黃土邊坡可靠性研究.pdf

1、通過對(duì)黃土地區(qū)自然邊坡的大量野外調(diào)查，深入分析了黃土邊坡的坡型和坡度特點(diǎn)，提出黃土“極限狀態(tài)坡”的概念和野外判定標(biāo)準(zhǔn)。以穿越黃土高原中部的陜北至關(guān)中為研究區(qū)域，實(shí)地測量了16個(gè)滑坡，79個(gè)極限狀態(tài)坡的斷面。根據(jù)區(qū)域地形特點(diǎn)和土質(zhì)條件的差異，將研究區(qū)分為三個(gè)地段，即銅黃段(富縣以南至關(guān)中)，甘泉段(富縣到洛河、延河分水嶺)和靖安段(分水嶺以北)。利用三個(gè)區(qū)段中的極限狀態(tài)坡實(shí)測斷面，分別建立了坡高與坡度的線性和對(duì)數(shù)線性兩種相關(guān)分析模型，并作

2、了不同置信度下的統(tǒng)計(jì)分析，統(tǒng)計(jì)結(jié)果與工程邊坡對(duì)比表明在自然“極限狀態(tài)坡”的框架下進(jìn)行可靠性分析和工程設(shè)計(jì)是可行的。 對(duì)二維簡化Bishop法作了改進(jìn)，將條分法改為積分法，避免了條分的煩瑣過程，并提高了計(jì)算精度，當(dāng)條分法的分條足夠小時(shí)，其結(jié)果逼近積分解計(jì)算結(jié)果。結(jié)合計(jì)算模型提出一種最危險(xiǎn)滑面搜索方法，與已有方法相比，該算法嚴(yán)謹(jǐn)，不出現(xiàn)遺漏，便于編程。利用該穩(wěn)定性計(jì)算模型實(shí)現(xiàn)了可靠性分析中的大量計(jì)算。地下水是影響邊坡穩(wěn)定性的重要因素

3、，詳細(xì)分析了地下水在邊坡穩(wěn)定性計(jì)算中的處理方法及在理論計(jì)算中存在的問題，討論了工程計(jì)算中常用的“替代法”的誤差來源和工程可行性。論文進(jìn)一步建立了考慮黃土后緣拉裂和底部有軟弱下臥層的邊坡穩(wěn)定性計(jì)算模型。 收集了銅川至黃陵高速公路、黃陵至延安高速公路和靖邊至安塞高速公路沿線共1635組黃土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果，并在野外測量的邊坡體上取樣22組，測定了其物理指標(biāo)、顆粒組成、直剪強(qiáng)度指標(biāo)和三軸強(qiáng)度指標(biāo)。詳細(xì)分析了黃土鉆孔土樣的物理力

4、學(xué)指標(biāo)的變化特點(diǎn)，以探井原狀土樣的試驗(yàn)結(jié)果為依據(jù)，對(duì)鉆孔土樣干密度和天然密度作了修正。對(duì)直快剪、固快剪、飽和固快剪、不固結(jié)不排水剪、固結(jié)不排水剪、飽和固結(jié)不排水剪六種剪切試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較分析。將現(xiàn)有滑坡恢復(fù)的初始邊坡的穩(wěn)定系數(shù)給定為1，進(jìn)行參數(shù)反分析，結(jié)果表明按直快剪試驗(yàn)強(qiáng)度參數(shù)計(jì)算的黃土邊坡穩(wěn)定性與其穩(wěn)定性現(xiàn)狀較為吻合，為此邊坡的可靠度計(jì)算采用了直快剪試驗(yàn)指標(biāo)。將鉆孔、探井采取土樣的強(qiáng)度參數(shù)指標(biāo)和反分析指標(biāo)對(duì)比，表明銅黃段可直接采用

5、收集到的鉆探直剪試驗(yàn)結(jié)果，甘泉段和靖安段由于土質(zhì)特殊，對(duì)直剪試驗(yàn)結(jié)果做了必要的修正。 對(duì)黃土強(qiáng)度指標(biāo)的檢驗(yàn)分析表明，黃土強(qiáng)度指標(biāo)概型既服從正態(tài)分布，也服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布。甘泉段和靖安段的c值還服從Weibull分布，Ψ值服從β分布，對(duì)比分析表明黃土強(qiáng)度指標(biāo)c、Ψ值的概型，都采用正態(tài)分布較為合適。 系統(tǒng)構(gòu)建了蒙特卡羅模擬模型，模擬結(jié)果表明黃土邊坡的研究應(yīng)分三個(gè)坡高段，即低坡、高坡(過渡坡)和極高坡，其具體分界點(diǎn)與c、ψ值的大

6、小有關(guān)。c值對(duì)低坡穩(wěn)定性具有控制作用；ψ值對(duì)極高坡穩(wěn)定性具有控制作用；在過渡坡高段，c、Ψ值對(duì)穩(wěn)定性都起重要作用。各地段在一定坡高范圍內(nèi)失效概率出現(xiàn)高值，穩(wěn)定系數(shù)和可靠度指標(biāo)β出現(xiàn)低值，該范圍與過渡坡高段范圍相近，也與本次測量的極限狀態(tài)坡范圍相近。參數(shù)變異系數(shù)對(duì)邊坡失效概率和可靠度指標(biāo)影響極大，且δc對(duì)低坡影響較大，δΨ對(duì)高坡影響較大。當(dāng)坡型確定，強(qiáng)度均值確定，穩(wěn)定系數(shù)期望值是一個(gè)定值，與強(qiáng)度指標(biāo)的變異性無關(guān)。當(dāng)變異系數(shù)組合確定，相同的

7、穩(wěn)定系數(shù)值對(duì)應(yīng)的失效概率非常接近，與坡率變化和強(qiáng)度均值相關(guān)性小，也與地域關(guān)系不大。 抽樣次數(shù)、參數(shù)概型和可靠性分析方法對(duì)可靠度計(jì)算結(jié)果存在不同程度的影響。通過一系列的抽樣試驗(yàn)表明，超過5000次后，抽樣次數(shù)對(duì)失效概率的影響減小，誤差趨于穩(wěn)定，可達(dá)到工程應(yīng)用的要求；參數(shù)概型對(duì)失效概率計(jì)算結(jié)果的影響顯著，對(duì)數(shù)正態(tài)分布比正態(tài)分布的失效概率大3％左右，Weibull分布和β分布，與正態(tài)分布相比，失效概率降低很多，有的降低達(dá)10％以上；不

8、同的可靠度計(jì)算方法對(duì)失效概率計(jì)算結(jié)果的影響也很明顯，常用的一次二階矩法與蒙特卡羅法相比，前者計(jì)算的可靠度指標(biāo)β值整體大于后者計(jì)算的β值，并對(duì)δc極不敏感，只對(duì)δΨ敏感，且隨著δΨ的增大，兩種可靠度計(jì)算結(jié)果趨于一致。 c、Ψ值之間存在很大的負(fù)相關(guān)性，采用正交變換法處理這種負(fù)相關(guān)性，會(huì)過高地降低失效概率。在處理負(fù)相關(guān)性時(shí)不應(yīng)過量地提高參數(shù)的均值，而應(yīng)降低其變異性，為此以反分析為基礎(chǔ)，提出了一種負(fù)相關(guān)性的均衡處理方法。 以0.