颗粒接触无网格法及其在边坡成灾范围模拟中的应用

提出了一种基于颗粒接触的无网格方法（PCMM）,并编制了相应的C++程序,解决了有限元等网格类方法在模拟边坡失稳滑动过程中的网格畸变问题。该方法利用颗粒离散元中的接触拓扑创建连续介质单元,通过颗粒的运动演化实现连续介质单元的自动删除及重建,通过在连续介质单元中引入考虑应变软化效应的Mohr-Coulomb模型及最大拉应力模型,实现边坡的弹塑性分析及失稳滑移过程的模拟。利用PCMM分析了均质边坡的弹塑性场、沙堆的形成过程及土质边坡的失稳过程。计算结果表明,PCMM在小变形下具有足够的精度,且在模拟材料大变形方面具有明显优势,是一种模拟边坡成灾范围的有效方法。     

局部加载条件下二维土质边坡稳定性的数值分析

借助Hill的材料应变局部化原理和土的弹塑性本构模型,应用声学张量示踪边坡失稳滑移线发生和发展,提出了局部加载条件下的确定边坡失稳滑移线的方法。在弹塑性有限元分析过程中,应用边坡材料的塑性一致性条件或滑移线两侧的应力连续条件,即应变局部化条件,检测每一个高斯点的声学张量行列式的值,当其等于或接近0时,标出滑移萌生的位置、方向,模拟边坡滑移线萌生和发展过程。     

层间软弱夹层发育的切向边坡失稳模式及稳定性研究

通过系统分析边坡工程地质条件及岩体结构,采用定性分析结合有限元模拟研究了边坡变形破坏模式,并采用块体理论及极限平衡法系统分析边坡局部及整体稳定性。结果表明,切向边坡的变形破坏模式可以分为两类:深层变形破坏为受层间软弱夹层空间展布特征控制的块体失稳,浅表层破坏为局部块体失稳及强风化强卸荷带岩体沿最大剪应力带的滑移-拉裂变形。稳定性分析结果认为边坡浅表层岩体稳定性差,但发生深层破坏的可能性较小。     

强度折减有限元在堤防稳定分析中的应用研究

采用强度折减有限元法,研究非均值堤防塑性区的开展特征和失稳破坏过程,并根据堤防应力场分布和临界滑动面的形成来分析堤岸整体失稳破坏的机理.结果表明:把强度折减有限元应用到非均质土层的堤防边坡稳定分析,在理论上、数值模拟实现上都是可行的;有限元静力平衡和位移计算不收敛作为堤防边坡整体失稳的标志,同时考察滑移面上某些特征点的...     

鄂西北山区降雨型边坡失稳模式和评价方法

2003年6月的一次连续降雨诱发了鄂西北山区郧漫公路沿线多处边坡失稳。根据边坡岩土体的组成和结构特征,总结出了5种典型的暴雨型边坡失稳模式:浅层堆积体滑移、含软弱面顺层滑移、切层边坡水压劈裂破坏、碎裂岩似弧形追踪破坏和块裂岩楔体滑移。根据边坡破坏特点和降雨作用形式提出了相应的评价方法,认为浅层堆积体在暴雨下含水量,即85%~100%液限含水量时易发生滑移,通过平面无限斜坡评价法计算边坡稳定性;含软弱面顺层边坡及块裂楔形体均为剪切滑移失稳,采用简化的刚体极限平衡法计算其稳定性;切层边坡中陡倾裂缝经历了卸荷张开－水压开裂－贯通破坏的过程,通过Ⅰ型裂缝扩展判据评价边坡稳定性;碎裂岩边坡发生类似弧形滑移的追踪破坏,采用连续介质圆弧法计算边坡稳定性。     

基于SLFT边坡双折减系数强度失稳判据

基于滑移线场理论（SLFT）,提出了一种边坡双折减系数强度折减法失稳判据:当由滑移线场理论计算得到的极限状态下的边坡坡面（简称"极限稳定坡面"）与原坡面相交于坡脚时,判断边坡处于极限状态。基于提出的失稳判据构建了双折减系数倒数空间的临界曲线,并推导了整体安全系数计算公式。边坡算例计算结果表明:初始点和临界曲线的3种相对位置关系（点在曲线上方,点属于曲线,点在曲线下方）对应3类边坡整体安全系数（FS>1,FS=1,FS<1）,整体安全系数计算结果与边坡状态相符合,确定的临界滑裂面形状以及在边坡中的位置都与已有结论一致。提出的失稳判据适用于计算配套系数和整体安全系数,实现了失稳判据的客观标准定量化。      

基于颗粒元模拟的含软弱夹层类土质边坡变形破坏过程分析

采用基于离散单元法的颗粒元程序,引用平行连接模型,通过数值试验,确定土体细观参数与宏观力学性质的关系,并据此建立含软弱夹层的类土质边坡模型。通过路堑开挖卸荷过程模拟,再现了大变形条件下坡体渐进性破坏的完整过程,并对裂隙的发展演化过程进行实时监测。模拟结果显示,含软弱夹层类土质边坡的破坏过程历经裂隙的形成、扩大、发展直至贯通,最终发生大规模滑移破坏;裂隙从滑坡体前缘和软弱层面开始,范围逐步扩大,呈现典型的类土质边坡的渐进性破坏形式;滑坡发生后,土体结构破坏严重,承载能力大幅下降。边坡滑移过程模拟和最终滑移结果与现场滑坡状况完全吻合,表明该方法适用于类土质边坡变形破坏过程分析及其机理研究。     

岩石边坡滑移失稳的地球物理响应特征

根据边坡滑移失稳的地球物理模型,研究了岩石边坡失稳的电阻率、瑞利面波基阶模的相速度、波数等响应特征,揭示了边坡从稳定→失稳演化过程的电阻率、瑞利面波基阶模频散特征变化规律,从而实现了边坡失稳的电阻率、瑞利面波基阶模相速度、波数响应特征的提取。这些特征信息的获得为利用电法勘探方法、瑞利面波法探测岩石边坡失稳的滑动面或结构面位置提供了依据,同时为实时观测,预测预报岩石边坡失稳提供了理论支撑。     

边坡失稳的仿真模拟分析

利用ANSYS仿真模拟平台,配合滑动方向准则及临界滑动面的寻求模式对边坡稳定性进行分析.分析过程中,考虑了边坡失稳过程中的应力重分布,由此引起了临界滑动面的改变,真实地反映了边坡失稳是一个逐步发展的过程,并以算例对边坡失稳的过程进行了仿真模拟分析.     

杨房沟坝址高边坡工程地质特征及稳定性评价

为掌握杨房沟坝址高边坡稳定性情况及治理措施,采用现场调查及室内分析计算方法对河谷高边坡岩体工程地质特征及稳定性展开了全面研究。得出以下结论:高边坡花岗闪长岩可划分为块状、次块状及镶嵌结构等类型;边坡岩体质量从坡面向内分别为Ⅲ2、Ⅲ1、Ⅱ类,Ⅳ类岩体很少;天然边坡存在松动张裂、楔形体滑动及崩塌等破坏形式,控制性结构面为顺河向卸荷裂隙;从河谷演化角度通过数值模拟方法分析现今边坡应力分布、塑性区范围、变形规律及总体稳定性,认为坝址区天然边坡整体稳定性较好,降雨或地震等不利条件边坡可能存在浅部块体滑移失稳。     

临界滑动场技术在排土场边坡设计中的应用

边坡临界滑动场技术是近年发展起来的一种边坡稳定性分析方法。它能准确快速确定多层介质、多台阶边坡任意形状的临界滑动面,全面评价边坡整体和局部稳定性。文章首先应用临界滑动场技术对原设计15坡角时的龙桥排土场边坡进行临界滑动面搜寻,确定边坡整体安全系数为1.42,证明原设计的15坡角取值过于保守。然后再应用临界滑动场技术的扩展方法进行反向分析,在给定安全系数为1.30的条件下,求得最佳设计坡角为17。研究成果为将来矿山的排土工作提供指导,具有一定的工程实用性。     

降雨对花岗岩风化层路堑边坡滑动模式影响

降雨引起路堑边坡的浅层局部滑动是工程中常见的现象,但其内在原因的研究尚不充分。为此,以福建省云平高速云霄段花岗岩风化层中的某两级路堑边坡为例,采用饱和和非饱和土抗剪强度理论,按照强度折减有限元方法分析了该边坡在一般工况、地下水渗流工况和降雨入渗工况下的滑动模式。结果表明:一般工况下该边坡滑动模式为深层整体滑动;地下水渗流作用可使边坡由深层滑动模式向浅层滑动模式转化;长时小或中等降雨作用下坡体内出现三道滑动面,且一级边坡内滑动面最先贯通,滑坡模式由深层整体滑动向浅层局部滑动演化。短时强降雨作用下仅在一级边坡内出现贯通的滑动面,即由整体滑动模式完全转变为浅层局部滑动模式。降雨工况越不利表现越为明显,与实际滑坡现象相吻合,且安全系数不满足规范要求,从而从理论上验证了该路堑边坡发生浅层局部滑动的必然性。此外,为避免花岗岩风化层路堑边坡在降雨入渗下发生浅层局部滑动,对假设的不同放坡方案进行了数值模拟分析。结果表明,适当放缓坡率可使一级边坡内不出现滑动面,滑坡模式仍为较深位置的整体滑动,且安全系数可得到有效提高,使其满足规范要求。因此,实践中,采用文中方法对设计的类似地层中的路堑边坡事先进行降雨入渗影响下的模拟分析极为必要。将使放坡坡率更为科学合理,可在确保边坡整体稳定性的同时,极大降低其发生浅层局部滑动的可能性。     

平顶形边坡开挖剪滑段确定及对坡体稳定性的影响

对公路的平顶形边坡开挖进行了受力分析,提出了确定坡脚剪滑段的方法,指出在剪滑段范围内岩土体的抗剪强度降低,从而导致坡体稳定性下降。实例表明,在考虑剪滑段力学性质差异的情况下,通过极限平衡法搜索的最危险滑动面退化为次危险滑动面,且坡面分阶对坡脚应力集中的消散作用。     

开挖与降雨作用下边坡失稳机理及模拟分析

边坡开挖和降雨通常是导致边坡失稳的重要原因。本文以湖南湘西山区某国道扩建开挖边坡为研究对象,基于现场边坡监测结果和数值模拟分析,研究了在边坡开挖和降雨条件下坡体变形位移的过程。结果表明:边坡的破坏是一个渐变的过程,不同的影响因素对边坡的影响不同。开挖切方是浅层坡体失稳的诱发因素,开挖切方破坏了坡体的应力平衡,使坡体的应力重新分布,并在坡体中产生浅层的滑动面。雨水的入渗是坡体深层滑动面的诱发因素,雨水沿着裂缝渗入坡体,使浅部滑动面上下土体的变形差进一步加大,进而产生浅层牵引式滑动破坏。同时雨水的入渗使碎石土和强风化页岩交界附近产生高孔隙水压力,在水-岩土共同作用逐渐形成软化的滑带土,从而形成深层滑动面。     

海州露天矿北帮边坡滑动成因机制及其稳定性分析

以海州露天矿地质背景条件为基础,从边坡滑动形成的影响因素分析出发,研究北帮边坡滑动成因机制,确定边坡的滑动破坏模式。同时,以该边坡的典型工程地质剖面为基础,构建稳定性计算的地质模型,并采用极限平衡法——简布法、摩根斯坦-普利斯法、推力系数法等进行边坡稳定性分析,用以说明北帮边坡的整体稳定性,为滑坡治理提供科学合理的设计依据。     

间歇型降雨对堆积层斜坡变形破坏的物理模拟研究

为研究间歇型降雨作用下缓倾堆积层斜坡的变形破坏特征,以樱桃沟滑坡为例,进行了降雨作用下斜坡变形破坏的物理模拟研究。试验结果表明：前期降雨作用下坡体变形特征表现为前缘滑移沉陷、中部滑移、后缘沉陷、坡体裂缝生成,且前缘裂缝扩张明显,后期降雨作用下坡脚区域首先发生滑塌,然后依次向后缘传递发生逐阶滑塌破坏;降雨入渗易在基岩面上储存,形成暂态地下水位、高孔隙水压力区域和坡向渗流场,基岩面附近土体饱水时间长,软化程度高,抗剪强度弱化显著,边坡易沿基覆界面土层发生滑坡;坡体滑动易发生在降雨间歇期,触发特征表现为雨后坡体暂态饱和区水分和坡表积水持续下渗,导致地下水位上升滞后于降雨,造成坡体内浮托力、渗透力和孔隙水压力增大,有效应力降低,诱发滑坡。     

孟家山黄土—红层接触面滑坡破坏机理研究

本文以天水市孟家山滑坡为例，分析了黄土－红层接触面滑坡的发育特征，运用相似材料物理模拟试验，研究了“坡体蠕动－后缘拉裂－滑带由中部向两侧发展－剪出口形成－坡体突滑”的变形破坏机理。     

某边坡变形破坏机理的数值分析

某花岗岩矿岩土体主要有填土、粉质粘土、淤泥及淤泥质土、含泥中粗砂、粘土、残积砂质粘土,其下为花岗岩基岩。边坡最大高度75m,其中残积土层以上的土质边坡高度约50m。本文运用有限元强度折减法对该边坡的稳定性进行了研究,得出了潜在的破坏模式及各个滑动部分的安全系数。分析结果表明,本边坡存在3个潜在滑动面,其中两个为浅层滑动面,另一个为深层滑动面。两个浅层滑动面的稳定系数在1.13～1.17,处于临界状态。深层滑动面稳定性系数在1.29,目前尚处在相对稳定状态。根据分析结果,提出了如下加固措施:（1）对滑坡体进行削坡处理;（2）在其滑动面下方设置抗滑台阶;（3）采用预应力锚索框架梁结合肋柱进行加固处理。     

Dynamic response of a dip slope with multi-slip planes revealed by shaking table tests

This study investigated the effect of internal discontinuity on the dynamic response of a dip slope and evaluated the performance of Newmark’s theory on the sliding of a dip slope with multi-slip planes. A series of shaking table tests were performed under various geometric conditions to explore the dynamic behavior of a dip slope under different external excitations. The test results, including for deformation processes and critical accelerations, under various slope angles, slope sizes, and seismic intensities were examined and further compared with Newmark’s theory. The results of this study are summarized as follows: (1) two types of slope sliding (differential and complete) were determined. (2) Increasing the slope angle and the height of sliding mass tended to shorten the duration of slope deformation. (3) Critical acceleration of the slope increased gradually with increasing peak ground accelerations of input excitations; when the slope height and dip angle increased, the critical acceleration decreased. (4) The triggering time became earlier as the frequency of input excitation increased; the magnitude of sliding mass greatly depended on the amplitude of the input excitation. (5) By comparing critical acceleration between the experimental and theoretical results, Newmark’s theory was determined to overestimate critical acceleration during seismic-induced dip slope failure. This may cause unsafe evaluations, and sliding along existing discontinuities develops more easily in reality.     

地震纵横波时差耦合作用的斜坡崩滑效应研究

多次典型地震的灾后实地调查都表明震中附近的竖向地震力作用十分明显,而传统的斜坡动力响应分析仅考虑了水平地震力的作用。文中运用离散元数值模拟技术,对震中附近的斜坡体在具地域性和空间非均质性的地震纵横波时差耦合作用下产生崩滑破坏的动力全过程进行了研究,确定了地震动力作用触发的震中附近斜坡体崩滑破坏的形成机制及主控因素。研究表明:对于地震作用下震中附近的斜坡体崩滑破坏,由于纵横波作用的时间差较短,其崩滑形成机制多为受地震纵横波的耦合作用,即竖向周期拉压与水平周期剪切的耦合作用,在此基础上又以纵波的竖向拉伸作用占优,即表现为拉剪破坏形式;此外,在地震构造组合机制、岩体结构与构造、斜坡岩体风化程度及物理力学参数等因素既定的情况下,地震力作用（即地震纵波的周期拉压和地震横波的周期剪切耦合作用）是诱发斜坡体产生初期崩滑破坏的主控因素,而斜坡所处地形（如高程差、沟谷延伸方向）则是促使破坏后的斜坡体形成后续碰撞解体及碎屑流等运动过程的控制诱发因素。