基于离散单元法的白鹤滩水电站复杂块体稳定性分析

 节理岩体边坡块体稳定性分析是岩体力学工程实践中关心的一个重要问题,经典极限平衡理论在求解复杂块体稳定时具有诸多的限制。基于离散单元法作为运行平台,推导复杂块体安全系数计算公式,并在此基础上编制复杂块体稳定性分析程序,能够弱化复杂地形、材料非线性以及初始地质条件等传统问题的约束;继而运用2种经典块体模型对该程序进行正确合理性验证。最终将程序应用于白鹤滩左岸边坡复杂块体稳定性分析研究,给出关键块体安全系数及其潜在破坏模式,并根据块体稳定性特征及其变形模式给出加固建议。该研究结果对岩体边坡复杂块体稳定性研究具有一定指导意义。     

鱼简河拱坝坝肩岩体稳定性分析

鱼简河拱坝坝肩岩体内断层、节理及软弱夹层发育，存在安全隐患。首先，在现场勘察和室内外试验的基础上，确定右坝肩1034m高程以上块体为最危险块体；然后，采用极限平衡法和三维有限单元法对此块体分别进行稳定性计算，极限平衡法计算所得块体在校核工况下稳定性系数为2.0，有限单元法计算所得块体在相应工况下稳定性系数为3.0，两者存在较大差异，故从物理和力学模型上对差异产生的原因进行了分析，发现有限单元法因屈服准则选取不合适导致稳定性系数计算结果偏高，而极限平衡法因夸大了拱端作用力导致稳定性系数计算结果偏低；最后，综合确定块体稳定性系数为2.4，未达到规范要求，建议对右坝肩1034m高程以上块体采取相应的治理措施。     

三维块体离散元可变形计算方法研究

 在三维刚性块体离散元的基础上,研究可变形块体离散元方法,并编制相应的可变形块体离散元程序。该方法把块体单元看作弹性体,并对其划分有限元网格,对每个可变形单元的计算是假设在力边界条件下求解可变形单元的节点位移;可变形块体之间力和位移的传递是通过构筑的节理单元实现的,节理单元反应岩土工程中实际节理的变形性质和强度特征,结构面破坏前,体现了连续介质计算方法的特点,结构面如果发生破坏,预设节理处的节理单元直接转变化为法向和切向弹簧,体现了离散元计算方法的特点。另外,节理单元有实际的厚度,可以根据实际节理的性质确定计算参数,这一点也体现出了对刚性块体离散元方法的改进。与刚性块体离散元方法比较,该方法可以反映岩体变形性质,如泊松效应、三维岩体中的真实波速,它还可以模拟结构面的破坏演化过程;与有限元方法比较,它可以更好地描述岩体中节理的特征,允许单元有较大的位移;相对于以前的可变性离散元方法,它既克服了有限差分格式带来计算上的复杂,又建立在三维模型的基础上,为有关岩土工程的数值分析提供了一个可行的数值方法。     

基于离散单元法的裂隙岩体渗流与应力耦合数值分析研究

基于离散单元法能够充分考虑到岩体结构的不连续性,适用于解决节理岩石力学问题,本文建立离散介质贺连续介质耦合的渗流模型,模拟裂隙岩体渗流与应力耦合迭代过程。该方法能较客观地反应了岩体变形的真实特性,应用该方法对一混凝土坝进行计算。能够较好的切合实际,具有一定工程实际意义。     

节理岩体中洞室围岩大变形数值模拟及模型试验研究

根据节理岩体的特性，按弹簧块体理论模拟节理岩体中大型地下洞室开挖与锚杆支护的变形特征。同时，开展了开挖条件下节理围岩变形特性和锚固效应的模型试验研究，得到不同初始地应力场条件下，大型地下洞室分步开挖和锚杆支护的围岩力学行为的变化规律，数值计算结果和实测结果所反映的节理岩体围岩的运动规律基本一致。     

岩石力学离散单元计算方法中的若干问题探讨

对节理岩体中以离散的块体单元为计算模型的离散单元计算方法中的一些常遇到的问题和难点,进行了较深入的讨论,主要涉及到离散单元计算方法的各种算法及特点、块体的变形问题和块体之间的叠合、方程求解问题特别是单个块体求解与整体方程求解的内在关系、接触检索问题包括三维块体的接触检索等方面,指出了一些问题上的不足,提出了建议,并得到了一些有益的结论。     

地下厂房围岩稳定分析若干问题探讨

地下厂房稳定分析首先要确定围岩变形破坏运动类型。本文按照四种岩石力学条件从工程实践中归纳了五种变形破坏运动类型,以便在设计阶段进行初步判断和选择岩体力学模型,并以三峡工程地下厂房为实例,着重研究了块体结构的围岩稳定分析方法。在建立围岩力学模型时,要结合地下洞室的尺寸处理不同规模的不连续面。三个方向的应力对块体稳定性的响影同样重要,在没有条件使用三维有限单元法时,可用全空间赤平投影法与二维有限单元法结合计算。研究结果表明,在设计地下洞室方向时,不仅要考虑初始应力的方位,同时还应考虑软弱结构面的方向。     

复合单元法在地下厂房岩壁吊车梁中的 应用与验证

 针对某水电站地下厂房岩壁吊车梁,进行复合单元法和普通有限单元法的比较计算。研究的重点是岩壁吊车梁与围岩的接触面、锚杆与围岩的接触面以及锚杆穿越岩壁吊车梁与围岩接触面等部位,并且考虑地下厂房开挖施工、吊车梁安装和运行的过程。比较复合单元法和普通有限单元法的计算特点与计算效率,研究结果表明：在离散模拟加锚节理岩体方面,复合单元法和普通有限单元法的结果非常接近;复合单元法能给出更多应力–应变的细节,且前处理更加简便。研究结果还表明：由于复合单元法以大量的计算代替前处理工作,因此计算时间大为增加。     

裂隙岩质边坡的弹粘塑性变形及稳定性分析

首次在块体单元法中引入弹粘塑性流变模型来分析裂隙岩质边坡的变形及稳定性。以块体元模型来反映裂隙岩体变形的不连续性，在单元之间引入接触面单元来模拟岩体中的结构面，在接触面单元中引入弹粘塑性模型来研究岩体变形的时间效应及稳定性，并把此理论应用于裂隙岩体边坡的变形及稳定分析，以工程算例验证了其可行性。     

离散单元法在某节理岩质边坡稳定性评价中的应用

将离散单元法应用于山西某节理岩质边坡。通过对该边坡固定滑面及自动搜索滑面情况下的边坡变形破坏机理及其稳定性进行数值分析,找出了符合场地实况的边坡破坏模式,得出该坡体稳定性安全系数,并与极限平衡法稳定性评价结果进行了对比,结果较为吻合,为以后同类岩质边坡稳定性评价应用该方法提供了较好的借鉴。     

岩石边坡开挖及加固分析的弹粘塑性块体元方法

首先介绍了可用于边坡开挖及加固分析的弹粘塑性块体方法。该法把岩体视为具有弹粘塑性性质的结构面切割形成的刚性块体系统，考虑加固结构件在结构面上变形的协调条件，建立求解块体系统和加固构件系统的变形和破坏过程。然后介绍该方法小湾高洪坝坝肩和坝基开挖施工期稳定性研究中的应用情况。     

允许变形及断裂的三维离散元计算方法

在三维离散元面-面接触刚性块体单元模型基础上，提出块体单元允许变形、断裂的一种计算模型。此计算模型不仅考虑岩块之间的节理刚度，而且考虑岩块自身变形以及岩块可能发生断裂的情况。     

锦屏左岸拱肩槽边坡稳定性及预应力锚索加固措施研究

应用大型分析系统软件FINAL,采用特有的接触界面单元模拟潜在滑动面和特殊的锚索单元模拟预应力锚索,对锦屏一级水电站左岸拱肩槽边坡潜在不稳定块体进行稳定性分析和加固措施研究。高边坡开挖、预应力锚索加固施工过程的数值仿真分析结果表明,采用界面单元、锚索单元,充分考虑了岩体中的不连续结构面以及预应力锚索的预应力和刚度对岩质高边坡稳定性和应力场、位移场的重要影响,较好地反映出预应力锚索在各种工况下的工作性态及加固机制,对工程中岩质高边坡的稳定性分析、加固设计有较好的借鉴和指导作用。     

复杂岩石块体识别的单元重构–聚合方法

 为解决工程岩体开挖中含有复杂开挖边界时的块体识别问题,提出岩石块体识别的单元重构–聚合方法。首先,引入成熟的网格划分技术,通过建立网格模型(如有限元模型),实现对复杂开挖边界的精确模拟;其次,采用基于单元重构技术的结构面建模方法,将分布于岩体内的结构面建入网格模型;然后,提出基于单元聚合技术的块体构建方法和考虑有限性结构面时的单元组处理方法;最终可实现基于网格模型的复杂岩石块体识别。该方法识别所得的块体系统基于网格模型,块体的所有特征信息均可通过模型的单元和节点提取,块体的可视化也可在既有网格模型图形显示平台上实现。算例验证表明,当将结构面分别考虑为无限延伸和有限延展时,该方法的块体识别和稳定分析成果均与通用块体分析软件的结果一致。进一步将该方法应用于水电站大型地下洞室群的块体识别,可证明其应用于复杂岩石块体识别的有效性和优越性。因此,该方法是一种能够考虑复杂工程岩体开挖边界的岩石块体识别的新方法,其实现过程独立于基于拓扑原理的传统块体识别思路,为块体稳定分析提供了新的实现途径。     

刚体离散元动力方法在基于位移的岩坡地震响应分析中的应用

当前岩坡地震动力响应分析中,多采用极限平衡方法分析拟静力安全系数,采用Newmark滑块分析动力永久位移,假设较多,工程实用性受限。将刚体离散元方法引入岩坡地震动力稳定性评价工作中。通过与强度折减法、Newmark法中的永久位移评价相结合,提出一种复杂岩坡静动力稳定性分析方法。初步认识表明:(1)采用极大节理刚度可以减少节理刚度带来的弹性接触位移,使得刚体离散元用于求解岩坡楔形块体的静/动力稳定性问题。(2)刚体离散元强度折减法可以无需假设块体运动方向或假定滑动形式,直接求解获取安全系数、下滑力等结果,可以考虑复杂形状块体,相比传统方法更具优势和实用性。(3)与4个经典静力算例与3个动力算例的对比验证,表明提出的刚体离散元方法及程序实现的正确性。(4)采用提出的方法,研究幅值、节理面交线倾角等参数对岩坡地震响应永久位移的影响规律研究,表明刚体离散元方法可以根据参数变化得到正确的得到相应的结果变化规律。且对比发现在某些特定条件下拟静力安全系数不能正确反映岩坡地震响应的陡增程度。(5)在工程实例中,采用刚体离散元方法进行K1块体基于位移的地震稳定性评价,给出基于超越概率的支护设计方案。相比拟静力安全系数设计方案,在满足使用条件的前提下优化程度更高。研究可为岩坡静动力稳定性分析提供一种新的思路。     

考虑时效特性的锚固岩质边坡变形可靠度分析

 提出基于非侵入式随机有限元法的岩质边坡变形可靠度分析方法。建立考虑腐蚀效应的锚杆锚固力随服役时间变化模型。给出边坡变形可靠度分析非侵入式随机有限元法的计算步骤。研究锚固边坡变形失效概率与最大允许变形值之间的关系,并基于参数敏感性分析提出边坡最大允许变形取值方法。以锚固岩质边坡为例,证明所提方法的有效性。结果表明：非侵入式随机有限元方法为考虑时效特性的边坡变形可靠度分析提供一条有效的途径。随着锚杆服役时间增加,锚杆腐蚀作用对锚固边坡变形可靠度的影响越明显。考虑时效特性的边坡变形失效概率常用对数 与边坡最大允许变形值间存在近似线性关系,而且随着边坡可靠度水平增加,该线性关系表现得越明显。     

可拓方法在岩石边坡整体安全评价中的应用

 建立多层次多指标的岩石边坡整体安全综合评价体系,并给出岩石边坡整体安全等级标准以及相应评价指标的量值。应用物元的概念和可拓集合的关联函数,建立基于物元和关联函数的岩石边坡安全可拓评价方法,给出具体实现步骤并编程加以实现。将该方法应用于锦屏一级水电站左肩槽岩石高边坡的整体安全评价,经计算得出该边坡整体安全综合评价的级别特征值为4.001,安全等级为IV级,介于稳定与极稳定之间。岩石安全可拓评价方法全面综合地反映岩石边坡工程的整体安全状态,评价结果合理,该方法适用于岩石边坡施工期和运行期的安全评价。     

某电厂节理岩质边坡抗震稳定验算

本文采用三维离散元数值分析软件分析了岩质高边坡稳定性。结果表明,三维离散元法可以较好地模拟岩质边坡节理分布、楔形体滑动及岩块崩落的过程。采用锚杆对破碎岩体进行加固后,能满足抗震的稳定要求,锚杆受力合理。     

考虑渗流和锚固作用的强度折减有限元法研究

 针对目前岩土工程中锚杆数值模型存在的局限性,探索适合于强度折减有限元法计算和参数优化的新的锚杆计算模型,研制出一个考虑渗流场和由于泡水含水量变化引起岩土体强度参数降低及锚杆支护作用的三维强度折减有限元程序,该锚杆计算模型能够考虑锚杆和岩土体间黏结力不够的锚杆失效形式。通过实例计算并与传统极限平衡法实例计算分析结果对比研究,对抗剪强度折减有限元法分析边坡稳定问题的适用性进行评价。结果表明,采用三维强度折减有限元法确定考虑渗流场和由于泡水含水量变化引起岩土体强度参数降低及锚杆支护作用的边坡稳定性安全系数是可行的。