边坡JRC-JCS极限平衡安全系数的计算

为了采用极限平衡法计算节理粗糙度系数JRC与节理压缩强度为JCS的岩质边坡安全系数,建立JRC-JCS准则下简化Bishop极限平衡计算公式,并分析JRC-JCS参数对于边坡安全系数的影响.研究结果表明:随着JRC的增大,黏结力c和内摩擦角φ呈非线性增大,并且黏结力受影响的敏感度增大,而内摩擦角受影响的敏感度降低;黏结力c和内摩擦角φ均随JCS的增大呈非线性增大;随着JRC和JCS的增大,边坡的安全系数F逐渐增大,JRC 越大,节理面越粗糙,岩体的稳定性越高;JCS越大,岩石颗粒排列得越紧密,岩体的压缩强度越大,岩体的稳定性越高,边坡整体安全系数也越大;F与JRC和JCS的关系呈现非线性特征,可通过指数方程进行拟合.     

几何参数和强度参数对边坡三维稳定性的影响

利用FLAC3D软件建立边坡的三维数值模型,分别改变边坡宽高比、边坡角、岩土体内摩擦角和黏结力,采用强度折减法计算边坡安全系数.研究结果表明:随着宽高比W/H的增大,边坡安全系数明显减小,并趋于一定值;当W/H＞6,边坡问题可简化为平面应变问题；宽高比越小,边坡的三维效应越突出；当W/H＜3时,边坡三维的效应不能忽视；当坡角越小时,在相同宽高比下,稳定系数偏差越大,即边坡的三维效应越明显；随着内摩擦角的增大,边坡的三维效应逐渐减弱,且边坡滑动由深层滑动转变为浅层滑动；边坡三维效应随着黏结力的增大而增大,边坡滑动由浅层滑动转变为深层滑动,滑动面越来越缓.     

基于Hoek-Brown非线性极限平衡法的边坡安全系数

为了建立Hoek-Brown非线性准则下边坡安全系数计算的极限平衡法,通过理论推导与Hoek-Brown参数相对应的等效黏结力和内摩擦角,得到Hoek-Brown准则中简化Bishop极限平衡法计算边坡的安全系数公式,并分析Hoek-Brown参数对于边坡安全系数的影响,研究结果表明:岩体材料的等效黏结力与弱化因子D呈线性关系,而与岩体地质强度指标IGS、完整岩石单轴抗压强度σci和完整岩石参数mi呈非线性关系;等效内摩擦角与各Hoek-Brown参数均呈非线性关系.随D的增大,边坡安全系数F线性减小;随IGS的增大,F非线性增大;当σci较小时,F和σci关系呈现一定非线性特征,当σci较大时,二者呈现线性关系特征;F随mi的增大,呈先减小后增大的趋势.     

考虑坡顶超载情况下的边坡剪胀效应分析

为了研究剪胀角ψ对边坡稳定性的影响,利用FLAC3D软件建立均质边坡模型,分析不同工况下ψ与安全系数F和滑动面之间的关系.研究结果表明:无坡顶超载p时,随着ψ的增大,F表现出先增大后减小的二次抛物线样式,滑动面上缘与坡顶的距离越来越小;随着内摩擦角的增大,由关联与非关联流动法则得到的安全系数的差值同样符合二次抛物线规律;有坡顶超载p时,随着p的增大,由非关联流动法则得到的F逐渐减小;内摩擦角增大引起ψ对F的影响不断滞后;p越大,滑动面越陡,上缘越靠近坡顶.     

岩体稳定性评价的单元安全系数法及其影响因素分析

岩体稳定性评价是岩体工程设计和施工的重要内容.为了探讨岩体各部位的安全情况,引入单元安全系数Ke来评价岩体的微观稳定性,它能定量评价岩体在应力作用下的稳定状况;通过理论分析,推导了单元安全系数公式,然后,利用算例研究,探讨了单元安全系数的影响因素.研究表明:①随抗剪强度参数、黏结力C、内摩擦角φ的增大,单元安全系数Ke逐渐增大;Ke与抗剪强度参数间符合显著线性关系;Ke随c变化的梯度明显大于Ke随φ变化的梯度,黏结力对单元安全系数的影响大于内摩擦角对单元安全系数的影响;②最小主应力增大引起单元安全系数增大,最大主应力增大引起单元安全系数减小,符合实际情况,并且二者与单元安全系数的关系均呈现指数关系特征.     

全长注浆锚杆布设方式对边坡稳定性的影响分析

为了分析锚杆倾角、布设位置和布设形式对边坡稳定性的影响,通过FLAC3D建立数值计算模型,利用双弹簧cable单元建立锚杆系统,计算边坡安全系数以及锚杆的力学响应。表明:(1)锚固边坡存在最优锚固角,其随锚杆长度的增加而逐渐增大;锚杆倾角超过最优锚固角后,边坡的安全系数与锚杆倾角符合线性关系;锚杆轴力沿杆体呈先增大后减小的趋势,最大值出现在杆体中间;(2)随着锚杆布设位置的下移,边坡安全系数呈先增大后减小的趋势,当锚杆布设在坡面中下部时得到的安全系数最大;(3)下排锚杆对安全系数的影响较大;长短相间锚杆破坏了原始滑动面的连续性,改变滑动面形状和位置,引起不同的加固效应。     

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.     

抗滑桩加固边坡稳定性及影响因素的有限元分析

通过Fortran95语言编制边坡在抗滑桩加固情况下的稳定性程序(FPS),并与商业软件FLAC3D的计算结果进行对比,以验证程序的正确性及优越性;然后,通过抗滑桩支护参数对边坡稳定性的影响进行分析.研究结果表明:(1)当桩长较小时,抗滑桩设置在边坡中下部对稳定性最有利,当桩长较大时,抗滑桩设置在边坡中间对稳定性最有利;(2)桩长对于边坡安全系数的影响程度与抗滑桩布置的位置有关,当抗滑桩位于坡顶或者坡脚时,桩长的变化对于安全系数的影响很小;而抗滑桩位于边坡坡面中央时,在桩的长度达到临界桩长之前,边坡的安全系数与桩长呈显著的线性关系;(3)随着桩长的不断增大,潜在滑动面逐渐向边坡内部移动,破坏模式由浅层滑动变为深层滑动,安全系数也不断增大;但当桩长达到一定程度后,边坡的临界滑动面转移到临坡面位置.     

基于M-C等面积圆屈服准则的岩土混合边坡稳定分析

针对有限元软件基于外角外接圆D-P准则计算边坡稳定安全系数偏大的问题,采用M-C等面积圆屈服准则进行改进,推导了二者计算安全系数的关系.基于M-C等面积圆屈服准则计算岩土混合边坡,计算前对输入的土质和岩质的黏聚力及内摩擦角进行转换,结果表明,计算安全系数与Morgenstern-Price法得到的结果较为接近,并且塑性区与滑动面形状近似,表明了M-C等面积圆屈服准则在分析岩土混合边坡稳定问题是可行的.分析发现,岩土混合边坡安全系数随土质黏聚力和内摩擦角正切值的减少而减少,并且塑性区形状保持不变.     

边坡整体稳定性JRC-JCS安全系数等效数值解法

为了将边坡安全系数强度折减计算方法与JRC-JCS非线性模型相结合,首先,建立节理粗糙度系数JRC-节理压缩强度JCS与等效黏结力c和内摩擦角φ的关系;然后,由Mohr-Coulomb强度折减法间接得到JRC-JCS模型下边坡的安全系数,并进行参数影响分析.研究结果表明:JRC-JCS模型边坡安全系数间接计算方法方便可行,具有实用价值;随着JRC和JCS的增大,边坡的安全系数F逐渐增大;F与JRC和JCS的关系均呈非线性特征,可通过指数方程进行拟合,并呈高度相关:JCs越大,F和JRC关系的非线性特征越明显;JRC越大,F受JCS的影响也越大;当JCS较小时,F受JCS影响的灵敏度较高.     

基于FLAC3D强度折减法的边坡稳定性研究

目的针对影响边坡稳定的几个关键因素:粘聚力、坡角、内摩擦角和土体密度,分析各种影响因素对边坡稳定性的影响程度。方法利用FLAC3D数值计算方法,模拟计算出特定结构中各因素变化时的安全系数,并分析了各个影响因素对安全系数的影响程度。结果计算结果表明,对于边坡坡角变化范围较小的情况下,在粘聚力、坡角、内摩擦角、土体密度4个主要影响因素中,粘聚力对边坡安全系数影响最大,土体密度影响最小。结论说明黏聚力对边坡稳定性的影响最大。     

基于滑移线簇分析的边坡极限平衡有限差分法研究

将有限差分数值计算结果同刚体极限平衡分析方法相结合进行边坡稳定性评价,在工程实践中具有较好的理论及应用价值。基于该思想,将滑移线理论引入边坡滑弧的确定中,采用综合极限平衡方法计算其安全系数,建立安全系数与滑移线的函数关系,实现了最危险滑弧的搜索,并由算例验证了各力学参数对边坡滑面位置与安全系数的影响。结果表明,岩土介质的强度与变形参数对边坡稳定与滑面位置均有影响。该方法是现有边坡稳定计算体系的有效补充。     

平面应变条件下两类有限元边坡稳定分析方法比较研究

对有限元边坡稳定分析方法中滑面应力分析法和强度折减法的安全系数定义进行了探讨,指出这两类方法的安全系数定义都是从强度折减的概念出发,与极限平衡方法中的安全系数定义概念上是一致的.在算例对比分析中,基于非关联流动法则,采用与经典摩尔-库仑准则相匹配的等效D-P准则,在平面应变条件下,对天然边坡(均质边坡、有下卧软弱层、有软弱夹层带)的稳定性进行了对比研究,并同传统极限平衡方法进行了比较.研究表明,两类有限元方法得到的安全系数大小以及相应滑动面形状和位置均十分接近,滑面应力分析法不适于计算失稳边坡的安全系数.     

基于网格化应力场的边坡滑移面搜索模型及应用

为了将数值计算方法有效地应用于边坡稳定性分析,建立一种基于应力场的网格式边坡滑移面搜索模型.首先,通过建立有限元分析模型求得边坡应力场,并提取单元坐标及各应力计算结果;其次,根据边坡模型几何尺寸建立直角坐标系,将边坡在平面内按网格式离散为n个方格,使每个网格内可包含一个或多个原有限单元网格;再次,通过编制程序提取边坡应力场,在每列网格内依据C-M屈服准则搜索出最可能达到屈服条件的有限单元并标记;同理依次搜索出各列潜在滑移单元并串联,即实现基于应力场的网格式边坡滑移面搜索模型.最后,选用国际经典边坡案例,依据矢量和法安全系数表达式,基于应力场网格式边坡滑移面搜索进行边坡稳定性分析与计算,并与传统方法进行对比分析,证明该方法可行性和优越性.该方法适用于非极限状下边坡稳定性的评价与分析,计算结果更为合理.     

土坡各参数对土坡稳定性的影响研究

建立了边坡稳定性分析的平面直角坐标系,得到了该坐标系下的边坡稳定分析瑞典圆弧法的积分表达式。以简单均质黏性土坡为研究对象,结合 Matlab 遗传算法工具箱,建立了基于瑞典圆弧法的遗传算法优化模型,实现了边坡稳定分析最小安全系数的自动寻优。通过实例进行验证和对比,表明该方法是行之有效的,经大量实例计算,得到了土坡参数对土坡安全系数 Fs 、滑移体断面面积 A、滑移体周长 L 的影响的规律。     

土坡稳定性分析中滑移面位置及安全系数空间分布探讨

根据土质边坡的破坏模式及滑移面形状,由极限平衡理论,提出一种新的确定边坡最危险滑移面搜索模型,对土质边坡滑移面位置及安全系数空间分布进行分析与研究.在现有经验公式的基础上,将滑移面圆心位置所在的可能范围划分为多个子区域,并将多组边坡设计参数进行组合,计算得出对应滑移面圆心在各区域的分布规律;通过追踪搜索过程及拟合计算结果,利用空间三维曲面描述了安全系数空间分布规律;编制了应用程序,可应用于边坡设计与分析.     

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。     

基于遗传算法的边坡稳定有限元分析

提出了一种边坡稳定计算的新方法,该方法采用Marc有限元软件计算边坡的应力,考虑了几何和材料非线性.采用一条折线模拟边坡滑动面.根据遗传算法原理编制程序,搜索对应最小安全系数折线上的节点,从而确定最危险的滑动面.与通常的边坡稳定计算方法相比,该方法摈弃了圆弧滑动面的假定并考虑了边坡的应力分布,可以更好地反映实际情况.算例比较表明,该方法计算结果更为合理.     

岩石边坡失稳的瑞利面波频散响应特征

根据边坡失稳的地球物理模型,系统研究了岩石边坡失稳的瑞利面波基阶模的相速度、波数响应特征,总结了边坡从稳定→失稳演化过程的瑞利面波基阶模频散特征变化规律,从中提取边坡失稳的瑞利面波基阶模相速度、波数、频散曲线等特征标志,使瑞利面波法不仅能用于探测边坡失稳的滑动面或结构面,而且还能评价边坡的稳定性,对边坡失稳进行综合预测预报.     

基于容重增加与强度折减法的边坡稳定性对比分析

为了研究容重增加法在边坡稳定分析中的适用性及计算精度,针对一算例边坡采用非线性的有限元法进行数值模拟,基