岩质高边坡开挖变形的三维离散单元法分析

对一典型的反倾向层状结构岩质高边坡进行了非连续非线性三维数值模拟.数值模型中考虑了复杂的地质条件,同时模拟了进水口高边坡的控制性结构面和陡倾节理组,实现了边坡、引水隧洞的分步开挖及锚固.运用三维离散单元法(3DEC)进行了混合不连续和蜕化连续2种方式的求解,在比较不同求解方式所得计算位移的基础上,探讨了结构面对计算结果的影响,分析了进水口边坡在开挖、加固作用下的变形状况和稳定性.     

剪切滑移型反倾向岩质边坡锚固参数优化研究

以娄湘公路北侧反倾边坡为实例,采用有限差分软件FLAC3D建立数值模型,对不同锚固参数下反倾边坡的变形破坏特征和锚固力加固机理进行分析,揭示了各个参数与反倾边坡滑移变形特征的响应关系。结果表明：锚杆加固在坡底时对剪切滑移型边坡的变形起到主要控制作用,边坡抗滑移能力最高;锚杆越长,边坡变形量越小,锚杆锚固力随锚杆长度的增加而增大,边坡稳定性提高;在保持锚杆长度和锚固位置不变的情况下,锚固角增大可以使边坡锚固力增加,边坡稳定性提高,但影响很小。     

节理发育反倾边坡破坏机理分析及模拟

为了解决边坡岩体结构的稳定性评价及其力学变形特性,采用了离散单元理论和利用UDEC(Universal Distinct Element Code)技术,用离散块体模拟节理发育反倾边坡破坏机理和加固变性过程。将此理论和技术应用于贵阳市乌开公路K44+340～K44+450段右侧滑坡工程;研究了塑性变化范围和发展趋势;同时还利用独有的离散滑动的优势分析软弱结构面上的块体滑移和节理张拉破坏的演变过程,该成果对岩体边坡工程具有一定的参考价值和指导意义。     

反倾层状边坡变形破坏离散元数值模拟研究

针对工程实践中常见的反倾层状岩体边坡,在室内不同浸水时间三轴试验数据分析基础上分析了软化效应.然后运用离散元UDEC方法建立了反倾层状边坡数值模型,考虑水的劣化效应,研究不同坡高、坡角、结构面倾角、结构面强度对边坡稳定性的影响及变形破坏范围,探讨了反倾层状边坡水劣化作用下的变形破坏机理.结果表明:坡脚软化在许多情况下是最不利的因素;层面倾角超过50°时,边坡具备产生强烈倾倒变形条件,反之则以折断滑动为主;随着结构面摩擦力和粘聚力的减小,边坡的潜在破坏范围和深度呈现增大趋势.研究结果可为倾倒变形边坡的工程治理提供参考.     

“叠合悬臂梁”模型在层状反倾岩石边坡计算中应用的探讨

层状反倾岩石边坡的破坏模式以倾倒折断破坏为主,目前在进行边坡设计和稳定性评价时,一般依据各向同性介质理论,采用极限应力法确定近似圆弧滑面,作为边坡稳定性计算和设计参数选择的依据,这种计算方法用于层状反倾岩石边坡显然是不合适的。本文建立叠合悬臂梁计算模型,来对层状反倾边坡进行分析,得出了增大反倾岩层层面之间的粘聚力和内摩擦角,以及增大层状岩体的层厚,均可增大反倾边坡的稳定性的结论,并结合具体的工程案例进行初步计算,给出了初步估算反倾边坡发生倾倒折断破坏的方法,从而为定量的分析层状反倾边坡的破坏机理及影响因素提供了参考依据。     

锚杆长度对反倾向岩质边坡稳定性影响

以某高速公路层状反倾岩质边坡为实例,采用双弹簧锚杆单元,通过FLAC^3D建立数值分析模型,探讨锚杆长度对边坡稳定性和滑动面的影响规律、锚杆在加固过程中的边坡位移响应,并对边坡锚固及锚杆轴力传递机理进行分析。结果表明,随着锚杆长度增加,边坡安全系数提高,竖向位移和水平位移均减小;锚杆长度变化不会对加固前边坡破坏模式产生影响,其潜在滑动面形状为直线型和折线型;锚杆越长,其轴力越大,且锚固位置在坡底时达到最大值;沿锚杆长度范围内锚杆轴力的分布表现为前端大于后端,先趋于稳定后逐渐减小。     

顺坡陡-中倾角裂隙组合结构边坡稳定性分析

顺坡向倾外裂隙易与开挖坡面组合形成不利块体,严重威胁边坡稳定。以雅砻江中游某电站石料场顺坡向(后缘)陡倾裂隙-(中下部)中倾外裂隙组合结构边坡为例,通过勘探查明边坡长大结构面的延伸及组合,陡-中倾坡外裂隙的存在使可能的失稳模式为沿后缘陡裂张开的底面单面滑动。为评价边坡稳定性,针对Ⅱ区边坡进行了定性和定量分析,通过判断底滑面中岩桥的抗剪强度较大,定性分析认为边坡处于稳定状态;采用极限平衡法求出不同工况下开挖边坡安全系数,结果表明:开挖至高程2 165 m时,在天然、暴雨及地震工况下,边坡整体均处于稳定状态,开挖至高程2 110 m时,天然、暴雨工况下稳定,但安全浴度不足,而地震工况下处于临界稳定状态,同时分析了底滑面裂隙连通率对边坡稳定性的影响;采用三维离散元程序分别计算天然工况下边坡开挖至高程2 165 m和2 110 m时的力学响应特征。结果表明:边坡开挖至高程2 165 m时,沿顺坡裂隙发生侧向位移,开挖至2 210 m,位移增大,位移变形受后缘陡倾裂隙与坡体中下部顺坡向节理控制。研究成果可为边坡后续支护设计提供建议。     

基于倾斜变形的边坡临界滑动面确定方法研究

采用强度折减法寻找三维边坡临界滑动面是边坡稳定性分析工作中的重要问题。基于对边坡临界状态位移场的分析,提出一种三维边坡临界滑动面的确定方法,即认为当边坡处于临界状态时,滑动面上的点是空间倾斜角度最大的位置点。通过强度折减计算使边坡达到临界状态,沿边坡表面及坡体内部等距布置测线和离散点,并计算各离散点的空间倾斜角度,提取每条测线上离散点空间倾斜角度最大值的坐标点;然后利用局部加权回归散点平滑方法做平滑处理,并将曲面在边坡范围外的多余部分进行裁剪即可得到三维边坡的临界滑动面。最后,探讨了倾斜变形计算长度大小和离散点布置的疏密程度对滑动面的影响,结果表明,倾斜变形计算长度对滑动面形状影响较小,离散点间距对滑动面形状存在一定的影响。     

黄河上游茨哈峡水电站4#倾倒体稳定性研究

库岸岩质高边坡的稳定性对水电站施工期和运行期的安全至关重要。首先,从降雨入渗和库水位变化两方面分析了地下水对岩质高边坡稳定性影响的机理。在此基础上,以茨哈峡水电站4#倾倒体为例,剖析了边坡的工程地质特征,运用离散化的有限元方法分析该边坡在降雨入渗、库水位上升和库水位骤降条件下的变形破坏特征,综合评价其稳定性。研究表明,库水位骤降使得岩体内部产生较大的动水压力,对边坡的稳定性影响很大;4#倾倒体受反倾结构面的影响,在水荷载作用下的变形模式为上部倾倒、下部滑移的组合形式,其失稳模式为牵引式倾倒破坏。该研究对实际工程的建设具有参考价值。     

基于软件phase2的软硬互层反倾岩质边坡稳定性与破坏模式研究

反倾岩质边坡的岩性特征、坡角、岩层倾角等自身特性主导了边坡的变形破坏的模式和稳定性.针对这一问题,国内外学者在均质反倾岩质边坡方面已经取得了丰富的研究成果并达成共识,然而,对于软硬互层的反倾岩质边坡其研究工作开展较少.鉴于此,本文以phase2为工具,采用数值模拟手段对软硬互层的反倾岩质边坡的稳定性和破坏模式进行研究.计算结果表明:软硬互层反倾岩质边坡的安全系数随着坡角β的增加逐渐降低.当坡角小于60°时,岩层倾角和软岩/硬岩层厚比的增加均会导致稳定性变差.当坡角大于60°时,岩层倾角和软岩/硬岩层厚比对稳定性影响很小;当坡角或岩层倾角小于45°时,软硬互层反倾岩质边坡破坏的倾倒特征并不明显,当坡角或岩层倾角大于45°时,随着坡角或岩层倾角的增加,边坡破坏的起始区域由边坡坡脚前缘向边坡坡面上部转移,随着软岩/硬岩层厚比的增加边坡的破坏面逐渐由直线型向圆弧形发展.     

利用ANSYS-FLAC3D三维仿真建模方法研究金灯寺石窟防渗技术

为解决石窟窟顶渗水、地基稳定性差等一系列地质病害,提出并分析了截水廊道和导流孔的综合防渗治理技术,对石窟群进行防渗治理。采用有限元软件ANSYS与有限差分软件Flac^3D组合建立高仿真三维地质模型,利用FLAC^3D软件的interface和fill命令实现层状仿真边坡钻孔模型。在原岩应力条件下分析不同方案应力、位移、塑形区效果,基于理论分析和数值模拟优选出最佳防渗方案。结果表明,增加导流孔的方式对岩体边坡损伤最小,且满足对大气降水导流和地下水截流的要求,岩体边坡稳定性主要受近山体外侧导流孔影响,岩体内部钻孔数目或深度的增加对岩体稳定性影响不明显,路基下方山体喷锚网支护和低压注浆结合的综合岩体加固治理技术可以提高山体边坡稳定性。研究结果为同类岩质边坡及内部结构的排水、地下水截流导流和岩质边坡加固问题提供了一种有效和经济的方法。     

基于PFC2D岩质边坡稳定性分析的强度折减法

基于颗粒流离散单元法,将强度折减法引入到边坡稳定性研究中,可以解决应用连续变形分析方法研究存在的缺陷.取特定平均不平衡力比率作为边坡失稳与否判断准则,将颗粒间粘结强度及摩擦系数进行折减,以边坡岩体出现失稳破坏且断裂面贯通作为失稳判断准则,一方面能够对边坡局部危险区域予以定性预测,另一方面监测边坡变形到破坏的失稳过程,最终定量分析边坡稳定性.结合黑山铁矿现场边坡稳定研究实例,分别研究了边坡开挖扰动前后的边坡变形特征,得到开挖前后边坡安全系数分别为1.803和1.183,与预期结论一致.     

露天矿边坡角的优化设计

提出了基于离散元法和神经网络的集成优化设计方法，离散元能充分考虑边坡岩体结构的不连续性，处理边坡的大变形情况，神经网络是从中获取经验知识，并用之解决问题的智能系统，该方法从两条途径，不同的角度，不同的侧面来设计边坡角，并进行优化，增强了设计的可行性。     

路堑边坡土钉支护的稳定性

为了研究岩质边坡土钉支护后路堑边坡的稳定性效果,在广东梅县梅江河右岸坡麓段路堑右侧采用了土钉墙支护方案.应用PhaseⅡ程序建立了分析模型,并运用非线性有限元法对岩质边坡土钉支护稳定性进行了数值计算.结果表明,土钉支护岩质边坡的稳定性好,而且经济可行,安全可靠.     

考虑流固耦合的水位降落期坝坡稳定分析

水位降落期的土石坝坝坡稳定性是土石坝设计和除险加固设计中的重要内容之一,为了能够准确合理地分析水位降落期土石坝的坝坡稳定性,采用基于非饱和土流固耦合理论的有限元法对某病险水库进行了水位降落期的坝坡稳定分析,与传统的极限平衡法的计算结果进行了对比,同时分析了材料参数对坝坡稳定性的影响．结果表明基于非饱和土流固耦合理论的有限元法是一种方便合理的计算方法,计算出的孔隙水压力分布和坝坡稳定系数更加符合实际;材料的内摩擦角和粘聚力对坝坡稳定系数影响较大,泊松比影响相对较小,弹性模量几乎无影响．     

基于现场监测数据的岩质高边坡加固有限元分析——以贵州某岩质高边坡为例

本文以贵州省某岩质高边坡为例,首先分析了边坡三级平台排桩加固前后八个月的深孔监测数据,得到加固后深部监测孔位移仍在增加,边坡仍然处于不稳定状态。其次,利用FLAC3D有限元差分软件反演分析三级平台加固后坡体状况,并建立变换抗滑桩位置的加固模型,分析滑坡体的位移、剪应变增量和滑带位置的变化和分布情况,获得相应的边坡稳定系数,提出最优加固方案。第三,通过对该最优加固方案模拟计算,结果表明：二级平台处加桩坡体达到的稳定系数值最高,为1.25,加固后最大位移减小了22.5%,桩后滑带剪应变增量减小了20.69%,为指导该滑坡的后续加固治理工程提供了理论分析与基础。     

块体单元法在龙滩边坡开挖与加固分析中应用

龙滩工程右岸坝肩边坡高近300 m,且地质条件复杂.针对边坡中特定岩石块体的稳定性分析表明,在开挖过程中,边坡局部部位,特别是小块体和中块体所在部位,稳定安全系数不足.利用弹粘塑性块体单元法,对龙滩右岸坝肩边坡的开挖和加固进行了分析,所建立的块体单元计算模型对边坡复杂的开挖过程和加固措施进行了有效的模拟.计算结果显示各开挖步位移变化趋势和典型结构面屈服区分布合理;支护措施控制边坡变形效果明显,同时,相对于无支护情况下,各特定块体在各计算工况下稳定安全系数均有所提高.研究表明弹粘塑性块体单元法应用于岩石工程具有有效、适用和方便的优点.     

基于BARTON-BANDIS本构模型的节理岩体边坡稳定性离散元模拟分析

利用离散元对节理岩体工程进行稳定性模拟分析时,节理的本构关系对模拟结果有重要的影响,详细的介绍了基于离散元UDEC软件,利用Barton-Bandis (BB)和Mohr-Coulomb(MC)两种本构模型分析节理岩体边坡稳定性的主要区别。在BB模型中,由于膨胀角随剪切运动呈非线性变化,分析节理岩体边坡所得到的运动规律与现场监测数据所反映的边坡运动规律一致,因此,离散元中BB模型更适合用来分析节理岩体工程。根据BB模型模拟分析的结果,对依托工程边坡采取了喷射厚度10 cm混凝土进行加固的措施,模拟结果表明,喷射10 cm混凝土对边坡稳定性起到了良好的加固作用,依托工程正是按此加固方案进行施工。     

三维土质边坡稳定性分析方法研究现状与展望

回顾土质边坡稳定性分析3种主要方法(极限平衡法、极限分析法、数值分析法)的国内外研究现状,总结发现:(a)传统的极限平衡法和极限分析法在20世纪得到了快速发展;(b)21世纪以来随着计算机技术与数值方法的进步,数值分析法的优势越发显著,受到大家的认可与推崇;(c)尽管已有的三维分析方法被不断地改进与完善,但是依旧存在一些问题需要深入研究。在总结国内外研究进展的基础上,对已有的三维土质边坡分析方法研究存在的困难进行了分析。最后,针对三维土质边坡稳定性分析方法存在的问题和近些年的发展趋势,展望了未来的研究方向。