二维与三维边坡稳定性分析结果的比较与分析

二维与三维边坡稳定性分析得到的安全系数存在着差异,讨论这种差异与滑体几何尺寸及土体强度参数间的变化规律及其形成机制,可为合理地评价边坡稳定性分析提供理论依据。针对均质三维边坡,利用基于滑面正应力修正模式的极限平衡法分析程序,定性地讨论滑体形态、长高比、坡比、土体强度参数等指标对二维与三维安全系数计算结果差异(以F3/F2表示)的影响,总结F3/F2与影响指标间的变化规律,分析变化规律形成的内在机制。从工程应用的角度,给出需要考虑该差异影响的分界标准。研究表明,F3/F2随着长高比L/H、内摩擦角?及坡比m的增大逐渐减小,随着黏聚力c的增大逐渐增大;对于满足下列条件之一的边坡,宜采用三维安全系数来评价其稳定性,(1) L/H ≤ 5的滑坡体;(2) 5< L/H ≤ 10且 c > 25 kPa(或? < 15°,或m < 1.0) 的滑坡体。研究成果可为合理评价边坡稳定性分析方法提供参考。     

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。     

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。     

高陡岩质边坡稳定性三维离散元分析

某高陡岩质边坡地质条件复杂、软弱结构面发育、开挖高度大、坡度陡、临空面多,为边坡变形提供了有利的空间,边坡多处出现失稳破坏迹象。通过对边坡工程地质条件调查,岩体结构特征和边坡开挖等影响因素的分析,认为边坡变形主要发生在强风化强卸荷岩体内,受软弱结构面的控制比较明显,表现为结构面组合控制的块体变形失稳破坏模式。采用3DEC数值模拟软件,模拟了边坡开挖后坡体变形特征,数值模拟结果表明,边坡浅表层块体以及控制性块体稳定性差,可能导致边坡产生整体失稳。     

基于物质点强度折减法的二维均质c-φ边坡稳定性分析图表

安全系数是判断边坡稳定性最常用的指标。应用传统极限平衡法求解边坡安全系数时,没有考虑土体内部的应力-应变关系,不能准确、真实地描述边坡土体破坏时的应力场、位移场及塑性区的发展情况。而应用有限元法虽然可以解决上述问题,但在计算过程中,会因网格畸变导致计算不收敛,造成求解困难。为此,本文基于物质点强度折减法,建立了安全系数无量纲参数F/tan φ与土体无量纲参数λ之间的关系,并绘制了求解均质边坡安全系数的稳定性图表。该方法无需任何迭代过程即可快速、方便地确定边坡安全系数。以文献中常见的4个典型边坡算例为例,将本文计算结果与文献中其他边坡稳定性图表进行对比,验证本文方法的准确性。结果表明,用本文研制的边坡安全系数分析图表计算获得的边坡安全系数与其他方法获得的安全系数计算结果相接近,吻合较好,证明该方法是一种有效且保守的估计边坡安全系数的计算方法,为快速评估边坡安全系数提供了一种新的途径。     

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。     

基于Janbu法的边坡稳定性研究

通过对边坡稳定性数值分析研究,推导Janbu法求解边坡安全系数的计算过程,并用该法计算云南映象北金大道中的边坡安全系数,取得较理想的结果。     

基于三维数值模拟的露天煤矿复合边坡稳定性分析

借助VC及fish语言编程,将AutoCAD、Surfer、ANSYS等软件耦合应用,完成了复杂地质条件下的FLAC3D建模。在地质调查及统计分析试验数据的基础上,应用Hoek-Brown经验破坏准则确定了边坡岩体的综合强度指标。然后,采用FLAC3D,对比分析了不考虑地下水及三维流固耦合两种情况下的位移场、应力场和塑性区分布规律,并采用强度折减法求得了三维边坡安全稳定系数。结果表明,由外排土场和采掘帮坡构成的复合边坡呈现复杂的潜在破坏模式,以及在地下水影响下存在潜在失稳。与传统的边坡稳定性分析方法相比,三维数值分析优势明显。      

汶川地震灾区某工程开挖边坡变形三维稳定性分析

汶川地震灾区某边坡,因厂房建设需要,对其进行开挖改造。鉴于其稳定性对工厂正常运行有重要影响,本文在岩体质量分级和岩体结构模型概化的基础上,采用快速拉格朗日差分法FLAC3D模拟边坡开挖,分析了边坡在自然条件、暴雨条件以及地震条件下的应力场、位移场、剪应变增量及塑性区的分布和变化特征。研究结果表明:边坡开挖引起坡面局部应力集中,后缘易拉裂破坏;降雨时呈现部分区域安全储备较低;在地震作用下,边坡处于不稳定状态。     

Explicit limit equilibrium solution for slope stability

Conventional methods of slices used for slope stability analysis satisfying all equilibrium conditions involves generally solving two highly non‐linear equations with respect to two unknowns, i.e. the factor of safety and the associated scaling parameter. To solve these two equations, complicated numerical iterations are required with non‐convergence occasionally occurring. This paper presents an alternative procedure to derive the three equilibrium equations (horizontal and vertical forces equations and moment equation) based on an assumption regarding the normal stress distribution along the slip surface. Combination of these equations results in a single cubic equation in terms of the factor of safety, which is explicitly solved. Theoretical testing demonstrates that the proposed method yields a factor of safety in reasonable agreement with a closed‐form solution based on the theory of plasticity. Example studies show that the difference in values of factor of safety between the proposed method, the Spencer method and the Morgenstern–Price method is within 5%. Application of the proposed method to practical slope engineering problems is rather straightforward, but its solution is of the same precision as those given by the conventional rigorous methods of slices since it is still within the rigorous context. Copyright © 2002 John Wiley & Sons, Ltd.     

边坡稳定分析三维极限平衡条柱间力的讨论

根据在自重作用下潜在滑体在斜面上运动的规律,提出条柱底滑面上抗滑力方向垂直于底滑面与水平面交线的假定,并引用条间抗剪强度发挥系数的概念,运用各条柱的3个方向力的平衡和边坡整体3个方向的力矩平衡,提出了一种计算边坡稳定性的三维极限平衡方法,通过对算例的计算结果分析发现：当忽略条柱间全部剪力作用时,得到的安全系数与二维Spencer法计算结果相近;考虑部分条柱间剪力作用时,得到的安全系数与文献[5]计算结果相近;当考虑条柱间横向剪力对边坡稳定性的贡献时,即考虑条柱间全部作用力,得到的安全系数最高,这种假定更能反映边坡实际受力情况,因此,所得的结果更接近于实际     

基于GIS边坡稳定三维极限平衡方法的开发及应用

由于GIS强大的功能从一般的数据存储到复杂的空间分析及图形显示,在岩土工程分析中亦必将成为一个常用工具。本文研究基于GIS栅格数据和4个边坡稳定三维极限平衡模型,开发了一个GIS扩展模块用于边坡三维安全系数计算。考题和实例计算表明了该模块的正确性和便利性。     

边坡稳定三维极限分析方法及工程应用

边坡稳定三维极限分析方法有上限解和极限平衡两种方法。上限解具有理论基础严格,计算安全系数步骤简捷的优点;极限平衡方法较以往的相关成果更为严格,它是二维的Spencer法在三维条件下的扩展。同时使用这两种方法求解安全系数,可以使两种方法各自的局限性得到弥补,并且可以将安全系数限制在一个很小的区间内,获得满足精度要求的解答。通过小湾堆积体工程实例说明了其可行性和实用性。     

水电站进水口高边坡稳定性三维极限分析

某水电站进水口边坡为一典型的顺向坡，岩层发育有数层软弱夹层，施丁开挖时坡脚岩层将被大范围切断，由此产生施工期和蓄水后进水口边坡的稳定问题，并给工程安全带来威胁。采用边坡稳定三维极限(上限)分析方法，对进水口边坡在施工期和运行期的三维抗滑稳定性进行了分析研究。分析表明，进水口边坡在施工期和运行期的稳定性较差，需采取进一步的加固措施。研究结果为工程建设提供了有价值的参考依据。     

GIS数据用于复杂边坡三维极限平衡稳定分析

利用基于GIS（Geographic Information System,地理信息系统）栅格数据的三维极限平衡分析模型,可以充分考虑边坡的三维复杂空间特性。经过数据的获得、数据的处理、模型的建立和稳定性分析,不但给出了边坡的三维安全系数,而且给出了危险滑动面上的滑动力分布矢量图。结果表明,滑动面上力的分布极不均匀,呈现明显的复杂空间特性。     

三维块体元塑性极限分析下限法

基于块体元离散思想,将三维边坡离散为块体-结构面组成的块体系统,假定块体为刚体,以结构面上的应力为未知量;从下限定理出发,构造满足平衡条件、边界条件和屈服条件的静力许可场,平衡方程严格满足3方向力平衡及绕3个主轴方向的力矩平衡条件,为避免非线性规划,对屈服条件进行线性化处理;最后,建立了下限法数学规划模型,通过线性及非线性规划获得边坡稳定严格的下限解。用几个典型算例验证了文中方法的正确性及可行性。     

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。     

边坡稳定极限分析的单元集成法

提出的单元集成法为采用塑性力学上限定理分析边坡的稳定性提供了一种通用性较强的手段。它采用类似于有限元网格划分的方式离散边坡计算区域,并设定一个机动许可的滑动机构（包括滑裂面位置和速度场,它与网格划分方式无关）,在此滑动机构下可以很方便地计算每个单元贡献的外力功率和内能耗散率。把所有单元的能量相加就是滑坡体的总能量。然后,根据上限定理求得安全系数,并通过非线性数学规划方法找到最小值。对于直线滑裂面或对数螺旋滑裂面的单滑块机制,几个典型算例说明了该方法的有效性。     

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。