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。     

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。     

基于弹性滑体的边坡失稳尖点突变模型研究

针对含软弱夹层边坡,其滑面介质的应变软化和水致弱化将对边坡稳定带来不利影响.本文通过分析边坡滑体变形及能量积聚对边坡稳定的影响,并根据土剪切变形发生的机理,提出了不同滑面介质位移与滑体高度的函数关系,推导了含软弱夹层边坡的修正力学模型和尖点突变模型.在构建边坡的尖点突变模型时,通过改变势函数积分的上下限把滑体对边坡稳定的影响考虑在内,推导了滑面在不同应变状态下与边坡失稳点对应滑体高度的关系式,分析了边坡出现滑体发生整体平面滑动失稳和滑体溃屈或弯折破坏失稳两种表现形式.通过突变分析发现,考虑滑体作用的边坡系统突发失稳必要条件为k≤2-3/m,对比简化滑体为刚体的突变分析大大缩小了判定边坡突变失稳的条件范围.本文模型是考虑滑体自身变形和能量积聚的初步尝试,为进一步研究边坡稳定奠定了基础.     

基于无限条分法的黄土边坡稳定性研究

减少边坡的稳定性造成的地质灾害发生,关键在于研究其稳定性分析方法能否准确地分析其稳定性及破坏模式。根据极限平衡法的边坡稳定性分析理论,研究黄土边坡滑裂面不过坡脚情况下的无限条分法计算理论,通过公式的推导,得到了滑动力矩Mr,抗滑力矩Mf的解析公式,进而得出安全系数K为滑弧半径R,滑动体弦倾角α和坡角平面距离Δl的函数;对遗传进化法搜索最危险滑裂面过程进行有效而合理的简化,依据生物遗传进化步骤中的复制、杂交、变异、竞争和选择等概念,在最危险滑裂面搜索过程中,把双向变异改进为单向变异,增加坡角平面距离Δl变异基因。找出在仅其中一个因素进行变化制约条件下的最小安全系数并确定其适用性,之后变化另一因素重复搜索过程,最终找出最小安全系数以及对应的各因素值,实现对滑裂面不过坡脚的最危险滑裂面搜索;并利用FORTRAN程序编译软件完成了搜索程序的编译;通过工程算例验证,表明该算法具有一定的安全可靠及适用性。     

边坡变形破坏演化特征的数值分析

边坡的破坏失稳是一个渐进累积的过程。在外部环境作用下,随着应力的升高,坡体内某些部分达到屈服,滑动面逐渐形成,直至完全贯通,随着塑性应变继续增大,边坡最终发生整体破坏。传统的分析方法无法显示坡体的受力、变形和滑动面贯通与破坏的全过程,而采用有限元强度折减法则可以定量显示变形破坏与滑动面发生发展的全过程。文中根据岩土性质和坡体构造对边坡进行了分类。分析不同边坡安全系数条件下各类边坡的变形图和塑性应变云图,可以看到坡体的变形趋势和坡体内滑动面随稳定安全系数的降低逐渐扩展、贯通,直至破坏的全过程,从而直观地揭示了边（滑）坡的破坏机理,为边（滑）坡的防治提供有效依据。     

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。     

两种组合模式下边坡稳定性计算的对比分析

以某高速公路边坡为例,对该剖面边坡岩体采用极限平衡法进行计算,分析不同的斜切层滑动面与节理面的组合形成的滑动破坏、不同的节理面与层面的组合形成的倾倒破坏下边坡的稳定性。得出的主要结论：（1）斜切层存在一个比较危险的切层面,切层面与水平面的夹角介于20—300之间;（2）节理面距坡面的距离增加时,节理和斜切层组合的破坏模式下安全系数增大,说明安全系数小于给定值的滑动破坏体的厚度是有限的;（3）在相同的条件下,节理和斜切层的组合滑动破坏的可能性大于节理和层间组合滑移破坏的可能性。     

基于数值模拟的露天矿高陡边坡可靠度分析

本研究将数值模拟与可靠度理论相结合进行露天矿高陡边坡稳定性分析,在数值模拟前处理上,实现边坡模型四面体剖分。基于FLAC3D,利用强度折减法得到其最可能滑动面和相应的安全系数,根据边坡位移等值云图,搜索并保存等值线最为密集区域的数据点坐标并进行非线性拟合,找出该边坡的潜在破坏面进行可靠度计算。将该方法用于某高陡边坡稳定性分析,求得可能滑动面安全系数为1.80,边坡潜在破坏以圆弧形剪切破坏为主;可靠度计算收敛时,求得可靠度指标β为2.381 8,破坏概率P_f为0.865 6%。结果表明:该边坡在安全系数为1.80时,其破坏概率为0.865 6%,属于稳定边坡。     

基于重度增加法的岩坡破坏过程流形元分析

考虑岩体边坡滑动大变形破坏特性和现有研究分析手段,提出利用第一作者团队开发研制的Geo SM A-3D,在现场岩体结构信息采集的基础上,建立岩体边坡空间数值模型,实体表征岩体三维模型;利用现代数值流形法(NMM)模拟岩体大变形破坏分析手段,在块体理论的基础上,运用有限元分析中经常用到的重度增加法,不断增加岩体的重度,直到岩体边坡中的"关键块体"产生滑动,使边坡发生大变形破坏;同时以最危险"关键块体"水平位移随重度增加发生突变为破坏依据,对边坡的安全系数进行评定.实例分析某边坡工程的破坏过程,实现了岩体边坡大变形数字表征,为边坡支护提出解决方案,为工程施工和边坡灾害的处置提供参考和借鉴.     

基于广义各向异性强度模型的层理边坡稳定性分析

以穆利亚希露天矿为工程背景,根据现场节理及结构面测绘结果,在广义各向异性强度模型的基础上建立了边坡极限平衡分析模型。分析过程中,使用圆弧和折线两种方式搜索边坡潜在滑动面,采用简化Bishop等多种方法求解边坡安全系数来评价边坡稳定性。在此基础上,考虑节理岩体强度参数的不确定性和变异性,进一步采用概率分析方法从破坏概率角度评价了边坡的稳定性状态。选取安全系数判定值为1.0时,圆弧和折线下边坡破坏概率分别为30.4%和60.7%,边坡破坏概率较大。最后通过对比分析可知,在评价层理面控制的边坡稳定性时,采用各向异性强度模型计算得到的边坡安全系数更加合理、可靠。     

界面土层软化对二元结构边坡稳定性的影响分析

界面土层软化对二元结构边坡稳定性的影响如何目前缺少系统研究。采用有限元极限分析软件OPTUM G2建立了含软化土层的二元结构边坡数值模型,分析了基岩倾角、软化土层厚度及软化度对二元结构边坡稳定性的影响规律。结果表明:相同的软化度下,随着基岩倾角及软化土层厚度的增大,二元结构边坡下、上限安全系数的减小幅度在10%以内;相同的基岩倾角及软化土层厚度下,土层的软化度对二元结构边坡稳定性的影响很大,边坡下、上限安全系数的绝对衰减率都超过40%;随着界面土层的不断软化,二元结构边坡滑动面穿过软化土层的长度逐渐变大,滑体总体积不断增大。研究结果为二元结构边坡的设计及养护治理提供了理论支撑,具有实际工程意义。     

土与强风化岩双元边坡圆弧-平面破坏模式与支护设计方法

为了探究土与强风化岩边坡中强风化岩不破坏的临界坡率及稳定性判断方法,基于济南地层,得出适用于数值模拟的土层参数,并利用强度折减法求出边坡的临界坡率,为施工提供参考。针对强风化岩不破坏的边坡,运用改进的瑞典条分法求出边坡安全系数解析解,并利用滑移线场法求出滑移线,为安全系数解析解的应用提供依据。结果表明,岩层厚度超过边坡高度1/2或坡率大于1:0.5时,强风化岩一定破坏;解析解得出的安全系数偏小,有利于工程安全;针对土与强风化岩边坡,文中结果可确定边坡破坏区域,设计支护方案。     

反倾层状岩质边坡变形破坏的颗粒流模拟研究

基于颗粒流程序对反倾层状岩质边坡变形破坏过程进行模拟,并考虑岩体结构面参数(岩层倾角、层厚及层理剪切强度)对其变形破坏机制的影响。数值模拟结果表明:边坡岩层的主要变形破坏方式为弯曲变形、折断破坏,变形首先发生在坡顶,而破坏是从坡脚开始,边坡的变形破坏过程具有明显的悬臂梁特征;岩层倾角对反倾岩质边坡整体性失稳破坏方式有较大影响,随着岩层倾角的增大,边坡后期整体性破坏方式由滑移型逐渐过渡为倾倒型破坏,坡体内部岩体出现变形及破裂损伤的深度也逐渐增加;随着岩层厚度增加,坡脚岩体抗折断能力增强,破坏方式由折断破坏向剪切破坏发展,边坡后期的整体性破坏方式也由滑移型向倾倒型过渡;岩层层面剪切强度是影响边坡变形的重要因素,层面剪切强度越小,边坡发生弯曲变形的程度越大。     

考虑土体强度非均质和各向异性的隧道洞口仰坡地震稳定性上限解

隧道洞口段仰坡稳定性分析是隧道工程设计的关键内容之一。考虑土体强度非均质及各向异性影响,结合极限分析上限理论及土体强度折减理论,推导出的仰坡稳定性极限分析上限解计算公式,对比验证了所提计算方法的合理性,探究了地震力作用下非均质及各向异性系数对隧道洞口仰坡临界坡高、隧道拱顶破坏位置及仰坡安全系数的影响规律。研究表明,地震力作用下,土体强度非均质系数越大、各向异性系数越小,隧道洞口仰坡稳定所需临界坡高越大;非均质及各向异性系数系数越大,仰坡初始滑移面越远离坡肩位置,隧道拱顶破坏范围更广;随着各向异性系数增大,仰坡安全系数呈递增规律,而非均质系数增大将导致仰坡安全系数降低,仰坡整体趋于不安全。研究成果为山区隧道洞口仰坡稳定性设计提供了理论依据。     

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.     

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。     

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.