边坡稳定性分析方法及工程应用研究进展
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摘要
边坡稳定性分析是岩土工程领域的重要研究课题,近年来边坡事故多发边坡稳定性问题受到高度重视。刚体极限平衡法和有限元强度折减法在边坡工程稳定分析中发挥重要作用,已经取得了许多重要研究成果。文中对以简化Bishop法、M-P法和通用条分法为代表的刚体极限平衡法的理论基础和计算过程进行了阐释,同时结合算例对有限元强度折减法等计算机数值计算方法的基本原理、主要特点和功能优势进行了分析并对比。通过列举前人的研究进展和工程实际应用,总结各种方法的适用范围和局限性。最后指出,随着边坡技术的进步,应发展多种分析方法相结合的复合分析法和随机方法与模糊方法相结合的可靠度分析法等新型边坡分析方法。
Slope stability analysis is an important research topic in the field of geotechnical engineering. In recent years, slope stability problems with frequent accidents have received high attention. Rigid body limit equilibrium method and finite element strength reduction method play an important role in slope stability analysis, and many important research results have been obtained. In this paper, the theoretical basis and calculation process of rigid body limit equilibrium method represented by simplified Bishop method, Morgenstern-Price method and general strip method are explained, and the basic principle, main features and functional advantages of finite element strength reduction method are analyzed and compared with examples. Finally, it is pointed out that with the progress of slope technology, new slope analysis methods should be developed, such as composite analysis method combined with various analysis methods and reliability analysis method combined with random method and fuzzy method.
Slope stability analysis is an important research topic in the field of geotechnical engineering. In recent years, slope stability problems with frequent accidents have received high attention. Rigid body limit equilibrium method and finite element strength reduction method play an important role in slope stability analysis, and many important research results have been obtained. In this paper, the theoretical basis and calculation process of rigid body limit equilibrium method represented by simplified Bishop method, Morgenstern-Price method and general strip method are explained, and the basic principle, main features and functional advantages of finite element strength reduction method are analyzed and compared with examples. Finally, it is pointed out that with the progress of slope technology, new slope analysis methods should be developed, such as composite analysis method combined with various analysis methods and reliability analysis method combined with random method and fuzzy method.
引文
[1] LIANG F,CHEN L,HAN J.Integral equation method for analysis of piled rafts with dissimilar piles under vertical loading[J].Computers and Geotechnics,2009,36(3):419- 426.
[2] ELGARHY B,GALIL A A,YOUSSEf A F,et al.Behavior of raft on settlement reducing piles:Experimental model study[J].Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering,2013,5 (5):389- 399.
[3] 周家文,徐卫亚,邓俊晔,等.降雨入渗条件下边坡稳定性分析[J].水利学报,2008,39(9):1066- 1073.
[4] 王旭,刘东升,宋强辉.基于极限平衡法的边坡稳定性可靠度分析[J].地下空间与工程学报,2016,12(3):839- 845.
[5] KIM K N,LEE SH,KIM K S.Optimal piearrangement for minimizing differential settlements in piled raft foundations[J].Computers and Geotechnics,2001,28(4):235- 253.
[6] CHAUDHARY M A.FEM modeling of a large pile draft for settlement control in weak rock[J].Engineering Structure,2007,28(11):2901- 2907.
[7] 栾茂田,武亚军,年廷凯.强度折减有限元法中边坡失稳的塑性区判据及其应用[J].防灾减灾工程学报,2003,23(3):1- 8.
[8] 刘金龙,栾茂田,赵少飞,等.关于强度折减有限元方法中边坡失稳判据的讨论[J].岩土力学,2005,26(8):1345- 1348.
[9] 连镇营,韩国城,孔宪京.强度折减有限元法研究开挖边坡的稳定性[J].岩土工程学报,2001,23(4):407- 409.
[10] 邓卫东,林莉,王敬林,等.对简化Bishop法的分析与改进[J].公路交通技术,2000(4):1- 3.
[11] 戴自航,沈蒲生.土坡稳定分析简化Bishop法的数值解[J].岩土力学,2002(6):760- 764.
[12] 朱大勇,邓建辉,台佳佳.简化Bishop法严格性的论证[J].岩石力学与工程学报,2007(3):455- 458.
[13] 王军,谢桂华,李继祥.边坡稳定性分析的广义Bishop法[J].江苏科技大学学报(自然科学版),2009,23(4):297- 300.
[14] 苏振宁,邵龙潭.边坡稳定分析的任意形状滑动面的简化Bishop法[J].水利学报,2014,45(S2):147- 151.
[15] 卢玉林,陈晓冉.地下水渗流作用下土坡稳定性的简化Bishop法解[J].应用力学学报,2018,35(3):524- 529.
[16] 江学良.用Bishop法自动搜索某高速公路边坡最危险滑动面[J].湖南城市学院学报(自然科学版),2006(3):5- 8.
[17] 余卫东.基于简化Bishop法的英坪Ⅱ号坑延深边坡稳定性分析[J].化工矿物与加工,2009,38(7):24- 25.
[18] 陈启元.简化Bishop法和有限元法在某矿区基坑边坡稳定分析中的应用[J].现代矿业,2009,25(8):60- 62.
[19] 官波,杨矫.基于H-B准则简化Bishop法的边坡锚固力计算[J].中国水运(下半月),2013,13(1):250- 252.
[20] 李璨,赵敏敏,王建众.简化Bishop法在边坡稳定计算中的应用[J].山东水利,2013(4):9- 10.
[21] 董利军.基于M-C准则简化Bishop法的边坡稳定性模拟[J].西部探矿工程,2014,26(8):23- 25.
[22] 翟文龙,周汉民.简化Bishop法和余推力法在高台阶排土场稳定性计算中的应用[J].现代矿业,2015,31(8):168- 170.
[23] SMALL J C,LIU H L S.Time-settlement behaviour of pile draft foundation using in finite elements[J].Computers and Geotechnics,2008,35(2):187- 195.
[24] BRAJA M D.Principles of geotechnical engineering[M].Southwick:Thomson Engineering,2001.
[25] TAHA A,FALL M.Shear behavior of sensitive marine clay-steel interfaces[J].Acta Geotechnica,2014,9(6):968- 980.
[26] DONALD I,CHEN Z Y.Slope stability analysis by an upper bound plasticity method[J].Canadian Geotechnical Journal,1997,34(2) :853- 862.
[27] 张奇华.对“考虑力矩平衡的三维剩余推力法”讨论的答复——议剩余推力法与M-P法的优缺点[J].岩土工程学报,2009,31(3):489- 490.
[28] 梁冠亭,陈昌富,朱剑锋,等.基于M-P法的抗滑桩支护边坡稳定性分析[J].岩土力学,2015,36(2):451- 456.
[29] 杨晓娟,郑俊.基于SLOPEP/W的某水电站库首右岸高边坡的稳定性评价[J].吉林水利,2009(9):16- 18.
[30] 韩晨伟.龙背湾水电站发电厂房边坡稳定性分析研究[D].邯郸:河北工程大学,2013.
[31] 郑颖人,赵尚毅.有限元强度折减法在土坡与岩坡中的应用[J].岩石力学与工程学报,2004,23(19):381- 388.
[32] 陈祖煜.土质边坡稳定分析-原理·方法·程序[M].北京:中国水利水电出版社,2003.
[33] 陈祖煜.土坡稳定分析通用条分法及其改进[J].岩土工程学报,1983(4):11- 27.
[34] 丁桦,张均锋,郑哲敏.关于边坡稳定分析的通用条分法的探讨(理论分析部分)[J].岩石力学与工程学报,2004(21):3684- 3688.
[35] 张鲁渝.一个用于边坡稳定分析的通用条分法[J].岩石力学与工程学报,2005(3):496- 501.
[36] 刘子振,言志信,周文权.边坡稳定分析中通用条分法的简化计算[J].岩土工程界,2006(9):66- 68.
[37] 陶丽娜,周小平,柴贺军.用于边坡稳定分析的改进通用条分法[J].土木建筑与环境工程,2014,36(1):106- 113.
[38] 高玉峰,范昭平.多点、多向地震作用下非圆弧滑面边坡稳定分析通用条分法[J].岩土力学,2010,31(12):3816- 3822.
[39] 曹克明,汪易森.天荒坪抽水蓄能电站大溪滑坡力学参数反演分析及稳定计算方法讨论[J].工程地质计算机应用,2001(2):1- 10.
[40] 钟守宾.高填石路堤稳定性及沉降规律研究[D].长沙:湖南大学,2003.
[41] 袁玲红.高等级公路边坡智能分析及应用研究[D].长沙:湖南大学,2003.
[42] 陈法基,贺常伟,罗世毅.杭兰公路滴水崖段上挖下填边坡优化设计[J].工程建设,2008(4):24- 27.
[43] 徐冯君.膨胀土边坡稳定分析[D].南京:河海大学,2006.
[44] 朱强,刘伟.土-岩混合高边坡锚索(杆)加固前后稳定性分析[J].勘察科学技术,2007(3):13- 16.
[45] 谭文辉,璩世杰,高丹青,等.降雨入渗对边坡稳定性的影响分析[J].武汉理工大学学报,2010,32(15):39- 43.
[46] 缪丹,陈健,彭海华.坡外水对路堤边坡稳定性影响分析[J].路基工程,2011(1):159- 160.
[47] 赵尚毅,郑颖人,张玉芳.极限分析有限元法讲座Ⅱ-有限元强度折减法中边坡失稳的判据探讨[J].岩土力学,2005,26(2):332- 336.
[48] 陈祖煜,宗露丹,孙平.加筋土坡的可能滑移模式和基于库仑理论的稳定分析方法[J].土木工程学报,2016,49(6):113- 122.
[49] 陈力华,靳晓光.有限元强度折减法中边坡三种失效判据的适用性研究[J].土木工程学报,2012,45(9):136- 146.
[50] 裴利剑,屈本宁,钱闪光.有限元强度折减法边坡失稳判据的统一性[J].岩土力学,2010,31 (10):3337- 3341.
[51] 陈国庆,黄润秋,石豫川,等.基于动态和整体强度折减法的边坡稳定性分析[J].岩石力学与工程学报,2014,33(2):243- 256.
[52] 赵尚毅,郑颖人,时卫民,等.用有限元强度折减法求边坡稳定安全系数[J].岩土工程学报,2003,24 (3):343- 346.
[53] CAI F,UGAI K.Numerical analysis of rainfall effects on slope stability[J].International of Geomechanics Journal,2004,4(2):69- 78.
[54] Manzari M T,Nour M A.Significance of soil dilatancy in slope stability analysis[J].Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering,2000,126(1):75- 80.
[55] 赵尚毅,郑颖人,邓卫东.用有限元强度折减法进行节理岩质边坡稳定性分析[J].岩石力学与工程学报,2003,22 (2):254- 260.
[56] 邵龙潭,唐洪祥,韩国城.有限元边坡稳定分析方法及其应用[J].计算力学学报,2001(1):81- 87.
[57] 张伯艳,王璨,李德玉,等.地震作用下水利水电工程边坡稳定分析研究进展[J].中国水利水电科学研究院学报,2018,16(3):168- 178.
[58] 张云龙,刘琳,王静,等.冻融循环对高含水率路基边坡稳定性影响分析[J].四川水泥,2018(8):43.
[59] 李永亮,周国胜,李永鹏.有限元强度折减法边坡失稳判据的适用性研究[J].水利与建筑工程学报,2018,16(5):125- 129.
[60] 李宁宁.预应力锚索抗滑桩加固边坡数值分析[J].甘肃科学学报,2018,30(5):123- 128.
[61] 夏园园.基于ABAQUS有限元强度折减法的边坡稳定性分析[J].价值工程,2018,37(31):190- 194.
[62] 陈沛,苗作华,董舒,等.基于随机响应面法的风化岩质边坡稳定可靠度分析[J].矿业研究与开发,2018,38(11):51- 56.
[63] 彭远煌.Midas GTS/NX在边坡稳定性分析与评价中的应用[J].北方交通,2018(9):80- 82.
[64] 沈凤生,冀春楼,李斌,等.小浪底高边坡稳定分析研究[J].岩土工程学报,1998(2):6- 9.
[65] 赵尚毅,时卫民,郑颖人.边坡稳定性分析的有限元法[J].地下空间,2001(S1):450- 454.
[66] 付超.岩质高边坡开挖与支护分析[D].杭州:浙江大学,2002.
[67] 卢智灵.边坡稳定与锚固洞桩加固构件内力分析方法研究[D].南京:河海大学,2002.
[68] 吴志轩,杨军,邱天琦,等.基于FELA的随机场方法在考虑降雨入渗的边坡开挖稳定性分析中的应用[J].地质力学学报,2018,24(6):813- 821.
[69] 周浩,刘军,孙磊.露天煤矿开采爆破振动对边坡稳定性影响分析[J].河南科学,2018,36(11):1793- 1801.
[70] 王汉勋,张彬,张中俭,等.渗流与地震作用下铁矿尾矿坝稳定性分析[J].地质与勘探,2018,54(3):614- 622.
[71] 潘兴标.基于强度折减法码头岸坡稳定分析[D].舟山:浙江海洋大学,2018.
[2] ELGARHY B,GALIL A A,YOUSSEf A F,et al.Behavior of raft on settlement reducing piles:Experimental model study[J].Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering,2013,5 (5):389- 399.
[3] 周家文,徐卫亚,邓俊晔,等.降雨入渗条件下边坡稳定性分析[J].水利学报,2008,39(9):1066- 1073.
[4] 王旭,刘东升,宋强辉.基于极限平衡法的边坡稳定性可靠度分析[J].地下空间与工程学报,2016,12(3):839- 845.
[5] KIM K N,LEE SH,KIM K S.Optimal piearrangement for minimizing differential settlements in piled raft foundations[J].Computers and Geotechnics,2001,28(4):235- 253.
[6] CHAUDHARY M A.FEM modeling of a large pile draft for settlement control in weak rock[J].Engineering Structure,2007,28(11):2901- 2907.
[7] 栾茂田,武亚军,年廷凯.强度折减有限元法中边坡失稳的塑性区判据及其应用[J].防灾减灾工程学报,2003,23(3):1- 8.
[8] 刘金龙,栾茂田,赵少飞,等.关于强度折减有限元方法中边坡失稳判据的讨论[J].岩土力学,2005,26(8):1345- 1348.
[9] 连镇营,韩国城,孔宪京.强度折减有限元法研究开挖边坡的稳定性[J].岩土工程学报,2001,23(4):407- 409.
[10] 邓卫东,林莉,王敬林,等.对简化Bishop法的分析与改进[J].公路交通技术,2000(4):1- 3.
[11] 戴自航,沈蒲生.土坡稳定分析简化Bishop法的数值解[J].岩土力学,2002(6):760- 764.
[12] 朱大勇,邓建辉,台佳佳.简化Bishop法严格性的论证[J].岩石力学与工程学报,2007(3):455- 458.
[13] 王军,谢桂华,李继祥.边坡稳定性分析的广义Bishop法[J].江苏科技大学学报(自然科学版),2009,23(4):297- 300.
[14] 苏振宁,邵龙潭.边坡稳定分析的任意形状滑动面的简化Bishop法[J].水利学报,2014,45(S2):147- 151.
[15] 卢玉林,陈晓冉.地下水渗流作用下土坡稳定性的简化Bishop法解[J].应用力学学报,2018,35(3):524- 529.
[16] 江学良.用Bishop法自动搜索某高速公路边坡最危险滑动面[J].湖南城市学院学报(自然科学版),2006(3):5- 8.
[17] 余卫东.基于简化Bishop法的英坪Ⅱ号坑延深边坡稳定性分析[J].化工矿物与加工,2009,38(7):24- 25.
[18] 陈启元.简化Bishop法和有限元法在某矿区基坑边坡稳定分析中的应用[J].现代矿业,2009,25(8):60- 62.
[19] 官波,杨矫.基于H-B准则简化Bishop法的边坡锚固力计算[J].中国水运(下半月),2013,13(1):250- 252.
[20] 李璨,赵敏敏,王建众.简化Bishop法在边坡稳定计算中的应用[J].山东水利,2013(4):9- 10.
[21] 董利军.基于M-C准则简化Bishop法的边坡稳定性模拟[J].西部探矿工程,2014,26(8):23- 25.
[22] 翟文龙,周汉民.简化Bishop法和余推力法在高台阶排土场稳定性计算中的应用[J].现代矿业,2015,31(8):168- 170.
[23] SMALL J C,LIU H L S.Time-settlement behaviour of pile draft foundation using in finite elements[J].Computers and Geotechnics,2008,35(2):187- 195.
[24] BRAJA M D.Principles of geotechnical engineering[M].Southwick:Thomson Engineering,2001.
[25] TAHA A,FALL M.Shear behavior of sensitive marine clay-steel interfaces[J].Acta Geotechnica,2014,9(6):968- 980.
[26] DONALD I,CHEN Z Y.Slope stability analysis by an upper bound plasticity method[J].Canadian Geotechnical Journal,1997,34(2) :853- 862.
[27] 张奇华.对“考虑力矩平衡的三维剩余推力法”讨论的答复——议剩余推力法与M-P法的优缺点[J].岩土工程学报,2009,31(3):489- 490.
[28] 梁冠亭,陈昌富,朱剑锋,等.基于M-P法的抗滑桩支护边坡稳定性分析[J].岩土力学,2015,36(2):451- 456.
[29] 杨晓娟,郑俊.基于SLOPEP/W的某水电站库首右岸高边坡的稳定性评价[J].吉林水利,2009(9):16- 18.
[30] 韩晨伟.龙背湾水电站发电厂房边坡稳定性分析研究[D].邯郸:河北工程大学,2013.
[31] 郑颖人,赵尚毅.有限元强度折减法在土坡与岩坡中的应用[J].岩石力学与工程学报,2004,23(19):381- 388.
[32] 陈祖煜.土质边坡稳定分析-原理·方法·程序[M].北京:中国水利水电出版社,2003.
[33] 陈祖煜.土坡稳定分析通用条分法及其改进[J].岩土工程学报,1983(4):11- 27.
[34] 丁桦,张均锋,郑哲敏.关于边坡稳定分析的通用条分法的探讨(理论分析部分)[J].岩石力学与工程学报,2004(21):3684- 3688.
[35] 张鲁渝.一个用于边坡稳定分析的通用条分法[J].岩石力学与工程学报,2005(3):496- 501.
[36] 刘子振,言志信,周文权.边坡稳定分析中通用条分法的简化计算[J].岩土工程界,2006(9):66- 68.
[37] 陶丽娜,周小平,柴贺军.用于边坡稳定分析的改进通用条分法[J].土木建筑与环境工程,2014,36(1):106- 113.
[38] 高玉峰,范昭平.多点、多向地震作用下非圆弧滑面边坡稳定分析通用条分法[J].岩土力学,2010,31(12):3816- 3822.
[39] 曹克明,汪易森.天荒坪抽水蓄能电站大溪滑坡力学参数反演分析及稳定计算方法讨论[J].工程地质计算机应用,2001(2):1- 10.
[40] 钟守宾.高填石路堤稳定性及沉降规律研究[D].长沙:湖南大学,2003.
[41] 袁玲红.高等级公路边坡智能分析及应用研究[D].长沙:湖南大学,2003.
[42] 陈法基,贺常伟,罗世毅.杭兰公路滴水崖段上挖下填边坡优化设计[J].工程建设,2008(4):24- 27.
[43] 徐冯君.膨胀土边坡稳定分析[D].南京:河海大学,2006.
[44] 朱强,刘伟.土-岩混合高边坡锚索(杆)加固前后稳定性分析[J].勘察科学技术,2007(3):13- 16.
[45] 谭文辉,璩世杰,高丹青,等.降雨入渗对边坡稳定性的影响分析[J].武汉理工大学学报,2010,32(15):39- 43.
[46] 缪丹,陈健,彭海华.坡外水对路堤边坡稳定性影响分析[J].路基工程,2011(1):159- 160.
[47] 赵尚毅,郑颖人,张玉芳.极限分析有限元法讲座Ⅱ-有限元强度折减法中边坡失稳的判据探讨[J].岩土力学,2005,26(2):332- 336.
[48] 陈祖煜,宗露丹,孙平.加筋土坡的可能滑移模式和基于库仑理论的稳定分析方法[J].土木工程学报,2016,49(6):113- 122.
[49] 陈力华,靳晓光.有限元强度折减法中边坡三种失效判据的适用性研究[J].土木工程学报,2012,45(9):136- 146.
[50] 裴利剑,屈本宁,钱闪光.有限元强度折减法边坡失稳判据的统一性[J].岩土力学,2010,31 (10):3337- 3341.
[51] 陈国庆,黄润秋,石豫川,等.基于动态和整体强度折减法的边坡稳定性分析[J].岩石力学与工程学报,2014,33(2):243- 256.
[52] 赵尚毅,郑颖人,时卫民,等.用有限元强度折减法求边坡稳定安全系数[J].岩土工程学报,2003,24 (3):343- 346.
[53] CAI F,UGAI K.Numerical analysis of rainfall effects on slope stability[J].International of Geomechanics Journal,2004,4(2):69- 78.
[54] Manzari M T,Nour M A.Significance of soil dilatancy in slope stability analysis[J].Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering,2000,126(1):75- 80.
[55] 赵尚毅,郑颖人,邓卫东.用有限元强度折减法进行节理岩质边坡稳定性分析[J].岩石力学与工程学报,2003,22 (2):254- 260.
[56] 邵龙潭,唐洪祥,韩国城.有限元边坡稳定分析方法及其应用[J].计算力学学报,2001(1):81- 87.
[57] 张伯艳,王璨,李德玉,等.地震作用下水利水电工程边坡稳定分析研究进展[J].中国水利水电科学研究院学报,2018,16(3):168- 178.
[58] 张云龙,刘琳,王静,等.冻融循环对高含水率路基边坡稳定性影响分析[J].四川水泥,2018(8):43.
[59] 李永亮,周国胜,李永鹏.有限元强度折减法边坡失稳判据的适用性研究[J].水利与建筑工程学报,2018,16(5):125- 129.
[60] 李宁宁.预应力锚索抗滑桩加固边坡数值分析[J].甘肃科学学报,2018,30(5):123- 128.
[61] 夏园园.基于ABAQUS有限元强度折减法的边坡稳定性分析[J].价值工程,2018,37(31):190- 194.
[62] 陈沛,苗作华,董舒,等.基于随机响应面法的风化岩质边坡稳定可靠度分析[J].矿业研究与开发,2018,38(11):51- 56.
[63] 彭远煌.Midas GTS/NX在边坡稳定性分析与评价中的应用[J].北方交通,2018(9):80- 82.
[64] 沈凤生,冀春楼,李斌,等.小浪底高边坡稳定分析研究[J].岩土工程学报,1998(2):6- 9.
[65] 赵尚毅,时卫民,郑颖人.边坡稳定性分析的有限元法[J].地下空间,2001(S1):450- 454.
[66] 付超.岩质高边坡开挖与支护分析[D].杭州:浙江大学,2002.
[67] 卢智灵.边坡稳定与锚固洞桩加固构件内力分析方法研究[D].南京:河海大学,2002.
[68] 吴志轩,杨军,邱天琦,等.基于FELA的随机场方法在考虑降雨入渗的边坡开挖稳定性分析中的应用[J].地质力学学报,2018,24(6):813- 821.
[69] 周浩,刘军,孙磊.露天煤矿开采爆破振动对边坡稳定性影响分析[J].河南科学,2018,36(11):1793- 1801.
[70] 王汉勋,张彬,张中俭,等.渗流与地震作用下铁矿尾矿坝稳定性分析[J].地质与勘探,2018,54(3):614- 622.
[71] 潘兴标.基于强度折减法码头岸坡稳定分析[D].舟山:浙江海洋大学,2018.