基于强度折减法对水电站坝头边坡稳定性分析

首先对利用有限差分强度折减法判断边坡失稳的准则进行了分析,以某拟建水电站坝头岩石高边坡变形体为实例,在现场勘察的基础上,利用Flac3D数值模拟对该高边坡蓄水前后的稳定性进行了分析,并利用强度折减法求出安全系数。结果表明,实例高边坡在蓄水前后整体上处于稳定,另外验证了利用有限差分强度折减法可以定量地解决岩体边坡的稳定问题。     

库水位上升对古滑坡稳定性的影响

以九甸峡库区坎前古滑坡为例,研究水库蓄水初期对古滑坡稳定性的影响。采用GPS对该边坡进行高精度、连续性的位移监测,结合滑坡具体的工程地质条件,对其变形特征进行分析,并且采用Geo-slope计算不同蓄水速率条件下的库岸边坡的安全系数。结果表明,蓄水初期库岸边坡整体较为稳定,蓄水速率越大对其稳定性越不利,库水上升速率超过0.5 m/d时将会发生局部失稳;滑体中部变形较大,变形速率具有逐渐变小的趋势;变形破坏模式为中后部分块、分级推移前缘的蠕变破坏特征。蓄水初期古滑坡整体较为稳定,库水位快速上升时将会出现局部失稳;采用Geo-slope分析滑坡稳定性变化规律,与采用GPS监测数据分析的规律相符,验证了监测数据的可靠性。     

基于强度折减法的不同坡角边坡稳定性分析

介绍了强度折减法的基本原理,在此基础上运用强度折减法分析边坡坡角对边坡稳定性的影响,运用ANSYS软件模拟不同坡角的边坡,分析计算不同坡角边坡的安全系数,通过计算得出不同坡角边坡围岩极限破坏时的折减强度参数,分析研究边坡坡角与边坡安全系数F、边坡围岩极限破坏凝聚力c’及极限破坏摩擦角‘φ’之间的关系。     

库区公路倾倒岩体边坡高位错落变形机理及治理措施

倾倒岩体边坡是岩体向临空面发生弯曲变形的特殊岩质边坡，随着边坡开挖岩体卸荷，坡体应力重新分布，倾倒岩体折断面逐渐连通，坡体持续发生时效变形，易导致边坡变形失稳。依托澜沧江苗尾库区沿江公路倾倒岩体边坡实例工程，分析边坡高位错落变形特征及孕育过程，研究倾倒岩体边坡高位错落变形影响因素、失稳原因及变形机理；边坡治理遵循“锁口、强腰、固脚”的思路，采用削坡减载、主动预加固防护、挂网喷锚、堆渣压坡及截排水措施等进行综合治理，评价边坡加固前后的稳定性。结果表明：倾倒岩体边坡变形具有继承性，高位错落变形是前期倾倒岩体变形的延续；倾倒岩体变形边坡治理以主动预加固防护为主，削坡减载与锚固防护并重，限制倾倒变形岩体应力松弛与蠕变，可为类似边坡病害分析与治理提供借鉴和参考。     

降雨诱发黄土边坡失稳室内试验研究

为研究降雨诱发滑坡失稳破坏机理和演化特征,开展了人工降雨条件下黄土滑坡室内研究,通过对土体的体积含水率、基质吸力及坡体变形破坏监测,分析降雨入渗对黄土边坡稳定性的影响.结果表明:在一定的降雨强度范围内,降雨强度越大,降雨入渗速度越快,越易发生滑坡;边坡坡度越缓,坡面降雨入渗速度越快;湿润锋移动在坡脚和坡顶较坡面更快,对滑坡的发生发展有较大影响;试验滑坡为多级后退式破坏模式.     

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.     

反倾顺层高边坡开挖稳定性及处治措施分析

依托平阿高速公路反倾顺层高边坡,利用有限差分数值模拟技术对其开挖时的稳定性进行分析.结果表明,第一次和第二次开挖后的边坡稳定性较好,仅产生局部的塑性变形,而第三次开挖后的边坡逐渐失稳,最终形成滑坡.反倾顺层高边坡会因倾倒破坏的不断发展而最终出现整体滑移面,坡体内滑移面形成以后,坡体内的塑性区不再继续发展,仅位移继续增大.通过边坡失稳滑移时的位移差值,可判断滑移面的具体位置.在实际工程中,建议采用抗滑桩、抗滑桩和预应力锚索的方式进行加固.研究成果可为类似的反倾顺层高边坡的稳定性分析提供借鉴.     

基于FLAC3D的膨胀土边坡渐进变形失稳机理研究

以安徽省北沿江高速公路（马鞍山至巢湖段）的膨胀性黏土边坡为对象,通过分析边坡变形失稳特点探究了此类边坡变形失稳机理,并基于FLAC3D软件针对某典型边坡开展了边坡稳定性的数值模拟分析。分析结果表明：该类膨胀土边坡失稳受水作用影响显著,膨胀性黏土遇水膨胀,且强度参数折减程度较大,膨胀土路堑边坡浸水后的破坏主要是发生在坡面浅层,且浸水程度愈深,边坡稳定系数愈低,这表明膨胀土路堑边坡的稳定性受浸水湿化效应的控制,通过在坡脚设置支挡工程防护,使得坡体的水平位移发生了显著的减小,加强了坡体的整体稳定性。     

反向次生成层结构边坡稳定性影响因素的定量分析

岩体结构类型直接影响边坡的失稳机制,而不同类型结构对坡体稳定性的影响也表现出不同的特点,因此,基于岩体结构特点进行的边坡稳定性影响因素分析便成为了工程边坡设计及深入评价和预测边坡发展变化趋势的重要基础工作。针对工程边坡中出现的反向次生成层结构边坡,根据其特点和工程经验,选取影响这类边坡稳定性的６个重要因素,通过参数取值正交试验,并采用ＵＤＥＣ软件对其进行数值模拟,获得各影响因素对边坡变形破坏影响程度的量化结果。结果表明：６个因素对反向次生成层结构边坡不同稳定性指标影响的主次顺序各不相同,总体而言,岩石强度、坡高和坡角是影响整体稳定性的首要因素;边坡稳定性系数、次生成层最大张开程度及坡顶最大位移在单一因素变化下分别表现出不一样的响应特征。     

路堤边坡膨胀土强度非线性应力阈值与浅层稳定性

为探究膨胀土边坡浅层土体低应力下强度非线性特征及失稳模式对稳定性的影响,针对重塑膨胀土饱和慢剪试验中低应力区段强度非线性变化规律,采用统计原理的Chauvenet准则,确定了低应力下强度非线性与常规应力下线性变化的应力阈值,明确了雨水入渗导致膨胀土边坡浅层溜坍土体的强度处于低应力非线性区段;基于"顺坡曲面"失稳破坏模式,建立了膨胀土路堤边坡浅层稳定分析方法,可以反映雨水渗流作用及低应力下膨胀土强度非线性特征.研究结果表明:处于低应力下的膨胀土路堤边坡浅层饱和土体具有小黏聚力、大内摩擦角的力学特性是强降雨诱发溜坍破坏的强度条件;采用低应力下强度非线性幂函数模型的"顺坡曲面"组合失稳模式,能更准确描述膨胀土边坡的浅层稳定性,所得安全系数明显低于常规应力下库伦线性模型的圆弧滑面破坏模式.     

西藏扎拉水电站倾倒边坡工程地质特性研究

倾倒边坡是一种已发生变形的特殊边坡,最终可能会发展成滑坡、崩塌等严重地质灾害。倾倒边坡工程地质特性是进行边坡稳定性分析评价和处理方案设计的基础,目前国内相关研究工作尚不深入、不系统,难以满足新时代工程建设和地质灾害防治需要。扎拉水电站拟建于青藏高原西藏境内怒江一级支流玉曲河上,工程区边坡倾倒现象普遍发育,对工程选址和安全运行存在较大影响,区内软岩、硬岩种类多样,倾倒模式齐全,开展相关研究具有典型代表性。从初步调查、详细勘察到专题研究历时数年,详细论证了倾倒边坡岩体的工程地质特性。通过探索并成功运用多项创新技术,解决了倾倒边坡空间范围界定、工程地质分区、抗剪断强度参数取值等工程地质特性研究的难题。采用测绘、洞探、钻探、物探、测试和试验等准确界定了倾倒边坡范围,提出了针对性的适宜的综合勘察方法。以岩体结构、变形破坏类型作为依据,首次将边坡倾倒岩体分为层状弯曲、碎裂拉张、散体坠覆等三个区,并进一步分析了各区在岩层产状、风化特征、声波波速、透水性等方面的差异。根据倾倒边坡的独特性状,提出了倾倒岩体抗剪断强度可在试验值小值平均值～试验值大值平均值范围内进行取值的原则方法,对现行标准规定的取值上限进行了适当拓展。补充研究顺向坡倾倒过程,进一步完善了边坡倾倒变形破坏的力学机制。     

基于RS-SVM的建筑施工项目安全预警模型

针对目前建筑施工项目安全风险管理的现状,应用粗集理论对建筑施工项目的安全因素进行预处理,将处理后的信息结构作为支持向量机的输入数据进行训练和预测,构建建筑施工项目安全风险预警模型,并在小样本条件下,与BP神经网络进行对比分析。结果表明,RS-SVM预测模型的最小均方根误差为0.011 5,BP神经网络的均方根误差为0.070 7,RS-SVM预警模型的预测精度、泛化能力明显优越于BP神经网络学习方法。     

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.     

基于RFPA3D不同加载方法的边坡渐进破坏分析

以锦屏一级左岸边坡为例,建立简化、含软弱结构面的三维地质模型,采用RFPA3D基于离心加载法（Centrifuge）和强度折减法（SRM）模拟边坡渐进破坏过程,通过再现边坡渐进破坏过程,探讨RFPA3D不同加载方法在边坡稳定性分析中的适用性。模拟结果显示:与FLAC、离散元等有限元数值计算方法相比,RFPA3D模拟的边坡渐进破坏过程更加简单直观高效;渐进破坏过程分析表明,在自然工况下左岸煌斑岩脉X、断层F5、F8、F2是控制边坡整体破坏模式的关键因素,在进行边坡开挖时应予以重点关注。稳定性分析表明,采用Centrifuge法计算得到的边坡安全系数为1.75,比采用SRM法计算得到的安全系数1.52高,且Centrifuge法模拟得到的边坡破坏模式与实际工程勘察结果更为一致;因此,分析边坡破坏模式时,推荐采用RFPA-Centrifuge法。     

基于潘家铮原理的反倾向层状边坡弯曲倾倒破坏基准面搜索算法

在进行反倾向层状边坡的弯曲倾倒分析时,需要对边坡破坏基准面的位置和形状作一种简单假定;目前常见的假定形式为直线型破坏面,并垂直于岩层层面。从野外观测来看,这种假定的破坏面与实际工程边坡破坏面并不吻合,为提高反倾向层状边坡弯曲倾倒计算的可靠性,提出一种搜索破坏基准面的算法。基于潘家铮最大最小原理,认为边坡破坏基准面（由各个岩层折断面组成）为使边坡发生整体破坏所需外力最小的破坏面。在破坏基准面的搜索过程中,根据岩层的受力分析确定其破坏模式（剪切破坏和弯曲拉裂破坏）;然后,依据最后一块岩层发生倾倒破坏的条件确定岩层可能发生破坏的范围,并将可能发生破坏的岩层划分为多个组合,利用极限平衡方法,结合岩层的破坏模式,求出各组岩层发生整体破坏所需的最小外力F;最后,不断变化搜索角,得到一系列F,其中的最小值为边坡发生整体破坏所需的最小外力,对应的破坏面为边坡潜在破坏基准面,相对应的岩层组合为最危险的岩层组合。选用安徽皖南地区的某反倾向板岩边坡作为工程实例进行验证分析,结果表明本文算法所得到的破坏基准面能较好地与实际工程边坡破坏面、文献模拟结果相吻合,进一步说明了本文算法的有效性。     

冻融循环作用下倾倒式危岩体稳定性劣化模型

为了探究冻融作用对倾倒式危岩体稳定的作用机理及长期劣化规律, 基于极限平衡理论,考虑结构面冻胀力、未贯通段抗拉强度劣化及冻结深度演化对倾覆点力矩的影响,构建倾倒式危岩体稳定性分析方法. 基于岩石冻胀理论,考虑岩石碎屑流失、微裂隙倾角、温度等参数对孔隙半径冻胀破坏的影响,建立岩石抗拉强度劣化模型并验证其合理性. 利用裂隙分布不均性修正Stephan冻结深度经验公式,得到冻融循环作用下岩石冻结深度计算方法. 结合工程算例,讨论不同敏感参数对倾倒式危岩体稳定性的影响. 结果表明：初始抗拉强度越低、孔隙率越大,危岩体稳定性劣化效果越显著;当环境温度高于263.15 K (?10 ℃)时,危岩体稳定性对温度的变化敏感,危岩体保温措施的效果显著;当碎屑流失比超过0.8时,冻融循环作用对危岩体的劣化速率明显加快,倾倒式危岩体的长期冻融劣化效应明显,控制冻胀破坏产生的碎屑流失有利于寒区危岩体保持长期稳定.     

基于有限元修正节理岩质边坡稳定性计算的解析解

采用有限元方法探讨在人工开挖或自然侵蚀环境下,岩质边坡体内应力场的变化及节理发育形成机理,并采用有限元强度折减法对后缘具有张节理边坡的稳定性影响因素进行敏感性对比分析,进而得出具有非贯通节理边坡稳定性计算的修正解析解。结果表明:卸荷及风化作用导致边坡体由表及里出现应力重分布及应力集中的现象,使边坡后缘由顶部向下发育一簇竖直向下或略向临空面倾斜的张节理,当张节理与下部的缓倾剪节理贯通时,边坡发生破坏;边坡稳定性最敏感的影响因素为受剪节理的倾角及贯通度,其次是节理的强度参数;可将工程中较难调查的节理贯通度转化为节理的强度参数来等效表达,并根据Mohr-Coulomb强度准则推导得到适用于具有非贯通节理的岩质边坡稳定性的修正解析解。     

Probabilistic approach for open pit bench slope stability analysis——A mine case study

The geotechnical slope design of an open pit wall starts at the bench scale configuration. At this scale, the rock slope stability is governed primarily by the geological discontinuities within the rock mass and as a result, structurally-controlled failures(e.g. planar, wedge or toppling) are most likely to occur. The probabilistic approach offers a major advantage over the traditional deterministic method in that it accounts for the different degrees of variability and uncertainty often encountered in rock properties. This paper presents a bench slope stability assessment for an open pit mine in Peru using a probabilistic-based approach by coupling a kinematic analysis based on stereographic projection techniques followed by a kinetic analysis by means of the limit equilibrium method. Finally, these two probabilities are combined to provide an overall measure of the probability of failure(PoF) of the bench slope system. The case study is characterized by significant scatter in the geometrical and mechanical properties of the joints.Extensive surface mapping was conducted at 36 different sites following the ISRM suggested procedures.Several direct shear tests were carried out. It is shown that by combining field and laboratory measurements and engineering judgment, the probability density functions(PDF) of the discontinuity parameters can be obtained. These are then used in a Monte Carlo simulation process to compute both kinematic and kinetic probabilities of failure. The overall probability of failure aims to provide the design engineer with a tool to critically evaluate the bench performance from a geotechnical risk perspective and to provide a basis for future bench design optimization.     

边坡稳定性强度折减颗粒离散元法分析的细观参数标定策略

根据岩土体力学指标标定颗粒细观参数是应用颗粒离散元解决岩土工程问题的一项基础工作。用颗粒离散元法执行边坡稳定性强度折减法分析时，岩土体抗剪强度随折减系数变化不断调整，使用试算法标定颗粒细观参数则效率严重不足。为解决此问题，采用国产颗粒离散元软件MatDEM，以颗粒细观参数为输入、岩土体抗剪强度指标为输出构建BP神经网络，开发双轴压缩数值模型并行试验技术加速神经网络样本数据的获取过程，重复执行“逆向标定-精度检查-样本修正”实现颗粒细观参数的逆向迭代修正标定。测试试验结果表明，该策略标定的颗粒细观参数与抗剪强度目标高度匹配，数值试验结果与目标值相比误差可控制在不超过1%。采用澳大利亚计算机应用协会（ACADS）的两个边坡稳定性分析经典考题，以模型平均位移突变为极限状态判据执行强度折减法分析，检验该策略的应用效果。结果显示：该策略的标定能力可满足抗剪强度不断调整时颗粒细观参数重新设定的需要，安全系数计算结果与ACADS推荐解具有良好可比性。