基于遍布节理模型的边坡稳定性强度折减法分析

采用非线性数值分析方法分析边坡稳定性问题时,强度折减法因其具有较多的优点而得到广泛应用。岩土体一般采用理想弹塑性模型,屈服准则为广义米赛斯准则。对于密集节理岩质边坡稳定性问题,采用遍布节理模型可同时考虑岩块和节理属性,更符合岩体状态及工程实际,认为岩体经强度折减后潜在破坏可能首先出现在岩体中或沿节理面或二者同时破坏。结合工程实例,基于遍布节理模型的强度折减法计算结果表明,潜在滑移面为折线型滑面,下部潜在滑移面倾角与节理面等效内摩擦角基本一致,上部潜在滑移面与岩体拉破坏相关;节理倾角与边坡安全系数、潜在滑动范围密切相关,陡倾角节理对边坡稳定性影响较小。通过对边坡失稳判据和边坡滑移面确定的探讨,认为以力或位移不收敛作为边坡失稳判据是适当的,而边坡的剪应变速率物理意义十分明确,适于作为边坡潜在滑移面的确定依据。     

基于有限元修正节理岩质边坡稳定性计算的解析解

采用有限元方法探讨在人工开挖或自然侵蚀环境下,岩质边坡体内应力场的变化及节理发育形成机理,并采用有限元强度折减法对后缘具有张节理边坡的稳定性影响因素进行敏感性对比分析,进而得出具有非贯通节理边坡稳定性计算的修正解析解。结果表明：卸荷及风化作用导致边坡体由表及里出现应力重分布及应力集中的现象,使边坡后缘由顶部向下发育一簇竖直向下或略向临空面倾斜的张节理,当张节理与下部的缓倾剪节理贯通时,边坡发生破坏;边坡稳定性最敏感的影响因素为受剪节理的倾角及贯通度,其次是节理的强度参数;可将工程中较难调查的节理贯通度转化为节理的强度参数来等效表达,并根据Mohr-Coulomb强度准则推导得到适用于具有非贯通节理的岩质边坡稳定性的修正解析解。     

三峡库区水平层状岩质边坡稳定性分析

通过对三峡库区一大型巨厚水平层状岩质边坡的稳定性调查,认为受边坡软弱层面、节理以及岩性组合的影响,水平层状岩质边坡可能存在以下4种破坏方式：崩塌错落、顺层滑动、切层滑动和复式滑动。利用Sarma法结合最优化方法对顺层滑动和切层滑动2种方式进行了稳定性计算,其计算结果表明,三峡水库蓄水及大桥建成后,右岸边坡稳定性变差,有可能发生切穿泥质粉砂岩的切层滑动,必须采取处理措施;而库水位的变化是影响本区边坡稳定性最重要的因素。     

改进的遍布节理模型及其在层状岩体地下工程中的应用

基于显式有限差分程序FLAC3D,针对层状岩体建立了可以考虑其横观各向同性变形特性的遍布节理模型。通过FLAC3D程序的预留接口导入程序,将该改进的遍布节理模型中植入FLAC3D动态链接库。在此基础上进行了层状岩体变形与强度各向异性特性的研究,最后将该模型应用于龙滩水电站巨型地下硐室群的层状岩体围岩变形及破裂特征分析。研究表明,围岩变形主要表现为岩层同性面内的变形,其左右边墙变形不对称性主要受断层切割控制;围岩破坏型式以剪切破坏为主,其中岩体整体破坏受断层控制,表现为中低应力条件下的拉剪或压剪破坏;而开挖引起的岩层破坏受制于陡倾角层状岩体结构,表现为层间错动引起的剪切破坏。     

基于Voronoi节理模型的碎裂岩边坡稳定性分析

岩体结构是控制边坡稳定性的主要因素,因此无论用何种方法分析其稳定性时,都不能忽视岩体结构的存在。本文在简要介绍Voronoi图基础上,针对碎裂岩边坡建立了基于Voronoi图的节理网络有限元模型,通过有限元强度折减法分析了其破坏方式和稳定性,同时对比了该模型与碎裂岩边坡均值假设、不考虑节理条件下的计算结果。结果表明:相比于均质模型,Voronoi节理模型对边坡坡度的变化更为敏感;利用均匀连续介质模型和Voronoi节理模型对同一边坡的模拟结果差异不大,破坏模式都是圆弧破坏剪切破坏;Voronoi节理模型首先由坡顶开始产生最大位移,随后沿着坡面一定深度范围内向坡脚发展,而均质模型首先在坡脚产生最大位移,随后在坡体内部由下向上形成贯通的圆弧形破坏面。同时指出了利用该模型时应注意的一些问题。     

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。     

水下岩质边坡在波浪作用下的稳定性分析

运用ANSYS程序对水下的岩质边坡进行数值模拟分析,采用不同的材料强度来模拟岩石和软弱结构面。应用强度折减方法对边坡的强度参数进行折减,直至边坡出现破坏,分析边坡在达到破坏时内部的应力应变情况和位移变形情况。对于波浪力,本文采用简化的波压力方程模拟低频的水波对边坡的波压力影响,并用多个模型比较计算的方法得出最佳的模型尺寸和水下荷载的计算模式。     

三维边坡稳定性分析中的边界约束效应

边界约束条件是影响边坡强度折减有限元分析稳定性计算结果的一个重要因素。结合典型边坡算例计算给出了不同边界约束条件下的三维边坡稳定性安全系数及潜在滑动面,并进行了差异性的对比研究,最后结合存在软弱夹层与地下水的三维边坡开展了应用性研究。结果表明：边界约束条件对边坡稳定安全系数具有显著的影响。在全约束条件下安全系数最大,其次为半约束边界条件,自由边界条件下的稳定安全系数最小,全约束边界比自由边界条件下的安全系数提高大约30%。边界约束条件对边坡潜在滑动面有重要的影响。在土性参数完全相同的条件下,与全约束条件相比,半约束边界条件下的滑体体积更大,滑动面更深,滑出点位置从离坡脚不远处向坡脚变化的过程更加明显。自由边界条件下与二维计算结果较接近。     

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。     

顺层岩体路堑边坡稳定性的弹塑性有限元模拟分析

基于理想弹塑性本构模型和Drucker-Prager准则,运用岩体力学理论、有限元数值模拟技术和强度折减原理,对顺层岩体路堑边坡在开挖过程中不同阶段的应力、变形、结构面上的摩擦力和边坡的稳定性等问题进行了模拟分析。分析表明,顺层岩体路堑边坡的应力场、位移场、结构面的接触状况以及边坡的稳定性明显受开挖效应的影响;在每一阶段的开挖面上,坡脚附近的水平位移量最大,最危险接触面也都集中在开挖形成的坡脚处,此处岩石最先脱落破坏;边坡的稳定性安全系数也随着开挖阶段的深入而逐渐降低。     

复杂岩质高边坡半确定性块体三维稳定性研究

通过工程地质学中的赤平投影原理对各个结构面产状进行统计分析,找出优势结构面组合,再对非确定位置的结构面按一定间距进行搜索,利用运动学分析方法对各个块体进行分析,确定出可能从坡体上滑出的块体。结合三维刚体极限平衡法,计算出各个可能块体组合在不同工况下的稳定系数,找出最危险滑块,进而对边坡进行稳定性评价,通过具体的工程实例进行了验证。结果表明,将工程地质学方法、运动学分析方法与刚体极限平衡法结合起来分析复杂岩质边坡可以提高边坡稳定性评价的准确性,对工程具有很好的指导意义。     

基于抛物线型D-P准则的岩质边坡稳定性分析

岩质边坡内通常会存在部分拉剪屈服区,因此,在岩质边坡的稳定性分析中采用能够同时考虑拉剪屈服和压剪屈服的H-B准则相较M-C准则来说更为合适。推导了基于H-B准则的抛物线型D-P准则,克服了H-B准则在数值计算中的困难。针对基于抛物线型D-P准则的有限元强度折减法,证明了折减抛物线型D-P准则材料参数的合理性。结合上述研究成果,分析了茨哈峡水电站右岸泄水边坡在天然状况下和泄水雾化状况下的稳定安全度。计算结果表明,该边坡在天然状况下是稳定的,但在泄水雾化状况下将会发生失稳。因此,需对该边坡采取工程处理措施,提高其稳定安全度,以防泄洪雾化失稳。     

基于Hoek-Brown准则的三维边坡变形稳定性分析

采用Hoek-Brown准则,分析三维边坡在开挖扰动下的变形稳定性。以某露天矿边坡为工程背景,利用快速拉格朗日差分法(FLAC3D)建立三维数值分析模型,并在边坡中布置若干监测点,利用FISH语言编制相应位移插值程序,探讨边坡开挖引起的动静态位移响应,从宏观角度揭示出边坡开挖后,不同区域的变形,为工程实践提供指导;介绍了强度折减技术在Hoek-Brown准则中的实施方法,采用计算不收敛失稳判据,计算边坡安全系数,从而进一步推广Hoek-Brown强度折减法在三维边坡稳定性分析中的应用。     

Seismic stability analysis of a layered rock slope

In general, the determination of the factor of safety and the location of the critical slip surface are two major challenges in seismic slope stability analysis. In this paper, a new approach for determining the factor of safety and the corresponding critical slip surface of a layered rock slope subjected to seismic excitations is presented, through a case study based on the combination of the shear strength reduction technique and distinct element method. According to this proposed method, the seismic factor of safety and the critical slip surface of the slope are estimated and compared with those obtained by the pseudo-static approach, combined with the limit equilibrium method. It is found that the factor of safety obtained from the proposed method is slightly greater than that computed by the pseudo-static analysis, with a difference of 4.2%, and that the critical slip surface obtained from the two methods is identical, which confirms the reasonability and feasibility of the proposed method.     

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。     

基于复杂结构精细描述的岩质高边坡稳定性分析

用数值方法对岩质高边坡进行稳定性分析时,描述岩体结构对的精细程度会影响分析结果,但常见的有限单元法程序仍难以对复杂节理岩体进行精细建模。为解决这一问题,将结构面网络模拟与离散单元法相结合,在UDEC软件中,利用FISH语言编写网络模拟程序,依据结构面统计资料和结构面分级,实现对复杂岩体结构的精细描述。以某大型水电工程边坡为例,在对岩体结构进行精细描述的基础上,采用离散元强度折减法对边坡进行稳定性分析。通过与极限平衡法和一般离散元结果的对比,表明基于复杂岩体结构精细描述确定的边坡潜在滑动面和安全系数是合理的,为复杂岩质边坡破坏模式和稳定性的分析提供了新的途径。     

基于地质模型快速构建的边坡三维稳定性分析

目前边坡稳定性分析多以二维剖面为主,随着各种数值分析软件的应用,边坡的三维稳定性分析技术越来越成熟,但是对于三维边坡的地质模型快速构建的方法不多,且建模精度难以得到保证。本文借助Geobim软件建立工程区的三维地质模型,提出借助surfer、Ansys等软件快速建立flac3d能够识别的类型文件的方法,此方法能够大大简化建模过程,提高建模精度。根据工程区的主要工程地质问题,对工程区的三维地质模型进行概化,结合相关实例对其进行三维地质建模,并借助flac3d软件计算不同工况下边坡的稳定性情况。根据计算结果可知,在暴雨工况下,边坡的稳定性降低,填方工况下,边坡的侧向位移变大,但是其稳定性相对较好,边坡的主要破坏模式为沿着填筑体及边坡的浅表层全、强风化层发生剪切破坏。