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    填土边坡稳定性的可靠度分析

    唐朝晖 柴波 刘忠臣 曹二涛

    唐朝晖, 柴波, 刘忠臣, 曹二涛, 2013. 填土边坡稳定性的可靠度分析. 地球科学, 38(3): 616-624. doi: 10.3799/dqkx.2013.062
    引用本文: 唐朝晖, 柴波, 刘忠臣, 曹二涛, 2013. 填土边坡稳定性的可靠度分析. 地球科学, 38(3): 616-624. doi: 10.3799/dqkx.2013.062
    TANG Zhao-hui, CHAI Bo, LIU Zhong-chen, CAO Er-tao, 2013. Reliability Analysis of Stability of Fill Slope. Earth Science, 38(3): 616-624. doi: 10.3799/dqkx.2013.062
    Citation: TANG Zhao-hui, CHAI Bo, LIU Zhong-chen, CAO Er-tao, 2013. Reliability Analysis of Stability of Fill Slope. Earth Science, 38(3): 616-624. doi: 10.3799/dqkx.2013.062

    填土边坡稳定性的可靠度分析

    doi: 10.3799/dqkx.2013.062
    基金项目: 

    国家自然科学基金 41202247

    中央高校优秀青年教师基金 2012049018

    详细信息
      作者简介:

      唐朝晖(1964-), 女, 副教授, 主要从事工程地质与环境岩土工程的教学科研工作. E-mail: zhtang@cug.edu.cn

    • 中图分类号: P642

    Reliability Analysis of Stability of Fill Slope

    • 摘要: 为了系统地建立填土边坡稳定性的可靠度分析方法, 首先, 在可靠度分析原理的基础上, 对填土边坡的不确定性进行了讨论; 然后, 建立了多变量影响下填土边坡可靠度分析的基本流程; 最后, 以广西平乐县二塘锰矿区典型填土边坡为例, 基于GeoStudio软件, 应用所提出的分析流程对典型填土边坡的可靠度指标进行了计算, 通过"安全概率"对边坡的安全性进行了评价.研究结果表明: (1)填土边坡的不确定性包括内部结构和环境因素两方面, 前者不确定因素来自于填土土体不确定性和边坡的几何特征不确定性, 后者不确定性因素来自于降雨、地震和人工加载等; (2)可靠度分析的基本流程为填土边坡系统不确定性分析、建立可靠度极限状态方程、求解可靠度指标和边坡安全性评价; (3)广西平乐二塘锰矿填土边坡敏感性因素排序为: 内摩擦角Φ>黏聚力C>车辆荷载F; (4)考虑50年一遇极值降雨过程, 稳定性系数在降雨12 h达到最小, 其可靠度指标(β)为8.79, 破坏概率为0.根据《滑坡防治工程设计与施工技术规范》所规定的安全系数, 填土边坡的安全概率为69.84%.

       

    • 图  1  不同施工技术填土结构特征(据陈团结和贾润萍, 2002)

      a.分层压实填土结构;b.强夯法填土结构;c.不同压实技术填土压实度分布情况;d.平乐二塘锰矿填土压实度和黏聚力关系

      Fig.  1.  Fill soil structure of different compaction methods

      图  2  形状参数p与稳定性系数FS关系

      Fig.  2.  Shape parameter p and stability coefficient FS

      图  3  降雨过程土坡入渗特征(朱伟等,2006孙冬梅等,2007)

      a.恒定降雨条件下土柱入渗过程;b.降雨前孔隙水压力分布;c.降雨后孔隙水压力分布

      Fig.  3.  Rain infiltration characteristics of soil slopes

      图  4  道路车辆荷载统计直方图(梅刚等,2003郭彤等,2008)

      a.110国道(山西)车辆荷载;b.京沪高速公路(江苏段)行车道和超车道车辆荷载

      Fig.  4.  Vehicle Loads statistical histogram

      图  5  填土边坡可靠度分析技术流程

      Fig.  5.  Process of fill slope reliability analysis

      图  6  平乐二塘锰矿区典型填土边坡

      Fig.  6.  Typical fill slope in Ertang Manganese Mine, Pingle County

      图  7  渗流及稳定性计算模型

      Fig.  7.  Seepage and stability calculation model

      图  8  单参数敏感性分析解结果

      a.C值敏感性图;b.Φ值敏感性图;c.F值敏感性图

      Fig.  8.  Single parameter sensitivity analysis

      图  9  50年重现期极值雨量边坡稳定性均值变化曲线

      Fig.  9.  Mean curve of slope stability with maximum rainfall of 50-year return period

      图  10  50年重现期极值雨量边坡稳定性概率

      a.稳定性分布概率;b.稳定性累计概率

      Fig.  10.  Slope stability probability with maximum rainfall of 50-year return period

      表  1  平乐二塘锰矿区典型填土边坡可靠度分析参数

      Table  1.   Typical fill slope reliability analysis parameters in Ertang Manganese Mine, Pingle

      统计特征 填土物理参数 降雨量 车辆加载kN
      粘聚力C(KPa) 重度γ(kN/m3) Φ(°) 次降雨量重现期(mm) 降雨强度(mm/h)
      均值 23 17.4 19.5 20 a/250 20 a/15 250.7
      50 a/300 50 a/20
      方差 1.80 1.50 1.50 51.3
      概率模型 正态分布 正态分布 正态分布 极值分布 极值分布 正态分布
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      表  2  填土边坡不同滑面最小稳定性系数结果比较

      Table  2.   Minimum stability coefficient of fill slope with different slip surface

      项目名称 本文(抛物线)法 圆弧法
      ordinary Bishop
      最小稳定性系数 1.15 1.39 1.50
      滑动面形状 抛物线形 圆弧形
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      表  3  50年重现期极值雨量边坡稳定性均值

      Table  3.   Mean stability coefficient of fill slope with rainfall of 50-year return period

      时间(h) 计算方法
      ordinary Bishop Janbu M-P
      0 1.189 1.251 1.152 1.245
      1 1.161 1.221 1.128 1.215
      4 1.143 1.200 1.112 1.195
      12 1.059 1.106 1.036 1.102
      24 1.076 1.137 1.048 1.132
      36 1.093 1.176 1.057 1.169
      48 1.100 1.183 1.063 1.176
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    出版历程
    • 收稿日期:  2012-08-28
    • 刊出日期:  2013-05-15

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