基于广义Hoek-Brown强度准则的PEM节理边坡可靠性分析

广义Hoek-Brown强度准则(简称GH-B准则)作为估计完整岩石或节理岩体剪切强度的半经验准则,已成为岩体强度预测及数值计算领域中应用最广的准则之一。经验公式中涉及3个与岩体特性有关的材料参数m_b、s和a,实际应用中还不能直接对这3个参数进行精确取值,只能通过中间变量推导或结合地质经验来确定。为尽可能大地消除因用Hoek-Brown经验公式(简称H-B经验公式)的中间变量推导带来的累积误差,消除边坡稳定性评价结果的偏差,提出了从基本随机变量着手,考虑基本变量的可变性与不确定性,借助可靠性理论来综合分析评价边坡潜在破坏概率和风险程度的方法。研究基于GH-B准则的节理岩质边坡的可靠性问题,首先从决定H-B经验公式的4个基本参数GSI、σ_ci、mi和D出发,研究变量的分布概型及取值范围,然后引入到H-B经验公式中去,利用有效地可靠性计算方法求解边坡的失稳概率,将统计矩点估计法(PEM法)引入到节理岩质边坡失稳概率的求解中,通过对一开挖桥墩承台边坡的可靠性分析表明,基于GH-B准则的PEM方法提高了稳定性评价的客观性,结果更加真实可靠。     

边坡渐进破坏的模糊随机可靠性研究

研究边坡的渐进破坏过程对边坡稳定性的影响,认为边坡破坏是由局部向整体扩展的渐进过程,它具有随机性和模糊性双重特性。渐进破坏模糊随机法能很好地反映边坡体内局部破坏的产生、扩展及对边坡整体可靠性的影响。基于岩土体的空间变异性,考虑了随机变量和极限状态函数的模糊性,以模糊随机变量为基本变量建立了边坡渐进破坏的模糊极限状态方程,计算边坡局部破坏和扩展破坏的模糊概率,进而得出渐进破坏模糊概率。算例研究表明,基于模糊随机理论的边坡渐进破坏分析方法,更能反映边坡稳定的实际状态,为边坡的可靠性分析提供了一条新的思路,更有待于进一步的研究和探索。     

基于点估计法的黄土边坡可靠度研究

在不同的黄土地区选取4个工点的典型路堑高边坡,基于点估计理论和有限元强度折减法计算边坡可靠指标。结果表明:工点2的稳定系数虽达到1.46,却有19.2%的失效概率; 工点1和4的坡型、地层岩性及层厚等工况较接近,失效概率差值达29.8%,参数变异性是造成其差异的主要原因。用点估计法计算边坡可靠度,并采用可靠度理论分析黄土边坡稳定性,能较好的解决土性参数离散性对边坡稳定性评价的影响。     

渗透破坏情况下土坡失稳的模糊概率

探讨了渗透破坏情况下土坡失稳的模糊概率的计算方法，工程实例分析表明，该方法优于其他传统的方法。     

岩质边坡楔形体破坏概率的方向模拟

针对边坡小概率破坏的高效模拟问题,提出采用方向模拟方法进行计算,介绍了方向模拟的基本理论和楔形体破坏功能函数的算法,编制了岩质边坡楔形体破坏概率的方向模拟的Matlab程序,分别将方向模拟结果与重要抽样模拟、子集模拟的计算结果进行了对比分析。结果表明,方向模拟与子集模拟一样适合于小概率破坏的计算,方向模拟方法在抽样次数较少的情况下就能获得较高的计算精度,与其他两种方法相比效率更高。     

边坡模糊随机可靠性分析的模糊点估计法

在统计矩点估计法和模糊随机理论的基础之上,提出边坡工程模糊随机可靠性分析的模糊点估计法,将边坡稳定性极限状态方程由模糊随机集向普通随机集转化,然后利用点估计法求解边坡的可靠度指标。鉴于岩土体物理力学参数的近似分布类型,采用区别于梯形模糊数的正态模糊数对随机变量进行模糊随机化处理,使其更趋近于物理力学参数的近似分布类型。该方法考虑了各个力学参数的模糊性,计算结果更能反映边坡的真实工作状态。算例分析结果表明,该法使用简便,计算效率高,结果可靠,避免了传统分析方法的缺点,对复杂边坡或者功能函数为隐式表达的边坡工程可靠性分析具有很大的潜力,为边坡可靠性分析提供了一条新的途径,具有广泛的应用前景。     

边坡模糊可靠性分析隶属函数取值界限研究

针对岩土参数取值所具有的随机性、模糊性与区间性特征,建议采用隶属函数表征参数取值,分别构造了岩土参数三角形分布、正态分布与拟正态分布隶属函数,并建立了采用隶属函数取值界限表示的不同截集水平岩土参数区间值确定方法,提出分别采用均值加减2.5倍标准差与3倍标准差确定岩土参数三角形分布与拟正态分布隶属函数取值界限,进而以此为基础采用模糊点估计分析方法对工程算例进行分析,结果表明,在截集水平个数为11时,模糊点估计方法所得边坡稳定模糊可靠性指标与蒙特卡洛法所得随机概率可靠性指标精度相当,截集水平个数为9时,评价结果偏安全,建议在工程分析时,截集水平取0.1⁰.9间的9个,该方法计算过程直接简单,计算代价低,更具工程实用性。     

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。     

岩质路堑深边坡稳定性评价的模糊概率方法

边坡工程是一个动态的、模糊的、开放的复杂系统,影响边坡稳定性的因素复杂且具有随机性和模糊性,传统的分析方法难以对复杂边坡的稳定性作出符合实际的评价。运用模糊概率的基本原理,建立了岩质路堑深边坡稳定性评价的模糊概率模型。在此模型中,综合选取了边坡岩体质量系数SRQC、边坡结构系数SSC、坡高系数SHC、坡角系数SCC、工程因素影响系数EFEC等5个评价指标因子;同时将边坡稳定性评价等级划分为很不稳定、不稳定、基本稳定、稳定以及很稳定5个等级。利用模糊概率模型对20个典型的边坡工程进行了稳定性评价分析,结果表明：该方法具有明显的合理性和可靠性,为边坡工程的预测与防治提供了新的途径。     

非线性破坏准则下的边坡稳定塑性极限分析

利用塑性分析上限定理,考虑岩土介质本身的非线性破坏准则,对各种不同破裂面边坡稳定性分析进行研究。针对破坏边坡破裂面不同,采用外切直线法来分析其上限解,推导出非线性破坏准则下的边坡稳定性系数计算公式,并对较复杂的对数螺旋线破裂面边坡提出初始切线法,较好地求出塑性极限分析上限解。将在非线性破坏准则下按对数螺旋线破裂面推导出的塑性极限分析上限解运用于实际边坡工程,其结果与精确塑性分析结果非常接近,为非线性破坏准则下的边坡稳定塑性极限分析提供了一条新的思路与方法。     

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。     

基于广义Hoek-Brown准则边坡稳定性分析强度折减法

目前的强度折减法大多基于Mohr-coulomb准则,而较少基于Hoek-Brown准则。为了在Hoek-Brown准则中实施强度折减法,并使其得到的结果与Mohr-coulomb准则中强度折减法得到的结果等效,本文利用Hoek-Brown准则参数m、s、σci与粘结力c和内摩擦角φ之间的关系,在Hoek-Brown准则中同时对m、s实施强度折减,通过理论推导得到m、s折减系数之间的关系;并进一步推导得到m、s折减系数与基于Mohr-coulomb准则强度折减系数之间的关系;最后,由FLAC3D软件建立计算模型,采用所确定的折减方法计算边坡的安全系数,并将该结果与极限平衡法所得到计算结果进行比较,结果表明:本文确定的折减方法与极限平衡法所得到的安全系数的相差仅1.76%,验证了本文所确定的强度折减法的可行性。     

基于模糊综合评判的Hoek-Brown强度准则修正及应用

阐述了岩质边坡岩体力学参数研究的意义,介绍了国内外常用的几种岩体力学参数的确定方法,但其准确性值得商榷和论证。针对Hoek-Brown强度准则D值的确定存在的困难,基于模糊综合评判,对产生扰动的影响因数综合考虑,确定了依托工程的D值,工程应用表明更加接近实际情况,并且探讨了岩质边坡的岩体以滑动面为界限划分扰动区与非扰动区的合理性,克服了其他公式的不足。以利比里亚邦矿铁矿岩体力学参数研究为例,分别用计算出的修正参数和其他几种方法进行计算分析对比,结果表明所计算出的修正D值更能反映实际的扰动程度,并论证了划分扰动区与非扰动区的合理性和意义,具有重要参考价值。     

Hoek-Brown准则参数在边坡工程中的敏感性分析

Hoek-Brown屈服准则是估计完整岩石或节理岩体剪切强度的半经验准则,已成为岩体强度预测及稳定性分析领域应用最广泛的准则之一。选取常见的3类岩石材料作为分析代表,通过有限差分法及敏感性分析方法研究了Hoek-Brown准则中各参数对岩质边坡安全系数的灵敏度。研究表明,地质强度指标GSI对岩质边坡稳定性影响最为显著,而反映岩石的软硬程度材料常数mi、岩体扰动系数D和岩石单轴抗压强度?ci影响显著性要小于地质强度指标。最后,对GSI对岩体的摩擦角? 和凝聚力c的影响规律进行了分析。结果表明,对于同一GSI,mi从小到大变化时,? 的变化幅度在减小,GSI值在55附近时,不同mi所对应的凝聚力趋于同一个值。     

基于Hock-Brown强度准则的高应力判据理论分析

如何评价工程岩体中赋存的应力状态一直是工程设计人员所要面对的基本问题之一.应力状态评价需综合考虑岩体强度和岩体中赋存的应力两个要素,其评价结果反映了地下结构围岩在二次应力场作用下满足岩体强度准则时可能的变形破坏响应.通过对前人研究成果的分析,总结出高应力作用下地下结构的基本变形破坏规律.利用Hoek-Brown强度准则...     

基于广义Hoek-Brown准则强度折减法的岩坡稳定性分析

针对岩质高边坡的稳定性分析问题,开展了基于广义Hoek-Brown破坏准则强度折减法的研究。提出了判别强度折减法合理性的两个基本标准：与Mohr-Coulomb准则强度折减法的一致性和能否体现节理岩体的真实破坏特征。基于以上标准,对比了3种不同的基于广义Hoek-Brown破坏准则的强度折减方法：σci、mi,σci、GSI和mi、GSI均同比折减,理论分析表明：mi、GSI同比折减更符合前述标准。最后,通过对工程实例的对比研究,验证了这一结论,并提出mi、GSI同比折减更能体现节理岩体的真实破坏特征,因而其安全系数的计算结果也更加真实可靠。     

基于Hoek-Brown非线性强度准则的节理岩坡稳定性分析全局优化算法

基于Hoek—Brown非线性经验强度准则和简化Bishop法，导出了节理破碎岩体边坡新的稳定性系数计算公式。通过在简单遗传算法（SGA）中引人适应度变换技术改进其收敛性能，提出了节理破碎岩体边坡稳定性分析和最危险滑动面搜索的自适应遗传算法（AGA）。算例计算结果表明：（1）AGA能准确地搜索到边坡全局最小稳定系数及其对应的临界滑动面；（2）AGA计算效率和数值稳定性均比SGA和随机投点法有较大提高；（3）采用不同的适应度变换函数均可提高计算效率。为简便起见，推荐采用线性变换函数。     

基于广义Hoek-Brown准则的岩体等效强度

为了更方便地求出岩体的等价粘聚力C和摩擦角φ,基于Hoek-Brown准则与RMR法岩体质量分级,求出不同RMR值下的C和φ,拟合出C和φ的折减系数关于RMR值的变化曲线。结果表明:对于质量等级较好的岩体,根据RMR值可以分别求得岩体的C和φ的折减系数,对已知岩石的C和φ值进行折减,求得岩体的C和φ值。岩体的C值随岩石单轴抗压强度成线性正相关,岩体的φ值不随单轴抗压强度变化而变化。C和φ的折减系数不随岩石的单轴抗压强度变化而变化,只与岩体RMR值有关。     

基于Hoek-Brown准则的岩石应变软化模型研究

基于Hoek-Brown(H-B)准则,根据大量试验数据,研究提出一种具有广泛适用性的岩石应变软化模型。利用40种硬岩和软岩三轴试验数据,验证了3参数幂函数型围压函数广泛适用于硬岩和软岩峰后临界塑性应变与围压的关系描述,并将其引入塑性内变量中;其次,比较分析当前基于H-B准则的岩石应变软化模型中软化参数的合理性,明确以GSI作为软化参数的方法最优,拟合结果正确且参数最少。然后,分析岩石峰后GSI随塑性内变量的演化规律,并建立一种普适的非线性演化模型。与其他演化模型相比,所建模型可更准确地描述不同种类岩石峰后H-B强度参数的非线性演化规律,同时参数较少。接着,采用非关联流动法则,将所建GSI演化模型嵌入有限元软件ABAQUS中,实现软化模型的数值求解。最后,对多种岩石的室内试验模拟结果表明,所建模型可正确描述不同围压下硬岩和软岩的峰后应变软化变形及剪胀变形,具备良好的适用性。与定临界塑性应变或定剪胀角的应变软化模型模拟结果相比,所建模型模拟曲线可一致性地与试验曲线接近。     

基于广义Hoek-Brown强度准则的岩质边坡开挖稳定性分析

导出了广义Hoek-Brown强度准则的弹塑性矩阵计算方法,并将其用于一岩质开挖边坡施工过程模拟。同时,利用Hoek所提出的参数等效化方法对岩质开挖边坡的稳定性进行强度折减分析,揭示了开挖施工过程中边坡临界失稳模式的演变、发展过程。分析结果表明,边坡的应力-应变场、位移场、边坡的稳定性及其临界失稳模式的演变过程与采用传统的Mohr-Coulomb强度准则的发展过程是一致的,但用Hoek所提出的等效Mohr-Coulomb强度参数可能会高估边坡的稳定性。