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。     

高寒矿区草本植物根系增强排土场边坡土体抗剪强度试验研究

为研究草本植物根系对增强高寒地区露天煤矿排土场边坡土体抗剪强度的贡献以及相关因素对边坡土体抗剪强度的影响,以青海境内祁连山北缘江仓露天煤矿排土场为试验区,在排土场边坡组合种植垂穗披碱草(Elymus nutans Griseb.)和冷地早熟禾(Poa pratensis L.)2种草本植物,在边坡3个不同位置处分别制取不含根系素土和根-土复合体试样进行直剪试验,探讨土体物理力学性质以及植物根系数量与根-土复合体抗剪强度之间的关系。结果表明:（1）随着边坡海拔升高,坡面浅层素土和根-土复合体试样的密度和砂粒含量呈显著增加,含水率、粉粒和黏粒含量显著降低;（2）与边坡素土试样抗剪强度相比,坡底、坡中和坡顶位置处根-土复合体抗剪强度增幅分别为4.09%、18.92%和0.69%;（3）在素土和根-土复合体试样中,含水率与黏聚力之间呈显著负相关关系,相关系数分别为-0.943和-0.969;土体中砂粒含量与内摩擦角之间呈显著正相关关系,相关系数分别为0.940和0.926;（4）坡底至坡顶位置处根-土复合体的黏聚力与素土相比,增幅分别为29.23%,54.40%,26.45%。     

高寒矿区排土场边坡土体抗剪强度特征

为研究高寒矿区排土场边坡草本植物根-土复合体抗剪强度特征及其影响因素,以青藏高原东北部天骏木里煤田江仓矿区排土场为研究区,对组合种植垂穗披碱草（Elymus nutans Griseb.）和冷地早熟禾（Poa crymophila Keng）的排土场边坡,测得边坡地表以下不同深度根-土复合体密度、含水率和含根量等指标,通过室内直剪试验获得素土和复合体黏聚力c和内摩擦角φ;采用灰色关联法得到密度、含水率和含根量与抗剪强度指标c和φ间的关联度。试验结果表明：排土场边坡相同取样点位置和层位,根-土复合体密度和含水率均小于素土,且第二层（地表以下10~20 cm）根-土复合体含根量显著小于第一层（地表以下0~10 cm）,第二层含根量较第一层平均降低幅度为31.66%;此外,根-土复合体c值较素土大,第一层和第二层根-土复合体c值较素土其平均增加幅度为32.69%、13.42%,两者的φ值则未表现出显著性变化规律;根-土复合体抗剪强度指标c和φ与密度关联度相对较高,与含水率关联度次之,与含根量关联度相对较小。研究结果对高寒矿区采用种植植物方式开展排土场边坡生态恢复,科学有效地防治坡面水土流失、浅层滑坡等地质灾害,具有一定的理论研究价值和实际指导意义。     

高寒矿区排土场植被恢复对边坡土体物理力学性质影响研究

本项研究针对高寒干旱环境下矿山排土场边坡植物增强土体强度和提高边坡稳定性作用贡献,以青海北部木里煤田江仓矿区作为研究区,通过采用组合种植草本垂穗披碱草(Elymus nutans Griseb.)+冷地早熟禾(Poa crymophila Keng)的方式,开展了组合种植植物根-土复合体与不含根系素土物理力学性质指标试...     

含软弱夹层边坡的三维稳定性极限分析

边坡的三维稳定性分析比其二维平面应变模型在理论上更能反映边坡的实际情况。为研究软弱夹层对边坡稳定性的影响,引入三维圆锥体平动破坏机构和牛角状螺旋圆锥体转动破坏机构,建立三维转动-平动组合破坏机构,并通过平面插入的方法实现破坏机构沿边坡的纵向拓展以便用于任意长度的边坡稳定性分析。结合算例分析,通过与弹塑性有限元数值模拟结果进行对比,验证了本文方法的有效性。分析表明,组合破坏机构能够很好的用于含软弱夹层边坡的稳定性分析并为实际工程提供一个简单有效的设计方法。     

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。     

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。     

含软弱夹层顺倾边坡爆破层裂效应的数值模拟与试验研究

进行含软弱夹层顺倾边坡单孔爆破数值模拟,分析爆破过程中上覆岩体受到的应力作用、爆破层裂效应及其对边坡稳定性的影响。模拟结果表明,爆破层裂作用具有分区特性,爆轰气体对夹层的冲刷、推移作用形成夹层爆腔区,爆腔区外围是压密区,其次是离析区,离析区以外的夹层未受爆破层裂作用的影响;上覆岩体在空腔区受到爆轰气体膨胀压力作用,临近夹层壁面的峰值压力达0.75 GPa,压密区受到夹层挤压衍生的向上压力作用,压力峰值达0.21 GPa,且压力衰减较慢;空腔区的上覆岩体与夹层脱离,压密区和离析区改变了夹层与上覆岩体的接触状态,使模型的稳定性降低。剪切试验验证了数值模拟关于爆破层裂效应降低模型稳定性的结论。     

基于三维地质模型的排土场边坡整体稳定性探究

目前所广泛采用的平面应变分析手段,针对排土场边坡稳定性评价时有时会出现某剖面安全系数高于设定允许值,实际中却遭破坏的现象,除了常被提及的力学参数、本构模型等因素,排土场凹形夹持效应和凸形发散作用突出以及滑体端部效应的影响,是分析结果不能准确反映实际的根本原因之一。鉴于此,从平面高程数据、地质剖面、钻孔资料等条件,配合插值效果较为稳定的Kriging法对空间数据进行插值,建立排土场三维地质整体模型。然后,采用自编FISH语言接口程序,将地质模型导入FLAC3D中离散化并计算,较为简单、有效地实现三维地质建模、模型可视化、岩土工程计算分析三位一体功能,有效地克服了平面分析无法解决的上述问题。以攀钢兰尖铁矿尖山第7排土场为实,对其整体稳定性进行应力、应变分析,采用三维强度折减法计算排土场三维整体安全系数,与现场调查及平面计算结果较为一致。基于该模型的计算结果可以有效避免排土场空间效应和滑体端部效应,得到的排土场全域应力-应变规律,对露天矿排土场的生产管理,具有一定的指导意义。     

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。     

抗滑桩处理路堤滑坡的数值模拟

采用数值模拟技术分析了抗滑桩处理路堤滑坡的作用机理。分析方法采用强度折减法,桩土相互作用采用0厚度的弹塑性接触面单元模拟。给出了桩间距、桩的位置对抗滑桩处理效果的影响以及各种情况下桩的性状,结果表明：最大安全系数时的桩的布置位置与滑动形式有关,对于路堤滑坡而言,布置于坡脚处可以满足安全要求;适当减小桩间距可以提高路堤的稳定性,有利于土拱效应的发挥。     

Mechanical characteristics of dip basement effects on dump stability in the Shengli open pit mine in Inner Mongolia,China

For waste dump slopes that form basements, landslides can be prevented by determining a stability evolving law of dynamic development. Keeping this issue in mind, the relationship between the mechanical structure and stability of waste dumps with basements is studied. Three key factors that influence waste dump stability are presented, and judgment criteria for self-locking and unlocking states of dump basements are provided. From the friction coefficient of waste dump basement stability analyses of the Shengli open pit mine, the results indicate that waste dump basements on the right side of fault F8 and on the left side of fault F61 are subjected to self-locking. However, between faults F61 and F8, the basement is subjected to unlocking. Regarding the residual thrusting of unlocking areas, structure and stability optimization schemes for waste dumps in the Shengli open pit mine are provided through a mechanics analysis. Reducing the slopes and basement angles of waste dumps can enhance their stability by increasing basement roughness levels.     

基于无人机摄影测量的露天矿边坡数值模拟

数值模拟是露天矿山边坡稳定性分析的常用方法,边坡模型构建是数值模拟的基础,地形测量的准确性对于边坡稳定性分析精度具有十分重要的影响。近年来,低空低速小型无人机(UAV)被广泛应用于地质调查中,为复杂条件下地形快速测量提供了一种可行的方法。针对露天矿山边坡坡形更新快、地形复杂、人工测量困难的情况,采用搭载单镜头小型无人机,对露天矿山边坡进行低空摄影测量,并通过飞行试验,对比研究了无人机搭载镜头旋转角度对边坡测量精度的影响,最终得到高精度边坡数字高程模型(DEM),并通过Surfer、Rhino等软件转化为三维FLAC模型,实现从无人机测量到三维数值模型的快速建立。得到以下可供参考的研究结论:在目标边坡坡度小于45°时,无人机搭载镜头旋转角度不同对边坡测量精度有较大影响,当镜头旋转角度介于70°~90°时,获得的测量精度较高;与人工测量相比,无人机摄影测量获得的边坡坡形更符合真实边坡实际坡型;无人机航拍照片经过PhotoScan、Surfer、Rhino等软件的转化,能够快速建立三维数值模型,并获得更好的数值模拟计算结果,满足边坡稳定性分析需要。     

寒区软岩隧道的水热耦合数值模拟与分析

介绍了寒区软岩隧道水热耦合的一般数值解法,应用Femlab软件对寒区大阪山隧道出口段kl06+025处围岩的温度场和水分场进行数值模拟,分析了软岩隧道中水热耦合迁移的规律。在考虑水分场时,隧道围岩的冻结圈将变薄,而且随着水分场中渗流系数的增大将更加变薄,水分场在很大程度上影响温度场的分布。模拟的结果表明：处于拱顶处的冻深最大,其次是仰拱处,最薄处是边墙,与工程经验类似。通过实例模拟分析说明,应用该软件可以在已有工程数据的前提下对工程设计提供一定的参考。     

降雨入渗条件下非饱和路堤变形与边坡的稳定数值模拟

对于常常处于非饱和状态的路堤在降雨入渗条件下变形问题的数值模拟研究,由于涉及到非饱和土力学,一直是个热点和难点。现有的强度折减有限元法一般仅对强度指标进行折减,但折减后得到的路堤变形场与实际变形场存在一定差异。论文分析认为,在降雨入渗影响下非饱和路堤不仅强度参数会降低,而且变形参数也会随着应力水平和强度参数的变化而变化。采用基于变模量的弹塑性强度折减法,对不同降雨入渗深度下路堤的变形规律进行数值模拟,并与室内模型试验结果进行比较;同时采用强度折减法和极限平衡法中的Bishop法,分析了不同降雨入渗深度对非饱和路堤稳定性和滑弧变化特征的影响规律。     

碎屑流沿坡面运动的数值模拟

根据Savage提出的碎屑流运动方程,分析了碎屑流沿坡面下滑过程中的运动特性,包括速度分布和高度分布的变化。重点考察了床面摩擦系数、土体内摩擦角、初始运动速度和坡角等因素对碎屑流运动形态的影响。研究表明,在不同的因素组合情况下,碎屑体的运动形态有明显的区别。土体内摩擦角和坡角对碎屑流的运动形态和最大运动距离影响明显。相对来说,床面摩擦角对碎屑流的最大运动距离影响不明显,这可能是因为床面摩擦只影响靠近床面的部分物质的运动     

反倾软硬互层岩体边坡地震响应的数值模拟研究

反倾软硬岩体互层边坡是公路建设中经常遇到的一类边坡,在不利条件下有失稳破坏的可能,特别是在坡脚受到扰动、降雨、地震等作用时.以“5.12”地震期间都汶公路(都江堰—汶川)上一处边坡的地震响应为例,采用离散元UDEC软件对其进行模拟,系统研究了其地震响应的变形破坏机制.研究结果表明,地震作用下,软弱岩层挤压变形强烈,有向外剪出的趋势.同时,在地震波反复拉张作用下,软弱岩层位置容易开裂,成为坡体变形破坏的优势拉裂区域.地震波加速度、速度随高程变化放大显著,在坡体表部位移最随高程增高而逐渐增大.就整体而言,岩体内部的节理裂隙进一步张开,井产生了一些新的裂隙,弯曲倾倒有加剧的趋势;而坡表覆盖层普遍具有表部拉张开裂和掉块现象,特别是在地形几何形态突变处,破坏更为显著.     

Landslide forecasting based on hydrological process simulation for a dump slope in an open mining pit

There are concerns about the safety issues of dump slope in the open-cast mining pit because of the risk of catastrophic destruction caused by slope failures that are related to several factors, such as atmospheric conditions (especially precipitation), vegetation and some others. The aim of this study is to investigate the hydrological regime in a dump slope and the influence of the saturation degree on the stability of dump slopes with consideration of precipitation and vegetation using the program of PCSiWaPro?. Based on the hydrological simulation conducted through PCSiWaPro?, the calculation of the Factor of Safety (Fs) in the dump slope using Geo-slope Software was improved with further consideration of soil-water weight in the unsaturated dump slope and the influence of water content on the variation of soil property parameters (e.g. cohesion).     

饱和土坡降雨变形的数值模拟

基于Biot两相饱和多孔介质固结理论,采用有效应力有限单元法对降雨作用下饱和土质边坡的性状进行了数值模拟。对于土的本构行为,采用了一个可以考虑“松冈-中井破坏准则”的弹塑性模型来模拟。首先对降雨作用下边坡变形的数值分析方法进行了简要介绍。然后,应用这种方法,对一个边坡的工程实例进行了降雨变形分析。计算结果较好地描述了边坡降雨变形的发展情况,反映了降雨作用下边坡性状的基本特征,并得到了一些有益的结论。