地震作用下某工程边坡动力稳定性数值模拟

以某工程边坡为例,采用人工合成地震动为输入条件,运用FLAC2D进行边坡岩体的全时程动力分析,探讨地震作用下边坡岩体的动力响应规律及稳定性。数值模拟结果表明:在地震动力作用下,边坡发生大变形(大于3.0m),塑性区沿覆盖层与基岩界面分布,界面岩土体发生塑性破坏,会发生整体性的远程滑动,必须采取措施进行综合治理,这一结论对处置库的选择和建设具有重要的工程应用价值。     

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。     

干湿循环作用下边坡动力稳定性的试验研究和数值模拟

利用试验和数值模拟工具,对干湿循环和地震荷载作用下的边坡力学特性和动力响应规律进行研究,建立有限元边坡模型并进行稳定性分析。结果表明：随着干湿循环次数的增加,土体有效粘聚力逐渐降低趋势,干湿循环过程使得土颗粒的胶结作用被降低。干湿循环作用下,会改变土体的动力特性参数,如最终动剪切应变、初始动剪切模量和阻尼比。在动荷载作用下,使得边坡地下水位线升高,导致孔隙水压力重分布,水压力增高。在干湿循环和动力荷载共同作用下,边坡稳定性系数发生改变。边坡稳定性系数与干湿循环次数呈负相关,最大安全系数降低20%左右。     

地震作用下锚固岩质边坡动力响应研究进展与展望

锚固岩质边坡具有良好的抗震效果,为深入了解其地震动响应机制,系统梳理了地震荷载下锚固岩质边坡动力响应的国内外研究文献,论述了地震作用下岩质边坡-锚固结构体系动力特性、锚固岩质边坡动力稳定性及其动力响应影响因素.基于现有研究成果,未来可进一步分析强震或频发微震等不同地震荷载形式下的锚固岩质边坡动力演化模式;借助基于演化模式的锚固岩质边坡地质力学模型,明晰地震荷载传递规律、锚固结构力学演化特征与锚固岩质边坡动力响应特性,综合揭示岩质边坡-锚固结构体系地震动耦联作用机理;开展具有大塑性变形能力的新型抗震锚固结构设计关键技术的创新、集成与标准化,并建立新型抗震锚固结构关键技术应用示范区.      

层状岩质边坡破坏模式及稳定性的数值分析

运用FLAC3D模拟层状岩质边坡的破坏模式,并采用强度折减法分析结构面倾角与稳定性之间的关系。结果表明:①水平层状边坡坡顶变形破坏早于坡面和坡脚,形成拉破坏区。当结构面倾角较小时,顺倾向层状边坡主要发生滑移破坏;当结构面倾角较大时,发生弯折-溃曲破坏。直立层状边坡主要发生弯曲-板间拉裂-塌落破坏。逆倾向层状边坡的破坏形式为对于小倾角为滑移破坏,对于陡倾角为倾倒破坏。②对于顺倾向边坡,整体安全系数随结构面倾角先减小后增大,呈现两头高、中间低的形态,在倾角为30°时安全系数最小;对于逆倾向边坡,曲线呈现增大-减小-增大的态势,并且大部分高于顺倾向边坡曲线,符合实际情况。③所采用的低强度弹塑性单元能够比较真实地模拟软弱结构面的变形。     

人工堆山边坡稳定性数值分析

镇江市蛋山堆山工程是在原蛋山废弃采石场地基上,采用建筑垃圾堆筑起一座具景观功能的新蛋山,堆土厚度最大达50m,该工程西侧地基中分布有厚度较大的软土层,勘察试验结果表明该软土层强度低,压缩性高,对新山体的变形和稳定性有很大的影响。本文以该工程为例,采用数值分析法对软土地基上人工堆山边坡的变形和稳定性进行了研究,计算时对堆土施工过程中4个阶段的岩土体变形和孔隙压力变化进行了模拟。分析结果表明:地基土层和地下水对人工边坡稳定性影响较大,随堆土高度增大,坡体内超孔隙压力值和增长幅度、土体位移均不断增大。潜在滑动面附近超孔隙压力增大最大可达150kPa,引起土体中有效应力降低,不利于边坡稳定,竣工1a后孔隙压力消散最大可达71%,消散速度较慢,土体固结变形稳定将至少需要1a以上时间。竣工时,原地表最大水平位移为91.2cm,最大垂直位移量为38.3cm,位于堆土厚度较大的8号监测点。工后边坡变形稳定后,堆土体内部自身压缩沉降量约为70cm。竣工后岩土体最大位移位置位于人工山体中部,岩土体中将发生一定的差异变形,不利于边坡稳定。最后采用有限元强度折减法计算得到边坡稳定性系数为1.28,与极限平衡法计算结果接近,表明本文计算结果可靠,可以作为工程设计和施工的依据。     

地震作用下裂隙对岩质边坡稳定性影响分析

在地震作用下岩质边坡内部裂隙可能开裂扩展,对边坡稳定造成不利影响。利用扩展有限元法模拟岩质边坡内部裂隙在地震作用下的开裂扩展,根据扩展后的裂隙分析边坡潜在滑面,采用矢量和法计算边坡在震前、地震过程及震后的安全系数。结果表明：在汶川地震波作用下LLT1与LLT2裂隙均开裂扩展,开裂方向与水平方向夹角近45°,其中LLT1裂隙顶部开裂至边坡面。震前安全系数为1.75,地震过程中最小安全系数为1.01,震后安全系数为1.05。说明了即便是边坡在震前稳定性较好,但由于地震作用使得裂隙扩展贯通至边坡表面,导致滑体抗滑力降低,边坡震后稳定性显著降低。虽然地震过程中边坡并未失稳破坏,若在震后受到其他外部作用则可能失稳破坏,引发次生灾害。     

地震作用下预应力锚索边坡的稳定性分析

稳定性分析对边坡工程具有重要的意义。为探究地震对预应力锚固边坡的影响,基于预应力锚索具有安全储备的特点,分析了地震作用下边坡的分阶段模型。在传统Newmark法的基础上,采用拟动力计算,推导了顺层岩质边坡的位移、锚固力和安全系数计算公式。结合工程两个算例,探究了不同锚索模型和地震累积作用下的边坡变形规律。由结果可知,当锚索锚固力取固定值时,边坡计算位移偏大,随时间呈线性增长。当考虑锚索的安全储备时,位移增长速率随时间逐渐减小,最后趋近于定值。不同锚索模型对位移影响较大,锚索储备作用不可忽略。同时地震会对预应力锚固边坡产生永久性影响。当再次发生扰动时,其表现为临界滑动阈值的提升,位移增长率与受震经历的加速度幅值呈反指数变化。以露天矿区边坡为背景,在抗震设防标准下确定最佳支护方案。     

西藏某水电站左岸坝肩边坡地震稳定性分析

地震作用下岩质高边坡的稳定性历来是边坡稳定性研究中的重点,难度比较大。总结了对地震边坡进行工程地质分析的方法,并结合西藏某拟建水电站所在区工程地质条件,对地震作用下该水电站的边坡的稳定性进行工程地质分析;建立数值模型,采用有限差分程序FLAC 3D对地震作用下该边坡的动力稳定性进行分析。由工程地质分析可知,该边坡在地震作用下整体处于稳定状态;拟静力法计算可知,地震对该边坡的稳定性有一定影响;通过地震动力时程分析可知,地震对边坡顶部和坡面附近的影响较大,因而这些地方危险较大;同时还分析了地震波频率、振幅对稳定性的影响以及断层对地震波传播的影响规律。     

边坡稳定性温度效应数值模拟研究

气候变化引起环境温度改变,岩土体的性质随之产生相应变化。文章分析了温度对边坡稳定性产生的影响,于不同 温度状况下开展粘性土直剪试验,探究粘聚力及内摩擦角随温度变化的特征。进一步利用有限元软件ANSYS 结合实测地温 数据模拟边坡温度场演变过程,基于试验结果将温度场推导出粘聚力场,利用瑞典条分法结合粘聚力分布特征求得边坡安 全系数。通过一系列室内试验发现,下蜀土粘聚力受温度影响变化规律较为明显;土体含水量和密度不同使土体随温度升 高相应的产生热软化或热固结现象。通过ANSYS 模拟南京城郊边坡夏季高温期间温度场的演变,推算出了边坡安全系数的 变化规律。结果表明,对于高含水量的土体,在夏季高温环境下边坡稳定性降低,而城区温度更高相应边坡的安全系数通 常更低,高温对边坡稳定性具有负面作用。     

松动岩体边坡稳定性研究

黄河大柳树坝址两岸山体中广泛分布着断层、软弱岩层和松动架空的岩体,且该区地震强度高。本文采用数值模拟的方法,对松动岩体高边坡在天然条件下和地震动作用下的稳定性进行了分析研究。结果表明:在天然条件下,坡体基本稳定,但表层坡体存在岩体卸荷松动现象,沿断层有集中剪切现象;地震动作用下,因岩体强度软硬相间而进一步发生松动,导致边坡失稳。     

基于GIS与数值模拟的边坡稳定性评价

基于GIS的区域边坡稳定性定性评价和分区与基于极限平衡法或数值模拟的单体边坡稳定性定量评价是当前边坡稳定性研究的两个主要方向。在总结当前这两个研究方向结合点的基础上,基于ArcGIS和FLAC2D软件,结合编程技术将两者集成,实现了剖面自动生成和FLAC2D计算数据前处理功能。将此应用于某工程实例,进行边坡稳定性定性和定量评价,结果客观准确。     

高寒矿区软弱基底排土场边坡稳定性数值模拟

为研究青藏高原东北部高寒地区冻融条件下,软弱基底露天煤矿排土场边坡变形破坏模式和边坡极限堆载高度,本文以青海天峻祁连山北缘江仓露天煤矿排土场作为试验区,采用二维有限元法模拟分析了5种不同堆载高度工况下排土场边坡变形破坏模式,基于折减系数法确定排土场边坡安全系数和稳定性评价。分析结果表明:在容许堆载高度范围内,随着排土场边坡堆载高度的增加,排土场边坡位移量表现出显著增长的变化趋势,其水平方向与垂直方向最大位移量分别为1. 631 m和6. 320 m,当超过容许堆载高度范围,排土场边坡位移量发生突变,呈显著性降低的变化趋势,其位移量降低幅度为64. 27%～102. 32%;塑性变形区表现出沿排土场边坡承载基底位置处的草甸型软弱界面,向排土场边坡坡底位置扩展;剪应力在坡底位置处出现应力集中现象,且剪应力集中范围由边坡承载基底向上、向坡体内部扩展且呈连通趋势,其结果形成后缘拉裂、前缘剪切滑移的整体边坡变形破坏模式;排土场边坡安全系数随着堆载高度的增加表现出二次函数降低(R~2=0. 9896)的变化规律,当排土场边坡高度为65 m时,则达到边坡设计容许高度,且其安全系数为1. 25。本次研究所得到的排土场承载由草甸构成的软弱基底在坡底位置处的变形结果,与野外试验区边坡堆载作用下所形成的实际情况基本吻合。研究结果可为高寒矿区排土场边坡变形破坏科学防治,提高边坡稳定性研究,提供理论支撑依据和实际指导意义。     

地下水对边坡稳定性影响的数值模拟研究

边坡的失稳与地下水有很大关系,针对这一特点,利用有限元方法分析了地下水的变化对边坡稳定性的影响,研究了在地下水作用下,边坡体内应力场及位移场的分布规律。同时采用有限元方法、瑞典圆弧法(Fellenius 法)、简化毕肖普(Bishop 法)、简布法(Janbu 法)等多种边坡稳定安全系数分析方法计算了不同地下水位条件下边坡的安全系数,综合分析地下水位变化对边坡稳定性的影响,为边坡防护体系的设计提供理论依据。     

地震作用下黄土边坡动力响应数值分析

利用FLAC3D软件对某三级黄土边坡进行了动力反应分析。首先分析了静力作用下该黄土边坡剪应变增量和坡面、坡内、坡顶不同监测点的位移;在此基础上进行动力分析,得出黄土边坡地震动力响应规律。研究结果表明,静力作用下坡面上水平向位移明显大于垂直向位移,水平向位移从坡底向上逐渐减小;坡面处位移较大,位移在每级坡坡脚稍向上一定范围内达到最大值;地震作用下黄土边坡剪应变增量由坡脚稍向上部位开始向周围扩展,范围明显增大,且随地震持时的增加剪应变增量增幅较大;塑性区变化显示该黄土边坡坡顶以拉破坏为主,坡脚稍向上开始以剪破坏为主并伴有拉破坏。黄土边坡对地震波具有临空面放大效应,地震波在坡体内传播过程中还具有滞后效应     

基于滑移线场理论的地震作用下土质边坡稳定性分析

在土质边坡稳定性分析中,滑裂面的确定至关重要,而当前普遍采用的圆弧滑动面法会产生较大误差。采用滑移线场理论确定滑裂面,并结合动力有限单元法,提出了一种地震作用下土质边坡稳定性的分析方法。首先求出地震作用下土坡的应力场,运用滑移线场法搜索得到不同时刻土坡的临界滑移线,然后再根据临界滑移线上的应力分布求出对应于该滑移线的安全系数,以最小平均安全系数作为评价指标,实现地震作用下土质边坡的稳定性分析,最后结合工程实例,求得不同时刻的土坡临界滑移线及其对应的安全系数,并对该土坡的动力抗震稳定性进行了评价。分析表明:安全系数小于1.2的滑移线共同构成了地震作用下土坡的剪切带,与土坡的塑性区吻合,验证了文中分析方法的合理性。     

地震作用下含软弱层岩体边坡锚固界面剪切作用分析

基于FLAC3D软件,以含软弱层的锚固岩体边坡为研究对象,通过修正的cable单元建模和改进剪应力提取方法,分别模拟分析了地震作用下含软弱层岩体边坡两锚固界面剪切作用及其演化。研究发现:砂浆-岩体界面上的剪应力远比锚杆-砂浆界面上的小,并均以锚杆上的中性点为界方向相反,分布很不均匀,且均在中性点附近发生突变;随边坡地震响应增强危岩中的锚固界面率先脱黏,基岩中的锚固界面紧随脱黏,且脱黏分别向锚头和锚根发展,直至拉拔段或锚固段全部脱黏锚固破坏。获得了地震波作用下边坡两锚固界面上剪应力及其分布和脱黏破坏过程,揭示了锚固界面上的剪切相互作用和锚固破坏机制,并得到了试验印证,为边坡锚固设计和施工提供了参考。     

地震作用下岩土边坡稳定性安全评价方法研究评述

由于地震诱发的岩土边坡滑坡地质灾害频繁发生,所以岩土边坡地震稳定性安全评价方法作为岩土边坡地震稳定性分析的基础就显得尤为重要。就地震作用下岩土边坡稳定性安全评价方法的分类进行了分析探讨;从所划分的安全评价方法角度出发,对其在岩土边坡地震稳定性评价方面的研究进展作了简要回顾和评述;指出了这几种方法尚待解决的问题,并就今后需要深入研究的方向提出了看法。     

降雨条件下边坡角度对边坡稳定性影响的数值模拟研究

近年来,降雨所导致的边坡失稳越来越频繁,引起了越来越多专家的重视,因此对降雨条件下边坡角度对边坡稳定性的数值模拟研究无论在理论上还是在工程应用上都具有十分重要的意义。影响边坡稳定性的因素有很多,本文利用数值分析方法研究了降雨时间、边坡角度两个因素对边坡稳定性的影响,比较了降雨历时、边坡角度在降雨过程中对边坡稳定性安全系数的影响。模拟结果表明：相同的降雨强度,相同降雨时间、边坡角度越小,安全系数下降的越快,土中孔隙水压力变化越快。虽然其初始位移较小,但是随着降雨的持续,其位移将越来越大,边坡稳定性降低地越来越快; 坡内经历非稳定渗流、非稳定渗流与稳定渗流和稳定渗流3个过程。该研究结果有助于深入认识降雨引发滑坡的机制,可为治理此类滑坡提供科学依据。