Geotechnical Journal, 2013, 50(3): 233-249. doi:  10.1139/cgj-2012-0279
    [13] 岑威钧, 邓同春, 石从浩, 等. 复杂渠坡稳定性分析方法比较[J]. 水利水运工程学报,2013(4):29-34. (CEN Weijun, DENG Tongchun, SHI Conghao, et al. Comparison of different channel slope stability analysis methods[J]. Hydro-Science and Engineering, 2013(4): 29-34. (in Chinese) doi:  10.3969/j.issn.1009-640X.2013.04.006
    [14] 张鲁渝, 郑颖人, 赵尚毅, 等. 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(1):21-27. (ZHANG Luyu, ZHENG Yingren, ZHAO Shangyi, et al. The feasibility study of strength-reduction method with FEM for calculating safety factors of soil slope stability[J]. Journal of Hydraulic Engineering, 2003(1): 21-27. (in Chinese) doi:  10.3321/j.issn:0559-9350.2003.01.005
    [15] 万少石, 年廷凯, 蒋景彩, 等. 边坡稳定强度折减有限元分析中的若干问题讨论[J]. 岩土力学,2010,31(7):2283-2288, 2316. (WAN Shaoshi, NIAN Tingkai, JIANG Jingcai, et al. Discussion on several issues in slope stability analysis based on shear strength reduction finite element methods (SSR-FEM)[J]. Rock and Soil Mechanics, 2010, 31(7): 2283-2288, 2316. (in Chinese) doi:  10.3969/j.issn.1000-7598.2010.07.044
  • [1] 刘清君, 张晋勋, 孙天霆, 徐华, 王登婷, 李秦.  岛礁地形抛石护岸稳定性试验研究 . 水利水运工程学报, 2019, (5): 69-75. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.05.009
    [2] 杨敏, 李宁, 李宏儒, 李国锋.  锚索应力增量法评价边坡稳定性 . 水利水运工程学报, 2019, (2): 8-15. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2019.02.002
    [3] 周益人, 潘军宁.  堤坝护面开孔砌块抗浪稳定性试验研究 . 水利水运工程学报, 2016, (3): 126-131.
    [4] 付长静, 李国英, 陈亮, 赵天龙.  利用温度场计算渗透流速的数学模型 . 水利水运工程学报, 2015, (6): 88-93.
    [5] 杨立功.  采用拟静力法的新型桶式基础防波堤结构稳定性分析 . 水利水运工程学报, 2015, (5): 96-102.
    [6] 孔郁斐, 周梦佳, 宋二祥, 杨军, 张龙英, 施洪刚, 刘剑.  利用PLAXIS软件计算考虑降雨的边坡稳定性 . 水利水运工程学报, 2014, (3): 70-76.
    [7] 王建中, 范红霞, 朱立俊.  柔性导流坝坝体拉力及稳定性试验研究 . 水利水运工程学报, 2014, (5): 1-7.
    [8] 刘芸芸, 贡金鑫.  无波浪力重力式码头稳定性可靠指标的简化计算 . 水利水运工程学报, 2013, (6): 36-46.
    [9] 李武,吴青松,陈甦,程泽坤.  桶式基础结构稳定性试验研究 . 水利水运工程学报, 2012, (5): 42-47.
    [10] 陆永军,季荣耀,左利钦.  曹妃甸深水大港滩槽稳定及工程效应研究 . 水利水运工程学报, 2009, (4): -.
    [11] 晋良海,梁川.  基于集对理论标段协调差啮合的施工系统稳定性分析 . 水利水运工程学报, 2009, (1): -.
    [12] 贡金鑫,麦远俭,王利欢.  重力式码头抗滑、抗倾稳定性可靠指标计算及程序实现 . 水利水运工程学报, 2008, (4): -.
    [13] 杨令强,武甲庆,秦冰.  水闸与地基相互作用及底板的设计 . 水利水运工程学报, 2008, (1): 53-56.
    [14] 杨程生,高正荣.  苏通大桥主塔墩基础冲刷防护工程稳定性分析 . 水利水运工程学报, 2007, (3): 33-37.
    [15] 侯石华,沈长松.  水力自动翻板闸门的瞬心轨迹及其对稳定性的影响 . 水利水运工程学报, 2007, (3): 66-69.
    [16] 黄耀英,沈振中,吴中如,王德信,王建.  混凝土坝及坝基分析中截取边界的影响 . 水利水运工程学报, 2007, (4): 9-13.
    [17] 文畅平.  黄土边坡稳定性的属性识别模型 . 水利水运工程学报, 2007, (2): 10-16.
    [18] 肖浩波,郑东健.  基于实测资料的边坡稳定性评价突变模型 . 水利水运工程学报, 2005, (2): 67-69.
    [19] 王国利,陈生水,徐光明.  干湿循环下膨胀土边坡稳定性的离心模型试验 . 水利水运工程学报, 2005, (4): 6-10.
    [20] 李家平,赖允瑾,李永盛,周生华.  利用抗滑桩加固临水岸坡的边坡稳定性分析 . 水利水运工程学报, 2005, (2): 53-58.
  • 加载中
图(12) / 表 (1)
计量
  • 文章访问数:  1374
  • HTML全文浏览量:  488
  • PDF下载量:  33
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2019-07-30
  • 网络出版日期:  2020-09-09
  • 刊出日期:  2020-12-25

/

返回文章
返回