龙滩水电站航道座滑边坡平面弹塑性有限元分析

基于弹塑性有限元（FEM）模型和Mohr-Coulomb屈服准则,采用平面有限元法对龙滩水电站航道1+016～ 1+080段座滑后边坡在开挖处理过程中的稳定性进行了数值模拟研究,分析了开挖中岩坡的应力场、位移场、塑性屈服区及支护效应。模拟结果表明,边坡在开挖过程中存在连续变形,局部出现塑性屈服,地下水位升降对边坡影响较大,但边坡整体仍处于稳定状态,开挖过程中有效的支护措施对改善边坡的稳定性至关重要。     

岩石高边坡弹塑性平面离散元分析研究

为了更有效指导边坡设计与施工,基于弹塑性平面离散元（DEM）模型,对龙滩水电站航道1+016～1+080段岩石高边坡的开挖支护过程进行了计算分析,分析了边坡在有支护结构对应力场、位移场、整体稳定性和边坡锚索轴力随开挖步骤变化情的影响,同时分析了地下水位升降对边坡变形和整体稳定性变化情况。计算分析结果表明,边坡支护前后,应力场、变形场,塑性屈服区分布情况有明显差别,支护结构可以减小边坡位移,提高边坡整体稳定性,地下水位升降对边坡变形和整体稳定性影响较大。另外,对边坡开挖过程中的坡顶位移和锚杆轴力进行了监测,监测结果与计算结果进行了比较。     

基于结构面性状对岩体力学性质响应的模拟研究

为研究结构面性状对锦屏大奔流料场边坡岩体性质的影响,在对该边坡砂岩进行室内三轴压缩试验的基础上,开展含4组不同结构面性状岩体的力学模拟测试,最后对该边坡岩体的开挖进行数值模拟。试验结果表明,岩样破坏过程可以分为4个典型的阶段: 弹性变形阶段,屈服阶段,残余强度阶段及塑性流动阶段。随着围压的增大,岩石破坏所需偏应力逐渐增大,且岩石逐渐表现出延性特征。结构面性状模拟结果表明,含软弱充填结构面比不含者对岩体力学性质影响(弱化)大,有倾角结构面比无倾角结构面对岩体性质影响较大,大倾角结构面总体上比小倾角的影响大,软弱充填厚度对岩体内摩擦角影响较大。实例模拟结果表明,开挖卸荷使得边坡后缘岩体产生卸荷回弹变形,产生X向拉伸位移,煌斑岩脉的存在使得塑性区域沿此软弱带发展,开挖第8步时,塑性区贯通,边坡发生失稳。研究结果对陡高边坡岩体开挖的稳定性评价具有一定指导意义。     

三峡工程船闸边坡弹粘塑性自适应有限元分析

应用弹粘塑性自适应有限元分析方法,对三峡工程船闸第二闸室边坡开挖的全过程进行模拟分析,得出了有关应力,变形和屈服的一些认识。成果表明：与常规的有限元分析相比,自适应可使前处理简化,便于优化设计;软件具有某种标准性和规范性,易于工程技术人员掌握。     

路堑边坡施工过程离心模型试验及数值模拟研究

以粤北山区高速公路某路堑边坡为研究对象,通过离心模型试验及有限元模拟其施工过程,揭示开挖卸荷过程中的变形特性及稳定机制,探讨锚杆在边坡稳定中发挥的作用。结果表明,开挖卸荷引起松弛变形,变形量从坡顶向坡脚逐渐增大,从开挖临空面向坡体内部逐渐减小,最大值出现在坡脚,且在坡脚形成塑性区;锚杆支护后提高了加固部分土体的强度,减小了下级开挖引起的松弛变形,限制坡脚塑性区的发展。锚杆轴力沿杆体不均匀分布,其规律与锚杆长度有关,且一般下层锚杆轴力较上层大。锚杆支护不仅提高施工期的稳定,还可有效减弱应变软化对边坡长期稳定的不利影响,提高安全储备。研究成果对高速公路路堑边坡的设计及施工具有指导意义。     

边坡开挖卸荷松弛区的力学性质研究

开挖卸荷松弛区对边坡稳定性分析与防护加固工程设计具有重要的作用和影响,重点体现在松弛区的分布特征及松弛岩土的强度衰减效应。基于典型边坡的开挖模拟,研究其最大主应力增量及塑性区力学特征与分布规律,结果表明:边坡开挖应力调整引起的最大主应力增量的负值区与坡面塑性区的分布形态与发展规律吻合;基于边坡开挖卸荷松弛的基本力学原理,以开挖边坡应力张量增量的最大主应力分量增减变化作为开挖卸荷松弛区的划分标准,提出了接近开挖坡面的应力衰减塑性松驰区、远离开挖坡面的原岩应力区及介于两者之间的应力集聚弹性挤压区的三场确定方法。     

考虑力学参数不确定性的岩质边坡开挖卸荷响应概率评价

鉴于目前关于节理岩体力学参数空间变异性表征及存在潜在滑移面边坡的可靠性问题研究较多,但对于岩质边坡力学参数空间变异性影响及开挖卸荷响应(变形与塑性区)不确定性分析的研究较为有限。提出考虑力学参数不确定性的岩质边坡开挖卸荷响应概率评价方法,该方法以室内岩石力学试验及现场地质勘察测绘数据为基础,利用Hoek-Brown经验准则与Monte Carlo分析手段,构建了以岩石单轴抗压强度(uniaxial compressive strength,简称UCS)、地质强度指标(geological strengthindex,简称GSI)和节理工程参数为输入的边坡岩体力学参数概率统计模型,并采用卡方检验进行模型的吻合度检验;基于点估计原理构建岩体力学参数组合方案,并结合数值模拟开展边坡开挖过程的仿真分析,获得边坡开挖后整体安全系数及位移及塑性区的概率分布。利用该方法对在建京秦高速沿线某路堑边坡岩体力学参数及开挖卸荷响应进行分析,得到了岩体强度、弹性模量、黏聚力与内摩擦角的取值及不确定性分布,采用点估计与FLAC^3D模拟分析,得到了边坡安全系数及典型观测点的位移与塑性区分布结...     

腊寨水电站坝址右岸边坡三维数值模拟分析

边坡变形破坏是水利水电工程中多发的地质灾害之一,通过三维数值模拟开展边坡稳定性评价对防灾减灾及滑坡预报具有重要的意义和价值。本文对云南腊寨水电站坝址右岸边坡进行了数值计算。经过调查边坡工程地质条件,本文试图通过分析边坡岩体结构类型、结构面与坡面的产状关系以及诱导因素研究边坡变形成因机制,在此基础上,利用FLAC3D 三维数值模拟分析方法,分别计算了原始边坡、开挖未支护和支护后的边坡应力场、位移场和塑性区分布,结合工程地质条件分析,对其变形机制进行了深入探讨。研究结果表明,边坡处于压致拉裂的初始阶段,边坡变形受开挖作用影响明显。根据边坡变形研究结果提出相应的支护方法,包括预应力锚索、网格梁和挂网喷锚等方法,使边坡变形得到有效控制。     

模拟深基坑开挖和支护全过程的有限元数值分析

选用Drucker-Prager弹塑性本构关系,建立了模拟深基坑开挖和支护全过程的平面有限元数值分析模型.运用该模型并结合工程实际,对深基坑开挖过程巾边坡土体的应力场和塑性区的分布以及变形进行了分析,找出了影响深基坑变形的主要因素:支护结构的刚度、支护结构入土深度、基坑开挖深度和宽度以及土层强度参数等.     

某电站水垫塘边坡开挖支护措施稳定分析

水利工程施工中的边坡稳定性是保证工程顺利进行的基础。本文采用弹塑性有限单元法对某水电站水垫塘边坡开挖施工过程进行仿真模拟,对边坡的应力状态、变形及屈服情况进行分析;并对边坡的整体稳定性、加固效果进行评价。结果表明:边坡岩体的位移场主要由开挖应力释放和调整引起的,在边坡开挖台阶的拐角处存在不同程度应力集中,最大压应力值为17.5 Mpa,研究成果能为水利工程典型类型的岩质边坡稳定性分析与锚固设计提供参考与借鉴。     

边坡渐进破坏的动态强度折减法研究

边破的变形破坏是量变积累到质变的渐进发生过程,由坡体内部潜在滑动面的逐渐破损并扩展至整体滑面。基于强度折减法思想,提出模拟边坡渐进破坏的动态强度折减法。该方法利用屈服接近度指标YAI确定边坡的破损区域,将YAI<0.2的区域定为破损区,通过不断动态折减局部破损坡体的强度参数,使边坡潜在滑动面渐进演化至贯通,边坡达到极限平衡状态。算例计算表明,该方法可有效解决强度折减法中折减范围的问题,克服整体强度折减法破损区过大的缺陷,获得的位移变化趋势与破损区演化过程也具有良好的一致性。动态强度折减法真实再现了边坡渐进失稳过程,为强度折减法更有效地应用于边坡稳定性定量评价提供有效途径。     

缓倾外层状结构边坡变形破坏模式及支护对策研究

高速公路开挖形成越来越多的工程边坡。缓倾外层状结构边坡作为一种典型的岩质边坡,一般情况下整体稳定性较好,但在特定的结构面组合状况下,开挖后也可能产生整体变形破坏。本文以软弱结构面和长大裂隙发育的公路工程边坡为例,通过岩体结构及边坡一定范围内已有边坡破坏现象的调查研究,采用工程地质类比和三维离散元法综合分析边坡变形破坏模式,并针对变形破坏模式的特点,提出支护对策。研究结果表明,结构面贯通坡体形成切割块体的后缘和侧缘边界时,缓倾外层状结构边坡可沿层面产生滑移-拉裂变形,若滑面与临空面具有一定夹角,边坡的变形可表现为旋转式滑移-拉裂;结构面组合控制的缓倾外层状结构岩质边坡稳定性受坡体中下部的关键块体控制,一旦关键块体失稳,将引起上部块体的连锁失稳,此类边坡变形控制的重点是对关键块体分布区域进行强支护;支护工程实施后的变形监测结果表明,基于变形破坏模式分析的边坡支护方案保证了边坡施工和运营过程中的安全。     

路堑边坡平面滑动演化过程及远程滑动机制的模拟与分析

永宁高速公路K117滑坡路段原为在泥质粉砂岩单斜地层内开挖2级形成的路堑边坡,开挖后产生典型平面滑动,在中部滑床形成长约25m的滑动槽,产生最远达35m的远程滑距,其成因机制复杂。本文在对滑坡基本特征及孕育过程开展详细调查研究的基础上,采用节理有限单元法对该滑坡经路堑开挖导致高位坍滑、刷方变更后触发高速远程滑塌、滑塌后壁残留滑体牵引松动,以及对其实施卸载、支挡回填及锚固的治理过程开展数值模拟,再现了该滑坡孕育发展全过程及其稳定性演化规律;分析了该边坡破坏的平面滑动机构及滑动面的物理力学特征,论述了该类滑坡启动高速远程滑动的开挖松弛致滑机理和裂隙充水致滑机理,最后提出了预测及治理该类滑坡的6点建议。研究表明,在单斜地层开挖路堑,使顺倾向软弱结构面临空暴露时,可能诱发边坡整体卸荷松弛,产生较大的不平衡滑坡推力,而卸荷松动产生的张裂隙导致滑坡对降雨入渗十分敏感,不平衡力和裂隙水压力的共同作用可迅速剪断滑面,伴随势能向动能的转化,产生高速远程滑动。     

湖南怀新高速公路某路堑滑坡成因及稳定性分析

沪昆高速怀化至新晃段K73+590^+730段左侧路堑高边坡,在修建过程中发生了滑坡。通过野外地质调绘及勘察,揭露了该滑坡的滑体、滑带、滑床岩土性状;结合滑坡变形特征和监测资料,分析了滑坡的成因机制;利用试验和反演确定了滑带抗剪参数,计算了不同工况下的滑坡稳定性和剩余下滑力。通过地质分析,结合计算结果,该滑坡将继续变形并向两侧及后缘扩展,甚至显著滑动,必须采取有效的防治措施。该滑坡实例的分析研究成果,对类似工程具有借鉴意义。     

河北省宽城县遵(化)小(寺沟)铁路某滑坡治理措施研究

河北省宽城县遵(化)小(寺沟)铁路穿越一个体积约77104m3的古滑坡体,因在滑坡前缘以路堑方式穿过,开挖施工导致古滑坡复活。为保障未来铁路的运营安全,需要对其进行彻底治理。在现场地质调查及试验,以及分别对沿复活滑坡体新滑面和古滑面在不同工况下的稳定性计算的基础上,结合复活滑坡体的具体特征,提出2种治理方案,即抗滑桩方案和削方+抗滑桩+桩间挡土墙方案。通过综合比选确定后者为采用方案,并具体进行了削方、抗滑桩、截排水系统和坡面防护等设计。     

西南某大型水电站拱肩槽边坡开挖的变形响应研究

对在复杂地质条件和高地应力环境下,高达近330m的人工岩石拱肩槽高边坡的研究,尤其是在大坡比、强开挖条件下所表现的变形响应规律的研究具有重要的理论与现实意义。论文通过大量现场跟踪施工的地质调查工作和利用丰富的监测资料的基础上,系统地研究了此类边坡变形响应的基本规律及特殊表现,得到了拱肩槽高边坡开挖过程中,边坡的变形与开挖过程有较强的同步性。变形主要受开挖卸荷影响;随开挖的进行,坡体的变形随开挖面的远离表现出总体衰减的特征等。开挖后的坡体的变形量较小,变形深度较浅,而且在开挖12~18个月后,变形趋于稳定。这些结论对类似边坡开挖及其稳定性的控制具有重要的借鉴意义。     

文家沟巨型岩质滑坡高速远程运移特征分析

文家沟滑坡是汶川地震诱发的巨型高速远程岩质滑坡,其运移特征尚不明确.在现场调查的基础上,结合遥感解译,进一步深入研究其运移特征.分析得出,滑体自滑源区差异性启动,途经斜坡区铲刮坡表岩土体,随后以滑行、飞行等方式进入沟谷区,沿沟铲刮两岸坡体继续下行,与岸坡发生了5次明显的冲撞,逐步解体碎屑化,于第3次冲撞后开始大规模减速...     

Slope Stability Problems and Back Analysis in Heavily Jointed Rock Mass: A Case Study from Manisa, Turkey

This paper presents a case study regarding slope stability problems and the remedial slope stabilization work executed during the construction of two reinforced concrete water storage tanks on a steep hill in Manisa, Turkey. Water storage tanks of different capacities were planned to be constructed, one under the other, on closely jointed and deformed shale and sandstone units. The tank on the upper elevation was constructed first and an approximately 20-m cut slope with two benches was excavated in front of this upper tank before the construction of the lower tank. The cut slope failed after a week and the failure threatened the stability of the upper water tank. In addition to re-sloping, a 15.6-m deep contiguous retaining pile wall without anchoring was built to support both the cut slope and the upper tank. Despite the construction of a retaining pile wall, a maximum of 10 mm of displacement was observed by inclinometer measurements due to the re-failure of the slope on the existing slip surface. Permanent stability was achieved after the placement of a granular fill buttress on the slope. Back analysis based on the non-linear (Hoek–Brown) failure criterion indicated that the geological strength index (GSI) value of the slope-forming material is around 21 and is compatible with the in situ-determined GSI value (24). The calculated normal–shear stress plots are also consistent with the Hoek–Brown failure envelope of the rock mass, indicating that the location of the sliding surface, GSI value estimated by back analysis, and the rock mass parameters are well defined. The long-term stability analysis illustrates a safe slope design after the placement of a permanent toe buttress.     

基于FELA的随机场方法在考虑降雨入渗的边坡开挖稳定性分析中的应用

黑山共和国南北高速公路项目部分路段处于复理石地区,降雨集中、空间变异性显著且分层分布的岩土体给道路边坡施工带来了挑战。条分法、常规有限元法等确定性分析方法不能考虑岩土材料的不确定性,给出的具有唯一性、确定性的结果不能反映边坡稳定的不确定性。以该工程某边坡为例,采用有限元极限分析方法（FELA）,考虑岩土材料强度的空间变异性,利用上下限解法得出安全系数的分布区间。由勘察资料得到材料均值、标准差和空间相关长度并重建描述抗剪强度指标的二维随机场,同时考虑开挖岩层的节理分布,分析边坡在分级开挖过程中,各施工步骤的稳定性和破坏模式。与有限元分析结果相比,随机场条件下,部分情况开挖阶段安全系数低于限值,并出现局部破坏和整体破坏两种形式。结合不饱和土理论,模拟暴雨情况下雨水的入渗深度并在饱和区采用降低后的强度参数重新计算。通过蒙特卡洛模拟,得到各工况下安全系数、滑动体体积、挡墙弯矩和锚杆内力的概率密度分布函数。挡墙结构约束土体的变形,使得破坏模式趋向于整体破坏,安全系数分布区间变小。锚杆能带动更多土体进入工作状态,同样约束安全系数分布区间。旱季施工与雨季施工边坡破坏区域不同,同等支护条件下,雨季边坡安全系数分布区间更大,且均值明显降低。