黄土边坡可靠性研究
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摘要
通过对黄土地区自然边坡的大量野外调查，深入分析了黄土边坡的坡型和坡度特点，提出黄土“极限状态坡”的概念和野外判定标准。以穿越黄土高原中部的陕北至关中为研究区域，实地测量了16个滑坡，79个极限状态坡的断面。根据区域地形特点和土质条件的差异，将研究区分为三个地段，即铜黄段(富县以南至关中)，甘泉段(富县到洛河、延河分水岭)和靖安段(分水岭以北)。利用三个区段中的极限状态坡实测断面，分别建立了坡高与坡度的线性和对数线性两种相关分析模型，并作了不同置信度下的统计分析，统计结果与工程边坡对比表明在自然“极限状态坡”的框架下进行可靠性分析和工程设计是可行的。
对二维简化Bishop法作了改进，将条分法改为积分法，避免了条分的烦琐过程，并提高了计算精度，当条分法的分条足够小时，其结果逼近积分解计算结果。结合计算模型提出一种最危险滑面搜索方法，与已有方法相比，该算法严谨，不出现遗漏，便于编程。利用该稳定性计算模型实现了可靠性分析中的大量计算。地下水是影响边坡稳定性的重要因素，详细分析了地下水在边坡稳定性计算中的处理方法及在理论计算中存在的问题，讨论了工程计算中常用的“替代法”的误差来源和工程可行性。论文进一步建立了考虑黄土后缘拉裂和底部有软弱下卧层的边坡稳定性计算模型。
收集了铜川至黄陵高速公路、黄陵至延安高速公路和靖边至安塞高速公路沿线共1635组黄土物理力学性质指标试验结果，并在野外测量的边坡体上取样22组，测定了其物理指标、颗粒组成、直剪强度指标和三轴强度指标。详细分析了黄土钻孔土样的物理力学指标的变化特点，以探井原状土样的试验结果为依据，对钻孔土样干密度和天然密度作了修正。对直快剪、固快剪、饱和固快剪、不固结不排水剪、固结不排水剪、饱和固结不排水剪六种剪切试验结果进行了比较分析。将现有滑坡恢复的初始边坡的稳定系数给定为1，进行参数反分析，结果表明按直快剪试验强度参数计算的黄土边坡稳定性与其稳定性现状较为吻合，为此边坡的可靠度计算采用了直快剪试验指标。将钻孔、探井采取土样的强度参数指标和反分析指标对比，表明铜黄段可直接采用收集到的钻探直剪试验结果，甘泉段和靖安段由于土质特殊，对直剪试验结果做了必要的修正。
对黄土强度指标的检验分析表明，黄土强度指标概型既服从正态分布，也服从对数正态分布。甘泉段和靖安段的c值还服从Weibull分布，φ服从β分布，对比分析表明黄土强度指标c、φ的概型，都采用正态分布较为合适。
系统构建了蒙特卡罗模拟模型，模拟结果表明黄土边坡的研究应分三个坡高段，即
Based on investigation of plenty of natural loess slopes and detail examination of the style and rate of the slopes in the middle of the Loess Plateau from An'sai to Guanzhong, Shanxi province, the author proposed the concept of "limit slope" and gave the criteria for the limit slope determination consequently. Then the longitudinal sections of the 79 investigated limit slopes and 16 topographic outline of loess slides were surveyed in the field. The research area is divided into 3 zones on the diffractions of topographies and soil properties, which are Tonghuang zone, from Fuxian to Guanzhong; Ganquan zone, from Fuxian to the divide of Yanhe River and Luohe River; Jin'an zone, to the north of the divide. By using of the sections of limit slopes, liner regression model and logarithmic liner regression model of the correlation between height vs ratio of the limit slope were set up, the statistic parameters under various degree of confidence were achieved in the three zones respectively. Comparison of the statistic results and the excavated loess slopes on highway suggests that it is reasonable to apply the natural limit slope in slope reliability analysis and engineering slope design.
The two-dimensional Bishop's simplified method is improved. The slices method is changed into integral method that working trouble is prevented and accuracy is approached. If the slice is thin enough, the stability factor what slices method is computed is approximated to the results that integral method computed. A kind of method used in hunting most possible slide face is put forward. Comparing to the open method, this way is systematic and accurate so as suitable to program. Large amount of reliability analysis is done by it. Groundwater largely influence on slope stability. It is discussed in detail of processing method and open question of groundwater in slope stability computing and engineering feasibility and error source of the commonly used "method of substitution". Further a slope stability model is established by the edge condition of split trailing and soft layer in loess bottom.
There are 1635 groups of loess physical and mechanical data collected in the investigation reports of Tongchuan to Huanglin, Huanglin to Yan'an and Jinbian to An'sai expressways. While 22 groups of samples extracted on the slopes along the research zones were tested with the physical indexes, granular composition, shearing strengths of direct shearing test and tri-axial shearing test. Detail examination of the loess physical and mechanical indexes of the samples collected from drill holes suggests that the samples were compressed while sampling with static compressing or hitting way. Therefore the dry density and the natural density of the drill hole samples are modified based on the data of man-excavated well samples. The shearing strengths of direct shearing and tri-axial shearing in the conditions of unconsolidated un-drained, consolidated un-drained and saturate consolidated un-drained were tested in laboratory. The factor of safety of the slopes recovered by the surveyed topography of the slopes is supposed to be 1.0, then the shearing strengths of the slopes were calculated by the way of back-up analysis. Comparison of the shearing strengths tested and those calculated shows that the strengths tested in the condition of unconsolidated un-drained direct shearing is close to the results of back-up analysis which represent the realistic situation. So the strengths by quick test is applied to the analysis of the loess slope reliability. Comparing the data of drill hole samples, well samples and back-up analysis, the quick test results of drill hole samples in Tonghuang zone can be used directly,
对二维简化Bishop法作了改进，将条分法改为积分法，避免了条分的烦琐过程，并提高了计算精度，当条分法的分条足够小时，其结果逼近积分解计算结果。结合计算模型提出一种最危险滑面搜索方法，与已有方法相比，该算法严谨，不出现遗漏，便于编程。利用该稳定性计算模型实现了可靠性分析中的大量计算。地下水是影响边坡稳定性的重要因素，详细分析了地下水在边坡稳定性计算中的处理方法及在理论计算中存在的问题，讨论了工程计算中常用的“替代法”的误差来源和工程可行性。论文进一步建立了考虑黄土后缘拉裂和底部有软弱下卧层的边坡稳定性计算模型。
收集了铜川至黄陵高速公路、黄陵至延安高速公路和靖边至安塞高速公路沿线共1635组黄土物理力学性质指标试验结果，并在野外测量的边坡体上取样22组，测定了其物理指标、颗粒组成、直剪强度指标和三轴强度指标。详细分析了黄土钻孔土样的物理力学指标的变化特点，以探井原状土样的试验结果为依据，对钻孔土样干密度和天然密度作了修正。对直快剪、固快剪、饱和固快剪、不固结不排水剪、固结不排水剪、饱和固结不排水剪六种剪切试验结果进行了比较分析。将现有滑坡恢复的初始边坡的稳定系数给定为1，进行参数反分析，结果表明按直快剪试验强度参数计算的黄土边坡稳定性与其稳定性现状较为吻合，为此边坡的可靠度计算采用了直快剪试验指标。将钻孔、探井采取土样的强度参数指标和反分析指标对比，表明铜黄段可直接采用收集到的钻探直剪试验结果，甘泉段和靖安段由于土质特殊，对直剪试验结果做了必要的修正。
对黄土强度指标的检验分析表明，黄土强度指标概型既服从正态分布，也服从对数正态分布。甘泉段和靖安段的c值还服从Weibull分布，φ服从β分布，对比分析表明黄土强度指标c、φ的概型，都采用正态分布较为合适。
系统构建了蒙特卡罗模拟模型，模拟结果表明黄土边坡的研究应分三个坡高段，即
Based on investigation of plenty of natural loess slopes and detail examination of the style and rate of the slopes in the middle of the Loess Plateau from An'sai to Guanzhong, Shanxi province, the author proposed the concept of "limit slope" and gave the criteria for the limit slope determination consequently. Then the longitudinal sections of the 79 investigated limit slopes and 16 topographic outline of loess slides were surveyed in the field. The research area is divided into 3 zones on the diffractions of topographies and soil properties, which are Tonghuang zone, from Fuxian to Guanzhong; Ganquan zone, from Fuxian to the divide of Yanhe River and Luohe River; Jin'an zone, to the north of the divide. By using of the sections of limit slopes, liner regression model and logarithmic liner regression model of the correlation between height vs ratio of the limit slope were set up, the statistic parameters under various degree of confidence were achieved in the three zones respectively. Comparison of the statistic results and the excavated loess slopes on highway suggests that it is reasonable to apply the natural limit slope in slope reliability analysis and engineering slope design.
The two-dimensional Bishop's simplified method is improved. The slices method is changed into integral method that working trouble is prevented and accuracy is approached. If the slice is thin enough, the stability factor what slices method is computed is approximated to the results that integral method computed. A kind of method used in hunting most possible slide face is put forward. Comparing to the open method, this way is systematic and accurate so as suitable to program. Large amount of reliability analysis is done by it. Groundwater largely influence on slope stability. It is discussed in detail of processing method and open question of groundwater in slope stability computing and engineering feasibility and error source of the commonly used "method of substitution". Further a slope stability model is established by the edge condition of split trailing and soft layer in loess bottom.
There are 1635 groups of loess physical and mechanical data collected in the investigation reports of Tongchuan to Huanglin, Huanglin to Yan'an and Jinbian to An'sai expressways. While 22 groups of samples extracted on the slopes along the research zones were tested with the physical indexes, granular composition, shearing strengths of direct shearing test and tri-axial shearing test. Detail examination of the loess physical and mechanical indexes of the samples collected from drill holes suggests that the samples were compressed while sampling with static compressing or hitting way. Therefore the dry density and the natural density of the drill hole samples are modified based on the data of man-excavated well samples. The shearing strengths of direct shearing and tri-axial shearing in the conditions of unconsolidated un-drained, consolidated un-drained and saturate consolidated un-drained were tested in laboratory. The factor of safety of the slopes recovered by the surveyed topography of the slopes is supposed to be 1.0, then the shearing strengths of the slopes were calculated by the way of back-up analysis. Comparison of the shearing strengths tested and those calculated shows that the strengths tested in the condition of unconsolidated un-drained direct shearing is close to the results of back-up analysis which represent the realistic situation. So the strengths by quick test is applied to the analysis of the loess slope reliability. Comparing the data of drill hole samples, well samples and back-up analysis, the quick test results of drill hole samples in Tonghuang zone can be used directly,
引文
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