基于ＤＥＭ－ＬＥＭ考虑裂隙扩展的岩质边坡稳定性分析

岩质边坡内部常存在许多节理裂隙,使得岩质边坡成为不连续介质体,导致其稳定性分析比较 困难。现有的离散元程序可以计算由封闭曲面或曲线构成的块体系统的稳定性,但是难以模拟在地震 等荷载作用下的裂隙扩展、块体重构和多块体组合破坏等现象。针对这一问题,根据格里菲斯断裂理 论,在裂隙尖端岩桥位置沿可能的开裂方向设置虚拟节理裂隙,生成多个潜在关键滑移块体,利用离散 元软件ＵＤＥＣ计算岩质边坡的应力场并结合刚体极限平衡法评价滑移块体的稳定性,进而判断最可能 滑移块体和滑移路径。基于上述思想,开发了相应滑移块体搜索算法和评价机制,研制了考虑扩展裂隙 的适用于静力和动力分析的二维岩质边坡稳定性分析软件ＳＡＦＥＳＬＯＰＥ,对多种节理组合块体开展了静 动力算例验证工作。     

基于离散单元法的锚固岩质边坡动力响应研究

采用离散元单法和动力时程法,应用UDEC程序,计算某水电站厂房后方顺层块状岩体边坡动力响应,计算结果表明:动力荷载作用下未支护岩质边坡的破坏可划分成:未滑动、缓慢发展、加速发展和破坏4个阶段;边坡在地震荷载下的破坏是一个累积的过程;锚杆单元的轴力响应曲线与该单元附近的岩体的相对位移时程曲线相关性很好,表明锚杆周边单元之间相对位移是导致锚杆发挥加固作用的原因之一。研究了锚杆轴力分布规律,并据此提出了边坡加固优化方案,该加固方案对相似工程具有参考意义。     

土质边坡动力稳定数值分析方法评述

回顾并分析了拟静力法、Newmark滑块法和有限元法这三种常用的土质边坡地震作用下稳定分析方法,认为一种合理的边坡地震稳定分析方法应该考虑多方面的因素,包括边坡土体动本构模型、孔隙介质波动理论、边坡地震动输入方式和边坡地震稳定性评价指标选择等方面。在探讨以上四个方面的研究现状及进展的基础上提出了基于静、动力有限元分析的边坡抗震稳定安全度评价方法。此方法可以求得边坡滑动特征点的动位移时程曲线、永久位移和动安全系数,并可综合此结果来判断边坡地震作用下的稳定性。     

基于QUAKE/W的顺层岩质边坡动力响应特征及稳定性分析

选取哈大线DK50+ 900-DK51+ 500处的岩质边坡为分析对象,结合工程地质资料,运用QUAKE/W和SLOPE/W模块耦合建立数值模型,计算其在动力作用下特定监测点的位移与加速度并分析其响应特性.在上述分析的基础上进一步耦合计算岩质边坡在地震作用下安全系数随时间变化的规律,并得到其整个过程的稳定性,将结果同拟静力法进行比较.结果表明地震作用下边坡位移和加速度最大值均出现在边坡中上部,稳定性总体显著降低,局部时段存在安全系数增高现象,与实际相符合.     

边坡稳定的离散元强度折减法分析

分析边坡稳定性的传统方法主要有极限平衡法和有限元法,传统的极限平衡法无法获得节理岩质边坡的滑动面与稳定安全系数,有限元法对节理岩质边坡的稳定分析需要设置节理单元,而离散单元法能真实地表达节理岩体的几何特征,便于处理非线性变形和破坏都集中在节理面上的岩体破坏问题,因此可以更好地模拟边坡的稳定状况。将离散元法与强度折减法结合,分别对土质边坡和含结构面的岩质边坡的稳定性进行了算例分析,结果表明离散元强度折减法在岩土体边坡稳定分析方面具有潜在的优越性,是节理岩质边坡稳定性分析的可行、有效的方法。     

岩质陡高边坡地震动力稳定分析

简述了岩质陡高边坡地震动力响应分析的基本原理与计算方法,建立了评价稳定性的计算公式。结合马崖高陡边坡实例,用反应谱法和时程分析法进行了计算,获得了动态特性、地震动力响应,并给出了可能滑裂面的抗剪断强度储备比值。其结果能够合理地评价其稳定性。     

水电站高陡边坡地震稳定性分析

文章采用赤平投影分析和块体离散单元法,分析高陡岩质边坡岩体内不同结构面组合类型对边坡稳定性的控制作用,分析表明该边坡在地震作用下的主要破坏模式为坡体上部局部小规模楔形体滑移破坏,主控该边坡稳定性的最危险结构面组合为J2J3结构面组合。     

地震动特性对岩质边坡安全系数的影响

基于显式波动有限元—极限平衡法,探讨了可靠度动力安全系数的可信度,研究了地震动峰值、频谱特性对岩质边坡安全系数的影响.研究结果表明,可靠度动力安全系数改变了以往稳定性评价指标与风险评价脱钩的做法,评价结果更为科学合理;地震动峰值基本不改变安全系数时程曲线的形状,但对安全系数的概率分布和标准差影响显著,并且与边坡安全系数呈负相关关系;地震动频谱特性对边坡可靠度动力安全系数的影响最大达到25％,不应忽视.     

水平地震作用下阶梯式复杂土层边坡动力响应及稳定性分析

针对一阶梯式复杂土层边坡,采用人工修正的加速度时程作为地震输入条件,引入三量放大系数对土坡坡面质点进行地震时程响应分析,并采用Newmark滑块分析法和有限元动力时程分析法计算其稳定性.计算结果表明,在水平地震波作用下,阶梯式土坡坡面质点的水平位移和水平速度随距坡脚的沿坡面距离的增大而增大,且最大值都出现在坡顶,地震加速度放大系数呈不规则分布,受地震累积效应影响,土坡坡面质点三量响应滞后于地震波谱变化;拟静力法计算的安全系数偏保守,有限元动力时程分析法和Newmark法计算后通过处理的各项安全系数结果相近.     

块体单元法安全系数取值标准研究

边坡稳定性问题涉及矿山工程、水利工程等诸多工程领域，对边坡稳定性进行分析的方法主要有极限平衡法（LEM）、有限单元法（FEM）、块体单元法（BEM）、离散单元法（DEM）、边界单元法（BEM）、界面元法（ISEM）、不连续变形分析方法（DDA）等等。选取刚体极限平衡法、有限单元法和块体单元法，对单面滑动、双面滑动的算例进行了安全系数计算和对比分析，进而建议在滑动破坏模式一致的情况下，块体单元法的安全系数取值可参照刚体极限平衡法或有限单元法的标准选取，结果偏于安全。     

地震作用下反倾向层状岩质边坡弯曲倾倒稳定性分析

当前关于弯曲倾倒破坏的研究鲜有涉及到地震荷载,地震荷载对反倾向边坡弯曲倾倒稳定性的影响规律尚不清楚。为了解决上述问题,提出一种分析地震作用下反倾向层状边坡弯曲倾倒稳定性的极限平衡方法,该方法认为边坡发生破坏时,坡体内部应力达到极限平衡状态,即基于边坡破坏面计算得到的坡脚岩层剩余下滑力(倾倒力)为0。基于静力等效替代思想推导了推力线高度的计算公式;通过严格的力学推导确定岩层的稳定区域、破坏区域及破坏区岩层的破坏模式,并通过逐步迭代的方式计算坡脚剩余下滑力(倾倒力)。选用皖南板岩边坡作为工程实例,计算结果表明采用本文方法得到的边坡破坏面和稳定系数是合理可信的。通过地震影响系数的敏感性分析发现,随着地震影响系数的增大,坡脚剩余下滑力(倾倒力)增大,而边坡稳定系数减小,边坡更容易发生浅层破坏,变得愈发不稳定。     

岩质边坡动力稳定安全评价方法研究

提出了在采用不同的降强倍数对抗剪强度进行折减后进行静力有限元分析的基础上,再进行动力有限元计算的岩质边坡动力稳定安全评价方法。以在地震荷载作用下,边坡处于临界稳定状态时的降强倍数定义为动力稳定安全系数。通过对一个岩质边坡实例的分析,说明了采用有限元法对岩质边坡进行动力稳定评价的实施过程。分析中地震波作用在人工边界上,采用粘性辐射边界避免地震波在边界的反射现象。     

岩质边坡稳定坡角影响因素及其确定方法

目前研究岩质高边坡稳定性的方法很多,但研究边坡开挖后稳定性及边坡坡角与结构面倾角的关系却较少,且多运用数值分析方法确定岩质高边坡的稳定性,很少用解析解的方法。基于块体的极限平衡理论,岩质高边坡发生整体破坏,其滑移面为顺层直面,推导出岩质高边坡受结构面控制的最小安全系数解析解。分析解析表达式中各个参数对确定影响边坡稳定性的敏感性因素,表明受结构面影响的岩质高边坡安全系数与岩体的黏聚力、内摩擦角成线性正比关系,与岩体重度、边坡高度和边坡坡角成反比,随着结构面倾角的增加而呈先减后增的趋势,据此得出在既定的安全系数下岩质高边坡稳定坡角的解析解,分析得出受结构面控制的岩质边坡稳定坡角与黏聚力、内摩擦角、边坡坡高和安全系数等的关系曲线。通过对已有工程实例的计算分析,比较理论公式和数值模拟计算结果的差异,证明理论公式可以应用于实际工程之中。     

基于安全性和经济性多目标优化的岩质边坡锚固计算方法

以节理岩质边坡为研究对象,基于塑性力学的极值理论,将滑动面的安全系数和锚固造价共同作为目标函数,将锚固力方向、锚杆长度、结构面的剪力和法向力作为决策变量,结合岩块的平衡方程约束条件、结构面的屈服条件和锚杆的附加约束条件,建立安全性和经济性多目标的岩质边坡锚固非线性数学规划模型,最后采用线性加权和法求解多目标规划模型得到安全系数、锚固造价的最优值以及最优锚固角,该方法具有概念明确、计算精度高等特点。     

岩质边坡稳定性影响因素敏感性分析

通过有限元计算软件ADINA建立边坡二维平面应变模型，分析了岩质边坡稳定性影响因素粘聚力C、内摩擦角φ,岩石重度γ、弹性模量E、岩石抗拉强度σt和边坡高度h等对边坡安全系数的影响。计算结果表明：粘聚力C、岩石重度γ和边坡高度h等对一般岩质边坡稳定性的影响较为敏感；内摩擦角φ较粘聚力C对岩质边坡稳定性的影响不太敏感。对岩质边坡稳定性分析研究有一定的应用价值和参考价值。     

岩石高边坡稳定性并行计算及其应用

在高地震烈度区的岩石高边坡抗震安全评价需要大规模数值计算,而现有商业软件无法有效解决这类复杂的工程问题,因此,本文开发了解决岩石高边坡接触稳定性问题的对等架构并行计算程序,并应用于泰山公司抽水蓄能电站上水库左岸边坡的静力和动力稳定性评价。在数值建模过程中,将岩石边坡滑块体、地质结构面、库水作用以及近场地基作为岩石高边坡动力接触系统。在稳定性安全评价中结合了有限元法、极限平衡法和接触算法,考虑影响高边坡稳定性的多种复杂因素,通过计算特定滑动面的安全系数或安全系数时程,基于现行水电工程水工建筑物抗震设计规范,完成了岩石高边坡稳定性评价,回避了求解复杂岩体材料非线性的问题。计算结果显示,所开发的程序具有较高的并行计算效率,对解决复杂岩石高边坡稳定问题具有显著的优势。     

节理岩体边坡稳定上限分析方法

运用Goodman节理单元和上限分析定理研究节理岩体边坡稳定情况。假设组成岩体的岩块和节理为理想刚塑性且满足Mohr-Coulomb屈服准则,采用Goodman节理单元建立了节理岩体边坡稳定的上限分析有限元格式。通过把外载或自重的载荷乘子作为目标函数,形成了带等式约束的非线性数学规划问题,采用一种无搜索直接迭代算法求解。数值计算结果表明单组节理岩体的节理方向对岩体边坡稳定影响明显。     

基于强度折减的离散单元法在岩质边坡稳定性分析中的应用

离散元方法是一种用于非连续介质的数值计算方法,适用于岩体断层、节理、裂隙比较发育的岩质高边坡稳定性分析.强度折减法是一种在边坡稳定性分析中应用比较广泛的数值方法,其所认定的强度储备系数跟极限平衡所提出的稳定安全系数是等效的.将离散元方法与强度折减准则相结合,采用两套离散网格:密网格代表节理裂隙发育的工况;稀网格近似等效为岩体经过加固后完整性得到提高的工况,对构皮滩水垫塘高边坡进行了计算,分析了自然边坡及开挖边坡的稳定性,并对支护效果进行了评价,为工程的设计施工提供了参考.     

基于节理网络有限元的岩质边坡稳定性分析

传统岩质边坡数值分析多是将边坡概化成连续均质体或离散刚性单元集合体,前者忽略了结构面的影响,后者夸大了结构面的控制效应,均难以反映真实边坡岩体中结构面存在、非贯通、随机发育的特点。节理网络有限元可以弥补这些方法的不足,通过结构面模拟能高度还原边坡结构特征,在此基础上的数值分析结果更加可靠;其优势是不仅能分析边坡应力、位移及塑性区等特征,还能给出稳定性系数、分析变形破坏的演化模式及范围。介绍了节理网络有限元的基本原理及方法,以某花岗岩边坡为例进行了具体运用。结果表明:该边坡在天然及地震工况下稳定性系数分别为1.57和1.46,处于整体稳定状态;浅表节理切割、强烈风化的松动岩体稳定性较差,易在外界因素诱发下发生滑移-拉裂式失稳。实践证明节理网络有限元法为岩质边坡稳定性研究提供了新的思路与方法。