层状岩质边坡开挖过程的有限元模拟

采取自编弹塑性有限元程序,在考虑岩体节理和施工爆破影响的条件下,对常－张高速公路的k135层状岩质边坡的开挖过程进行了模拟,分析了开挖过程中岩体的变形和应力状态及屈服状态,并用降低材料强度储备的有限元强度折减法,对各开挖阶段边坡的整体稳定性进行了评价。通过分析表明,k135边坡在其施工过程中是稳定的。     

基于强度折减法的顺层路堑边坡土钉墙支护结构稳定性分析

将非线性有限元分析和极限分析相结合形成强度参数折减有限元法,可以灵活地分析强度不均匀顺层路堑边坡支护结构稳定性问题。将岩体力学理论、非线性有限元分析技术和强度折减系数法相结合,对顺层岩体路堑边坡稳定性进行分析。在对密集假设节理有限元模拟中,假设节理在岩体内连续分布,采用连续介质力学方法建立密集分布节理岩体材料模型。采用强度折减系数法计算岩体结构安全系数,建议采用给定的岩体强度参数计算节理岩质边坡开挖、支护完毕后的内力,再逐渐降低岩体强度参数进行岩体边坡非线性有限元分析,直至岩体边坡达到极限状态,从而求出岩质边坡安全系数。采用该方法对渝怀铁路梅江河右岸DK409+989.4～DK410+020段顺层路堑边坡土钉墙支护结构稳定性进行分析,分析结果表明：采用土钉墙支护后的节理边坡塑安全系数为2.3,支护后的岩质边坡处于稳定状态;土钉墙潜在破裂面为岩体弹性区和塑性区的交界面,与测试得到的各排土钉拉力最大值位置一致。     

岭澳核电三期强风化角岩边坡岩体直剪试验研究

采用堆载法进行天然状态与饱和状态下强风化角岩边坡岩体的现场直接剪切试验,获得不同正应力水平下剪切应力-剪切变形关系曲线和剪切强度参数,对其剪切应力-剪切变形关系曲线特征和不同正应力作用下剪应力随正应力的变化规律以及水-力耦合作用对剪切强度与变形特性影响进行了分析。试验结果表明：岩体峰值剪切强度和屈服剪切强度均随正应力的增大而增大;天然状态和饱水状态下剪应力随不同正应力的变化趋势基本相同;岩体剪切强度随含水率的增大而减小,在低法向应力下尤其敏感;水对岩体强度参数中黏聚力c的弱化作用更加明显,同时加大了岩体变形量,延长了岩体变形过程;通过现场直剪试验测得的法向变形可以估算岩体的压缩模量,为边坡稳定性分析提供参数。     

Hoek-Brown准则在岩质边坡稳定分析中的优越性

介绍了最新的用于估计完整岩石或节理岩体剪切强度的半经验准则Hoek-Brown屈服准则。结合岩质边坡工程并基于强度折减法计算边坡安全系数,与等效Mohr-Coulomb屈服准则数值模拟对比,得出Hoek-Brown屈服准则采用基于应力水平的塑性流动法则,考虑了岩体结构、岩块强度、应力状态等多种因素的影响,能很好地反映岩体的非线性破坏特征及机理,符合节理岩体的变形和破坏特点。      

层状边坡岩体的屈曲和溃屈性态研究

在对层状边坡岩体结构进行稳定性分析的过程中,屈曲和溃屈是两个主要问题。针对边坡岩体结构的赋存特点和分岔特性,以及研究方法仅采用线性理论和已有研究成果只停留在结构屈曲层面上的状况,文章应用初始后屈曲理论和突变理论探讨了岩体结构的屈曲性态和溃屈性态,给出了边坡岩体上部滑动段滑动的条件,得出了边坡岩体的分岔方程和溃屈方程,指出了分岔方程的适用条件和溃屈方程的适用范围,确定了边坡岩体后屈曲状态下溃屈破坏的下限,建立了岩体结构溃屈破坏的判据,并以雅砻江下游的霸王山边坡为例进行研究。结果表明:边坡岩体的赋存状况决定了其势函数的分岔集,从边坡的分岔集可衍生出结构在分岔状态下的分岔载荷和分岔方程;分岔方程表达了边坡岩体结构的屈曲状态,也表达了结构出现屈曲的准则;边坡岩体的赋存状况还决定了岩体结构溃屈破坏时岩体材料屈服的取值范围,而岩体结构溃屈破坏的上限或下限则取决于岩体材料的屈服极限。     

金华山软岩铁路隧道施工过程围岩屈服接近度分析

隧道施工过程中围岩处于复杂应力状态下,隧道围岩屈服区演化特征的确定对于围岩稳定性分析和开挖支护方案优化具有重要的意义。采用屈服接近度指标衡量围岩破坏接近程度可以合理地描述复杂应力状态下围岩的应力危险性,对Mohr-Coulomb类岩体材料的屈服接近度函数进行了相应的推导,并在非线性有限元用户子程序上编程予以实现。介绍了赣州-龙岩铁路DKl33+095～DKl38+237段软弱围岩单线隧道正台阶步施工方案以及湿喷纤维混凝土支护方案。为了对该隧道施工过程中隧道围岩屈服区的演化特征进行合理评价,采用非线性有限元法对软弱围岩条件下的铁路隧道施工过程进行了数值模拟,分析了施工过程中隧道围岩屈服接近度分布特征,判定了隧道台阶步施工过程中隧道围岩的稳定性。分析结果表明:该隧道施工过程中围岩破坏区主要发生在下台阶步施工过程中;屈服接近度指标比传统的塑性区分布提供的信息更加丰富,有利于工程技术人员定量地评价隧道开挖支护方案。     

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。     

金沙江水电开发中的超高陡边坡问题

讨论了金沙江中、下游复杂的地质环境和地形特征。如 ,发育的活动性构造、强烈和频繁的地震活动以及世界水电工程中罕见的陡峻超高边坡等。分析了高坝大库施工和运营过程中可能出现的边坡问题 ,诸如边坡岩体中的高应力状态 ,陡峻超高边坡的地震响应 ,边坡岩体强度在频繁、强烈地震影响下的弱化 ,加固技术和高成本 ,以及高位能、大流量泄洪的影响等问题。系统深入地开展这些问题的研究 ,将对选坝、工程布置、工期、造价和施工运行安全以及岩体工程地质力学理论的发展都有十分重要的意义。     

西南某水电站拱肩槽高边坡稳定性的二维有限元分析

采用数值模拟方法研究和论证我国西南某水电站拱肩槽高边坡的稳定性.重点对左岸拱肩槽边坡在自然状态下和施工开挖过程中以及开挖后的应力、应变场特征和演化规律进行了二维有限元分析,并据此对边坡的稳定性进行分析与评价,为设计和施工提供了科学依据.     

一种考虑变形参数和强度参数协调折减的强度折减法研究

对于一种确定的岩体材料而言,岩体的变形参数与强度参数存在一种必然的内在联系。从材料性质来看,强度折减法的本质就是在当前边坡构型和岩体重度条件下,寻找另一种合适的岩体材料使边坡恰好达到临界状态。显然,若只对黏聚力和内摩擦角进行折减而其他参数保持不变,折减后的材料参数则可能违背岩体强度与变形参数之间存在的必然联系,即新找到的岩体材料客观上不存在。因此,在对黏聚力和内摩擦角进行折减时,有必要对岩体的其他力学参数进行调整。基于以上认识,提出了一种考虑变形与强度参数协调折减的强度折减法,探讨了变形参数（弹性模量和泊松比）、抗拉强度对安全系数、塑性区的影响,结果表明,同时考虑变形参数与强度参数协调折减的方案所得的安全系数最小,与极限平衡法的计算结果最为接近,且该方案所得的剪切塑性区主要集中在临空面附近,边坡模型中下部的剪切塑性区范围较小,同时,在边坡顶部区域出现张拉屈服区,此种塑性区分布范围最接近边坡实际破坏状态。     

考虑弱层置换的岩石边坡稳定性分析

锦屏一级水电站左岸边坡地质结构复杂,岩体存在大量深部裂隙、低波速松弛岩体、煌斑岩脉X及f2、f5断层,严重影响边坡的稳定性。采用基于强度折减法的岩石破裂过程分析RFPA方法对边坡典型部位在开挖后以及其对应弱层置换工况下的破坏全过程进行计算和分析,计算结果表明,f5断层在进行置换加固处理后,边坡安全系数较未置换弱层前提高了0.403,说明在岩质边坡开挖和支护前优先进行深部软弱结构置换处理,可以大大提高工程结构的安全储备。同时,RFPA强度折减法不仅能直观再现边坡潜在滑裂面从萌生到扩展直至贯通导致边坡整体失稳的全过程,而且可以得出边坡安全系数。研究结果对于边坡工程实施前稳定性评价和施工工序具有一定的参考价值。     

考虑岩体开挖卸荷边坡岩体质量评价

正确评价开挖后岩体质量并对其进行分类,对研究岩石边坡开挖卸荷后的稳定性有十分重要的意义。以某水电站坝肩高边坡开挖工程为背景,运用卸荷岩体力学的理论与方法,对坝肩边坡开挖岩体进行三维有限元分析。根据边坡岩体开挖后应力应变场的动态变化情况,确定岩体开挖卸荷后质量损伤劣化程度,并根据岩体开挖卸荷后的力学参数,采用RMR法对开挖后的边坡岩体质量进行评价。结果表明,边坡岩体RMR值随开挖后卸荷量的增大基本呈线性递减趋势,进而考虑开挖卸荷影响因素,修正了RMR法中的评价参数,为以后用该法评价开挖后的岩体质量提供参考。     

The Dynamic Evaluation of Rock Slope Stability Considering the Effects of Microseismic Damage

A state-of-the-art microseismic monitoring system has been implemented at the left bank slope of the Jinping first stage hydropower station since June 2009. The main objectives are to ensure slope safety under continuous excavation at the left slope, and, very recently, the safety of the concrete arch dam. The safety of the excavated slope is investigated through the development of fast and accurate real-time event location techniques aimed at assessing the evolution and migration of the seismic activity, as well as through the development of prediction capabilities for rock slope instability. Myriads of seismic events at the slope have been recorded by the microseismic monitoring system. Regions of damaged rock mass have been identified and delineated on the basis of the tempo-spatial distribution analysis of microseismic activity during the periods of excavation and consolidation grouting. However, how to effectively utilize the abundant microseismic data in order to quantify the stability of the slope remains a challenge. In this paper, a rock mass damage evolutional model based on microseismic data is proposed, combined with a 3D finite element method (FEM) model for feedback analysis of the left bank slope stability. The model elements with microseismic damage are interrogated and the deteriorated mechanical parameters determined accordingly. The relationship between microseismic activities induced by rock mass damage during slope instability, strength degradation, and dynamic instability of the slope are explored, and the slope stability is quantitatively evaluated. The results indicate that a constitutive relation considering microseismic damage is concordant with the simulation results and the influence of rock mass damage can be allowed for its feedback analysis of 3D slope stability. In addition, the safety coefficient of the rock slope considering microseismic damage is reduced by a value of 0.11, in comparison to the virgin rock slope model. Our results demonstrate that microseismic activity induced by construction disturbance only slightly affects the stability of the slope. The proposed feedback analysis technique provides a novel method for dynamically assessing rock slope stability and can be used to assess the slope stability of other similar rock slopes.     

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。     

澜沧江某水电站右坝肩工程边坡倾倒变形问题的数值 模拟研究

澜沧江某水电站处于青藏高原东部边缘地带,属于高山峡谷地形地貌,高地应力环境,岩体卸荷裂隙很发育,使得倾倒变形和岩体质量、断裂活动及地震构造一样成为影响工程边坡岩体稳定的主要因素。针对工程边坡的大变形问题可采用离散元的数值模拟分析方法。通过建立理论开挖和工程边坡开挖离散元模型,可分别得出倾倒变形破坏机理发展过程为初期弱倾倒变形岩体的层内剪切错动、强倾倒变形岩体的层内拉张变形、强倾倒变形岩体的切层张-剪破裂及极强倾倒破裂岩体的折断张裂(坠覆)破裂和工程边坡的变形范围、确定开挖面及加固方式等。通过工程边坡模型的计算结果和现场地质调查成果的比较表明,计算结果和实际情况基本吻合。     

三峡永久船闸高边坡开挖三维离散元数值模拟

采用面－面接触的三维离散元刚性块体模型，从实测节现面中取出其中的三组，按照其倾向，倾角和节理间距将三峡永久船闸未开挖的区域划分为10^5个离散单元，通过施加力边界条件，给出了与实测初始地应力场接近的数值模拟结果；然后，分4步模拟了永久船闸的开挖过程。计算结果表明：开挖过程会引起节理面出现张开趋势，个别岩体还会沿着节理面滑移。岩体位移的不对称现象较为自然地说明了由节理引起的岩体各向异性特征。     

大型反倾库岸岩体变形过程及破坏机制数值模拟

随着边坡地质结构、地层岩性和诱发因素的不同,反倾岩体的主控变形破坏模式都会发生改变。金沙江龙蟠边坡岩体主要为反倾向千板岩和砂岩互层状结构,坡脚河床深厚覆盖层构成了边坡的软弱支座。本文运用离散单元法模拟了大型反倾库岸岩体在漫长的地质历史时期中的变形演化过程,并基于反倾岩体变形的时效性观点,引入强度折减法分析边坡在不同阶段的剪切屈服区扩展情况及相应的稳定性状态。结论表明龙蟠边坡变形岩体是重力弯曲蠕变为主导的成因机制,并归纳提出了软基效应和互层效应共同作用下的大规模反倾岩体的累进性剪切破坏模式,俗称龙蟠模式。     

基于开挖卸荷劣化的边坡岩体宏观力学参数USMR分析评价方法及验证

为研究锦屏某边坡岩体在开挖卸荷条件下的岩体宏观力学参数,对该区砂岩进行室内卸荷试验研究,结果表明：相对于加载试验,卸荷过程中岩样的强度及变形参数发生了劣化,低、高围压下岩石变形及破裂形式也有所不同。为此,在对SMR及CSMR修正的基础上,提出了考虑开挖方式、边坡形态及卸荷损伤的边坡卸荷岩体的评价体系USMR法。基于USMR法对研究区边坡开挖岩体宏观参数（变形模量Em、岩体抗压强度 、岩体抗拉强度 、岩体抗剪强度参数cm和 ）进行了动态分析,并分别考虑了不同围压 及卸荷损伤De条件下岩体参数的劣化规律。分析表明：开挖卸荷过程中岩体宏观参数发生了不同程度的劣化,拉应力区、低应力区和高应力区岩体参数的劣化规律有所不同,拉应力区及低应力区岩体力学参数对开挖卸荷更加敏感。研究结果对边坡开挖卸荷岩体的稳定性分析与评价具有一定指导意义。     

佛子岭抽水蓄能水电站地下厂房施工开挖过程的FLAC3D数值模拟

选取佛子岭抽水蓄能水电站地下厂房区,采用三维快速拉格朗日法（FLAC3D）模拟施工开挖过程,研究了洞室群围岩的开挖变形形态和应力状态,分析了围岩和调压井高边坡在自重荷载作用下的开挖稳定性。通过对地下厂房洞室群区的加固处理,分析了围岩在加固后的力学特性。利用FLAC3D程序的Ubiquitous模型,引入了一组主要节理裂隙,分析了此组节理裂隙对地下洞室群围岩的开挖变形及整体稳定性的影响,并与无节理裂隙的数值模拟结果进行对比,综合评价了节理裂隙对洞室群围岩稳定性的影响。