岩质边坡复合型破坏机制的改进运动单元法研究

目前运动单元法的研究主要集中于土质边坡,未涉及到岩质边坡稳定性分析问题;而岩体中孕育有不同特性的结构面,控制着岩质边坡的力学行为。为求解结构面控制作用下岩质边坡“结构面滑移-岩桥剪断”复合型破坏问题,研究了塑性滑移区节点在岩桥内和结构面上的运动约束条件,推导了含结构面的运动单元计算公式,提出了改进运动单元法。通过经典算例的对比分析,验证了改进运动单元法计算结果的准确性。研究结果表明：岩桥位置、结构面贯通度和结构面倾角是控制岩质边坡力学行为的3个主要影响因素。岩桥越接近坡顶,改进运动单元法所得安全系数越大,而Jennings法无法反映岩桥位置的影响效应。高贯通度的结构面导致岩质边坡发生“结构面滑移-岩桥剪断”复合型破坏模式,安全系数较小;而低贯通度的结构面导致完整岩石发生破坏,安全系数较大。水平或陡倾角结构面导致滑裂面穿切结构面,安全系数较大;而对于其它倾角情况下的结构面,岩质边坡发生“结构面滑移-岩桥剪断”复合型破坏模式,安全系数较小。实例应用结果说明该方法可以有效评价岩质边坡的稳定状态,可在类似工程中应用推广。     

基于中主应力修正关系的边坡稳定性分析

边坡稳定性分析时通常将应力条件简化为平面应变状态,采用三轴试验强度计算出的边坡稳定性偏于保守。在充分考虑中主应力物理含义及力学机制的基础上,将Mises屈服准则与Mohr-Coulomb（简称M-C）内切圆屈服准则进行匹配,得到了平面应变条件下土体屈服破坏时中主应力的理论修正关系,进而也得到了该条件下最大主应力与最小主应力的比值关系,从理论上证明了该比值关系是与土体平面应变破坏时内摩擦角成一定关系的常数,也在平面应变试验中得到了验证,从侧面反映出中主应力理论修正关系的合理性。由上述两种关系建立了土体平面应变破坏条件下的应力路径,结合Lade-Duncan强度准则,建立了平面应变条件下强度参数与三轴试验试验条件下强度参数转换公式,由该转换公式得到的平面应变条件下的强度参数与平面应变试验实测值误差在2%左右,大幅缩小了三轴试验实测值与平面应变试验实测值的误差。在均质边坡稳定分析中分别采用常规三轴试验强度值与由公式转换得到的平面应变强度值进行计算。研究结果表明,三轴试验条件下内摩擦角为10°～20°之间时,基于两种强度参数得出的安全系数相差不大;当三轴试验条件下内摩擦角大于20°时,平面应变条件下安全系数较三轴试验条件下提高19%左右,但该成果只在文中计算案例有效,两者误差的准确关系还有待于进一步研究。值得关注的是,由于平面应变条件下土体强度变大,边坡的临界滑面深度变浅了,其形态相应变陡。     

二维随机场下边坡稳定性的径向基函数神经网络分析法

岩土参数的随机性会直接影响边坡稳定性评价结果的精度。首先,依据边坡参数的常用分布特征,利用拉丁超立方抽样法生成若干组边坡土性参数和几何参数的随机样本,用有限元强度折减法求解各组样本对应的边坡安全系数。再考虑土性参数的空间变异性,在二维随机场模型下将蒙特卡罗模拟和有限元强度折减法相结合求解各组样本对应的边坡失效概率。然后,利用样本数据及其安全系数和失效概率对径向基函数（RBF）神经网络进行训练和测试,从而建立边坡安全系数和失效概率的预测模型。算例表明,二维随机场模型能相对精确地考虑参数的空间变异性;在此基础上建立的神经网络模型对边坡的安全系数和失效概率具有较高的预测精度,且能极大地节省边坡稳定性分析的时间。     

基于可靠性理论抗滑桩设计体系的研究

抗滑桩设计的常规方法是建立在定值基础上的,未能考虑计算参数的随机性与变异性,故在抗滑桩设计中存在局限性：一是不能给出抗滑桩设计的边坡安全度;二是设计中过分保守,造成浪费。可靠性分析法考虑了计算参数的随机性,用严格的概率来度量边坡的安全度,弥补了上述传统抗滑桩设计中存在的不足。基于可靠性分析法,以传统边坡稳定性计算公式为基础,建立了抗滑桩设计的边坡稳定性评价模型,并且运用蒙特卡罗法,采用单参数敏感性分析方法,分析抗滑桩设计各参数对边坡安全系数及可靠性指标的影响。结果表明,岩土体抗剪强度参数、岩土体重度、抗滑桩直径等因素对可靠性指标影响较明显,边坡安全系数对岩土体重度、抗滑桩有效长度、抗滑桩直径等随机变量较敏感。     

基于遍布节理模型的竖井工程破坏机理研究

为揭示金川二矿区14行风井的破坏机理,本文首先根据井筒工程地质条件,建立了集1#矿体和14行风井在内的三维数值模型;然后,采用遍布节理模型分析了采动对14行风井稳定性的影响,从井壁位移和应力方面探索了金川二矿区14行风井的破坏位置和破坏时间。结果表明,导致金川二矿区14行风井破坏的直接原因为采动引起竖井围岩沿弱面的滑移,除此之外,复杂的工程地质条件和低强度的支护形式也是造成14行风井破坏的原因,为14行风井返修加固提供依据。     

颗粒流强度折减法和重力增加法的边坡安全系数研究

将强度折减法和重力增加法的思路引入离散单元法,对土坡安全系数的评价作尝试性研究。运用颗粒流软件,采用强度折减法和重力增加法对边坡进行稳定分析。结果表明颗粒流计算得到的结果与有限元和条分法计算结果比较接近,为计算边坡稳定开辟了一条新的途径。采用颗粒流求解边坡的安全系数不需要条分,也即不需要对条间力做假定,同时不需要假定滑移面的位置和形状,颗粒根据所受到的接触力调整其位置,最终从抗剪强度最弱面发生剪切破坏。最后对强度折减法的不等比例折减提出了不同观点,为今后的研究提供思路。     

地震作用对南海南沙群岛渚碧礁的影响研究

评估珊瑚礁的稳定性具有十分重要的意义。近年来,在中国南海海域开展了越来越多的工程建设项目。珊瑚礁是造礁石珊瑚群体死亡后其残骸经过漫长的地质作用而形成的岩土体,是一种特殊的海洋岩土介质。晚渐新世后,生长在碳酸盐台地上的珊瑚礁进入繁盛期,礁体内部可划分为5至6个主要的沉积相。同时,珊瑚礁已被认为是近代地震发生时间的记录器。文章结合南沙群岛的珊瑚礁体工程地质分带和岩体结构特征,设计了岛礁模型,研究地震对珊瑚礁的影响。在研究中,通过利用岩土工程的模拟仿真软件GeoStudio,使用Newmark滑块分析法,模拟了6种不同强度的地震作用下珊瑚礁体的受力状态和变形情况,采用极限平衡条分法计算了安全系数,并测算出可能的危险滑移面位置及滑移规模。通过模拟计算结果,得到地震作用对珊瑚礁的影响有：（1）珊瑚礁在自重状态下具有良好的稳定性;（2）地震发生后,安全系数小于1（FS<1）可能导致斜坡失稳并发生滑塌;（3）随着地震强度的增加,安全系数是降低的,且经一段时间后,安全系数围绕某特定值波动;（4）在地震作用下,作为珊瑚礁体浅层新发育的部分,更小的滑坡部位会更易发生坍塌。综上,利用岩土工程的方法对海洋中珊瑚礁体的稳定性进行评价是可行的,能够为今后岛礁工程设计的提供参考。     

基于极限平衡条件的土体局部稳定分析

根据土体结构的应力及摩尔-库仑强度理论分析其局部稳定性。以土体内部任意曲面的剪应力积分值与抗剪强度积分值的比值为安全系数K,并认为|K-1.00|≤0.05为极限平衡状态。通过两个算例模拟了地基与均质边坡随外荷载增加,土体内部由局部达到极限状态发展成整体达到极限状态,最终失稳破坏的过程。结果表明此方法模拟土体结构渐进破坏过程是可行的。     

确定深基坑隆起破坏面的优化方法

采用有限元程序求得深基坑支护结构和土体开挖前后的应力状态以及土体任一点处的极限状态函数值;运用人工参与的优化方法选择坑底最大可能隆起破坏的起点与终点以及潜在隆起破裂面的形状和位置,并计算相应的安全系数。计算表明,潜在破裂面终点的位置对围护桩插入比不敏感．而潜在破裂面起点位置随围护桩入土深度的增加而逐渐靠近围护桩。工程实例证实了组合优化算法对潜在破裂面确定的有效性和实用性。     

重度增加法在某公路边坡稳定性分析中的应用

基于D-P准则,采用关联流动法则,用非线性有限元重度增加法对一非均质不规则公路边坡进行了分析。其原理是保持粘聚力c及内摩擦角φ不变,通过逐步增加土体重度的方法使土体达到临界状态。采用坡顶水平位移随重度增加系数变化的关系曲线上位移陡然增大作为边破的破坏标准。有限元重度增加法事先无须对滑动面的位置和形式做出任何假定,同时考虑了土体的材料非线性和几何非线性,因此利用二维有限元重度法能更好地模拟土坡的破坏,有助于了解土坡的破坏机理。其结果不仅对工程实践具有指导作用,而且对研究土体的破坏机理,探索分析边坡稳定的适用计算方法都有现实意义。用重度增加法得到的安全系数与传统方法的误差在9%左右,因此重度增加法可以用于边坡稳定分析。