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。     

考虑张拉的强度折减法在岩质边坡稳定性评价中的应用

岩质边坡的安全稳定性一般由其内部的软弱夹层控制.建立了几种典型的软弱夹层分布的岩质边坡,基于强度折减法,并考虑破坏过程中的张拉作用,逐步增大折减系数,得到不同折减系数的岩质边坡的稳定性计算结果,并与传统强度折减法的计算结果对比.结果表明,在软弱夹层控制的岩质边坡的顶部存在张拉破坏;考虑抗拉强度计算得到的塑性区更加符合实...     

岩质边坡稳定性的有限元分析和数值模拟

基于岩质边坡滑动面和稳定性主要由岩体结构面强度决定的实际,作者首先采用有限元应力分析方法估算了岩体结构面的稳定安全系数,进而利用有限元强度折减法对岩质边坡稳定性进行了数值模拟研究。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。     

比较两种折减法在岩质边坡稳定性分析中的差异

为分析不同强度折减法计算结果对岩质边坡稳定性影响,采用有限元软件Plaxis,以东风水库岩质边坡为例,从边坡安全系数、位移及塑性破坏区三方面比较了整体强度折减法与改进的局部强度折减法在分析边坡稳定性过程中的差异。分析表明,边坡天然状态下,采用整体折减法和局部折减法得到的安全系数分别为1.474和1.476,而对边坡进行加固处理后,两种方法得到的安全系数几乎一致,且支护效果明显;两种方法反映出的边坡整体位移随折减系数变化趋势较为接近,而折减系数相同时,采用整体折减法得到的水平和竖直位移均较大,且边坡发生破坏时,水平位移值比局部折减法大5 mm左右,竖直位移比局部折减法大11mm左右;两种折减法确定的危险滑裂面相同,但整体折减法下的塑性点和拉断点明显较局部折减法中的分布更多,范围更广。     

塑性应变能判据在含组合软弱结构面岩质边坡动力稳定分析中的应用

由于地质构造作用,一处岩质边坡往往在几个软弱结构面的共同作用下发生失稳,其破坏形式与单一软弱结构面的破坏形式有较大差异,尤其是在地震的往复作用下,其稳定性分析十分复杂,需要合适的判据对其稳定状态进行判别。鉴于塑性应变能具有客观性强,能真实反映岩土体稳定性的特点,本文基于有限元软件ABAQUS 使用强度折减法建立某一实际水利工程含组合软弱结构面岩质边坡震后塑性应变能与折减系数的关系曲线,以震后塑性应变能突变为失稳判别准则对边坡在地震作用下的稳定性进行了分析,并将计算结果与常用特征点位移突变、塑性区贯通判据结果进行对比。结果表明：塑性应变能突变判据与特征点位移突变、塑性区贯通判据得到的结果相近,准确性有保证,且不受观测点选取等主观因素影响,得到的结果唯一,是在分析含组合软弱结构面岩质边坡动力稳定性时的较优选择。     

岩质边坡稳定性时程分析下限法研究

基于动力学理论、塑性极限分析下限法理论、块体单元离散技术以及数学规划理论,提出了一种岩质边坡地震动力稳定性的时程分析下限法。首先使用块体单元离散岩质边坡,然后采用拟动力法原理计算块体单元形心的地震时程加速度,最终建立符合平衡方程、屈服条件、力边界条件的岩质边坡地震动力稳定性的线性数学规划模型,最后使用数学规划算法求解模型,获得地震作用下岩质边坡稳定性安全系数随时间的变化规律。相对于拟静力法只能得到单一的边坡安全系数值,本方法可以获得边坡安全系数的时程曲线和内力时程曲线。本方法概念明确、理论严谨、计算精度和效率高,可将其应用于岩质边坡的动力稳定性计算领域,为岩质边坡的抗震设计提供参考。     

地震作用下多级平台路堑边坡的动力响应研究

以小江断裂带为背景,以岩体动力学参数研究为基础,利用FLAC3D软件建立单一均质岩质三维边坡概化模型,从加速度、位移、塑性区等方面研究地震作用下多级平台不同宽度对边坡的动力响应影响。结果表明,地震作用下单一均质岩质边坡的破坏模式是沿某一潜在贯通破裂面失稳;边坡平台临空面对地震波具有放大效应,但随着平台宽度增加地震波放大效应会被削弱;平台设置可减小坡脚剪应力集中,塑性区由坡体内部趋于坡体表面发展,有效提高边坡的整体抗震稳定性,但坡脚处仍易发生剪切破坏,应加强支护。     

双强度折减法分析岩质边坡稳定性

利用离散元软件UDEC,采用双强度折减法、传统强度折减法对结构面强度参数黏聚力c、内摩擦角φ进行不同程度的折减,对比分析单直线型结构面、一组平行节理面和两组平行节理面3种典型类型结构面岩质边坡的稳定性。结果表明:对比传统强度折减法,采用双强度折减法对岩质边坡进行稳定性计算,分析得到的结果可以更真实地反映结构面强度参数c、φ各自的安全储备;对于含两组复杂节理的岩质边坡,折减至极限平衡状态时,两种方法得到的滑面位置不同。     

共面断续岩桥直剪试验破坏过程研究

岩桥对岩质边坡稳定性起控制性作用,而非贯通性节理岩体是广泛存在于岩质边坡中的一种岩桥载体形式。研究共面断续岩桥连通率对岩石抗剪性能的影响,可为岩质高边坡稳定性评价提供理论依据。以直剪试验的形式,通过石英砂、水泥、石膏和水制备直剪试验试样, 并预留相同长度的3条共面断续节理,对共面断续岩桥进行剪切模拟,分析其破坏模式、破坏过程演化机制和力学参数。结果表明:直剪试样呈现张拉破坏、拉剪破坏和剪切破坏3种破坏模式,以剪切破坏为主,节理所在面为控制性结构面;试样破坏过程依次呈现为裂纹稳定、裂纹破坏和残余变形阶段;随连通率增大,抗剪强度降低,黏聚力减小,内摩擦角小幅变动;共面断续岩桥连通率越大,岩石抗剪性能越差,岩质边坡稳定性越低。     

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。     

索风营水电站Dr2危岩体动力稳定分析

针对索风营水电站的Dr2危岩体在地震作用下的动力稳定问题,以及锚固洞、抗滑桩等加固措施在单独、联合作用时对整体稳定的贡献度问题,通过建立包含危岩体及其加固措施的三维有限元模型,采用振型分解反应谱法计算了危岩体上的滑体在地震作用下的惯性荷载,并将其作为外荷载与静力荷载工况进行组合。基于三维非线性有限元强度折减法,以特征点位移突变、锚固洞(或抗滑桩)截面最大剪力超过其典型截面的斜截面极限抗剪承载力等为失稳判据,以此确定危岩体的动力稳定安全系数。结果表明:天然状态下的危岩体动力稳定安全系数为1.017,不满足规范要求。单独考虑锚固洞或抗滑桩加固时,危岩体的动力稳定安全系数分别为1.10、1.06;洞桩联合加固时危岩体动力稳定安全系数为1.11,洞桩联合加固的效果较好。研究成果对同类复杂岩质高边坡的动力稳定分析具有参考价值。     

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。     

硅质岩单面山路堑边坡稳定性影响因素分析

为了研究硅质岩路堑边坡的稳定性影响因素,先通过野外调查,总结出路堑边坡的破坏模式主要为滑移—拉裂破坏和受控于结构面的破坏;然后进行单轴压缩变形试验、抗拉强度试验及直接剪切试验得到硅质岩的物理力学参数,为数值模拟提供依据;最后通过有限元强度折减法,分析边坡坡角、结构面间距、开挖坡率及平台宽度4个因素对坡体稳定性的影响。结果表明,边坡坡角对坡体的稳定性影响最大,其次为开挖坡率。由于硅质岩的特殊破坏形式及单面山路堑边坡破坏模式的多样性,在评价路堑边坡稳定性时需要综合考虑各个因素,不可单凭某一因素来判断。研究成果可为其他硬质岩单面山边坡的稳定性评价及支护结构设计提供参考。     

暴雨作用下基岩软化对边坡稳定影响的研究

本文针对暴雨情况下的边坡稳定问题,采用有限元强度折减法,结合边坡工程实例,考虑边坡岩体的非均质、不连续介质特征,以及岩体应力应变变化过程特性,对边坡敏感薄弱部位分正常工况与暴雨工况两种情况分别进行安全失稳分析.结果表明,边坡安全稳定问题主要是在暴雨作用下,滑块的结构层面基岩出现饱和水软化现象,其物理力学性能和强度有可能大幅度降低,进而导致边坡失稳.     

Seismic stability safety evaluation of gravity dam with shear strength reduction method

A new method of numerical seismic stability safety evaluation for a rock slope is proposed based on the analysis of a gravity dam foundation subjected to earthquake loading. The shear strengths of the weak discontinuities are divided by different shear strength reduction ratios (K) and numerical seismic analysis is carried out after the static analysis is completed. With different K values, the curves of the permanent horizontal displacement of key points of the dam foundation (K-displacement curves) are studied. According to the curve change, the distribution of plastic zones in the foundation, and the slow convergence of the finite element method (FEM), the seismic stability safety factor is defined as K when the gravity dam is in the limit equilibrium state subjected to earthquake loading. These concepts were applied to the evaluation of seismic stability safety of a gravity dam for a hydropower project. The analysis of the example shows that the proposed method is feasible and is an effective method of seismic stability safety evaluation.     

地震作用下渗流边坡的动力响应耦合分析

运用有限差分软件FLAC3D,建立某一赋含地下水的顺层岩质边坡三维模型,基于Finn动孔压增长模型,对边坡在地震作用下的加速度响应规律作了流固耦合分析,并就地下水对边坡塑性区分布的影响作了简要分析。数值计算结果表明:含地下水边坡的地震动峰值加速度PGA放大系数和坡顶加速度均大于无水边坡,地下水位升高时,PGA放大系数和坡顶加速度呈波动变化,当边坡土体处于完全饱和状态时,两者均明显增大;坡脚加速度随水位变化也呈波动状态,当边坡土体处于完全饱和状态时,同样明显增大;含地下水边坡的PGA放大系数等值线比不含地下水时的曲线分布更为杂乱,规律性较差,但仍具有明显的加速度垂直放大效应和临空面放大效应;表面风化层的塑性区随水位升高,其拉剪共同作用破坏单元逐渐增加,表面边坡的破坏效应逐渐增大。综合加速度、坡顶位移和塑性区分布来看,地下水对地震作用下顺层岩质边坡的稳定不利。     

基于非线性抗剪强度指标的面板堆石坝坝坡稳定有限元分析

面板堆石坝坝坡稳定分析的关键是如何合理选择堆石材料的抗剪强度指标,以及如何选用能合理反映坝坡失稳破坏机理的抗滑稳定分析方法.本文结合工程实例,以面板堆石坝坝坡稳定安全系数为研究对象,通过与按线性抗剪强度指标计算结果的比较,研究论证了采用非线性抗剪强度指标的合理性.在采用非线性抗剪强度指标的前提下,通过与传统的刚体极限平衡法计算结果的比较,分析说明了有限元法计算结果的准确性与合理性.结果表明,对于面板堆石坝的坝坡稳定问题,采用基于非线性抗剪强度指标的有限元方法可以获得更为合理的结果.     

降雨入渗条件下边坡的稳定性分析

把降雨入渗条件下的边坡稳定性问题转化为图论中的最短路问题,基于饱和-非饱和渗流有限元计算得到的应力场和渗流场来计算边坡的最危险滑动面及其安全系数,在降雨入渗过程中,考虑基质吸力对滑动面抗剪强度的影响,采用修改的Mohr-Coulomb破坏准则来计算非饱和边坡的抗剪强度。降雨入渗过程及其对边坡力学行为的影响采用一个二维的有限元渗流-应力耦合程序进行分析,研究降雨入渗过程对边坡的孔隙水压力、位移以及安全系数的影响,计算结果表明,在降雨入渗过程中,边坡的安全系数在不断减小,降雨停止之后,边坡的安全系数还会持续减小一段时间,随着排水的不断进行,边坡的安全系数又会逐渐增大。     

强震作用下中倾外层状岩质边坡动力失稳机理研究

中倾外层状岩质边坡在静力条件下的稳定性一般较好,但是在对"5·12"汶川地震中失稳边坡调查的过程中,却发现了大量的中倾外层状岩质边坡动力失稳案例。为了得出该类型斜坡动力变形失稳机理,采用三维离散元数值模拟技术,对该类型边坡在地震作用下失稳机理进行数值模拟。结果表明:在地震荷载作用下,坡表各监测点PGA放大系数随高程增加呈现非线性增大且均大于1。在边坡水平剖面上PGA放大系数先增大,在距坡表50 m后逐渐降低;而竖直剖面上PGA放大系数在1/2高度下整体变化不大,超过该高度其急剧增大。地震作用下整个边坡的失稳机理为:边坡顶部优势层面逐渐张开,缓倾坡外的结构面发生剪切变形;随着变形的发展,坡体上部拉张裂缝向深处扩展,坡内锁固段岩层被破坏,控制性结构面贯通;滑坡沿贯通滑面快速滑下,摧毁坡脚铁路线并堵塞河道,整个边坡发生拉裂-滑移-剪断型失稳破坏。研究成果为类似地区的边坡工程地震失稳分析提供参考和依据。