不同形式节理的岩质边坡失稳演化离散元分析

为研究不同形式的节理边坡的破坏机理,将考虑胶结尺寸的微观接触模型植入离散元软件,基于重力增加法实现边坡失稳演化过程的模拟,从边坡形态、胶结破坏分布、滑体运动等方面进行分析.模拟结果表明,顺层岩质边坡为共面节理发生贯通破坏形成滑动面,反倾岩质边坡为非共面节理发生贯通破坏形成滑裂面;两种岩质边坡坡脚均为薄弱区,顺层岩质边坡坡面中部区域和反倾岩质边坡坡肩区域为危险区域;离散元模拟岩质边坡可用安全系数评价边坡稳定性,较极平衡法能更真实地反映岩体间的相互作用和边坡破坏的渐进过程.     

基于ABAQUS强度折减法某铀尾矿坝稳定性分析

将ABAQUS有限元软件和强度折减法相结合,充分利用ABAQUS的强大后处理能力对某一铀尾矿坝稳定性进行分析.通过把坡面的特征控制点的位移突变和滑移面塑性区从坡脚到坡顶的贯通作为边坡整体失稳的标志,当滑移面的塑性区贯通,塑性应变和特征控制点的位移发生突变时,则坝坡就处于滑动破坏临界状态,而此时的强度折减系数就定义为坝坡稳定的最小安全系数.通过某铀尾矿坝稳定性分析的实例,可以准确形象的预测出坝潜在坡滑动面的位置和评价坝坡的稳定性,尤其对地形复杂的边坡稳定性分析简单适用.     

基于极限平衡法的岩质边坡结构面贯通性质研究

结构面影响着岩质边坡稳定性,而结构面的贯通性质是研究结构面的重点。针对某岩质边坡工程,利用Slide极限平衡法软件,从结构面倾角、贯通率和贯通形式出发,研究贯通性质对岩质边坡稳定性的影响。计算结果表明:结构面的贯通形式对坡体稳定性无明显影响;当坡体处于稳定状态时,结构面倾角越大,坡体安全系数越大;当坡体处于失稳状态时,结构面倾角越大,坡体安全系数越小;当结构面的倾角和贯通形式一定时,结构面贯通率越大,边坡安全系数越小,坡体容易发生失稳破坏。     

边坡稳定性的等效塑性应变熵评价方法及工程应用

岩土体边坡是一个开放的、耗散的系统,边坡滑动失稳即为重力或外力或环境变化等作用下滑动体由静止开始运动直到破坏,即为由无序向有序的发展过程。本文基于信息熵理论,建立了边坡滑动变形过程中的等效塑性应变熵值方程,通过对实际边坡变形发展过程中等效塑性应变熵值进行计算分析得到,稳定边坡的熵值随时间逐渐增大,无下降段;滑动边坡的熵值随着滑坡的发展呈现先增后减最终稳定的变化规律,分别对应边坡土体单元塑性应变总体增加、塑性应变在滑动面附近逐渐集中、边坡滑动三个阶段,由此可对边坡所处状态作出评判;也为边坡稳定性判定提供了一种新思路。     

顺层高边坡双平面破坏分析方法研究

为了准确便捷地开展边坡破坏的评价分析,首先基于顺层高边坡双平面滑动机理建立了双平面滑体模型,然后根据极限平衡原理提出了边坡稳定性分析方法,最后采用离散元数值模拟和所提理论方法开展了典型顺层高边坡双平面破坏的对比分析。结果表明:理论方法与数值模拟计算所得边坡安全系数和滑体厚度近似一致;顺层高边坡双平面滑体可分为上部主动块和坡脚被动块,在主动块对被动块的挤压推力作用下,层理和缓倾节理相互贯通,形成双平面滑动面,发生双平面滑动破坏;边坡安全系数随滑体厚度增加而先减小后增加,存在一个最小安全系数对应的最危险滑体厚度。     

粉砂岩路堑高边坡施工监测与动态设计

结合高速公路路堑高边坡工程实例,利用施工监测联合边坡稳定有限元数值模拟进行边坡动态设计。研究结果表明:通过监测边坡施工现场深部位移可以及早发现边坡滑动趋势,准确推测边坡潜在滑动面位置;粉砂岩路堑高边坡开挖后在自然状态下基本稳定,但是在降雨饱水条件下边坡塑性变形区范围增大,边坡安全系数显著降低,边坡由局部破坏发展为整体滑动破坏,模拟分析结果与施工监测结果具有较好的一致性;利用边坡稳定分析有限元强度折减法计算得到的边坡变形拟合实测变形和滑动面,可以确定坡体当前状态的等效力学参数;采用有限元数值模拟方法优化设计边坡加固方案,可以确定边坡最终形态以及锚索加固位置、加固长度、加固密度和设计预应力;边坡优化设计后,在自然与降雨饱水2种工况下边坡塑性应变区域及位移形变量均较小,边坡安全系数满足设计规范的安全要求;施工完成后,边坡处于稳定状态,说明基于现场监测联合有限元分析方法确定的边坡加固方案是可靠的。     

均质土坡渐进性破坏分析及变分法验证

采用有限元软件ABAQUS构建了均质土坡二维有限元分析模型,动态模拟了土坡的塑性区发展及其渐进破坏过程,自动搜索出潜在滑动面.以变分法为基础,研究平面应变状态下边坡稳定的平衡方程,求解出最危险滑动面的函数表达式,并与数值模拟结果进行了对比验证.研究结果表明:随着折减系数Fr的不断增加,土坡自稳能力不断降低,破损区域不断发展延伸,当破裂面完全贯通时,边坡接近极限破坏状态,完成渐进性破坏.由强度折减法确定的土坡最危险滑裂面与采用变分法计算的解析结果趋势大致相同,均为圆弧形滑裂面.     

高压旋喷桩加固船闸边坡数值研究

高压旋喷桩在软弱地基处理以及基坑加固工程中应用广泛,但较少应用于边坡加固,目前对高压旋喷桩加固边坡的变形破坏特性和抗滑机理认识不清,相应的稳定性评价理论研究较少。选取某船闸工程高压旋喷桩加固边坡典型断面,考虑桩土相互作用,基于强度折减法,用有限元软件ABAQUS建立边坡三维数值计算模型,探究高压旋喷桩在边坡加固中的变形破坏机理。结果表明:采用高压旋喷桩加固边坡提高了边坡的稳定安全系数,桩体发生的是剪切破坏;加固边坡破坏特性为形成贯通的剪切滑动带而非滑动面;增加高压旋喷桩在滑床以下的嵌入深度以及加大桩体到坡面的长度并不能有效提高边坡的稳定性。运用"等效桩条法"将加固边坡三维数值模拟问题转化为二维平面应变问题,进行加固边坡的二维数值模拟。结果表明:边坡的二维数值模拟滑裂面与三维模拟结果一致,采用全长桩与10 m的埋入式桩时,得到的稳定安全系数相比三维数值模拟结果分别大5.5%和3%,而二维数值建模方便快捷,可节省大量数值运算时间,其结果可工程设计提供有效的参考。     

基于抗滑力变化的边坡稳定状态识别

随着边坡工程复杂性增加,边坡稳定性分析面临很大挑战。由于坡体滑动具有阶段性,抗滑力的组成也是动态变化的,提出用双安全系数来辨识坡体所处的状态。边坡失稳伴随坡体强度的变化,按其演化过程分为强稳定阶段、弱稳定阶段和破坏阶段。基于极限平衡原理计算常规安全系数(F_s)和安全系数1(F_(s1)),得到边坡稳定状态的判识:当安全系数1大于1时,坡体处于强稳定阶段;安全系数1小于且常规安全系数大于1时,坡体处于弱稳定阶段;常规安全系数小于1时,坡体处于破坏阶段。结合模型试验,得到对应坡体三个阶段的两个安全系数关系曲线,理论上证明了双安全系数方法的可行性。运用分段安全系数方法对已知边(滑)坡状态进行分析,并对其稳定状态进行判识,结果与实际工程地质相符,验证了双安全系数法的可行性。     

均质边坡稳定状况快速辨识及参数反演的一种实用方法

基于塑性极限分析的运动单元法(kinematical element method)提出一种边坡稳定状况快速辨识方法.研究岩土体参数组合(坡高H、黏聚力c、内摩擦角φ和重度γ)与安全系数F和滑动面位置间的内在联系.在此基础上,绘制边坡稳定分析图,求解不需要任何迭代,可快速求解安全系数和滑动面位置.根据边坡稳定分析图,提出一种新的参数反演方法.结果表明,无量纲参数λ=c/(γH tanφ)控制着滑动面位置和F/tanφ.λ不变,则滑动面位置和F/tanφ保持不变;λ越大,边坡失稳模式由浅层破坏变为深层破坏,滑动面坡顶滑出点离坡肩越来越远.当λ＞0.2时,λ与F/tanφ符合线性关系,可用拟合公式快速计算安全系数.根据原始边坡形态和滑动面坡顶滑出点离坡肩的距离,即可快速反算滑带岩土体的黏聚力和内摩擦角.     

基于ANSYS的膨胀土路堑边坡的稳定分析

路堑边坡滑坍破坏是膨胀土公路修建中的常见病害,其破坏机理复杂,传统极限平衡法无法对它进行分析并得出合理解释。而数值分析方法能较好地分析边坡的应力、应变和塑性区分布,获得边坡变形过程和潜在滑面,直接给出稳定性评价的安全系数。文章基于ANSYS有限元分析软件,采用土的非线性弹塑性本构模型,应用有限元强度折减法理论对“南友”路宁明膨胀土堑坡的滑坍规律进行了分析。     

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.     

土坡破坏过程的离心模型试验研究

为了研究土坡的破坏过程并进一步探讨滑坡的机理,开发了土坡离心模型试验和测量技术以观测加载条件下土坡的变形过程。进行了自重加载情况下的土坡离心模型试验,观察了土坡的破坏过程并测量了土坡的位移场变化。结果表明,新开发的试验测试技术能够较好地测量离心试验过程中土坡的变形。自重加载条件下土坡的破坏过程较为复杂,先后出现了拉裂缝和滑裂面,可以分为相对均匀变形阶段、应变局部化阶段和破坏后阶段等3个阶段。其中应变局部化与破坏过程关系密切,土坡的破坏可能是多种应变局部化的结果。     

基于离散元的边坡弯曲倾倒渐进破坏特征分析

发生弯曲倾倒的边坡一般存在一组优势的陡倾不连续面,岩层在自重或外力作用下向临空面弯曲变形,表现出明显的柔性特征。基于物理模型试验建立了相应的离散元计算模型,模拟了边坡弯曲倾倒的渐进失稳过程,系统剖析了岩体弯曲倾倒的力学机制和破坏特征。结果显示,塑性区贯通是边坡弯曲倾倒失稳的必要非充分条件,悬臂岩柱在弯折过程中其内部应力表现出明显的不均匀性。进一步探讨了关键力学参数对倾倒破坏面的影响规律,具体表现为破坏面倾角随节理摩擦角的增大而增大,而节理黏聚力和岩体抗拉强度对其影响并不显著。研究成果可为倾倒边坡的分析设计提供科学参考。     

评价高边坡断层的直接约束方法

为正确评价断层对于岩石高边坡安全稳定性的影响,采用接触力学的求解方法——直接约束法模拟断层的滑移和脱开等不连续行为。重点分析了岩体中断层不同的接触性状(如考虑断层与岩体的滑移脱开)。应用弹塑性有限元方法对彭水水电站船闸高边坡分步开挖过程进行了数值仿真分析。通过不模拟滑移脱开与模拟滑移脱开的对比研究,模拟滑移脱开后断层的变形和塑性区显著增大,在断层处变形较大以致于有滑坡的可能。该项研究在岩石高边坡稳定分析中具有重要的意义。     

单轴压缩下预制2条贯通裂隙类岩材料断裂行为

在伺服控制单轴加载试验机上,对采用养护前期拔出预埋插片方式制作的含2条贯通裂隙类岩石试件进行压缩试验;基于滑动裂纹模型理论,并结合试件破坏全应力-应变曲线和贯通破坏面颗粒体破坏形态分析裂隙试件断裂破坏机理。滑动裂纹模型表明:驱动裂纹相对错动的有效剪力是裂隙倾角α和裂隙面摩擦因数f的函数。试验中发现:裂隙试件发生破坏时,依据裂隙倾角和岩桥倾角的不同,将会出现单裂隙微裂纹贯通破坏、预制裂隙贯通破坏和无微裂纹发育的脆性破坏;根据裂隙试件岩桥区受力特征的不同,预制裂隙发生贯通破坏时,将呈现拉伸破坏、剪切破坏和拉剪复合破坏3种模式,岩桥区贯通面上颗粒体破坏形态随之依次呈现无摩擦、完全摩擦和部分摩擦痕迹。     

强度折减法对锚杆加固边坡的稳定分析

利用大型有限元分析软件,考虑岩土变形的影响,采用完全弹塑性模型,Drucker-Prager屈服准则以及边坡最大水平位移增量与材料强度折减之比达到极值作为边坡破坏的标准,对锚杆加固边坡的稳定性进行了分析,得到了边坡稳定系数,并利用临界破坏状态时边坡的等效塑性应变图来确定潜在滑动面,为工程设计提供了参考依据.     

基于有限差分FLAC~(3D)的边坡稳定分析及工程对策

以鹤岗3052项目cE段边坡工程为背景,结合现场测试数据,运用有限差分法FLAC~(3D)对边坡稳定性进行数值模拟分析,探究坡体发生变形破坏的原因及其影响因素,进而提出相应的工程对策。分析结果表明:边坡局部白浆土夹层遇水软化、抗剪强度大幅降低且形成边坡滑塌破坏潜在滑动面,是坡体发生变形破坏的主要原因;白浆土分布是边坡稳定性的主要控制因素。据此,后续工程建设应对白浆土的分布进行详实准确勘察,结合工程地质条件对白浆土分布集中区域坡体采用削坡减载法处理。