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知識(shí)分享 | 同濟(jì)大學(xué)黃雨教授團(tuán)隊(duì)論文【Soils and Foundations】面向降雨的邊坡系統(tǒng)韌性設(shè)計(jì)：韌性增強(qiáng)策略

2025-09-17 2971 0

題目

Title


論文信息

Information

期刊: Soils and Foundations

作者: Yu Huang, Zhengying He

工作單位: 同濟(jì)大學(xué)

摘要

Abstract

韌性的概念已在多種系統(tǒng)中廣泛研究，以評(píng)估和降低動(dòng)態(tài)環(huán)境中的風(fēng)險(xiǎn)。然而，對(duì)于人工設(shè)計(jì)和自然形成的坡面系統(tǒng)，普遍適用的雨水韌性設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)卻很少被考慮。本研究提出了一種新穎的方法，以在降雨條件下實(shí)施坡面系統(tǒng)的雨水韌性設(shè)計(jì)。這種方法結(jié)合了韌性設(shè)計(jì)理念和坡面系統(tǒng)在降雨條件下的穩(wěn)定性分析。穩(wěn)定性分析通過結(jié)合飽和–非飽和滲流分析和Morgenstern–Price方法來解決。提出了一種以設(shè)計(jì)為導(dǎo)向的韌性標(biāo)準(zhǔn)，包括吸收和恢復(fù)措施，以使坡面系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更加合理。本文展示了中國東南沿海地區(qū)坡面系統(tǒng)的雨水韌性設(shè)計(jì)的示例案例。考慮了地質(zhì)材料性質(zhì)的空間變異性，以識(shí)別恢復(fù)策略的關(guān)鍵時(shí)間點(diǎn)。分析了八種恢復(fù)策略的韌性特征，包括吸收能力、恢復(fù)能力和恢復(fù)時(shí)間，以增強(qiáng)坡面系統(tǒng)的韌性。將傳統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)納入比較，以驗(yàn)證所提出的雨水韌性設(shè)計(jì)方法的有效性。雨水韌性設(shè)計(jì)可以為中國東南沿海地區(qū)的滑坡減緩提供重要支持。


圖表

Figures&Tables



圖1 人工干預(yù)的邊坡系統(tǒng)恢復(fù)過程



圖2 恢復(fù)力隨損傷和恢復(fù)的變化圖



圖3 邊坡系統(tǒng)的降雨-彈性設(shè)計(jì)流程圖



圖4 2019年3月和7月兩次滑坡發(fā)生前后的地質(zhì)剖面圖




圖5 2019年3月和7月兩次滑坡前后邊坡系統(tǒng)的降雨彈性設(shè)計(jì)流程圖示意地質(zhì)剖面，分別為花崗巖殘積土性質(zhì)空間變異性的隨機(jī)場(chǎng)的一種實(shí)現(xiàn)：( a )粘聚力( kPa )；( b )摩擦角(°)



圖6 不同降雨強(qiáng)度下自然邊坡系統(tǒng)性能演化：

( a )云圖；( b )所考慮的邊坡系統(tǒng)與相鄰區(qū)域邊坡的降雨閾值比較



圖7 通過MCS得到70 mm / h雨強(qiáng)下邊坡系統(tǒng)的性能演化：

( a ) PDF演化；( b ) CDF的進(jìn)化；( c )四個(gè)典型時(shí)刻的PDF；
( d )給定降雨強(qiáng)度( 70 mm / h )下的失效概率( pf )和安全系數(shù)的歷史曲線



圖8 四種不同的加固措施


圖9 邊坡修復(fù)雙代號(hào)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)示意圖

(縮寫: PE =抗滑樁工程; AE =錨索工程; 
NE =土釘支護(hù)工程; PAE =樁錨結(jié)構(gòu)工程; DP =排水工程)




圖10 降雨強(qiáng)度70 mm / h后的多階段恢復(fù)過程：

( a )措施1 ~ 8；( b )措施1和措施2；( c )措施3和4；( D )措施5和6；( E )措施7和8



圖11 八種恢復(fù)性措施之間的比較( a )恢復(fù)能力和恢復(fù)時(shí)間；( b )恢復(fù)能力和恢復(fù)力



圖12 降雨條件下邊坡系統(tǒng)的設(shè)計(jì)按照傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 

結(jié)論

Conclusion

本文提出了一種用于實(shí)施雨水抗韌性設(shè)計(jì)的新穎方法論。該方法融合了抗韌性設(shè)計(jì)理念和斜坡系統(tǒng)在降雨下的穩(wěn)定性分析。穩(wěn)定性分析是通過結(jié)合飽和-不飽和滲流分析和Morgenstern-Price方法來解決的。提出了一種面向設(shè)計(jì)的抗韌性準(zhǔn)則，包括吸收和恢復(fù)措施，用于斜坡系統(tǒng)的可靠設(shè)計(jì)。給出了東南中國沿海地區(qū)斜坡系統(tǒng)雨水抗韌性設(shè)計(jì)的說明性案例，考慮了地質(zhì)材料屬性的空間變異性以確定恢復(fù)策略的關(guān)鍵時(shí)間點(diǎn)。分析了包含吸收能力、恢復(fù)能力和八種恢復(fù)策略恢復(fù)時(shí)間的抗韌性特征，以增強(qiáng)斜坡系統(tǒng)的抗韌性。為了驗(yàn)證所提出的雨水抗韌性設(shè)計(jì)方法的有效性，考慮了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。得出以下結(jié)論：

1. 與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法(關(guān)注加固的最終效果或斜坡系統(tǒng)的魯棒性)相比,所提出的雨水韌性設(shè)計(jì)不僅包括傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn),還考慮了整個(gè)恢復(fù)過程的恢復(fù)能力和時(shí)間。因此,雨水韌性設(shè)計(jì)方法可以實(shí)現(xiàn)更全面和準(zhǔn)確的設(shè)計(jì),以減輕山體滑坡風(fēng)險(xiǎn)。

2. 不同的恢復(fù)策略顯著影響斜坡系統(tǒng)的韌性指數(shù),這與滑坡面的失效模式或位置有關(guān)。不同的恢復(fù)順序決定了恢復(fù)過程中保護(hù)結(jié)構(gòu)的加固順序,最有效的加固順序是先加固最不利的滑動(dòng)面。


參考文獻(xiàn)

References

Yu Huang, Zhengying He,Rainfall-oriented resilient design for slope system: Resilience-enhancing strategies,Soils and Foundations,Volume 63, Issue 2,2023,101297,ISSN 0038-0806


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