黃土邊坡可靠性研究.pdf

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

2、了不同置信度下的統(tǒng)計分析，統(tǒng)計結果與工程邊坡對比表明在自然“極限狀態(tài)坡”的框架下進行可靠性分析和工程設計是可行的。 對二維簡化Bishop法作了改進，將條分法改為積分法，避免了條分的煩瑣過程，并提高了計算精度，當條分法的分條足夠小時，其結果逼近積分解計算結果。結合計算模型提出一種最危險滑面搜索方法，與已有方法相比，該算法嚴謹，不出現(xiàn)遺漏，便于編程。利用該穩(wěn)定性計算模型實現(xiàn)了可靠性分析中的大量計算。地下水是影響邊坡穩(wěn)定性的重要因素

3、，詳細分析了地下水在邊坡穩(wěn)定性計算中的處理方法及在理論計算中存在的問題，討論了工程計算中常用的“替代法”的誤差來源和工程可行性。論文進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組黃土物理力學性質指標試驗結果，并在野外測量的邊坡體上取樣22組，測定了其物理指標、顆粒組成、直剪強度指標和三軸強度指標。詳細分析了黃土鉆孔土樣的物理力

4、學指標的變化特點，以探井原狀土樣的試驗結果為依據(jù)，對鉆孔土樣干密度和天然密度作了修正。對直快剪、固快剪、飽和固快剪、不固結不排水剪、固結不排水剪、飽和固結不排水剪六種剪切試驗結果進行了比較分析。將現(xiàn)有滑坡恢復的初始邊坡的穩(wěn)定系數(shù)給定為1，進行參數(shù)反分析，結果表明按直快剪試驗強度參數(shù)計算的黃土邊坡穩(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算采用了直快剪試驗指標。將鉆孔、探井采取土樣的強度參數(shù)指標和反分析指標對比，表明銅黃段可直接采用

5、收集到的鉆探直剪試驗結果，甘泉段和靖安段由于土質特殊，對直剪試驗結果做了必要的修正。 對黃土強度指標的檢驗分析表明，黃土強度指標概型既服從正態(tài)分布，也服從對數(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，對比分析表明黃土強度指標c、Ψ值的概型，都采用正態(tài)分布較為合適。 系統(tǒng)構建了蒙特卡羅模擬模型，模擬結果表明黃土邊坡的研究應分三個坡高段，即低坡、高坡(過渡坡)和極高坡，其具體分界點與c、ψ值的大

6、小有關。c值對低坡穩(wěn)定性具有控制作用；ψ值對極高坡穩(wěn)定性具有控制作用；在過渡坡高段，c、Ψ值對穩(wěn)定性都起重要作用。各地段在一定坡高范圍內失效概率出現(xiàn)高值，穩(wěn)定系數(shù)和可靠度指標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)對邊坡失效概率和可靠度指標影響極大，且δc對低坡影響較大，δΨ對高坡影響較大。當坡型確定，強度均值確定，穩(wěn)定系數(shù)期望值是一個定值，與強度指標的變異性無關。當變異系數(shù)組合確定，相同的

7、穩(wěn)定系數(shù)值對應的失效概率非常接近，與坡率變化和強度均值相關性小，也與地域關系不大。 抽樣次數(shù)、參數(shù)概型和可靠性分析方法對可靠度計算結果存在不同程度的影響。通過一系列的抽樣試驗表明，超過5000次后，抽樣次數(shù)對失效概率的影響減小，誤差趨于穩(wěn)定，可達到工程應用的要求；參數(shù)概型對失效概率計算結果的影響顯著，對數(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10％以上；不

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