多层边坡破坏机制数值模拟研究

通过大量的多层边坡算例来分析FLAC3D强度折减法在不同强度、坡比和层厚的情况下所得安全系数与滑动面位置的变化规律,并与极限平衡法进行对比,探究强度折减法和极限平衡法所得结果产生差异的原因,揭示多层边坡的破坏机制。数值模拟计算结果表明:①对于上层土体强度较软的边坡,当上下层强度相差到一定程度,表现为上层破坏,强度折减法与极限平衡法的安全系数相对差值最大,达5%~7%;上层土体厚度h增加时,安全系数逐渐减小;上层土体位于地表以下时,滑动面通过坡趾,安全系数保持不变。②对于下层土体强度较软的边坡,当上下层强度相差到一定程度,强度折减法所得安全系数基本保持不变,但极限平衡法仍保持增长趋势,最大相对差值可达12%;上层土体厚度h增加时,安全系数也相应增大,h位于9~12 m,边坡表现为深层破坏;而h=12 m时,极限平衡法的滑动面却通过坡趾,但安全系数相差很小。当h的变化范围在3~5 m,两种方法的安全系数相对差值最大,达6%~10%。破坏区分布分析表明,边坡呈拉伸-剪切复合破坏,对于下层土体强度较软的边坡,复合破坏模式更显著,与单一剪切破坏模式相比,最大有10%左右的相对差值。     

强震作用下复杂边坡块体破坏模式和破坏特征研究

设计了白鹤滩水电站复杂结构面组合块体边坡的比尺为1:200的大型三维动力模型试验,通过输入不同幅值的地震波,研究地震作用下块体位移时程的响应规律、残余变形的分布规律,揭示边坡块体的破坏模式,评判边坡块体的破坏类别和特征。试验结果表明,工程边坡块体在设计条件下的抗震稳定性较好;在地震超载过程中,残余变形首先发生于后缘裂隙,各超载工况残余变形量由两个三角部位向坡内逐渐减小,三角部位为地震作用下易首先破坏的区域;该边坡块体地震破坏模式为沿底面与侧面的双滑失稳破坏模式。由残余变形量变化过程及地震灾后统计成果分析得出工程边坡的破坏特征:残余变形量小于15 cm且初次出现较明显突变可作为抗震设计允许变形限值;残余变形量大于30 cm后位移突变加强,边坡块体即可能整体失稳。边坡锚固应注意加强块体后缘裂隙的抗拉能力和底面的抗剪能力。     

近水平红层开挖边坡变形破坏特征

通过对四川盆地近水平红层公路建设中路堑边坡开挖病害的调查分析,归纳出近水平红层边坡开挖引起的主要变形破坏型式是堆积层滑坡、顺层座滑型滑坡、边坡拉裂变形、边坡岩体倾倒破坏,总结了近水平红层边坡的主要工程地质特征,提出边坡变形破坏的过程一般经历开挖卸荷变形、陡倾节理发展扩大、变形破坏形成三个阶段,并结合工程实例分析了其形成机理。     

模糊数学评判和数值模拟相结合的土质边坡稳定性综合评价

影响黄土区人工边坡稳定性的因素具有复杂性与不确定性,难以通过单一方法作出客观准确的评价。为了研究山西太原古交市营立村采石场人工土质边坡稳定性,基于坡体工程地质条件采用模糊数学构建了模糊综合评价模型,进而结合相互关系矩阵评价其稳定性,最后通过FLAC3D 软件模拟分析了降雨条件下该土质边坡稳定性变化规律。结果表明：模糊数学理论评价营立村采石场人工土质边坡天然条件下稳定性系数为1.429（>1.15）,处于稳定状态;FLAC3D 模拟显示天然状态下边坡稳定系数为1.426,日降雨量增加引起了浅层土体稳定性短暂上升后下降,降雨量150 mm/d时边坡稳定系数趋近于1,已处于极限稳定状态,可能诱发滑坡地质灾害。联合运用两种方法相互佐证能够提高评价准确性,使结果更符合边坡实际情况。     

志城顺层岩质边坡滑移破坏模型及变形范围探究

志城滑坡是西南山区典型的由于人工切坡形成的顺层高边坡,大部分边坡浅部已出现顺层滑坡现象,且前缘边坡开挖仍未达到设计标高,存在诱发潜在深层较大规模滑坡的可能。本文以该边坡为研究对象,对志城滑坡及潜在边坡的工程地质条件进行深入分析,探究其破坏成因机制,建立变形破坏机制的概念模型,认为该边坡可归结典型的滑移-拉裂变形破坏模式;在此基础上采用理论模拟计算边坡的顺层滑移范围与实际已发生的变形范围进行比较分析,评价结果认为该边坡失稳破坏范围并非通常认识的"一滑到顶"概念,并预测分析了潜在边坡的破坏失稳范围,进而提出合理工程治理范围。     

志城顺层岩质边坡滑移破坏模型及变形范围探究

志城滑坡是西南山区典型的由于人工切坡形成的顺层高边坡,大部分边坡浅部已出现顺层滑坡现象,且前缘边坡开挖仍未达到设计标高,存在诱发潜在深层较大规模滑坡的可能。本文以该边坡为研究对象,对志城滑坡及潜在边坡的工程地质条件进行深入分析,探究其破坏成因机制,建立变形破坏机制的概念模型,认为该边坡可归结典型的滑移-拉裂变形破坏模式;在此基础上采用理论模拟计算边坡的顺层滑移范围与实际已发生的变形范围进行比较分析,评价结果认为该边坡失稳破坏范围并非通常认识的"一滑到顶"概念,并预测分析了潜在边坡的破坏失稳范围,进而提出合理工程治理范围。     

基于强度折减的土质边坡破坏及稳定分析

边坡的破坏过程是由土体局部破坏向整体失稳发展的过程,其塑性区的开展及其水平位移增量的变化较完美地展现了这个过程。根据边坡的实际破坏和有限元数值模拟情况,提出了以特征点位移增量的突变及塑性区贯通作为边坡的失稳判断准则;并以此为判据,采用基于强度折减的大变形有限元方法分析了土质边坡的破坏及稳定性。研究表明,采用强度折减有限元法可有效分析边坡的破坏及其稳定性;此外还分析了带有软弱夹层黏土边坡的破坏性状及其稳定性,并比较了大、小变形有限元的计算结果,结果表明,带有软弱夹层黏土边坡的破坏性状随软弱夹层土体性质的变化而变化,由大小变形有限元分析得到的边坡稳定安全系数较为一致,但边坡的破坏机制随软弱夹层土体性质变化的转变点不同。     

耒宜高速公路路堑边坡变形破坏特征及其综合治理

耒宜高速公路修建于山岭重丘区 ,沿线地形、地质条件差异较大 ,路堑开挖边坡类型较多 ,特征不一。本文介绍了路堑边坡的主要特征、边坡失稳的主要原因及治理对策。     

强震作用下陡倾顺层岩质边坡动力响应与破坏模式研究

以陡倾顺层岩质边坡为研究对象,采用振动台模型试验与FLAC^3D数值模拟方法,对强震作用下陡倾顺层岩质边坡的动力响应规律和变形破坏模式进行了研究。研究结果表明：陡倾顺层岩质边坡在坡表及坡内竖直方向的加速度响应均表现出高程放大效应,而水平方向上的加速度响应则表现为趋表效应;输入波类型对边坡模型加速度响应有显著影响,正弦波作用下的加速度响应明显强于天然地震波;加速度放大系数随地震波振幅的增大,呈现先增大后减小的变化规律;地震波加载持续时间对陡倾顺层岩质边坡加速度响应的影响较小。对模型试验和数值模拟中边坡变形破坏特征的分析,得到陡倾顺层岩质边坡在强震作用下的破坏模式为：地震诱发-坡表岩层出露处岩块松弛张裂-坡肩岩层处拉裂张开-坡面中部出现剪切裂缝-裂缝逐渐贯通-发生多级高位滑坡。     

西南某电站河床坝基开挖卸荷条件下变形破坏的数值分析

西南某电站河床坝基开挖过程中,在河床底部出现大量表征岩体卸荷的变形破坏现象。开挖卸荷深度与卸荷强度成为大坝建设及其长期稳定性的关键问题。采用三维有限差分程序FLAC3D,分析开挖卸荷条件下坝基岩体变形破坏特征。结合现场卸荷裂隙现象调查资料,综合确定出所研究的河床坝基开挖卸荷影响深度及强度。为坝基综合治理提供必要的参考信息,也为今后此类中等地应力边坡开挖卸荷分析储备可以借鉴的资料。     

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     

土坡地震稳定性影响因素分析

针对目前土质边坡地震稳定性评价还没有成熟可靠的标准,采用FLAC3D对土坡进行地震稳定性分析,得出：在土体强度参数中,摩擦角对土坡的稳定性影响最大。地震波传播方向平行于坡面时,比地震波传播方向与坡面相交时对土坡的危害要小得多。提出对土坡采用分级处理,多设置平台,更利于抗震。     

复合土钉墙支护设计参数敏感性分析及边坡变形规律研究

由土钉和预应力锚索组成的复合土钉墙支护结构可以有效加固周围土体,控制基坑变形,被广泛应用于基坑支护设计中。以济南西客站站前广场基坑工程复合土钉墙支护设计为例,通过FLAC3D有限差分软件数值计算和现场监测分析,采用弹塑性实体单元和线性锚杆单元,考虑锚杆与土体相互作用,通过对土钉和预应力锚索组成的复合土钉支护结构进行开挖支护施工全过程的三维动态模拟分析。分析基坑坡面水平位移、坑底隆起、地表沉降、土钉轴力、预应力锚索轴力等变化规律,研究复合土钉墙的受力机制,探讨土钉和预应力锚索的共同作用机制。分析土体各种力学参数和锚杆间距、锚索预应力等设计参数对基坑变形影响的敏感性,并与监测数据进行对比分析。研究表明,锚杆与土体相互作用力学模型能较好模拟复合土钉墙支护施工过程,计算精度较高;土体黏聚力、摩擦角、土钉间距、锚索预应力等对基坑边坡变形的影响较大,计算结果可为复合土钉墙设计参数选取提供参考     

坡面形态对边坡动力变形破坏影响的模型试验研究

采用自主制作的单向振动试验台,对不同坡面形态土质边坡进行了失稳破坏过程的模型试验研究。试验设计了凹面坡、凸面坡和凹凸面组合型3类边坡共8个模型,通过单向振动试验台施加初始位移,触发模型边坡失稳破坏,利用摄像机对模型边坡破坏过程进行跟踪记录,并对变形破坏特征进行分析。试验表明：凹面坡主要由坡面上形成的横向裂隙带动整个坡体发生破坏,而凸面坡则是由于坡顶上形成的横向裂隙带动整个坡体发生变形破坏,凹凸面组合型边坡的破坏则是受坡面凸起部位所控制;进一步研究发现,凹凸程度越强的边坡越容易发生变形破坏,其变形破坏的程度越大。研究成果有助于了解不同形态坡面边坡的破坏特征,为工程边坡设计提供借鉴意义。     

考虑剪切抗力的修正土钉单元及其应用

通常的有限元和有限差分分析方法都视土钉单元为只能承受单轴拉压的一维单元,不能承受弯矩。事实上大量土钉的剪切抗力对边坡稳定有着不可忽视的贡献。基于FLAC3D有限差分方法,提出了一种土钉单元剪切抗力的计算方法,并对某基坑土钉加固体系考虑和不考虑剪切抗力两种情况与实测值进行了对比分析,说明了土钉单元剪切抗力对边坡稳定的作用是不容忽视的,同时也说明提出的土钉单元的剪切抗力计算方法是合理的。     

土工格栅加筋膨胀土渠坡数值模拟研究

对土工格栅加筋膨胀土渠坡这种较新的膨胀土处理措施进行研究,在考虑土工格栅与填土之间的相互作用、膨胀土吸水膨胀、软化特性等膨胀土渠坡关键影响因素的基础上,提出了土工格栅加筋膨胀土渠坡数值计算的新思路,并采用有限差分软件Flac3D进行了验证。数值算例结果表明,土工格栅对膨胀土渠坡有明显的水平位移约束作用,是有效的处理措施,可以在实际工程中采用。     

水位下降条件下土钉加固土坡破坏特性研究

水位下降是导致滑坡的重要原因之一,而土钉是加固土坡的有效手段。进行离心模型试验,再现了水位下降时土钉加固土坡的变形和破坏过程,测量了土坡的位移变化。试验结果表明,水位下降条件下土钉加固土坡的破坏模式以绕钉破坏为主,滑裂面从坡顶逐渐向下发展至坡面;土钉加固土坡的破坏过程与变形局部化过程表现出显著的耦合变化;土钉加固机制主要表现为通过土钉与坡体的相互作用,减小土坡的变形和变形局部化程度,从而提高土坡的稳定性。增加土钉长度使得滑裂面向坡内部移动,显著减小土坡的变形及变形局部化程度,从而提高了土坡安全性。     

锚杆框架梁加固膨胀土边坡的数值模拟及优化

锚杆框架梁是加固膨胀土路堑边坡的一种方式,能够有效地抑止膨胀土边坡裂隙的扩展和发展,阻止边坡体的变形。为了研究锚杆框架梁的加固效果及其坡率对膨胀土路堑边坡的影响,采用了快速拉格朗日差分分析三维软件FLAC3D模拟锚杆框架梁加固膨胀土路堑边坡。数值分析及结果表明,坡率与膨胀土路堑边坡变形密切,锚杆框架梁参数中锚杆布设角度和间距对膨胀土边坡变形影响较大,同时对锚杆框架梁的主要参数提出相关的建议,为工程和设计优化提供了参考。