某料场高边坡开挖有限元数值模拟研究

根据某料场高边坡的实际地质地形特征,建立了三维边坡开挖数值模型,模拟了该边坡从天然工况到逐级开挖工况下的开挖变形形态、应力状态及边坡稳定性等,并进行了系统的研究.结果表明,数值计算模型能够比较真实地反映边坡实际情况,数值模拟的结果是可靠的、合理的,能够在此基础上对边坡以后的应力场、形变场特征作出较好预测.     

基于三维数值模拟的高边坡开挖安全预测

通过对广乐高速K102路堑高边坡进行开挖实况数值模拟,利用ABAQUS三维数值模拟对高路堑边坡开挖施工过程中的边坡表面水平位移和深层水平位移的拟合,根据现场监测结果对边坡安全预测.研究表明:利用ABAQUS有限元程序能够有效模拟高路堑边坡的开挖加固过程,与现场监测结果相对应;三维数值模拟能够模拟非规则边坡的开挖,反映边坡的变形及内部塑性应变区,对现场边坡开挖加固具有指导意义;三维数值模拟所得的表面位移与深层位移结果与实测结果取得较好的拟合,计算结果合理可靠,根据位移变化突变点进行安全预测具有可行性.     

岷江某水库蓄水运行期进水口高边坡变形特征模拟研究

岷江某电站库区前期地质勘查资料表明,枢纽区地下水类型主要有第四系覆盖层孔隙性潜水和基岩裂隙水。水库蓄水后水位抬升127m,对条形山脊两侧边坡地下水渗流场产生较大的影响,不仅改变边坡地下水原有渗流场特征及其补、径、排条件,而且由此产生孔隙水压力,对边坡稳定性产生较大的影响。利用地质原型和开挖边坡地质-力学模型(GMD模型),建立水库蓄水过程中,条形山脊地下水的渗流模型及水岩作用模式。进一步考虑蓄水渗流场的变化,对不同蓄水位高边坡的稳定性进行了数值模拟研究,探讨蓄水过程中,条形山脊高边坡形变场特征及其稳定性状况。三维数值仿真显示,水库溢洪道进水口与EL.885m平台下方L11层位(EL.840~852m)与2#泄洪洞的洞脸边坡左上方(EL.833.59~847.50m),为大变形集中部位。水库进水口一侧边坡在库水位上升过程中,岩体的变形范围将随水位的增高逐渐扩大,量级呈递增趋势。受蓄水位的影响,水库进水口边坡的临江(Y方向)位移往山内方向顺层滑移还是朝山外倾倒拉裂不定,层间剪切错动带成为正负位移的"转换断层"效应。     

三峡工程永久船闸高边坡变形数值仿真分析

基于实际的开挖过程、锚固措施和地质条件建立了三峡永久船闸高边坡的二维和三维数值模型，按9种工况对边坡变形进行了数值仿真分析．计算成果表明，岩体开挖卸荷对边坡的变形有较大影响，正确地划分岩体卸荷带使计算结果更趋合理；锚固和地下水对边坡的整体变形影响较小；边坡岩体仅局部产生零星塑性屈服区，但在中隔墩顶部有拉应力区，可能引起岩体开裂；粘弹塑性模型计算成果显示，边坡开挖完成后变形将趋于稳定．     

溪洛渡水电站拱肩槽高边坡稳定性的三维有限元分析

溪洛渡拱坝高273 m,拱肩槽开挖高边坡最高约250 m,其整体稳定性是复杂的空间问题.作者采用三维有限元方法对拱肩槽边坡的应力场和位移场进行了模拟,计算结果表明:该方法能较全面、真实地反映实际情况,为工程高边坡的整体稳定性评价和坡比设计提供依据.     

水布垭马崖高陡边坡三维数值模拟研究

应用ＦＩＮＡＬ程序对水布垭马崖高边坡进行了数值模拟研究,分别研究了清江水布垭马崖高陡边坡整体三维应力场、位移场特征,考虑了岩体结构总体上硬下软、断层分布等重要特征,研究了边坡岩体内进行地下洞室开挖后边坡力学状态的改变．基于削坡是水布垭马崖高陡边坡的重要整治措施之一,研究中进行了各种分步开挖工况下的削坡有效性定量研究,对重要工况还同时进行了ＶＩ度地震作用下的动力作用分析．     

基于连续介质的裂隙岩体流固耦合数值分析

基于库区水位涨落或暴雨入渗,经过演变易造成滑坡,研究渗透压作用下裂隙损伤效应对渗透张量的影响,通过理论推导,提出裂隙岩体渗流场与损伤场耦合的分析模型;以湖北潘口水电站进水口边坡为研究对象,建立基于连续介质的裂隙岩体流固耦合渗流数值计算分析方法。研究结果表明:边坡在开挖过程中变形以卸荷回弹变形为主,回弹变形范围随开挖逐级增大,各级边坡开挖对邻级边坡变形的影响最显著,对较远坡段的影响逐步减弱;边坡开挖面基本处于小拉应力状态,边坡浅表层拉应力区分布范围及量值均很小;边坡全部开挖完成后,边坡的塑性区主要沿近坝的开挖马道外缘分布,分布范围小,在表层岩体内;裂隙岩体流固耦合模型的三维数值计算能够较真实地模拟边坡开挖过程位移场、应力场、塑性区、拉应力区的分布规律。     

复杂岩体边坡关键块体搜索及开挖支护

采用非接触摄影测量技术采集某高速公路工程边坡岩体的结构面信息,导入自行开发的GeoSMA-3D系统,建立该边坡三维数值模型,从几何学角度搜索出其关键块体.用三维离散元数值计算软件3DEC模拟该边坡工程的开挖过程以及锚索支护后的开挖过程.结果表明,本岩质边坡工程开挖后,引起岩体内部应力重分布,坡体有大范围的剪切塑性区,位移矢量、速度矢量大量集中在开挖面附近的节理上,矢量的方向偏向于临空面,并呈现逐渐增加趋势,整体稳定性较差,若不对边坡采取适当支护措施,必将发生边坡整体失稳破坏;在锚索支护后,边坡的潜在滑移面被控制,边坡整体处于稳定状态.     

三峡库区巴东组泥灰岩顺层缓倾高边坡变形破坏模式研究

三峡库区广泛分布的巴东组泥灰岩工程性质较差,分布在此地层中的泥灰岩高边坡稳定性引人关注.结合泥灰岩的工程地质特性,建立了巴东组泥灰岩顺层缓倾岩体工程地质模型.并以此为基础,根据岩性组合特征与结构面特征,分析了其变形破坏模式主要为滑移或者滑移压致拉裂模式.最后,基于UDEC对巴东白岩沟高边坡进行了变形演化过程数值模拟,结果显示白岩沟高边坡变形破坏经过了2阶段:坡脚开挖使切坡产生了蠕变,而降雨使得边坡稳定性态发生突变,发生滑移破坏,这给此类型高边坡的治理一个启示,做好边坡地表防水、地表与地下排水,对边坡十分重要.     

皖南某高速公路四号边坡变形机理及稳定性分析

皖南某高速路高边坡地质条件复杂,从坡中部至坡顶处均出现明显的倾倒变形迹象,并在边坡左侧发生过垮塌.通过对该边坡的地层岩性、岩体结构和边坡开挖等因素的分析研究,阐述了其变形机理,揭示了其弯曲-倾倒和滑移复合的变形破坏模式.这一变形机理的产生是由于原始地形较陡和坡体强烈卸荷,在开挖的触发下引起上部陡倾岩体向坡外弯曲变形,沿顺坡向结构面滑移拉裂.采用二维有限元数值模拟,分析了这类边坡在开挖过程中的应力和变形的特征及其变化规律,以验证上述的破坏机理模型.     

名山组泥岩顺层边坡原位直剪试验及开挖模拟

为研究川西名山组泥岩顺层边坡在坡脚开挖后的卸荷特征，通过原位直剪试验获取了名山组泥岩的岩体破坏及强度特征，并进一步采用有限元模拟分析了坡脚开挖后顺层边坡的卸荷松动特征。结果表明：名山组泥岩的剪切破坏可分为弹性受荷阶段、裂缝发展阶段和剪切面贯通后阶段；岩体结构面强度显著低于岩石，且强度曲线特征受上覆荷载影响较大；岩石的应变软化特征较结构面更为显著，剪切面贯通后强度急剧衰减，且降幅远高于结构面；坡脚开挖卸荷后，顺层边坡的卸荷松动区主要分布于基覆界面、风化界面和临空面附近的岩层层面处，卸荷深度与切层厚度线性正相关；设计采用的边坡防护方案能有效控制位移及应力，桩前土体开挖时需注意信息化施工。     

五盂高速公路顺层岩质边坡变形破坏模型试验

为揭示开挖和降雨对顺层岩质边坡稳定性的影响,以山西五盂高速公路顺层岩质边坡为对象,通过大型物理模型试验研究了含软弱结构面顺层岩质边坡在开挖及降雨条件下的变形机理.研究结果表明:降雨条件下,含单层软弱结构面边坡主要表现为沿软弱结构面的多级牵引式滑动破坏;含双层软弱结构面顺层岩质边坡滑动破坏受降雨的诱发作用更为明显,其中软弱结构面作用主要表现为两方面,一方面为雨水对结构面本身的软化使其强度降低从而形成滑带,另一方面为软弱结构面的存在减弱了雨水向下层岩体的入渗,导致其上覆岩体迅速饱和,强度急剧降低,上覆破碎岩体沿滑动面发生大规模的整体破坏.可见强降雨是此类边坡破坏的主要诱发因素也是重要的致灾因素.     

顺层岩质边坡变形破坏特征及稳定性数值模拟

针对顺层岩质边坡岩层结构面倾角θ和边坡角α两个参数,采用离散单元法研究了不同工况下总计270个边坡模型的变形破坏特征,统计得到不同变形破坏模式对应的岩层结构面倾角θ与边坡角α的范围,并基于强度折减法研究了两个参数与边坡稳定性的关系,揭示了顺层岩质边坡变形破坏机制及稳定性特征. 研究结果表明:依据边坡变形破坏特征,提出了四种顺层岩质边坡变形破坏模式,即坡脚沿岩层结构面的滑移-剪切破坏,坡顶沿岩层结构面的滑动-剪切破坏,岩层下缘弯曲-剪切破坏,以及岩层上缘翻折-拉裂破坏. 在此基础上,分析并归纳了这四种模式的产状、变形特征以及可能的破坏模式等一般规律. 边坡安全系数fs随结构面倾角θ的增大先减小后增大,在减小过程中达到最小值后迅速上升,然后变缓回落.边坡安全系数fs随结构面倾角θ变化过程中,当θ约等于α-7. 3°时,fs取得最小值,此时对应的边坡稳定性最差.     

随机结构面切割岩质边坡空间块体模型及关键块体分析

在现场结构面非接触摄影技术采集的基础上,提出基于虚拟网格的、采用随机结构面切割岩体的方法,建立了岩质边坡空间块体模型.并将该模型接入作者团队自主开发研制的三维数值分析系统GeoSMA-3D,进行岩质边坡关键块体搜索和分析.算例表明:该模型具有可以动态添加结构面、易于建立复杂岩体边坡几何模型等优点,并对辽宁某边坡进行了关键块体分析.     

综合考虑安全性和经济性的料场边坡开挖方案优选

保证安全性和经济性是料场开挖的主要目标.基于这两个目标,以有限元软件ANSYS建立料场边坡的三维网格模型,在综合考虑现场地质条件、位移、应力、塑性区、安全系数和开挖方量等影响因素基础上,采用有限差分程序FLAC3D对开挖边坡的整体稳定性进行计算;并对考虑不同开挖高程和开挖坡比的4种开挖方案进行对比分析,为工程施工提供优选方案.研究表明:在优选方案下,开挖边坡稳定性能够得到保证,弧形马道的圈顶部分应该采取加固措施.     

开挖过程中边坡稳定性研究及两种安全系数之间的转化

为了研究边坡在开挖过程中的安全状况,以及有限元强度折减法和极限平衡法所求得的安全系数之间的关系,分别采用有限元软件ANSYS和极限平衡软件Slope／W对开挖过程各个阶段边坡的稳定性进行了计算分析．通过研究两种方法所采用的屈服准则的内在联系,找到了这两种方法所求得安全系数的转化方法,并对利用两种方法求出的边坡安全系数进行了对比分析．研究结果表明,在开挖过程中,边坡的安全系数会出现先增大后减小的现象;在平面应变条件下,采用平面应变莫尔一库仑匹配DP5准则求出的边坡安全系数,与传统极限平衡法求出的边坡安全系数最接近,误差小于8％．     

块裂层状岩质边坡稳定性极限分析上限解

采用室内模型试验仿真构造了顺层和反倾斜块裂层状岩质边坡,分别定性地确定了可能出现的两种类型边坡的破坏模式,并根据实际工程中可能出现的边坡破坏特征,进一步拓展了这两种类型边坡的破坏模式,使其更具有普遍性.然后根据极限分析上限法基本原理,对室内模型试验结果进行分析求解,验证了极限分析上限法在该类型边坡稳定性分析中的适用性,并使极限分析上限法演绎到普遍破坏模式中.这进一步拓展了极限分析法的应用范围,为块裂层状岩质边坡稳定性分析提供了一种有效的分析手段.     

三维软硬互层边坡的破坏模式与稳定性研究

采用FLAC3D强度折减法,研究在岩层倾角、岩层与边坡走向夹角变化时三维软硬互层边坡的稳定性状况,并对其破坏模式进行辨识与归纳分析.结果表明:边坡破坏模式的判别应综合考虑岩层的倾角大小、岩层走向与边坡走向的夹角大小及坡面上的剪出条件;当岩层与边坡走向夹角β<90°时,随着岩层倾角α的增大,边坡的破坏模式变化趋势为由蠕滑-压致拉裂、塑流-拉裂、滑移-拉裂向滑移-弯曲、弯曲-拉裂转变;当β>90°时,边坡的破坏模式趋势为塑流-拉裂、滑移-弯曲、弯曲-拉裂;边坡稳定性系数随走向夹角的增大先增加后减小,β=90°时最大,且α越大,稳定性系数峰值越大;顺向时随着岩层倾角的增大,边坡的破坏模式变化趋势为蠕滑-压致拉裂、滑移-拉裂、滑移-弯曲、弯曲-拉裂,稳定性系数变化先减小后增大,存在一最不利岩层倾角,其对应的稳定性系数最小;反向坡的破坏模式变化趋势为蠕滑-压致拉裂和弯曲-拉裂,稳定性系数逐渐增加.     

深基坑开挖与支护的数值分析

以合肥水厂泵房深基坑工程为例,利用FLAC-3D数值分析软件对深基坑开挖与支护过程进行数值模拟,计算中采用摩尔-库伦弹塑性模型,通过计算得到基坑边坡位移变化,将实测基坑边坡水平位移与计算值进行对比分析,并对其进行初步的探讨,为以后的深基坑工程设计与施工提供有益的参考.