基于结构面网络模拟的节理岩质边坡可靠性分析

在节理岩质边坡的稳定性分析中,往往很少考虑结构面的随机分布特征。结构面网络模拟能较好地模拟结构面的随机分布,因此,本文将结构面网络模拟应用于节理岩质边坡的稳定性分析中。首先,运用岩体结构面网络模拟技术,建立岩质边坡的结构面网络模型。然后,将模拟的结果与有限元强度折减法相结合求取边坡的安全系数。最后,对边坡进行一定次数的结构面网络模拟并得到对应的安全系数,进而进行节理岩质边坡的可靠性分析。工程实例结果表明:(1)节理岩质边坡的稳定性主要受坡面附近结构面的数量及切割组合关系影响,结构面的数量越多,连通情况越好,则边坡稳定性安全系数越小; (2)该边坡的平均稳定性安全系数为3.06,失效概率为5%,表明该边坡有较高的可靠性,这与实际情况比较一致。本文的分析方法主要考虑了结构面的随机分布特征,能为节理岩质边坡的稳定性分析提供一条新的思路和方法。     

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。     

坡后土体推力作用下反倾节理岩质边坡次生倾倒机理分析

次生倾倒破坏是层状反倾岩质边坡的一种主要破坏模式,极限平衡理论是分析倾倒破坏的常用方法,研究反倾节理岩质边坡次生倾倒破坏机理对边坡工程众多的西南山区基础设施建设具有重要的工程指导意义。在Goodman和Bray块体倾倒破坏极限平衡分析方法的基础上,建立了考虑地下水压力、节理连通率、岩体黏聚力等影响因素的反倾岩质边坡在坡后土体推力作用下的次生倾倒地质力学模型,提出了坡后土体推力作用下的反倾节理岩质边坡次生倾倒破坏的解析分析方法,推导出了边坡各岩层下推力的解析表达式,提出了边坡倾倒破坏的综合安全系数,并编写了对应的matlab计算程序,为该类边坡的设计和加固提供了理论依据。通过算例分析表明,与单纯岩质边坡块体倾倒破坏相比,该类边坡次生倾倒破坏形式的特点是破坏基准面以上岩层自上而下依次分为滑移区、倾倒区和稳定区3个部分;地下水压力、节理连通率、底裂面岩体黏聚力对各岩层的破坏形式、稳定安全系数大小都具有明显影响,尤其是在坡体中下部及坡脚部分最为敏感;而各岩层稳定安全系数最小的区域集中于边坡中上部。     

考虑水力作用的顺层岩质边坡稳定性图解分析

通过分析顺层岩质边坡中的水力作用,建立了出流缝未被堵塞和出流缝被堵塞两种情况下顺层岩质边坡的水力学模型;推导出了用无量纲参数（Q、P、S）形式表达的边坡稳定性安全系数Fs的表达式;绘制了边坡后缘张裂隙充满水后几何要素岩层倾角?、张裂缝高度Z/边坡高度H与无量纲参数（Q、P、S）的关系曲线,能为分析不同的边坡几何要素、水深、不同抗剪强度对边坡稳定性的影响提供方便。选取宜巴高速公路典型顺层岩质边坡进行研究,结果表明：对于出流缝未被堵塞的情况,水力作用使边坡稳定性安全系数降低程度为33.33%,是触发顺层岩质边坡滑移破坏的主要因素;出流缝被堵塞情况下边坡稳定性安全系数要比出流缝未被堵塞情况下约降低0.458。其研究成果对顺层岩质边坡工程设计和施工优化具有重要指导意义。     

岩质边坡的关键块体稳定性影响因素的敏感性研究

岩质边坡的关键块体是边坡安全分析和支护设计的重要方面,影响关键块体稳定性的因素较多,本文结合正交试验设计方法,对影响关键块体稳定的重要因素进行敏感性分析,评价不同物理力学参数对关键块体的安全系数的影响程度,为工程提供合理的意见。     

基于统一强度理论的岩质边坡稳定动安全系数计算

岩质边坡稳定性分析中常用的Mohr-Coulomb、Drucker-Prager屈服准则,其未考虑中间主应力效应或拉压不等效应,较难反映三维复杂边坡空间应力状态。统一强度理论包含了一系列破坏准则,通过调整参数b可反映中间主应力或中间主切应力的影响程度。利用ABAQUS开发了基于统一强度理论材料子程序(UMAT),首先以三维含结构面岩质边坡为例,采用强度折减法,分别计算 为0、0.25、0.5、0.75 与 1 共5种考虑中间主应力不同程度情况下三维含结构面岩质边坡动安全系数曲线。计算结果表明：不同 值情况下所得动安全系数数值不同,但曲线变化形状一样,最小安全系数均发生在相同时刻;另外,为更清晰地了解三维真实应力状态对安全系数的影响,从三维岩质边坡中抽取二维剖面进行了同样的计算。结果表明,在相同 值情况下,三维模型计算所得安全系数较二维模型大;随着 的增大,安全系数增大,说明不考虑中间主应力的二维计算结果低估了安全系数的大小,即三维真实应力状态下的边坡应具有更高的稳定性     

爆破动力作用下边坡稳定性的积分解法与应用

岩质边坡在爆破开挖过程中的稳定问题是一个亟待解决的重要问题。对实际工程进行监测,得到适合该地区的能反应高程效应的爆破地震波传播规律,并采用拟静力法计算爆破地震惯性力,提出边坡在爆破动力作用下稳定安全系数的新计算方法———积分法,同时使用MATLAB程序搜索边坡最危险滑裂面并计算最小安全系数。实例证明,此方法是分析边坡动力稳定性的有效方法之一。     

岩质边坡稳定性有限差分强度折减法分析

含软弱结构面的岩质边坡的稳定性分析是工程中常见问题,常规将边坡岩土体按均质处理显然存在不妥。数值模拟中因能分别模拟岩体和结构面特性而具有独特优势。基于FLAC~(3D)有限差分分析程序,采用强度折减法模拟分析含一组结构面和两组结构面的岩质边坡的稳定性,求出边坡安全系数。计算结果表明结构面对岩质边坡稳定性具有重要影响,不同倾角产状的结构面影响程度差异较大,但其中一或两组结构面对边坡稳定性具有控制作用而具有明显"优势",为找出岩质边坡的优势结构面并分析其稳定性提供了一种思路。     

多层软弱夹层边坡岩体破坏机制与稳定性研究

以大量的实际工程为基础,基于Sarma极限平衡法和有限元强度折减法探讨层状岩质边坡在不同岩层倾角θ、边坡坡角β、结构面间距h条件下的安全系数与破坏面位置的变化规律,揭示复杂多层软弱夹层边坡岩体的破坏机制及稳定性特征。结果表明：不同θ条件下边坡岩体失稳机制和破坏面位置不同,随着θ的增大,破坏机制表现为滑移破坏→滑劈破坏→崩塌破坏→倾倒破坏→滑移破坏;当β、h一定时,直立层状边坡的稳定性略大于水平层状边坡,反倾向边坡的稳定性明显大于顺层边坡;β直接影响边坡岩体破坏特征,当β由30°增大至60°时,顺层边坡的安全系数约降低53%;反倾向层状边坡的安全系数约降低40%;h对边坡岩体破坏机制的影响较小,但对稳定性的影响较大,建议工程实践中加强密集结构面岩质边坡的监测和加固工作。     

岩质边坡稳定性预测的BP网络法

结合已有岩质边坡工程实例,针对岩质边坡稳定性预测中存在的问题,提出了运用BP网络预测岩质边坡稳定性的方法,并构造了相应的网络模型。预测结果表明,模型具有较高的预测精度,能够满足实际工程需要,是有一定实用价值和参考价值的边坡稳定性预测方法。     

边坡岩土体抗剪强度的逆向迭代修正反演方法

针对已滑动或有明显变形的边坡,取定稳定系数值进行反演分析是确定岩土体抗剪强度的重要手段。当边坡滑动面穿越多层岩土体时,盲目地抗剪强度试算反演明显不合理。为解决此问题,构造以多层岩土体抗剪强度为输入,以GeoSlope计算得到的稳定系数、滑面剪入口和剪出口位置为输出的BP神经网络,基于取定的稳定系数和现场测定的滑动面剪入口和剪出口位置,通过重复执行“逆向反推-误差校验-样本修正”实现岩土体抗剪强度的逆向迭代修正反演。工程实例验证结果表明,该方法获取的岩土体抗剪强度基本合理,可供小型边坡防护工程设计参考。该方法成功地规避了BP神经网络以已知信息为输入、以待反演参数为输出的传统做法在解决该问题时为欠定的局限性,对样本库样本数量的要求降低且具有较好精度。     

边坡稳定性的CPSO-BP模型研究

为了分析边坡的稳定性,利用协调粒子群算法和BP网络建立了边坡稳定性CPSO-BP预测模型。BP网络能够很好地描述边坡稳定性与其影响因素之间复杂的非线性关系,将内摩擦角、边坡角、岩石重度、边坡高度、黏聚力、孔隙压力比6个主要影响因素作为网络的输入,将边坡稳定性系数作为网络的输出。为避免BP网络陷入局部最优,利用协调粒子群算法的全局优化能力确定BP网络的连接权值和阀值,使BP网络的优势得到分发挥,达到提高模型预测精度目的。实例表明CPSO-BP模型有更好地预测精度以及将其应用于边坡稳定性预测是可行的。     

边坡稳定性的神经网络估计

应用神经网络理论,本文提出了圆弧破坏和楔体破坏的边坡安全系数估计的新方法。为解决安全系数估计的知识的学习问题,提出了一种推广学习算法。用它对收集到的边坡实例进行学习,然后进行推广,预测出新边坡的安全系数。与极限平衡法和极大似然法的估计结果进行了比较,可以看出,神经网络方法具有推广预测精度高、自学习功能强、考虑不确定性能力强等特点。     

岩相识别的神经网络计算

模式识别在定量研究岩相模式中是一种有效的方法，神经网络是模式识别的一种新方法，和其它模式识别方法不同之处在于它能模拟人脑并行处理信息的模式和神经系统的可塑性。经传统岩相分析，鄂中拗陷二叠系碳酸盐岩确认为碳酸盐岩台坪相，它包含五个亚相，即局限台洼、台坡Ｂ、台洼、台坡Ａ和台滩相。它们在岩石的颜色、矿物组分、古生物种属、结构等特征上都有不同的差异。应用ＢＰ神经网络，特别是与模糊模式识别的结合，对拗陷区的岩相识别是成功的，令人鼓舞，两种方法各自的正确判对率约为７５%，而综合两种方法的判对结果，则岩相全部判对。     

地震荷载作用下岩石边坡的抗倾覆稳定性分析及可靠度研究

在地震多发地区,地震荷载对岩石边坡的稳定性影响显著。因此,在边坡抗震设计中,准确有效地评估其稳定性显得非常重要。安全系数法未考虑地震荷载等影响因素的不确定性,因此具有一定的局限性。本文在考虑到破坏面出流缝未堵塞和被堵塞两种情况下,利用拟动力方法计算了岩石边坡抗倾覆稳定性安全系数。在此基础上,考虑到地震荷载、坡顶超载及张裂缝内水位深度的变异性,对岩石边坡的抗倾覆稳定性进行了可靠度分析。研究发现,当破坏面出流缝被堵塞时,岩石边坡的抗倾覆稳定性急剧降低。此外,地震荷载等因素的变异性对岩石边坡的抗倾覆稳定性有着显著的影响。因此,同时利用安全系数及可靠度指标来评估岩石边坡的稳定性,且适当地考虑岩体放大系数,有利于岩石边坡抗震设计的安全性。     

土质边坡稳定性影响因素的研究

边坡稳定性涉及到诸多因素,引入人工神经网络预测边坡稳定性的方法--误差逆传播学习算法效果显著.边坡稳定性预测系统的输入信息包括岩土体参数、几何参数等,而输出信息则是网络预测的稳定系数和稳定状态.土质边坡主要以圆弧滑移破坏为主,通过人工神经网络预测的结果与实际监测结果的对比分析,证实了BP神经网络在评价土质边坡稳定性方面的效果显著;并在此基础上分析了土质边坡影响因素对边坡稳定性的影响程度.     

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。     

基于H-B准则的各向异性边坡岩体强度参数修正研究

在岩质边坡的稳定性计算分析中,各向异性岩体抗剪强度参数的合理取值直接决定了分析成果的可靠性。为充分考虑岩体各向异性对边坡工程的影响,本文基于H-B强度准则,利用边坡岩体质量分类体系CSMR替代RMR,对参数m_b、s进行修正,并由此进一步计算得到各向异性边坡岩体的等效M-C强度参数。通过工程实例,计算比较了金沙江某水电站导流洞出口边坡在相同基岩条件、不同开挖设计方案下强度参数修正前后的边坡稳定安全系数。研究结果表明,岩体各向异性对边坡稳定性影响较大,未考虑岩体各向异性的岩体参数用于边坡稳定性计算时不能准确反映边坡的实际稳定性状态;而经过各向异性修正后,导流洞出口边坡两种设计方案下的整体稳定安全系数计算结果分别为1.11和1.70,与工程地质定性、半定量评价结果基本相符。通过本文提出的方法对边坡各向异性岩体参数进行修正,并在此基础上对边坡整体稳定性进行计算分析是可行的。