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。     

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。     

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分析

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。     

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.     

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。     

土袋技术加固膨胀土边坡数值模拟研究

为提高膨胀土边坡的稳定性,采用了土袋技术加固方法.利用FLAC3D软件,基于强度折减法,对边坡稳定性进行分析.结果表明,未经处理的膨胀土边坡,安全系数很低,滑移量大,边坡处于失稳状态,若采用土袋技术加固膨胀土边坡,边坡整体稳定性得到较大提高,滑移量大大减小,滑弧形态由浅层滑动过渡到深层滑动,边坡处于稳定状态,考虑土袋与土袋之间的接触,与不考虑土袋之间的接触效果相比,最大水平位移明显减小,安全系数增大,处理前与处理后膨胀土边坡滑动破坏位置没有发生变化,就在坡脚附近,说明土袋技术可用于加固膨胀土边坡.     

大气影响层含水率变化对下蜀土边坡稳定性的影响分析

针对大气影响层含水率变化对下蜀土边坡稳定性的影响,以镇江跑马山边坡中的下蜀土为试样,通过直剪试验获取了大气影响层现场含水率变化范围内下蜀土的抗剪强度指标,同时结合现场探槽试验获得大气影响深度,采用有限元极限分析软件OPTUM G2分析了大气影响层含水率变化对下蜀土边坡稳定性的影响规律。结果表明:随着大气影响层含水率的增大,下蜀土边坡的潜在滑动面逐渐从深层向浅层转变;下蜀土边坡下、上限安全系数绝对衰减率的最大值都在17%左右。     

边坡强度参数对于稳定性影响的极限平衡法分析

为了研究岩土体抗剪强度参数对边坡稳定性的影响,通过理论推导和Bishop极限平衡法计算,分别改变岩土体的粘结力c和内摩擦角,探讨边坡安全系数和滑动面的变化.结果表明：粘结力或内摩擦角改变时,边坡的安全系数将发生变化,而滑动面的变化受函数η-c的影响,η-c与粘结力和内摩擦角有关.当η-c为定值时,滑动面不随抗剪强度参数的变化而变化;当η-c增大时,边坡的滑动面从近坡面逐渐向边坡内部移动;反之,η-c减小时,边坡的滑动面从边坡内部向近坡面移动.研究结果为边坡稳定性分析的理论和实践研究提供了参考.     

考虑土层软化及渗流应力耦合的边坡稳定性分析

为合理评价地下水对边坡稳定性的影响,采用有限元法对考虑土层遇水软化及渗流应力耦合效应的边坡稳定性进行分析,基于空气单元法求解含排水井边坡的多重非线性渗流场,基于强度折减法确定最危险滑动面和稳定安全系数.结合驷马山分洪道工程切岭段右岸边坡,开展渗流、应力及稳定性分析,得到边坡中的水头、应力分布及变形特征;评价了边坡布设排...     

接触带土层软化对排土场边坡稳定性的影响分析

针对排土场上部渣土层和下部基岩面接触处的软化接触带对其稳定性的影响问题,采用有限元极限分析法构建了含软化接触带的排土场边坡的数值模型,系统分析了堆填角度、基岩倾角、软化接触带厚度及软化度对排土场边坡稳定性的影响规律,并通过具体的排土场边坡实例验证了该分析方法的可行性。研究结果表明,同等条件下,接触带软化和堆填角度对排土场边坡稳定性的影响很大,而基岩倾角和接触带厚度的影响相对较小;随着接触带软化度的增大,排土场边坡下、上限安全系数的绝对衰减率可达50%左右;随着接触带土层的不断软化,排土场边坡滑动面穿过软化接触带的长度逐渐变大,滑坡总体积不断增大;因软化接触带土层的存在,排土场边坡中下部土体推挤坡脚前缘及牵引后部坡体滑动,最终形成由软化接触带到坡顶的贯通滑裂面。     

基于3维离散元颗粒流的土石混合体大型直剪试验模拟分析

为能更好的揭示土石混合体的剪切特性与力学行为,以新疆博乐地区某土石坝心墙料为研究对象,选取了3种不同含石量的室内混合料试样,通过导入随机多面体模板建立真实块体颗粒模型,并进行了不同含石量在不同围压下的的三维颗粒流土石混合体室内大型直剪试验模拟,研究了含石量对试样抗剪强度的影响,分析了土石混合体在剪切过程中的体积变化以及不同含石量下土石混合体的力链网络分布。结果表明：模拟结果与室内试验的拟合度较好,二者具有良好的一致性;含石量对土石混合体的剪切特性有显著影响,含石量越高,土石混合体的抗剪强度越大;在相同法向应力下,试样的剪胀量随着含石量的增加而增大,低含石量试样表现出一定的“软化特性”,高含石量试样表现出“硬化特性”;不同含石量的土石混合体力链网络分布表现为各向异性,随着含石量的增加,强力链数目增多,分布更加集中,试样整体较为稳定,土石混合体在宏观上表现出更高的剪切强度。该研究可以更好的理解土石混合体的细观力学机理,可为相关岩土力学模拟提供参考依据。     

含锯齿状结构面的岩质边坡稳定性拟动力分析

为了研究含有锯齿状结构面的岩质边坡稳定性，结合锯齿状结构面的剪切强度经验公式，综合考虑结构面参数、锚固效应、地震作用以及地下水位深度等因素的影响，基于改进的拟动力法推导了加锚结构面边坡抗滑稳定性安全系数计算式，并分析了岩石边坡稳定性的影响因素，结果表明：锯齿状结构面的抗剪强度与起伏角呈线性关系，随着起伏角的增大而增大；随着地震系数、滑动面倾角、水位深度、边坡倾角以及土体重度的增加，边坡稳定性降低，随着内摩擦角的增大而提高；锚固力越大，岩体的抗剪强度增大，边坡抗滑稳定性提高，但是锚固角的增大对边坡的稳定性起着负面效应。     

公路隧道正交下穿边坡与软弱夹层围岩稳定性分析

为分析山岭地区公路隧道-正交体系下，围岩内含软弱夹层导致施工过程易发生衬砌变形开裂甚至隧道塌方等问题，以某隧道边坡拟扩建公路为工程背景，基于抗拉剪强度折减法理论，采用FLAC^3D有限差分软件，研究不同边坡坡度和隧道埋深对该隧道-边坡围岩稳定性和安全系数的变化规律。结果表明：随着边坡坡度的不断增大，围岩最大剪切应变数值和分布范围逐渐增大，塑性区范围不断增大，围岩稳定性安全系数不断减小。随着隧道埋深的增大，围岩最大剪切应变数值先增大再减小后增大，但剪切应变范围不断增大，塑性区范围不断增大，围岩稳定性安全系数呈现先减小再增大。当无软弱夹层时计算的安全系数最大，当存在软弱夹层时，采用非同步折减法理论计算的安全系数比同步折减法较高。     

3D stability analysis method of concave slope based on the Bishop method

In order to study the stability control mechanism of a concave slope with circular landslide, and remove the influence of differences in shape on slope stability, the limit analysis method of a simplified Bishop method was employed. The sliding body was divided into strips in a three-dimensional model, and the lateral earth pressure was put into mechanical analysis and the three-dimensional stability analysis methods applicable for circular sliding in concave slope were deduced. Based on geometric structure and the geological parameters of a concave slope, the influence rule of curvature radius and the top and bottom arch height on the concave slope stability were analyzed. The results show that the stability coefficient decreases after growth, first in the transition stage of slope shape from flat to concave, and it has been confirmed that there is a best size to make the slope stability factor reach a maximum. By contrast with average slope, the stability of a concave slope features a smaller range of ascension with slope height increase, which indicates that the enhancing effect of a concave slope is apparent only with lower slope heights.     

软岩土石混合体的击实特性与细观机理研究

以富宁换流站地基工程为背景,采用室内大型击实试验与数值模拟相结合的方法,探讨不同块石质量分数及不同块石形状的软岩土石混合体的击实特性及其细观机理.结果表明,软岩土石混合体的击实过程可以分为初始压密阶段、快速压密阶段和稳定阶段,且块石的破碎主要发生在初始压密阶段;随着块石质量分数的增加,软岩土石混合体的最大干密度先增大后减小,当块石质量分数为60%时达到最大值;击实后软岩土石混合体内部接触力分布服从接触力分布概率密度函数,且随着块石质量分数的增加,高于平均值的接触力的概率密度增大.块石的形状因子越大,块石的破碎率越高,击实后软岩土石混合体的最大干密度随块石的形状因子的增大先增大后减小.     

基于斯宾塞法的边坡地震荷载可靠度分析

针对边坡稳定性影响因素的不确定性,基于斯宾塞法,考虑多个参数对边坡稳定性影响的随机性,提出边坡稳定性可靠度分析的随机变量联合分布法。文中定义土体中内摩擦角φ、粘聚力c、容重γ为具有正态分布函数的随机变量以及水平地震系数kh为具有指数分布函数的随机变量,调用MATLAB中的正态分布函数和指数分布函数,构建地震条件下可靠度模型,分析各参数的敏感度对安全性系数的影响,其结果表明土坡中内摩擦角对边坡影响最大。     

临河岩质边坡地震抗倾覆稳定性拟动力分析

基于拟动力法推导出不同工况条件下临河岩质边坡地震抗倾覆稳定安全系数计算公式。通过参数分析,研究不同岩体放大系数下,水平和垂直地震力、张裂缝积水深度、边坡超载、锚固效应、流水淘蚀等对岩质边坡地震抗倾覆稳定性的影响,研究表明,不同工况下,张裂缝积水深度、水平地震力、流水淘蚀不利于岩质边坡地震抗倾覆稳定,但竖向地震力、锚固力、锚固高度、坡顶超载等有利于岩质边坡地震抗倾覆稳定;随着岩体放大系数的增加,水平地震力、竖向地震力对岩质边坡抗倾覆稳定性的影响增大,坡顶超载、张裂缝积水深度、锚固应力、锚固高度、临河水位对岩质边坡抗倾覆稳定性的影响减小,而锚固倾角、坡脚淘蚀高度对边坡抗倾覆稳定性的影响基本不变。     

计算岩体边坡安全系数的程序实现

岩体失稳是岩体边坡变形达到一定程度的结果,岩体边坡稳定性评价是岩体工程中经常碰到的问题．应用VC＋＋编译平台,利用VC＋＋的封装性、继承性、可操作性和编程界面可视化的优点,编制了利用圆弧法、平面滑动法、楔形体法、SARMA法计算岩体边坡安全系数的windows应用程序;同时编制了带有帮助文档的安装版,这对解决岩石边坡稳定计算问题和预测岩体滑坡具有良好的应用前景．     

Probabilistic assessment of rock slopes stability using the response surface approach——A case study

This paper examines the stability condition of a jointed rock slope in the south western region of Saudi Arabia using deterministic and probabilistic approaches, under both dry and wet conditions. The study area is characterized by complex geology in rugged terrains. The stability analysis is carried out using the code FLAC3 D to generate a 3-dimensional, ubiquitous joint model, to determine the influence of the dominant, unfavourable discontinuity orientation with respect to the slope face. The deterministic analysis is first implemented using the mean values of the selected random variables, namely the dip,dip direction and friction angle of the dominant discontinuity set, and the stability condition is assessed with a factor of safety based on the classical frictional joint constitutive model. A Box-Behnken design(BBD) approach is then adopted to create the surface response function as a second order polynomial for the factor of safety. To do so, fifteen FLAC3 D models are generated in accordance with the BBD.Based on this, 10,000 simulations of different slope realizations are carried out using Monte-Carlo simulation technique, and the probability of unsatisfactory of performance of the rock slope is assessed. It is shown that the probabilistic approach provides more insight and confidence in the stability condition of the rock slope, both under dry and steady state heavy rainfall conditions. A discussion is presented on the significance of accepting lower safety factors when heavy rainfall conditions are encountered.