赤平投影法和有限元强度折减法对岩质边坡稳定性分析

本文采用赤平投影法和有限元强度折减法对某高速公路K12+200~K12+340段岩质边坡稳定性进行了分析。首先采用赤平投影法对边坡进行了初步判断,结果表明,此边坡开挖后欠稳定,易发生顺层滑动、局部坍塌或掉块;然后通过有限元强度折减法进行验证,模拟结果表明,坡顶部位产生拉张裂隙,开挖边坡内部产生剪切变形,边坡稳定安全系数F=1.151.2,边坡不稳定。表明这两种方法结合是岩质边坡稳定性研究中的一个重要而有效的方法。     

基于PEM-JFEM方法的节理岩质边坡稳定性评价

以赞比亚一露天铜矿南帮边坡(矿体下盘)为研究对象,将Rosenbluth点估计方法与节理有限元方法相结合应用于该节理发育的岩质边坡稳定性评价中.建立以边坡岩体材料强度参数(内摩擦角和黏聚力)为输入变量,安全系数为输出变量的概率模型,点估计状态函数的求解过程引入节理有限元方法.通过现场节理及结构面调查,建立边坡节理有限元模型求解边坡安全系数,得到基于安全系数的边坡变形破坏概率统计指标,对边坡稳定性进行了概率分析,分析结果与现场失稳情况一致.该方法既考虑了岩体材料参数在赋值过程中实际存在的不确定性,同时也考虑了节理岩质边坡的节理属性,充分体现了岩层接触作用的非线性关系,使得对节理岩质边坡的稳定性评价更加合理.     

岩质高边坡动力稳定性评价方法与应用

以上海地区天马山采石深坑岩质高边坡为研究对象,围绕岩质高边坡工程中的动力抗滑稳定性问题,通过室内试验和现场试验,对影响岩质高边坡稳定性的地质构造、场地工程条件等内在因素进行分析.采用有限元动力分析法对高边坡在地震载荷作用下的动力响应特性进行分析,探讨地震荷载作用下,影响岩质高边坡稳定性的因素、地震荷载与岩质高边坡失稳破坏之间的关系,并采用动力有限元法与强度折减法相结合的方法进行动力抗滑稳定性研究.结果表明：地震荷载作用下的水平推力对深坑酒店的稳定性影响很大,边坡顶部岩体存在向坑内整体倾覆的危险;边坡动力失稳及动力安全系数的确立可采用位移突变的方法.
     

渗流作用下露天煤矿边坡稳定性数值模拟研究

对露天煤矿均质边坡的渗流场及其对边坡稳定性的影响规律进行研究,根据温度场和渗流场的可比拟性,利用有限元分析软件ANSYS提供的岩土非线性弹塑性Druker-Prager模型及其前后处理程序,对边坡在渗流影响下的内部应力、位移和稳定性进行分析,采用强度折减有限元方法计算边坡的安全系数并得到边坡可能产生破坏的滑移面,这有助于滑坡治理方案的制定。     

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.     

岩质陡高边坡稳定性评价与防治措施

以典型工程实例为背景,借助surfer软件生成实际地形曲面。以此为基础,采用有限元软件建立较为接近实际的计算模型。计算分析了强降雨和地震作用对岩质高边坡的影响。研究表明:不同影响因素作用下,边坡均表现为开挖面以上近山顶坡面向临空面滑动,并形成浅层局部贯通的塑性区;降雨和地震作用对边坡产生了显著的影响,安全系数较自重作用分别减小11.3%和14.5%;边坡形成了贯穿的塑性区,处于稳定状态,说明塑性区贯通是边坡失稳的必要条件;坡顶局部几乎临近极限平衡状态,在地震和降雨诱发因素作用下易产生局部失稳破坏。基于分析结果,制定了边坡防治措施,计算表明措施有效可行。     

降雨入渗条件下边坡湿陷变形的数值模拟

降雨入渗是边坡发生失稳滑动破坏的主要因素之一为研究降雨入渗条件下边坡湿陷变形的基本特性,采用修正的巴萨罗那模型（BBM）和非饱和多孔介质力学理论,建立了基于弹垫性分析的非饱和流固耦合计算模型,开发相应的有限元程序,进行降雨入渗下非饱和土边坡渗流场和应力场耦合的数值分析,研究了降雨持时、降雨强度以及饱和渗透系数对边坡渗流和变形的影响．结果表明：该计算模型能够很好地反映边坡的湿陷变形特性,最大湿陷变形发生在坡面拐角及坡顶位置．降雨强度和土体饱和渗透系数的大小对边坡内孔压和位移影响显著：在降雨强度小于饱和渗透系数时,坡内孔压及位移随降雨强度的增大而增大;当饱和渗透系数小于且接近降雨强度时,坡内孔压和位移增量明显增大;而当饱和渗透系数远大于或小于降雨强度时,坡内孔压及位移变化量则较小．     

箱式绿化混凝土挡墙稳定及变形分析

研究治理后高陡边坡的稳定状态与变形情况,考虑坡顶人群荷载与河内水位对稳定的影响,采用刚体极限平衡法与有限单元法,对箱式绿化混凝土挡墙进行稳定及变形计算分析.计算结果表明,采用箱式绿化混凝土挡墙结构治理边坡后,边坡各项安全系数均大于1.30,边坡安全系数在河内满水时高于无水时,人群荷载使得边坡整体稳定安全系数降低0.9%～3.2%;挡墙与混凝土砌块均存在应力集中现象,存在一定拉应力,边坡沉降量与水平位移量均小于1mm.箱式绿化混凝土挡墙稳定及变形均在安全范围内,从安全角度论证了该边坡治理措施的合理性.     

锚索支护参数对荷载作用下边坡潜在滑移面的影响研究

锚索支护参数对荷载作用下边坡潜在滑移面的位置、形状及安全系数影响不容忽视,利用极限平衡法对荷载作用下锚索在不同长度,不同角度和不同排列方式下的潜在滑移面位置及安全系数进行了研究.分析结果表明:①锚索长度存在一个临界值,在该长度下边坡安全系数达到最大值;②预应力锚索有一个能提供最大抗滑力的倾斜角度,边坡按这个角度支护时稳定性最佳;③在边坡坡顶存在荷载时,锚索总长度相等的情况下采用上短下长排列时边坡安全系数更大.研究结果对于坡顶存在荷载时边坡的锚固设计具有借鉴意义.     

地震对软弱夹层边坡稳定性影响数值模拟研究

借助有限元模拟软件,对有无软弱夹层的两种岩质边坡进行计算比较,分析两种边坡变形位置和破坏程度的差异;通过对多不同厚度软弱夹层岩质边坡数值模拟计算,研究软弱夹层厚度、倾角对边坡稳定性的影响;探讨结构面倾角与边坡稳定的关系,进而提出一定条件下采用结构面倾角作为边坡稳定性判据的思想.     

露天、井下复合开采条件下边坡稳定数值模拟

为了解决露天与地下复合开采条件下的边坡稳定性问题,通过有限元数值模拟分析地下开采下露天矿边坡中的应力、位移场,损伤,探讨了地下开采对边坡稳定性的影响。采用国际上比较流行的大型有限元分析软件ABAQUS,结果表明,此方法不仅适用地下与露天复合开采条件下的边坡稳定性的评价,同样也适用于地下开采对丘陵山区斜坡体、铁路路基稳定性的评价。     

数值分析法确定露转坑岩层移动范围

 随着浅部矿产资源的枯竭,中国许多露天开采已经或即将转入地下开采,或露天与地下联合开采。合理确定岩层及地表的移动,为露转坑设计和安全生产提供依据是露转坑联合开采首先要解决的重要课题之一。为了验证永平铜矿露天转地下开采工程设计的合理性,为后续安全生产提供参考,采用三维有限差分数值模拟计算方法,系统地分析永平铜矿II、IV号矿体在不同开采水平的岩体移动变形、地表位移变化及露采边坡稳定状态,给出了相应开采水平的岩体及地表移动变形特征、最大垂直和水平位移,以及岩体移动角。结果表明,II号矿体对岩层移动的影响远大于IV号矿体;最大垂直和水平位移均在II号矿体上部东部边坡岩体中;合理的开采顺序应是先采Ⅳ号矿体,后采II号矿体;模型局部地段处于破坏或极限稳定状态,但随开采深入,露采边坡整体处于稳定状态,因此矿山采用的矿房回采嗣后充填采矿方法合理可行。用FLAC3D数值模拟方法研究露转坑联合开采的岩层移动规律,反映了岩体应力、变形的客观过程,为露转坑矿体开采岩层移动范围确定提供了一条新的途径。     

降雨条件下的节理化露天矿高边坡稳定性分析

露天矿的开采形成了许多节理化的人工高边坡,这些边坡的岩土体结构破碎且复杂,因而在考虑边坡的整体稳定性时,地震力和地下水的作用不可忽略。为最大限度地减小开挖量及保证开采过程中的边坡整体稳定,结合青海省某大型露天镍钴矿开采后形成的节理化高陡边坡,在考虑地下水和地震力作用下,通过Geo Studio软件中的几大模块对研究区域整体边坡稳定性进行定量计算分析,并得到降雨条件下边坡稳定性及表面水平位移变化规律。之后通过对计算结果的分析得到研究区域内最佳开采坡角为44°,持续降雨状况下,坡中点的表面水平位移变化最大。最终得到开采坡角的角度对露天矿边坡整体稳定性影响巨大,且对该露天矿的开采提出了一些实用性建议。     

复合采动下边坡岩体滑移规律及其数值分析

在数值分析与实际变形分析的基础上,探讨复合开采影响下岩体内部的应力变化特点,由于在地下与露天复合开有作用下,岩体变形的叠加作用与变化特征取决于２种采矿的各自开挖量;当边坡角较小时,岩体变形更多地表现地下采动特性,而在相同地下采动影响下,随着露天边坡角增大,其相应的变形范围和变形深度均增大：２种开挖量大小直接影响各单元体主应力矢量大小和方向,并且其中每个开挖量的变化都将使岩体产生不同的破坏特点和９骨     

底摩擦模型模拟露天转地下开挖采空区影响下边坡变形破裂响应特征及其稳定性

以云南磷化集团晋宁磷矿6号坑口东采区深部缓倾斜中厚磷矿层露天转地下开采为工程背景,利用底摩擦模型实验仪,进行了不同露天坑境界顶柱厚度边坡高度下的底摩擦模拟模型实验.结果表明:边坡的变形破坏响应特征可分为边坡岩体小范围微破裂和松动→边坡岩体局部范围失稳破坏→边坡岩体整体向采空区滑落失稳破坏三个阶段,边坡岩体变形破坏模式主要是采动边坡岩体向采空的拉裂、破断和滑移破坏.在边坡高度一定情况下,随着露天境界顶柱的厚度由30 m逐渐减小到20 m和10m,边坡的稳定性与境界顶柱的厚度呈正比关系,20～30m是露天境界顶柱比较合理的厚度.在境界顶柱的厚度一定情况下,边坡高度由60 m增大到108 m,边坡的稳定性与坡高的厚度呈反比关系,108 m边坡转入地下开采后是不稳定的.     

露天转地下开采方案优化及边坡稳定性分析

以孟家堡铁矿露天转地下开采的实际情况为工程背景,利用强度折减法和FLAC3D数值模拟方法,以塑性区贯通、计算不收敛及位移突变为失稳判据计算边坡安全系数,确定潜在滑移面,分析静态及开采扰动下的边坡稳定性;根据随采深下降的边坡破坏规律,对开采方案进行优化.分析结果表明,无开采扰动下边坡安全系数为194,满足稳定性要求;不留境界矿柱的无底柱分段崩落法地下回采过程中,覆盖层厚度要达到25m,其起到吸收并转移应力和减缓边坡能量耗散速度的作用.     

高陡边坡整体与局部失稳的强度折减及安全度判别分析

为了实现从整体和局部都能较为准确地分析弧状高陡边坡安全稳定性,指导露天采矿高陡边坡设计,采用有限差分强度折减法分析边坡稳定性,获得边坡整体的安全系数。对每个计算单元引入安全度进行分析,获得边坡局部安全系数;将最大节点位移时步曲线收敛性作为边坡失稳的判定准则,弥补了采用其他准则时由于人为指定容差而引起的较大误差;以某铁矿西南边坡为例,运用FISH语言编制强度折减法、失稳准则和安全度相关程序进行计算。研究表明:有限差分强度折减法、基于最大节点位移时步曲线收敛性的失稳准则和计算单元安全度相结合的边坡稳定性分析方法适合于弧状边坡稳定性分析,研究为弧状高陡边坡设计提出了新的思路。     

基于改进遍布节理模型的岩石基坑开挖稳定性数值分析

为解决现有研究针对开挖于层状岩体中且边坡含高倾角外倾结构面的岩石深基坑开挖稳定性的研究相对欠缺的问题,本文依托徐州市地铁3号线南三环站基坑工程,通过对FLAC3D中既有遍布节理模型的改进,得到了可同时考虑层状岩体变形和强度各向异性的横观各向同性弹塑性遍布节理模型,基于该本构模型采用数值模拟分析的方法对不同岩层倾角条件下基坑及围护结构的变形情况进行了模拟分析。结果表明：地面沉降最大值和围护桩的最大水平位移均受岩层倾角影响,当岩层倾角为50°时上述量值最大。为定量分析岩层倾角影响下围护桩的变形规律,对模拟结果进行了数据拟合,获得了围护桩最大变形与岩层倾角的理论关系。强度折减计算结果表明,岩层倾角为50°时基坑开挖完成后的安全系数最低,并获得了不同岩层倾角下基坑开挖完成后边坡的安全系数分布及基坑边坡的潜在破坏面形式,给出了依托工程围护桩的桩间距优化建议。     

开挖对露天矿山软弱夹层边坡稳定性的影响分析-以南芬铁矿为例

以露天矿高边坡为背景,对分步开挖条件下含有软弱夹层边坡的稳定性问题进行了研究,采用三维有限差分程序,对比分析了不含软弱夹层和含有软弱夹层两种不同边坡计算模型受开挖效应的影响情况。水平位移云图和位移矢量图表明,开挖条件下,不含软弱夹层边坡水平方向位移变化不大;含有软弱夹层边坡水平方向位移增大明显,位移变化区域受夹层控制显著。对比剪应变增量云图表明,剪应变较大值最先出现在滑体下部弱层区,随着分步开挖进行,剪应变增量较大区域逐渐向上部弱层扩展,呈现出逐渐贯通趋势,说明含有软弱岩层边坡对工程开挖十分敏感。     

采空区对高速铁路的稳定性评价分析

为分析某采空区对铁路工程结构的影响,确定合理的安全距离。利用移动角理论对开采影响距离进行了预测,从采空区与铁路工程结构的空间相对位置建立数值模型,分析了露天开采和地下开采两种方式对铁路工程结构的影响。研究表明:依据理论计算结果,可知矿体开采引起的地面变形范围远小于该矿体露头距离线路最近距离。依据数值模拟结果,可知露天开采引起的围岩变形和衬砌位移均大于地下开采引起的位移,但两者都在规范范围之内,不会影响铁路工程结构安全。基于此,提出了一种新的铁路安全保护距离确定方法,对矿区高速铁路建设的规划、选线具有一定的实用意义。