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。     

顺层岩质路堑边坡稳定性的敏感性因素分析

运用弹塑性理论和有限元法,建立了顺层岩质路堑边坡稳定性的模拟分析模型。结合沪蓉国道主干线湖北宜昌至恩施高速公路的顺层岩质路堑高边坡工程,分析了结构面强度、岩层厚度、岩层倾角等各项因素对顺层岩质路堑边坡稳定性的影响,探讨了顺层岩质路堑边坡稳定性的规律。结果表明：软弱结构面的强度参数对顺层岩质路堑边坡稳定性起主要控制作用,岩层倾角对顺层岩质路堑边坡的稳定性也有明显的影响。在该工程的地质条件下,当岩层倾角为38°左右时,顺层路堑边坡的稳定性最差。     

顺层岩质边坡稳定性分析及加固设计研究

以南京市栖霞古镇顺层岩质边坡为例,采用极限平衡法和强度折减法对开挖后边坡的稳定性、失稳原因和变形特征进行分析。针对边坡潜在的滑坡问题进行加固设计,模拟不同长度和倾角组合下锚杆加固效果,根据边坡稳定性系数及锚固后边坡位移和应力分布情况,确定锚杆长度7 m、倾角20°为最佳方案,并结合其他加固措施提高边坡的稳定性,分析结果表明,加固后边坡稳定性系数满足规范要求,边坡位移控制在安全范围内,加固设计方案合理可行。     

鹰厦铁路典型顺层岩质边坡稳定性分析

影响顺层岩质边坡稳定性的主要因素有岩体的粘聚力和节理裂隙面的粘聚力,与一般边坡不同,节理面粘聚力大小决定了顺层边坡的稳定性。选取鹰厦铁路典型顺层边坡进行分析,采用数值模拟方法,比较不同节理面粘聚力下的边坡应力应变规律,得出在岩体粘聚力比较大而节理面粘聚力较小的情况下,顺层边坡会由于节理面产生拉应力而破坏。对于节理面可能出现的破坏形式提出了加固预应力锚固措施,进行加固措施后用数值模拟分析,对边坡的受力特征进行分析,得出预应力锚固方法促进节理边坡的稳定性。     

顺层边坡稳定性及可靠度的随机有限元分析法

阐述了基于摄动法的随机有限元基本原理,采用以均值为中心的2阶摄动随机有限元,运用局部平均的空间离散方法,对顺层边坡的应力场进行了2阶统计均值、协方差和方差的分析,并结合顺层边坡沿软弱夹层滑动的破坏特征,推导了基于Mohr-Coulomb准则的顺层边坡整体稳定的安全系数和可靠度的计算表达式。结合典型顺层岩质路堑边坡工程实例,采用摄动随机有限元法进行了边坡稳定性和可靠度的分析计算。结果表明,文中介绍的摄动随机有限元法可以考虑多种随机变量对边坡系统的影响,可同时采用安全系数和可靠度作为边坡稳定性的评价指标,判定结果更为准确和全面。     

高速公路顺层路堑边坡优化设计方法

高速公路顺层路堑边坡的稳定与否, 直接影响着公路的运行安全, 因此对该类边坡特点进行总结, 确定其研究方法是一项十分重要的任务.首先对高速公路顺层路堑边坡特点进行了总结, 提出了高速公路顺层路堑边坡从野外调查-稳定评价-开挖坡角确定-加固设计的优化设计路线.在此基础上, 以京珠高速公路大悟县境南段为例, 按照高速公路顺层边坡设计思路: 即在分析工程地质条件的基础上, 采用剩余推力法和Sarma法计算了其稳定性, 对影响边坡的各因素进行了敏感性分析; 并根据计算成果确定了最优设计坡角.在保证边坡总体稳定的前提下, 提出了边坡开挖方案及经济合理的边坡锚喷加固设计方案.结果表明该设计方案对工程建设具有很强的系统性和实用性.      

基于强度折减法的岩质边坡稳定性二维有限元分析

非线性有限元强度折减法是近年来岩土工程界广受关注的一种边坡稳定性分析方法。通过对岩体结构面强度折减,使岩质边坡达到不稳定状态,有限元计算不再收敛,此时的折减系数就是边坡的安全稳定性系数。结合工程实例,对边坡稳定性进行二维有限元分析,得到了符合实际情况的分析结果,表明基于强度折减法的边坡稳定性二维有限元分析是可行的。研究结果表明,采用有限元应力分析方法和强度折减法相结合的方式能快速有效地求解岩质边坡的稳定安全系数,并可为岩质边坡稳定性评价提供一定的指导依据。     

基于强度折减法的顺层路堑边坡土钉墙支护结构稳定性分析

将非线性有限元分析和极限分析相结合形成强度参数折减有限元法,可以灵活地分析强度不均匀顺层路堑边坡支护结构稳定性问题。将岩体力学理论、非线性有限元分析技术和强度折减系数法相结合,对顺层岩体路堑边坡稳定性进行分析。在对密集假设节理有限元模拟中,假设节理在岩体内连续分布,采用连续介质力学方法建立密集分布节理岩体材料模型。采用强度折减系数法计算岩体结构安全系数,建议采用给定的岩体强度参数计算节理岩质边坡开挖、支护完毕后的内力,再逐渐降低岩体强度参数进行岩体边坡非线性有限元分析,直至岩体边坡达到极限状态,从而求出岩质边坡安全系数。采用该方法对渝怀铁路梅江河右岸DK409+989.4～DK410+020段顺层路堑边坡土钉墙支护结构稳定性进行分析,分析结果表明：采用土钉墙支护后的节理边坡塑安全系数为2.3,支护后的岩质边坡处于稳定状态;土钉墙潜在破裂面为岩体弹性区和塑性区的交界面,与测试得到的各排土钉拉力最大值位置一致。     

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。     

顺层岩质边坡稳定性影响因素分析

层状岩体抗剪强度具有各向异性的特点,在分析顺层岩质边坡的稳定性与剪切滑动面方向上需要考虑 值方向性变化的影响。首先提出层状岩体 值的表达式,然后在此基础上选用一顺层边坡作为实例,分别计算分析了坡高、岩层面倾角、坡顶堆载特别是强度参数 值各向异性对边坡稳定以及剪切面方向的影响。     

锚索与锚杆联合锚固支护岩坡的有限元分析

针对广东某高速公路74 m高的7级挖方边坡,采用三维弹塑性有限元数值计算方法分析山区路堑开挖岩质边坡的锚固支护的受力情况。分别计算了坡体无锚和3种不同的锚固方案。通过坡体无锚方案的计算确定坡体的滑动面并为锚固方案的设计提供依据。3种锚固方案中的预应力锚索和锚杆按不同方式进行了组合。所建立的锚固坡体三维有限元分析模型对锚固坡体进行了合理简化并节约了计算量。计算中锚索的预应力采用预先施加应变的方式施加。计算分析表明,边坡加锚后可显著减少边坡塑性区。实际工程中采用预应力锚索和锚杆交错布设方案进行边坡锚固支护可较好地达到安全与经济并重的边坡处治原则。现场监测结果表明,锚固边坡有限元分析合理可行。     

边坡稳定的非线性有限元分析

基于有限元强度折减法,进行了边坡的弹塑性材料非线性及大变形几何非线性分析,并考虑了边坡的三维变形情况。在有限元分析中采用的是莫尔-库仑理想弹塑性模型,大变形分析采用的是更新的拉格朗日法。均质边坡的算例分析表明,有限元法与简化的毕肖普法的安全系数计算结果具有相同的规律,即安全系数都随着黏聚力及内摩擦角的增加而增加,随着重度的增加而减小,但是,各种有限元法的计算结果都比相应的毕肖普法的解要大,亦即毕肖普法偏于安全。各种方法对应的安全系数由大到小的顺序依次是：三维小变形有限元分析、二维大变形有限元分析、二维小变形有限元分析,简化的毕肖普法,前二者能更好地反映实际的边坡变形情况,二者的安全系数值也十分接近,因而是较好的方法。     

顺层高边坡开挖松动区研究

开挖顺层岩石高边坡,往往需要进行预加固,因而合理确定坡体开挖松动区范围便成为核心问题。根据坡体开挖后的应力和位移状态,给出了开挖松动区的明确定义;结合重庆万州-梁平高速公路沿线各顺层高边坡失稳实例,对顺层高边坡开挖松动区进行了研究,简述了松动区的特点,分析了开挖松动区的影响因素。从岩体结构出发,以开挖深度和岩层倾角为主控元素,对顺层高边坡开挖松动区的长度进行了统计分析,结果表明：岩层倾角在15～30°的砂泥岩顺层高边坡最易产生开挖失稳,且松动区长度与开挖深度有关,二者比值较为集中地分布在2～5之间。     

层状岩质边坡开挖过程的有限元模拟

采取自编弹塑性有限元程序,在考虑岩体节理和施工爆破影响的条件下,对常－张高速公路的k135层状岩质边坡的开挖过程进行了模拟,分析了开挖过程中岩体的变形和应力状态及屈服状态,并用降低材料强度储备的有限元强度折减法,对各开挖阶段边坡的整体稳定性进行了评价。通过分析表明,k135边坡在其施工过程中是稳定的。     

隧道围岩结构地震动稳定性分析的动力有限元强度折减法

为了得到隧道围岩结构的地震动安全系数,借助通用有限元软件ANSYS,首先对水平地震作用下的模型进行模态分析,得到质量阻尼系数和刚度阻尼系数;其次由静力分析模型得到竖向边界上的水平向支座反力,然后将结构自重转化为温度边界条件,通过热分析得到模型各节点的温度,从而实现在动力分析中考虑重力的影响;最后采用悬臂梁动力分析模型,导入热分析获得的模型各节点的温度,并在竖向边界上施加水平向支座反力,通过不断折减围岩塑性区的凝聚力c和内摩擦角?,直到计算不收敛为止,从而得到隧道围岩结构的地震动安全系数。数值算例结果表明：采用的方法是可行的,将围岩结构自重转化为节点温度的措施解决了以往动力分析不能考虑结构自重的难点,进而为以后地震作用下隧道动力安全系数的计算及其工程应用提供了理论依据。     

顺层岩质边坡稳定性极限分析上限法

基于极限分析上限法理论,运用体积力增量法,考虑单层滑动面极限分析模型的缺陷,建立考虑含结构面的多岩层错动的任意块体模型,利用岩块体在外荷载作用下达到极限破坏时,外荷载做的功与岩体消耗的功相等为基础建立等式方程,由此推导得到此类边坡稳定系数的计算公式。在分析典型边坡算例的基础上,对比离散元数值模拟结果,验证了该方法的可行性和适用性。对云南省普宣高速公路某顺层岩质边坡进行计算,其稳定系数接近离散元数值模拟结果,数值稍有偏大,边坡稳定。其研究结果为此类边坡稳定性评价提供了一种新的计算方法。     

库水位下降过程中土坡稳定强度折减有限元分析

采用强度折减有限元法,考虑边坡土体的非饱和-非稳定渗流过程,从坡体内浸润线位置、土体的渗透系数、水位下降速率、下降比及基质吸力等5个方面研究了水位下降过程中岸坡的整体稳定性。结果表明,水位下降速率对高渗透性土坡内孔压的影响显著,对低渗透性土坡内孔压影响较小,对边坡安全系数的影响程度可达15%。