CN117195613A - 一种用于饱和边坡稳定评价的孔压-强度折减极限分析方法 - Google Patents
一种用于饱和边坡稳定评价的孔压-强度折减极限分析方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117195613A CN117195613A CN202210599952.4A CN202210599952A CN117195613A CN 117195613 A CN117195613 A CN 117195613A CN 202210599952 A CN202210599952 A CN 202210599952A CN 117195613 A CN117195613 A CN 117195613A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- rock
- soil body
- coefficient
- water pressure
- slope
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000011148 porous material Substances 0.000 title claims abstract description 47
- 230000009467 reduction Effects 0.000 title claims abstract description 35
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 title claims abstract description 17
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 239000002689 soil Substances 0.000 claims abstract description 62
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 36
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 25
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 25
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims abstract description 21
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 3
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 24
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 24
- 239000011435 rock Substances 0.000 claims description 15
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 7
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 7
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 5
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 5
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 5
- 238000011835 investigation Methods 0.000 claims description 4
- 239000003673 groundwater Substances 0.000 description 5
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 4
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 3
- 206010008190 Cerebrovascular accident Diseases 0.000 description 2
- 208000006011 Stroke Diseases 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Pit Excavations, Shoring, Fill Or Stabilisation Of Slopes (AREA)
Abstract
一种用于饱和边坡稳定评价的孔压‑强度折减极限分析方法，该计算方法从岩土体有效应力原理和岩土体物理力学性质出发，建立岩土体固体骨架变形、岩土体变形与孔隙水压力的关系，具体表现为：对于饱和边坡的强度折减法极限分析中，提出了岩土体孔隙水压力增量的计算方法，建立了孔隙水压力与岩土体抗剪强度、强度折减系数的理论联系。通过借助有限元分析软件，实现了在边坡稳定性计算过程中的孔压折减，使得在岩土体边坡稳定分析结果更加贴近实际情况。方法为：根据强度折减法中孔隙水压力增量的计算方法求解出不同折减系数下的粘聚力、内摩擦角以及孔压该增量，孔压该增量作为场荷载赋给计算单元，从而得到边坡稳定性安全系数。
Description
技术领域
本发明属于岩土工程技术领域，特别是涉及饱和岩土体边坡工程采用强度折减方法进行流固耦合极限分析的安全性评价。
背景技术
边坡的稳定性不仅受到坡体的岩土体材料物理力学性质影响，也受到岩土体内的含水率、渗流、地下水位高度等因素的影响，尤其是因降雨、地下水位抬升引起孔隙水压力改变，使饱和边坡稳定分析出现不确定性。
目前，在岩土体边坡的抗剪强度计算方法有总应力法和有效应力法。总应力法没有考虑孔隙水压力对岩体抗剪强度的影响，边坡稳定分析结果与实际情况存在一定差异。有效应力法是在总应力法基础上，考虑孔隙水压力对岩土体抗剪强度的影响，可以比较客观地反映岩土体边坡的稳定情况。近年来，为更好地解决流固耦合边坡稳定性分析或复杂边坡稳定性分析，数值计算方法已经被列入《建筑边坡工程技术规范》(GB50330)等规范、标准。目前在考虑孔隙水压力的边坡流固耦合分析时，计算初期通过水土特征曲线对边坡饱和度进行改变，表达孔隙水压力对边坡稳定性的影响，但是饱和度的改变只是宏观表明边坡体中含水量的变化，并不能直接准确辨明边坡中孔隙水压力的变化，也就无法获得边坡岩土体有效应力，使得计算结果与实际情况产生偏差。
有限元强度折减法，是复杂岩体边坡稳定分析较为成熟的技术方法，是通过改变岩土体强度参数使抗滑力和下滑力达到平衡状态或失稳状态。但目前的强度折减法只对边坡岩土体粘聚力、内摩擦角进行强度参数折减，并未考虑到孔隙水压力的影响，在一定程度上导致计算结果与实际工程情况存在一定偏差。因此，有必要改进有限元强度折减法，适应边坡岩土体内的孔隙水压力改变引起的岩体有效应力改变的情况，使有限元强度折减法适应地下水位变化的边坡稳定性分析。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种用于饱和边坡稳定评价的孔压-强度折减极限分析方法。该方法建立了孔隙水压力与有效应力的关系，为饱和岩土体边坡稳定性评价提供了一种客观的方法。
本发明提供的一种用于饱和边坡稳定评价的孔压-强度折减极限分析方法包括如下步骤：
步骤一：通过室内以及现场试验，获得边坡岩土体的物理力学参数；
步骤二：根据工程地质勘察和水文地质勘察，绘制边坡剖面，边坡地下水位面，计算最大孔隙水压力u；
步骤三；根据步骤一获得的边坡岩土体粘聚力与内摩擦角计算在不同折减系数下的岩土体粘聚力与内摩擦角，计算公式如下；
式中，c与为岩土体粘聚力与内摩擦角，F1为折减系数，c1与/>为强度折减后的岩土体粘聚力与内摩擦角；
步骤四：如果步骤一的试验中未获得岩土体固体骨架压缩系数，可通过公式(3)计算岩土体固体骨架压缩系数CS：
式中，v为岩土体固体骨架的泊松比，Es为岩体固体骨架弹性模量；
步骤五：如果步骤一的试验中未获得岩土体压缩系数，可通过公式(4)计算岩土体压缩系数C：
式中，n为岩土体的孔隙率，该参数可由步骤一得到；
步骤六：将步骤一获得的岩土体的固体骨架压缩系数、岩土体的压缩系数，或者步骤四、步骤五计算的岩土体的固体骨架压缩系数、岩土体的压缩系数，以及折减系数、最大孔隙水压力、内摩擦角等参数，代入公式(5)计算孔隙水压力增量：
式中，Δu为孔隙水压力增量，CS为岩土体的固体骨架压缩系数，C为岩土体的压缩系数，u为最大孔隙水压力，为岩土体内摩擦角，F1为折减系数；
步骤七：在有限元软件开展强度折减分析中，将公式(5)计算的孔隙水压力增量作为场荷载赋给计算单元，计算岩体边坡稳定性。
本发明的有益效果：
本发明的一种用于饱和边坡稳定评价的孔压-强度折减极限分析方法，能够有效的在岩土体边坡稳定性计算中考虑到孔隙水压力作用，使通过强度折减法获得的饱和边坡稳定性分析结果更加贴近实际情况。
本发明的有益效果：
本发明的一种用于饱和边坡稳定评价的孔压-强度折减极限分析方法，能够有效的在岩土体边坡稳定性计算中考虑到孔隙水压力作用，使通过强度折减法获得的饱和边坡稳定性分析结果更加贴近实际情况。
附图说明
图1为本发明的计算流程图；
图2为本发明的具体实施案例中监测点位置图；
图3为本发明的具体实施案例中的s-F1图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
一种用于饱和边坡稳定评价的孔压-强度折减极限分析方法的具体实施例的边坡基本概况是，边坡横向长100m、纵向高度为60m、坡角为38.6°、边坡整体由中风化砂岩组成、地下水位面位于地面以下5m处、岩体内摩擦角22°、粘聚力40kPa、弹性模量4.09×104MPa、空隙率为14.4％、泊松比0.22，采用了FLAC3D软件进行该饱和边坡的稳定分析，具体步骤如下：
步骤一：通过室内以及现场试验，获得边坡岩体的内摩擦角为22°、粘聚力为40kPa、弹性模量为4.09×104MPa、空隙率14.4％、泊松比为0.22；
步骤二：根据工程地质勘察和水文地质勘察，绘制边坡剖面，边坡地下水位面，计算最大孔隙水压力u为150kPa；
步骤三：根据步骤一获得的边坡岩土体粘聚力c与内摩擦角设定F1取值为0.5到2，分别按照公式(1)和公式(2)计算在不同折减系数下的岩土体粘聚力c1与内摩擦角/>
步骤四：通过公式(3)计算岩土体固体骨架压缩系数CS；
步骤五：公式(4)计算岩土体压缩系数C；
步骤六：采用步骤四、步骤五计算的岩土体的固体骨架压缩系数、岩土体的压缩系数，以及折减系数、最大孔隙水压力、内摩擦角等参数，代入公式(5)计算孔隙水压力增量；
步骤七：采用FLAC3D有限元软件，建立边坡模型，设置附图2的监测点，打开渗流计算板块，将公式(5)计算的孔隙水压力增量作为场荷载赋给计算单元，开展强度折减分析中，计算岩体边坡稳定性；
本实施例中，边坡土层整体由中风化砂岩组成，在计算过程中设置边坡纵向宽度为1m，以此进行二维边坡剖面的分析；根据现场勘察获得实际勘测的岩土体的粘聚力为40kPa、内摩擦角22°、固体物质泊松比0.22、固体物质弹性模量4.09×104MPa、砂岩岩石孔隙率为14.4％；地下水位面距离模型底部为15m；采用FLAC3D软件进行边坡的强度折减法流固耦合计算；设置3个监测点位，见附图2；F1取值为0.5到2，每隔0.1进行一次计算记录，由计算获得的监测点位的位移，绘制s-F1图见附图3，该实施例在F1为1.3时，位移发生了突变，位移突然增大，所以该边坡的安全折减系数为1.3。
实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。
Claims (2)
1.一种用于饱和边坡稳定评价的孔压-强度折减极限分析方法，其特征在于：建立了孔隙水压力、强度折减系数、压缩系数的关系，解决了有限元强度折减法的有效应力问题。孔压增量计算内包括岩土体固体骨架压缩系数、岩土体压缩系数、强度折减系数、内摩擦角、最大孔压；所述孔压增量，为采用有限元强度折减流固耦合极限分析过程中，岩土体的孔压跟随强度折减系数改变而改变。
2.根据权利要求1所述的一种用于饱和边坡稳定评价的孔压-强度折减极限分析方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：通过室内以及现场试验，获得边坡岩土体的物理力学参数；
步骤二：根据工程地质勘察和水文地质勘察，绘制边坡剖面，边坡地下水位面，计算最大孔隙水压力u；
步骤三；根据步骤一获得的边坡岩土体粘聚力与内摩擦角计算在不同折减系数下的岩土体粘聚力与内摩擦角，计算公式如下；
式中，c与为岩土体粘聚力与内摩擦角，F1为折减系数，c1与/>为强度折减后的岩土体粘聚力与内摩擦角；
步骤四：如果步骤一的试验中未获得岩土体固体骨架压缩系数，可通过公式(3)计算岩土体固体骨架压缩系数CS：
式中，v为岩土体固体骨架的泊松比，Es为岩体固体骨架弹性模量；
步骤五：如果步骤一的试验中未获得岩土体压缩系数，可通过公式(4)计算岩土体压缩系数C：
式中，n为岩土体的孔隙率，该参数可由步骤一得到；
步骤六：将步骤一获得的岩土体的固体骨架压缩系数、岩土体的压缩系数，或者步骤四、步骤五计算的岩土体的固体骨架压缩系数、岩土体的压缩系数，以及折减系数、最大孔隙水压力、内摩擦角等参数，代入公式(5)计算孔隙水压力增量：
式中，Δu为孔隙水压力增量，CS为岩土体的固体骨架压缩系数，C为岩土体的压缩系数，u为最大孔隙水压力，为岩土体内摩擦角，F1为折减系数；
步骤七：在有限元软件开展强度折减分析中，将公式(5)计算的孔隙水压力增量作为场荷载赋给计算单元，计算岩体边坡稳定性。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210599952.4A CN117195613A (zh) | 2022-05-30 | 2022-05-30 | 一种用于饱和边坡稳定评价的孔压-强度折减极限分析方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210599952.4A CN117195613A (zh) | 2022-05-30 | 2022-05-30 | 一种用于饱和边坡稳定评价的孔压-强度折减极限分析方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117195613A true CN117195613A (zh) | 2023-12-08 |
Family
ID=88989279
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210599952.4A Pending CN117195613A (zh) | 2022-05-30 | 2022-05-30 | 一种用于饱和边坡稳定评价的孔压-强度折减极限分析方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117195613A (zh) |
-
2022
- 2022-05-30 CN CN202210599952.4A patent/CN117195613A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Thu et al. | Elastoplastic model for unsaturated soil with incorporation of the soil-water characteristic curve | |
| CN112255157B (zh) | 基于渗流模型的边坡稳定性模拟分析方法 | |
| CN105421327B (zh) | 高切坡抗滑治理参数的测定方法 | |
| CN104034608B (zh) | 竖向拉拔式双向接触面抗剪强度参数测试装置及测试方法 | |
| Ismael | Behavior of laterally loaded bored piles in cemented sands | |
| Haque et al. | Case study on instrumenting and testing full-scale test piles for evaluating setup phenomenon | |
| CN102518106B (zh) | 基于多功能孔压静力触探探头及土侧压力系数测定方法 | |
| CN101979783A (zh) | 基于多功能孔压静力触探技术的预测桩基承载力的方法 | |
| CN111287227A (zh) | 一种碎石土高填方地基桩侧摩阻力测试方法及装置 | |
| CN106596290A (zh) | 岩体结构面现场水力耦合直剪试验结构装置及构建方法 | |
| Lukiantchuki et al. | Energy ratio (ER) for the standard penetration test based on measured field tests | |
| Seah et al. | Horizontal coefficient of consolidation of soft Bangkok clay | |
| Massarsch | New method for measurement of lateral earth pressure in cohesive soils | |
| CN103808570B (zh) | 一种用于岩土体的土工织物抗拉拔摩擦测试方法 | |
| CN108867605A (zh) | 一种车载触探装置 | |
| CN117195613A (zh) | 一种用于饱和边坡稳定评价的孔压-强度折减极限分析方法 | |
| CN116680934A (zh) | 基于卸荷率的地层开挖引起下部隧道竖向变形计算方法 | |
| CN100564697C (zh) | 水平顶管地基处理工法 | |
| CN109211669A (zh) | 常固结硬粘土地基中侧向挤出变形的测算方法 | |
| CN110468819B (zh) | 一种临坡土质地基破坏模式的判定方法 | |
| CN112730101A (zh) | 一种研究不同工况下黄土滑坡机理的试验方法 | |
| Andresen et al. | Finite element analysis of the Saint-Alban embankment failure with an anisotropic undrained strength model | |
| CN106546480A (zh) | 软黏土不排水抗剪强度的测试装置 | |
| CN110045087B (zh) | 一种细粒土路堤边坡危险滑体应力状态类别的判定方法 | |
| Consoli et al. | The py response of laterally loaded flexible piles in residual soil |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |