3D key‐group method for slope stability analysis

Because of the simplicity and the speed of execution, methods used in static stability analyses have yet remained relevant. The key‐block method, which is the most famous of them, is used for the stability analysis of fractured rock masses. The KBM method is just based on finding key blocks, and if no such blocks are found to be unstable, it is concluded that the whole of the rock mass is stable. Literally, though groups of ‘stable’ blocks are taken together into account, in some cases, it may prove to be unstable. An iterative and progressive stability analysis of the discontinuous rock slopes can be performed using the key‐group method, in which groups of collapsible blocks are combined. This method is literally a two‐dimensional (2D) limit equilibrium approach. Because of the normally conservational results of 2D analysis, a three‐dimensional (3D) analysis seems to be necessary. In this paper, the 2D key‐group method is developed into three dimensions so that a more literal analysis of a fractured rock mass can be performed. Using Mathematica software, a computer program was prepared to implement the proposed methodology on a real case. Then, in order to assess the proposed 3D procedure, its implementation results are compared with the outcomes of the 2D key‐group method. Finally, tectonic block No.2 of Choghart open pit mine was investigated as a case study using the proposed 3D methodology. Results of the comparison revealed that the outcomes of the 3D analysis of this block conform to the reality and the results of 2D analysis. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

The key‐group method

This paper proposes an extension to the key‐block method, called ‘key‐group method’, that considers not only individual key blocks but also groups of collapsable blocks into an iterative and progressive analysis of the stability of discontinuous rock slopes. The basics of the key‐block method are recalled herein and then used to prove how key groups can be identified. We reveal that a key group must contain at least one basic key block, yet this condition is not entirely sufficient. The second block candidate for grouping must be another key block or a block whose movement‐preventing faces are common to one or more single key blocks. We also show that the proposed method yields more realistic results than the basic key‐block method and a comparison with results obtained using a distinct element analysis demonstrates the ability of this new method. Copyright © 2003 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于A^＊算法的边坡稳定分析方法

岩质边坡的失稳大都是沿各软弱结构面而发生的,其滑动面往往是软弱结构面的组合,呈阶梯状.岩石边坡中存在大量的随机结构面,从中找出抗剪力最小的滑裂面是边坡工程中的一个研究方向.在岩体结构面调查统计的基础上,用随机网络模拟再现结构面的空间分布,在此基础上应用A*算法,搜索出岩石边坡的临界滑裂面,并对临界滑裂面上的边坡体任意斜条分,与Sarma分析方法相结合,形成一种改进的分析岩石边坡稳定性的方法—— Sarma-A*分析法,通过工程实例验证该方法的合理性.     

赤平投影法与Sarma法相结合在高陡岩质边坡稳定性评价中的应用

本文以万山地质文化产业园基岩边坡为例,采用赤平极射投影法、Sarma法相结合,定量计算和评价了边坡的稳定性,得出了完全一致的计算和评价结论：该高陡岩质边坡目前处于不稳定状态。文中采用两种方法计算并相互印证,对下一阶段该边坡的设计、施工等提供了重要依据,对类似工程有很好的参考和借鉴作用。     

岩石边坡力学参数取值的GSMR法

提出了修正的RMR法--GSMR（General slope mass rating）,较全面地考虑了离散权值（完整岩石强度,岩石质量指标,结构面间距）连续性权值修正、节理与边坡的相互关系、开挖方法、结构面与作用力夹角、人工边坡形态、地震应力、边坡高度、Romana的修正系数F3的修正。由于GSMR分级基本考虑了影响岩体力学性质的各种因素,因此用GSMR法选取岩体力学参数是一种工程上可行的方法。结合具体工程实例,证明了连续权值修正可代替离散权值来计算GSMR值,采用GSMR 法确定了边坡稳定分析所需的岩体力学参数。     

基于模拟退火算法的边坡稳定分析方法

岩石边坡开挖中存在大量的随机结构面,结构面与岩桥的组合破坏是边坡破坏的一种重要形式。如何确定抗剪强度最小的滑裂面是边坡工程中的重要研究方向。在岩体结构面调查统计基础上,运用随机网络模拟的方法得到边坡的裂隙网络图像,在此基础上应用模拟退火算法,搜索出边坡由结构面与岩桥组合形成的潜在最危险滑裂面的位置,将结构面组合滑动面与Sarma分析方法结合,形成一种改进的分析岩石边坡稳定性的方法--Sarma-SA分析法,通过一工程实例验证了该方法的合理性。     

Relevance vector machine‐based response surface for slope reliability analysis

A new computing method is proposed for reliable analysis. The limit state function is implicit and nonlinear in reliability analysis of slopes and is difficult to apply by traditional reliability methods, especially in large‐scale project applications. Relevance vector machines (RVMs) are capable of approximating the limit state function without the need for additional assumptions regarding the function form, as opposed to traditional polynomial response surfaces. RVMs were adapted to obtain the limit state function. We propose an RVM‐based response surface method combined with the first‐order reliability method for slope reliability analysis and describe its step‐by‐step implementation. The reliability index obtained from the proposed method shows excellent agreement with traditional response surface method results. Copyright © 2017 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于离散元的强度折减法分析岩质边坡稳定性

将通用离散元UDEC与强度折减法结合,对含多结构面的岩质边坡的稳定性进行了分析。通过对节理岩质边坡的UDEC模型中的可变形块体和节理单元的强度参数进行折减,使模型不能再达到平衡状态,此时的折减系数就是边坡的安全系数,另外,由对应的边坡块体的速度矢量可以确定滑动面和边坡的破坏形态。通过与传统的条分法的结果比较,表明基于UDEC的强度折减法是一种可靠、有效的方法,为复杂节理岩质边坡的滑动面确定与安全系数计算开辟了新的途径。     

岩石边坡渗流破坏的数值流形方法模拟

通过对岩石边坡中的裂隙水对岩石边坡裂隙作用的力学原理进行分析的基础上,提出了数值流形方法中对裂隙水渗流作用的计算方法,并在原有考虑裂纹扩展的数值流形方法程序中加入了考虑裂隙渗流的子程序.最后利用综合考虑渗流与断裂的数值流形方法程序对含初始裂隙的岩石边坡在渗流作用下的破坏过程进行了模拟.模拟结果再现了原始裂隙在渗流作用下的扩展路径及所形成的切割块体在自重作用下的运动过程,与边坡的实际破坏模式基本一致.     

基于坐标投影法岩质边坡块体稳定性分析及其可视化研究

块体塌落或滑动是岩质边坡工程的重要破坏形式之一,因此块体稳定性分析是岩质边坡工程中一项极为重要的内容。以浙江仙居县神仙居岩质边坡为研究背景,对块体稳定性分析及可视化进行研究。基于线性回归法和非均匀有理B样条法提出拟合结构面和临空面的新方法。基于坐标投影法提出单滑面和双滑面型块体的稳定系数计算方法,将无人机与坐标投影法结合,并基于Matlab开发出适于岩质边坡工程中平面多面体块体和曲面块体稳定性分析的CPG程序。该程序可实现结构面、临空面及不稳定块体的空间表示及可视化。工程实践表明,该研究可高效、准确地处理落石、崩塌等工程地质灾害问题。程序计算结果与坐标投影块体理论计算结果基本一致,块体稳定性分析方法可靠,开发的CPG程序可行,可大幅提高块体稳定性分析效率,具有实际工程意义。     

顺层边坡稳定性及可靠度的随机有限元分析法

阐述了基于摄动法的随机有限元基本原理,采用以均值为中心的2阶摄动随机有限元,运用局部平均的空间离散方法,对顺层边坡的应力场进行了2阶统计均值、协方差和方差的分析,并结合顺层边坡沿软弱夹层滑动的破坏特征,推导了基于Mohr-Coulomb准则的顺层边坡整体稳定的安全系数和可靠度的计算表达式。结合典型顺层岩质路堑边坡工程实例,采用摄动随机有限元法进行了边坡稳定性和可靠度的分析计算。结果表明,文中介绍的摄动随机有限元法可以考虑多种随机变量对边坡系统的影响,可同时采用安全系数和可靠度作为边坡稳定性的评价指标,判定结果更为准确和全面。     

岩质路堑深边坡稳定性评价的模糊概率方法

边坡工程是一个动态的、模糊的、开放的复杂系统,影响边坡稳定性的因素复杂且具有随机性和模糊性,传统的分析方法难以对复杂边坡的稳定性作出符合实际的评价。运用模糊概率的基本原理,建立了岩质路堑深边坡稳定性评价的模糊概率模型。在此模型中,综合选取了边坡岩体质量系数SRQC、边坡结构系数SSC、坡高系数SHC、坡角系数SCC、工程因素影响系数EFEC等5个评价指标因子;同时将边坡稳定性评价等级划分为很不稳定、不稳定、基本稳定、稳定以及很稳定5个等级。利用模糊概率模型对20个典型的边坡工程进行了稳定性评价分析,结果表明：该方法具有明显的合理性和可靠性,为边坡工程的预测与防治提供了新的途径。     

A new stereo‐analytical method for determination of removal blocks in discontinuous rock masses

The paper provides a new stereo‐analytical method, which is a combination of the stereographic method and analytical methods, to separate finite removable blocks from the infinite and tapered blocks in discontinuous rock masses. The methodology has applicability to both convex and concave blocks. Application of the methodology is illustrated through examples. Addition of this method to the existing block theory procedures available in the literature improves the capability of block theory in solving practical problems in rock engineering. Copyright © 2003 John Wiley & Sons, Ltd.     

岩质边坡复合型破坏机制的改进运动单元法研究

目前运动单元法的研究主要集中于土质边坡,未涉及到岩质边坡稳定性分析问题;而岩体中孕育有不同特性的结构面,控制着岩质边坡的力学行为。为求解结构面控制作用下岩质边坡“结构面滑移-岩桥剪断”复合型破坏问题,研究了塑性滑移区节点在岩桥内和结构面上的运动约束条件,推导了含结构面的运动单元计算公式,提出了改进运动单元法。通过经典算例的对比分析,验证了改进运动单元法计算结果的准确性。研究结果表明：岩桥位置、结构面贯通度和结构面倾角是控制岩质边坡力学行为的3个主要影响因素。岩桥越接近坡顶,改进运动单元法所得安全系数越大,而Jennings法无法反映岩桥位置的影响效应。高贯通度的结构面导致岩质边坡发生“结构面滑移-岩桥剪断”复合型破坏模式,安全系数较小;而低贯通度的结构面导致完整岩石发生破坏,安全系数较大。水平或陡倾角结构面导致滑裂面穿切结构面,安全系数较大;而对于其它倾角情况下的结构面,岩质边坡发生“结构面滑移-岩桥剪断”复合型破坏模式,安全系数较小。实例应用结果说明该方法可以有效评价岩质边坡的稳定状态,可在类似工程中应用推广。     

边坡工程中岩石力学参数随机模糊选取研究

岩石样本值既存在随机性,又存在模糊性。传统的统计方法不适应处理模糊性。采用随机-模糊处理方法对边坡工程中岩石力学参数进行分析,并对计算中的隶属函数取值及迭代方式进行了讨论。通过实例计算和分析认为,随机-模糊处理方法更符合实际,优于传统方法。     

基于岩体刚度的顺层岩质滑坡破坏特性研究

应用力学手段研究顺层岩质边坡失稳机理以及顺层岩质边坡稳定与其刚度密切相关在该领域获得了较多研究者认可,力学分析也成为顺层岩质边坡稳定研究的重要手段之一,在顺层岩质边坡刚度对其稳定的影响获得广泛的关注同时,却未能有人专门研究其刚度与其破坏特性之间的关系,为此在总结前人研究成果基础上,采用柔度作为其刚度指标,认为顺层岩质边坡破坏力学模型、破坏形态以及临界长度与其柔度大小密切相关,在其柔度小于临界柔度值时,可简化为杆模型,在其柔度值大于其临界柔度值时,根据其实际坡长,可简化为梁或杆模型,并分析了柔度大小与其破坏特征之间的关系,指出溃屈破坏一般只在特定的情况下发生。     

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。     

基于广义Hoek-Brown准则强度折减法的岩坡稳定性分析

针对岩质高边坡的稳定性分析问题,开展了基于广义Hoek-Brown破坏准则强度折减法的研究。提出了判别强度折减法合理性的两个基本标准：与Mohr-Coulomb准则强度折减法的一致性和能否体现节理岩体的真实破坏特征。基于以上标准,对比了3种不同的基于广义Hoek-Brown破坏准则的强度折减方法：σci、mi,σci、GSI和mi、GSI均同比折减,理论分析表明：mi、GSI同比折减更符合前述标准。最后,通过对工程实例的对比研究,验证了这一结论,并提出mi、GSI同比折减更能体现节理岩体的真实破坏特征,因而其安全系数的计算结果也更加真实可靠。     

锚固岩石边坡地震稳定性拟动力分析

地震易发地区的锚固岩石边坡,需要研究其地震稳定性。对于锚固典型岩石边坡,在考虑水平与竖向地震力、张裂缝积水深度、坡顶超载、锚索倾角、锚索位置、锚索拉力及静水与动水压力等的条件下,运用拟静力和拟动力方法分别推导了不同工况条件下其抗滑和抗倾覆地震安全系数。分析表明,竖向向上地震力有利于锚固岩石边坡的抗滑稳定,而竖向下的地震力有利于锚固岩石边坡的抗倾覆稳定;在相同工况条件下,当岩体放大系数等于1.0时,拟动力与拟静力方法所得锚固岩石边坡地震安全系数相差无几,但是,当岩体放大系数逐渐增大时,拟动力方法所得地震安全系数越来越明显地小于拟静力方法所得地震安全系数。因此,在抗震设计当中适当的考虑岩体放大系数,将会有利于锚固岩石边坡的安全设计。     

基于Hoek-Brown非线性强度准则的节理岩坡稳定性分析全局优化算法

基于Hoek—Brown非线性经验强度准则和简化Bishop法，导出了节理破碎岩体边坡新的稳定性系数计算公式。通过在简单遗传算法（SGA）中引人适应度变换技术改进其收敛性能，提出了节理破碎岩体边坡稳定性分析和最危险滑动面搜索的自适应遗传算法（AGA）。算例计算结果表明：（1）AGA能准确地搜索到边坡全局最小稳定系数及其对应的临界滑动面；（2）AGA计算效率和数值稳定性均比SGA和随机投点法有较大提高；（3）采用不同的适应度变换函数均可提高计算效率。为简便起见，推荐采用线性变换函数。