含软弱夹层土坡稳定性的三维弹塑性数值模拟

分析了软弱夹层的存在对三维边坡稳定性和破坏模式的影响.对一个经典的三维边坡算例进行了数值计算,并将结果与极限平衡法进行了对比,以验证强度折减弹塑性有限元法的可靠性.然后对一个含软弱夹层三维边坡进行了分析,计算结果表明:强度折减弹塑性有限元法计算的椭球破坏面在纵向长度上比极限平衡法要大;与三维均质边坡相比,三维软夹层边坡安全系数要低很多,破坏面的范围更大,塑性应变区的集中现象更加明显,破坏模式有着明显的不同.     

应力剪胀对浅埋隧道稳定性系数的影响

考虑剪胀对隧道围岩稳定性的影响,对浅埋圆形盾构隧道、浅埋两车道公路隧道和浅埋双线铁路隧道在围岩发生塑性流动时进行力学特征分析。分析圆形盾构隧道围岩的位移,塑性区分布和最大剪切应变率;计算圆形断面、双线铁路隧道、双车道公路隧道等3种不同断面形状隧道的稳定性系数,分析剪胀角对围岩稳定性系数的影响。研究结果表明：剪胀角对围岩位移的影响存在一个临界值;在围岩发生塑性流动时,塑性区随着剪胀角的增大而逐渐增加;剪胀角对围岩剪切破坏带和围岩稳定性系数都有较大影响;随着剪胀角的变化,隧道临界稳定系数也发生变化。     

强度折减法在边坡稳定性分析中的应用

以一均质土坡为例,首先采用有限元整体强度折减法计算,在此基础上分别选取塑性剪切应变率大于2.0e-5和塑性区为局部强度折减法的折减范围,通过局部强度折减得到边坡滑裂带分布和稳定安全系数,分析不同折减范围下边坡稳定安全系数、特征点位移以及滑裂带的变化规律。比较天然状况和稳定渗流状态下局部强度折减和整体强度折减的计算结果。结果显示:两种方法得到的稳定安全系数基本一致,但折减范围的选择对计算结果影响很大,折减塑性剪切应变率大于2.0e-5的范围得到的稳定安全系数较小。     

强降雨条件下含软弱夹层粘性土坡稳定性分析

为了分析含软弱夹层粘性土坡在强降雨条件下的稳定性,结合某失稳边坡工程现场实际调研资料,基于饱和非饱和渗流与非饱和抗剪强度理论,提出了一种新的含软弱夹层粘性土坡稳定性分析方法,并利用该方法分析了强降雨条件下边坡的渗流特性及安全系数变化规律。分析结果表明：降雨入渗先在边坡软弱夹层内形成暂态饱和区,且当坡顶入渗的雨水未渗流至软弱夹层时,夹层内暂态饱和区中的雨水会沿夹层上表面向着坡顶方向渗流;降雨入渗过程中,边坡基质吸力与铅直有效应力之间存在严格的正相关变化关系;随着降雨历时的增加,塑性区首先在软弱夹层内部贯通,然后向坡顶扩展,边坡安全系数逐渐降低;降雨停止一段时间后,由于坡顶入渗雨水的补给,软弱夹层内局部将仍存在暂态饱和区,此时,塑性区面积会由坡顶向软弱夹层内部减小,再由夹层内部至坡面逐渐缩减,但边坡安全系数并未明显上升;根据数值计算结果可将粘性土坡失稳过程分为夹层软化、夹层挤压、拉伸裂缝、坡顶沉降和断裂滑移等5个阶段。因此,为了降低强降雨对边坡稳定性的影响,在含软弱夹层粘性土坡支护设计时应着重考虑边坡排水系统的合理布设。     

流固耦合作用下节理岩质边坡失稳过程的RFPA模拟分析

利用基于强度折减法的RFPA-Slope对渗流与应力耦合作用下的软弱互层岩质边坡稳定性进行了数值模拟分析,数值模拟不但直观形象地给出了边坡的渗流场、应力场、破坏区分布,而且得到了边坡滑移破坏面的萌生、扩展、贯通以及坡体整体失稳的渐进破坏过程,同时求得安全系数。并与无地下水的稳定性作了比较,结果表明,地下水渗流的作用使坡体位移增大,边坡安全系数减小,明显加大了滑坡范围。对实例的分析说明,RFPA-Slope能够较为准确地预测边坡潜在破坏面的形状与位置及计算相应的稳定安全系数,本文方法对于边坡,特别是对于复杂边坡的稳定性分析具有实用性。     

考虑隧底隆起斜坡段浅埋隧道稳定性上限分析

采用极限分析上限法,基于内外能耗守恒原理,通过构建考虑隧底隆起的斜坡地段浅埋隧道破坏模式,推导出围岩压力的计算式,并通过典型算例重点分析了典型因素对隧道围岩稳定性的影响。研究结果表明:基于泰沙基极限平衡法进行隧道围岩支护设计较为保守,不考虑隧底隆起的极限分析方法次之考虑隧底隆起极限分析方法的风险最大;斜坡地表倾角增大对浅埋隧道稳定性有着不可忽视的不利影响;围岩压力随岩土侧压力系数减小、埋深增大、断面尺寸加大而增大;岩土黏聚力增大、内摩擦角增大对提高浅埋隧道围岩稳定性有积极作用。     

节理岩体隧道围岩塑性区范围研究

为了研究浅埋偏压条件下节理倾角对隧道围岩变形的影响,选择地形偏压的浅埋隧道为研究对象,采用遍布节理模型来模拟岩层的各向异性特征,分7组不同节理倾角工况对地形偏压隧道进行数值模拟,分析不同工况下隧道围岩的变形量和塑性区,结果表明:随着节理倾角的增大,隧道垂直方向的变形表现出先减小后增大的趋势,水平方向的变形表现出先增大后减小的趋势;当节理倾角为15°时,隧道垂直方向的变形量和水平方向的变形量最小;当节理倾角为60°时,隧道水平方向的变形量最大.随着节理倾角改变,围岩塑性区范围随之发生变化,当节理倾角为15°时,隧道围岩塑性区范围最小,隧道最为稳定.     

含软弱夹层的某公路边坡开挖支护数值模拟分析

基于某含有软弱夹层的公路边坡工程,利用有限元软件对其开挖支护过程进行数值模拟分析,计算考虑了2种不同的开挖工况：1）只开挖不支护;2）开挖并及时支护。研究表明：在开挖未支护时,边坡开挖完成后安全系数小于1,边坡整体都发生很大位移,将沿着软弱夹层带发生破坏;在开挖并及时支护时,边坡位移明显减小,软弱夹层附近塑形变形区得到了有效控制,且开挖完成后安全系数为1．87,满足设计要求。     

降雨强度对双层软弱夹层边坡稳定性影响分析

降雨入渗是导致滑坡灾害频发的关键因素,同时边坡岩体内存在的软弱夹层控制着岩体的稳定性。为揭示降雨入渗对双层软弱夹层边坡渗流及稳定性的影响律,采用数值模拟不同降雨强度下边坡基质吸力和水的体积分数变化规律,并探究软弱夹层数量、降雨强度对边坡稳定性的影响规律。结果表明：对于降雨条件下含软弱夹层的滑坡,由于软弱夹层渗透性差,保水性强,易于泥化而强度大幅下降形成滑动带;降雨对双层软弱夹层边坡坡面基质吸力影响较大,降雨强度越大,基质吸力消散速率越快;当降雨总量恒定、软弱夹层位于滑坡中层时,降雨强度越强,软弱夹层数量越多,软弱夹层埋深越深,边坡变形越剧烈,边坡也越易从“稳定”状态转变为“不稳定”状态。     

极限分析有限元法在节理裂隙隧洞中的应用

通过对节理裂隙隧洞非线性有限元模型进行强度折减,使隧洞达到不稳定状态,有限元计算将不收敛,此时的折减系数就是地下洞室的安全系数.同时折减岩体强度和结构面强度、只折减结构面强度,两种情况下得到的安全系数是一致的.将围岩塑性应变发生突变时的塑性区各断面中塑性应变值最大点的位置连成线得到了节理裂隙隧洞的破裂面.通过以上工作,评价了节理裂隙隧洞的稳定性和设计合理性,得出了几点有益的结论.     

空间与颗粒参数对块石土边坡稳定性影响数值模拟研究

块石土边坡具有物理力学性质复杂,非线性强等特性,受块石-土体空间分布、块石粒径等几何因素影响较大。为研究几何参数对块石土边坡稳定性影响,本文基于研究团队提出的块石形状数据库随机生成方法,采用ABAQUS软件非线性分析方法,考虑含石量、最大粒径、空间分布等多种几何因素,建立大量有限元模型进行计算分析,得到以下结果：含石量增大,边坡安全系数上升,且含石量在50%-60%这个区间是上升速率最快。含石量增大,同粒径组边坡安全系数标准差增大,模型安全系数差异变大;最大粒径增大,块石分布对于边坡安全系数的影响增大,边坡稳定性先减小后增强,同粒径组边坡安全系数标准差增大。含石量和最大粒径增大,块石空间分布对于边坡稳定性影响增大。粒径大小不同,块石空间分布对于块石土边坡稳定性影响方式也不同,大粒径块石存在令滑动面向边坡内部发展,而密集小粒径块石大多是令滑面呈折线形,二者皆可增大边坡稳定性;当块石长轴与坡面夹角为90°、135°时,边坡塑性区呈发散分布,滑面更靠内部,稳定性更好,而当块石长轴与坡面夹角为0°、45°,则与上述情况相反;在通常沉积条件下,边坡稳定性随长短轴比增加而降低,滑动面越发平滑,塑性区范围与更加集中。可以看出,含石量、块石粒径、空间分布等因素对于块石土边坡有很大影响。几何参数不同,边坡稳定性差异较大,且具有一定规律性,在实际工程中有一定参考价值。     

岫岩小虎岭破碎带边坡稳定性分析

以岫岩小虎岭工程边坡为例,为了评价和研究含破碎带的岩质高边坡稳定性及抗滑桩加固效果。通过现场大型直剪试验和室内试验获得计算参数,基于数值模拟采用有限元强度折减法分析其稳定性并获得安全系数。结果表明破碎带是影响边坡稳定的主要原因,边坡塑性贯通区与破碎带形状一致;自然状态下安全系数为1.01,属欠稳定坡,采用抗滑桩加固后安全系数提高至1.72;安全系数在一定范围内随破碎带土体的c、φ值的增大而增大。     

牛头山黄土隧道的施工安全评价

为了研究牛头山黄土隧道施工过程的安全性,借助于ANSYS软件和强度折减法,采用上下台阶法,对牛头山黄土隧道的施工过程进行了数值仿真,得出了该黄土隧道的施工安全系数,分析了施工过程中围岩的塑性区分布.结果表明该黄土隧道的围岩塑性区主要分布在隧道曲墙两侧附近,施工安全系数为1.873,符合工程质量要求,从而定量评价了牛头山黄土隧道的施工安全性,为保证牛头山黄土隧道的正常施工提供了参考.     

浅埋偏压隧道边坡稳定性分析

基于有限元软件建立三维弹塑性模型，依托某隧道边坡工程，探讨了"锚杆+抗滑桩"联合支护参数对边坡稳定安全系数以及最大剪应变的影响，进而得到最佳支护方案。通过现场监测结合数值模拟，对比了有无该支护方案下边坡及隧道的围岩变形特征，利用抗滑桩应力与锚杆轴力的分布特征，再次明确该方案的支护效应。结果表明：最佳支护方案为方案A （抗滑桩14 m、锚杆14 m），支护后的边坡安全系数显著提高，抗滑桩与锚杆相比对边坡的安全系数影响更大；相较于无加固工况，联合支护下边坡的水平位移与竖直位移显著降低，土体变形区范围明显缩小；抗滑桩体主要承受压应力，最大值出现在桩中部，总体呈现"中端大，上下两端小"的分布模式；锚杆轴力随着锚固深度增加呈现线性减少趋势；隧道变形实测数据与数值模拟结果基本吻合，联合支护方案对控制隧道变形有显著效果。     

松散地层隧道进洞段管棚注浆加固效应分析

依托江西萍莲高速莲花隧道,建立考虑松散地层隧道进洞段管棚注浆加固效应的隧道开挖三维有限元计算模型,实现不同管棚注浆加固参数对隧道开挖稳定性影响的定量分析,在数值计算过程中研究注浆加固区力学参数(弹性模量、黏聚力)、管棚间距、注浆半径等因素对隧道稳定性的影响,并将研究成果应用于依托工程中,验证数值计算结果的正确性。研究结果表明:在隧道进洞段,隧道拱顶区域与掌子面前下方区域存在塑性区,上述2个区域为隧道进洞开挖过程中最易失稳的区域;管棚注浆加固可有效限制围岩变形,降低围岩体积应变,且管棚注浆加固区可有效隔离拱顶区域的围岩塑性区,有利于保证隧道拱顶安全;在整个管棚注浆加固长度内,管棚最大沉降量出现在隧道开挖掌子面附近;管棚最大沉降量的绝对值与注浆加固区弹性模量及注浆半径负相关,而与管棚间距正相关,但管棚间距对管棚最大沉降量的影响程度相比其他2个因素小。     

松散地层隧道进洞段管棚注浆加固效应分析

依托江西萍莲高速莲花隧道,建立考虑松散地层隧道进洞段管棚注浆加固效应的隧道开挖三维有限元计算模型,实现不同管棚注浆加固参数对隧道开挖稳定性影响的定量分析,在数值计算过程中研究注浆加固区力学参数(弹性模量、黏聚力)、管棚间距、注浆半径等因素对隧道稳定性的影响,并将研究成果应用于依托工程中,验证数值计算结果的正确性。研究结果表明:在隧道进洞段,隧道拱顶区域与掌子面前下方区域存在塑性区,上述2个区域为隧道进洞开挖过程中最易失稳的区域;管棚注浆加固可有效限制围岩变形,降低围岩体积应变,且管棚注浆加固区可有效隔离拱顶区域的围岩塑性区,有利于保证隧道拱顶安全;在整个管棚注浆加固长度内,管棚最大沉降量出现在隧道开挖掌子面附近;管棚最大沉降量的绝对值与注浆加固区弹性模量及注浆半径负相关,而与管棚间距正相关,但管棚间距对管棚最大沉降量的影响程度相比其他2个因素小。