考虑块石长轴倾角和土石接触面的土石混合体边坡稳定性研究

为准确分析土石混合体边坡稳定性,提出了一种基于原始块石形状库的随机土石混合体边坡模型构建方法,该方法可以很好的考虑块石形状和分布特征。采用该方法和有限元极限分析软件Optum G2,结合土石混合体边坡物理模型试验,研究了块石掺量(0%~50%)、长轴倾角(0°~180°)和土石接触面强度(1.4~0.01)对土石混合体边坡稳定性的影响。结果表明,块石在边坡剪切带存在“绕行”、“分流”、“包含”三种塑性扩展模式,并通过改变边坡剪切带的曲折点、长度和发展方向影响边坡稳定;通过对不同块石掺量下边坡稳定性研究,发现当块石掺量大于20%时,块石分布对边坡稳定性的影响较大;在高块石掺量下,边坡容易出现“局部”或“崩解式”破坏;在相同块石掺量下,块石长轴倾角平行或垂直于边坡剪切带时,边坡分别获得最小或最大安全系数;当块石长轴垂直于边坡剪切带时,边坡容易出现“崩解式”破坏,这主要与块石长轴对于边坡剪切带发展的“诱导”效应有关;在相同块石分布模型下,边坡安全系数随土石接触面系数的减小而降低,甚至会低于均质土边坡;当土石接触面强度低于土体强度时,块石对边坡剪切带存在 “吸引”效应。研究结果可为土石混合体边坡稳定性的评估和治理提供参考。     

不同含石率及基覆岩层倾角下土石混合体边坡稳定性分析

为准确地分析土石混合体边坡的稳定性，提出了一种可考虑不同块石含量、块石随机分布及基覆岩层倾角的边坡稳定性分析方法。该方法根据土石混合体边坡中的块石含量、级配以及基覆岩层倾角，随机生成了含石率从10%～60%、基覆岩层倾角从0°～20°的边坡模型，每种含石率及基覆岩层倾角均考虑8个不同的块石分布位置，最后将生成的模型导入到Optum G2中建立土石混合体边坡模型，采用有限元极限分析法对该类型边坡的稳定性进行了分析，并将计算结果与采用Kalender等效强度参数模型所得的结果进行了对比验证。研究结果表明，由于块石空间分布位置的不同，相同含石率及基覆岩层倾角下土石混合体边坡的最大、最小下、上限安全系数变化较大；相同含石率下，随着基覆岩层倾角的增加，边坡的下、上限安全系数的平均值变化相对较小；土石混合体边坡坡体中的剪切带呈现出“绕石”、“分流”以及“包含”这3种典型的扩展模式；通过将本文方法与Kalender等效强度参数模型所得的安全系数进行的对比分析，验证了作者所提方法的可行性。研究结果可为土石混合体边坡的设计及施工提供参考依据。     

土石混合体边坡稳定性的三维颗粒离散元分析

为探究土石混合体边坡的稳定性和破坏机理,基于土工离心模型试验基本原理,结合已开发的不规则块石和土石混合体三维离散元建模方法建立土石混合体边坡细观结构的三维离散元模型.引入颗粒流强度折减法并提出基于能量演化的方法来判别边坡失稳破坏.利用提出的土石混合体边坡三维离散元建模方法和稳定性分析方法,分析不同块石含量、块石形状、空间结构、空间形态等因素对土石混合体边坡稳定性和破坏模式的影响,并揭示这些因素影响的细观机理.结果表明:随含石量增加,土石混合体边坡的安全系数逐渐增大;土石混合体边坡中呈现出多滑动面现象,且滑面较为曲折,具有明显的绕石特征,坡脚部位的部分大块石使得剪出口的位置发生明显的改变;随块石形状由球体、卵石到碎石,土石混合体边坡的安全系数逐渐增大;上覆堆积体相对较厚且坡度不是很大的二元结构边坡或一元结构边坡的破坏模式主要是堆积体内部发生的弧形滑动破坏,上覆堆积体厚度不大且基岩面相对平整的二元结构边坡的破坏模式主要是沿基-覆界面的整体平移滑动破坏;随土石混合体边坡空间形态由条带型、敞口型到锁口型,其安全系数逐渐提高,其中锁口型边坡具有显著的支撑拱效应,且含石量越大这种效应越明显.     

土石混合体边坡的稳定性与大变形破坏分析

土石混合体边坡在自然界中广泛存在,其变形、破坏会对人类的生命财产造成重大损失。忽略块石的作用将其视为均质土坡进行研究往往过于简化。编制二维土石混合体边坡几何模型生成程序,采用极限平衡法、光滑流体动力学方法进行稳定性、大变形破坏分析,以研究块石含量对稳定性和冲击力的影响。为预测稳定性系数并计算失效概率,构建了深度神经网络模型。研究结果表明：当块石含量低于10%时,块石对边坡稳定性的影响很小;构建的神经网络模型能预测稳定性系数且相对误差在11%以内,可用于计算失效概率;冲击力时程曲线取决于块石含量、滑坡体方量、建筑物位置等多种因素。研究成果可为土石混合体滑坡的防灾减灾工作提供理论支持。     

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。为研究空间与颗粒参数对块石土边坡稳定性影响,基于已有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。结果表明:含石量增大,边坡安全系数上升,且含石量在50%～60%区间内上升速率最快;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、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;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,塑性区范围也更加集中。研究结果表明,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的参考价值。     

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。     

考虑含石量和降雨入渗角度的碳质泥岩土石混合体渗流特性（英文）

为研究碳质泥岩土石混合体在降雨入渗作用下的渗流特性,通过自制试验装置开展了考虑不同含石量和入渗角度的降雨入渗模型试验,获取不同标高处试样体积含水率与基质吸力的变化规律。采用VAN-GENUCHTEN模型对试验结果进行拟合,得到碳质泥岩土石混合体的土水特性曲线。研究表明,降雨入渗时碳质泥岩土岩石混合物的体积含水率呈梯度变化趋势,土体由底层向上层逐渐达到饱和,含水率自上而下递增并达到稳定水平;碳质泥岩土石混合物的渗透系数随着岩石含量的增加而呈现出先降后升的趋势;降雨入渗角的增大可有效抑制降雨过程中样品内部基质吸力的降低;在排水过程中,土壤内部各标高的含水率随排水时间的变化呈现出指数函数关系,且含石量和降雨入渗角度都会对试样内部的颗粒流失产生影响。     

考虑土体强度各向异性的边坡稳定性分析

由于天然土体具有各向异性特征,应在边坡稳定性分析中考虑其影响. 对于黏土材料,将各向异性状态参数定义为材料组构张量与标准化偏应力张量之间的联合不变量,提出在抗剪强度指标c和φ中耦合该参数的表达式,并结合已有的试验结果验证了该公式的有效性. 将各向异性强度参数公式应用于边坡稳定分析,并进行大量计算. 研究表明：对于坡角为14°的缓坡,考虑强度各向异性的影响后,边坡安全系数降低可达22.0%;当坡角增加到55°时,各向同性与各向异性安全系数相对差值略大于8.0%. 即表明土体强度的各向异性对缓坡安全系数的影响比对陡坡的大,尤其对于高而平缓的边坡,这种影响应当引起重视.     

不同含石量下泥岩土石混合体剪切特性及细观破坏机制

为探究含石量对泥岩土石混合体剪切特性及细观破坏机制的影响,设计了含石量20%~80%共4组试样,分别在0.2、0.4、0.6、0.8 MPa这4种不同围压下进行室内大型三轴剪切试验,研究不同含石量试样的偏应力、体积应变及抗剪强度参数的变化规律;基于数字图像处理技术生成PFC^2D颗粒流数值模型进行一系列数值分析。结果表明：试样抗剪强度随含石量增大而不断增大。与其他类型的土石混合体不同的是,泥岩土石混合体在低围压下呈先剪缩后剪胀的变化规律,且含石量越高,最终剪胀效果越明显;在高围压下始终表现为剪缩,且含石量越低,剪缩效果越强。内摩擦角随含石量增大呈慢快慢的“S”型增长趋势,且在20%~80%含石量内增长较快;黏聚力随含石量增大不断降低,但下降速率逐渐减小。数值试验表明：土石混合体在剪切过程中存在拉剪混合破坏;随含石量增加,土石混合体骨架结构效应越来越显著,剪切带绕过块石,形成多个形状不规则的小剪切带。     

高土石围堰施工-运行过程边坡稳定性分析

高土石围堰边坡稳定性与堰体材料的力学性质密切相关.在围堰施工及运行过程中,随着结构应力和渗流状态的变化,堰体材料力学参数也发生持续性变化.基于围堰施工过程中堰体应力及渗流状态变化规律分析和土石材料力学非线性理论,建立考虑施工过程的土石围堰边坡稳定分析模型;在此基础上,进行高土石围堰施工-运行过程边坡稳定特性分析,结果表明堰体边坡稳定的最不利工况出现在基坑开挖后的堰前水位下降期,最危险滑动面位置随着水位下降速率的增加由背水面转向迎水面;当水位下降速率一定时,堰坡稳定安全系数呈先减小后增加趋势,最小值及其出现时间与水位下降速率相关.     

岩石边坡平面滑动时的临界滑面倾角的探讨

在岩石边坡中，当出现平面滑坡时，如果边坡内没有确定的滑面，滑面的临界倾角不仅仅是边坡倾角和破坏面摩擦角的函数，而且还应该是滑体高度、破坏面的黏聚力和岩体重度的函数．通过推导和计算得知，滑面的临界倾角与边坡倾角呈线性关系，与破坏面摩擦角呈二次函数关系，与滑体高度呈对数关系，与破坏面的黏聚力呈负指数关系，与岩体重度呈二次函数关系．此外，当边坡中有张裂缝和水时，滑面的临界倾角还与张裂缝的深度和水位高度有关.     

边坡失稳和稳定性分析方法的探讨

边坡稳定性是土木工程实践活动重点考虑的问题,造成边坡失稳的原因是多方面的,稳定性分析方法也不同。分析了边坡失稳的破坏过程和原因,讨论了工程地质分析法、刚体极限平衡分析法和数值分析法等各种边坡稳定性分析方法的特点,提出采用综合法研究边坡稳定性,以寻求有效的边坡稳定治理措施。     

边坡稳定性分析方法综述

对目前边坡稳定性分析中所采用的方法进行了归纳,分析总结了图解法、极限平衡理论、数值分析方法、复合法等确定性分析方法的发展情况。详细分析了边坡稳定性分析方法的最新进展和边坡稳定性分析中的新方法、新理论及各种方法的优缺点。指出随着计算机技术的兴起和软件的应用,多种方法的综合运用成为边坡稳定性分析的发展方向。     

一种考虑波动效应的拟动力地震边坡稳定性分析方法

考虑地震波在坡体内的传播特征,基于拟动力法,结合传统静力边坡稳定性分析极限平衡法(瑞典条分法),推导了边坡地震力公式和地震边坡稳定性安全系数公式。在此基础上,借助MATLAB软件开发了最危险滑面搜索和安全系数求解程序,实现了一种考虑波动效应的拟动力地震边坡稳定性分析方法。通过探讨地震动特性对地震边坡稳定性的影响,得到了地震边坡稳定性安全系数随地震动参数的变化规律。对于既定边坡,其安全系数随地震波初始相位呈现周期性波动变化,存在最小安全系数; 并且此安全系数随地震系数和地震波波长与边坡坡高比的增大而减小。此外,从波动理论角度揭示了拟动力法与拟静力法的区别与联系,给出了两类方法的适用范围:当地震波波长与边坡坡高比大于10时,两类方法所得结果基本一致,均适用; 而当地震波波长与边坡坡高比小于10时,拟静力法所得结果较拟动力法相对保守,仅拟动力法适用。     

岩质边坡稳定的体系可靠度分析及工程应用

对岩质边坡存在多个滑动面时的体系可靠度进行分析,可以对边坡的稳定性作出更加合理的评价.采用非线性有限单元法,通过降低岩体的强度参数,寻找边坡的潜在滑动面,并定义滑动面上所有单元同时破坏时,作为边坡的失稳模式;针对岩体破坏的特点,按Druker-Prager屈服准则和单轴抗拉强度准则构建失稳模式中单元的功能函数,再采用响应面法和蒙特卡罗法计算单元的可靠指标和相关系数;单一失稳模式是由滑动面上的单元组成的并联体系,为此,研究了一种逐步等效线性化求交法用于计算单一失稳模式的可靠指标;最后,用Ditlevsen窄界限公式估算由各失稳模式组成的串联体系的可靠指标.上述方法得到的可靠指标可用于边坡的稳定性评价.作为工程实例,对某水电站左岸坝肩边坡的体系可靠度进行了分析和评价,验证了本方法的合理性和可行性.     

边坡稳定分析的有限条分与无限条分法

条块划分是边坡稳定分析的基础。确定条块的分布是它的基本问题。本文从阐述条分的力学本质入手,用无限条分的概念,通过理论分析和计算对比,给出条块选择的原则。并以土质边坡为例,对合理的条块数的选择给出了建议。     

沉积岩地区高边坡稳定性分析

在大量的野外地质调查工作基础之上,采用赤平投影法分析了沉积岩地区岩石高边坡的潜在破坏模 式,并运用极限平衡法计算边坡在此潜在破坏模式下的稳定性,对安全储备较低的采石场边坡提出削坡方案,同 时配合有限元法对边坡的稳定性进行了分析和评价,指出岩层层面是影响沉积岩地区高边坡稳定性的最不利结 构面,是调查和研究的重点。