深挖岩质边坡有限元数值模拟

以西攀高速公路K132 560深挖岩质边坡为例,利用有限单元法研究了断层破碎带穿过岩质边坡的稳定性,同时比较了分5级开挖和一坡到底开挖两种方案的效果,得出了比较符合实际的结论。     

顺层岩质路堑边坡稳定性有限元分析

路堑边坡稳定性分析是工程建设中的重要问题。在工程地质勘察的基础上,利用非线性有限元法,结合强度折减理论,采用有限元软件ANSYS对某顺层岩质路堑边坡的开挖变形进行数值模拟,分析了该顺层岩质边坡的变形破坏机制及其演变过程,为边坡的工程治理设计提供了合理的建议。     

基于微震监测与数值模拟的大岗山右岸边坡抗剪洞加固效果分析

 大岗山水电站坝址区右岸边坡高、陡,地应力较高,发育有辉绿岩脉、卸荷裂隙密集带及中倾坡外的断层等不利组合体,使边坡岩体的性状急剧下降,在边坡开挖过程中曾出现若干条宏观裂缝,对施工期边坡稳定性构成极大威胁。将实际微震监测技术与符合岩石类准脆性材料本构关系的RFPA3D数值模拟相结合,对抗剪洞加固前、后的边坡稳定性进行分析。指出边坡开挖过程中岩体空间损伤劣化的微震活动规律和可能发生坡体失稳的潜在滑动面位置。研究结果证实抗剪洞加固措施的合理性,发现经抗剪洞回填混凝土置换处理后的结构体抗剪阻滑力大幅增加,加固后单月发生的微震事件数减少66.4%,边坡安全系数也较加固前增大了51.2%。但由于复杂的坡体结构,使得在边坡开挖过程中仍然存在局部失稳的可能,建议应随着施工作业对剪出口进行锁固,并在后期大坝浇筑过程中对抗剪洞未贯通区域的岩体微破裂情况和卸荷裂隙带XL–316与f231断层交界处的岩体变形情况进行重点监测。     

断续节理直剪试验与PFC2D数值模拟分析

 在以往有关断续节理模型试验和数值模拟的研究基础上,设计不同连通情况和法向应力的断续节理模型材料直剪试验,并采用颗粒流离散元软件PFC2D对模型试验进行全真数值模拟。以贯通节理试样、完整试样的剪应力–应变数值模拟曲线和模型试验曲线吻合作为PFC细观力学参数选取准则,并利用获得的细观力学参数对共面断续节理试样直剪试验进行数值重现。对比分析数值模拟曲线和模型试验曲线,对断续节理受剪贯通的力学机制进行研究。根据模型试验和数值试验的成果,分析断续节理预剪面上应力随剪应变的演化过程,发现剪切过程中的剪胀效应使得岩桥承担更多的压应力,从而提高了岩桥的抗剪强度。对断续节理岩体在直剪加载条件下的破坏机制进行讨论,将整个剪切过程分为线弹性阶段、初裂阶段、峰值阶段、峰后阶段及残余阶段5个阶段。     

预制裂纹岩石压剪试验的数值模拟分析

采用岩石破裂过程分析软件RFPA^2D对预制裂隙大理岩试样的压剪试验进行数值模拟。数值分析表明，次生裂纹基本沿裂纹尖端萌生和扩展，所形成翼裂一股逐步趋向与荷载方向一致，这和试验结果是相吻合的。尽管某些数值分析结果和试验结果并不完全符合，但数值分析的模型和参数基本上有效地模拟了真实岩体介质的不均质性等力学特性。同时，采用该软件分析了加工小孔对裂尖应力状况的影响，加工小孔的存在对试验结果有一定影响，但并没有实质性影响。其影响主要在两方面：一是使翼裂起裂角变大，扩展路径变曲折；二是使材料更易于在裂尖引发二次(剪切)裂纹。最后，对锯齿形裂纹模型进行了初步的数值模拟。     

岩质边坡参数敏感度数值分析

利用有限元数值模拟技术,探讨了岩质边坡各参数的变动对边坡稳定性所造成的影响,并分析边坡稳定性对各参数的敏感程度,明确了粘聚力为边坡稳定的敏感参数,是边坡稳定性的控制因素;另外,内摩擦角对边坡稳定性影响也较明显。     

随机形貌岩石节理剪切数值模拟和非线性剪胀模型

 采用满足正态分布的随机函数,构造岩石节理剖面的形貌,为研究受剪岩石节理的细观剪切特性和宏观剪胀效应提供研究基础。利用UDEC软件,基于CY微段节理模型,开发随机形貌岩石节理直剪特性的数值分析程序,采用CY微段节理模型的细观剪切力学参数,探讨微段节理的细观剪切特性和岩石节理的宏观剪切响应,提出节理抗剪强度参数与节理面粗糙度系数JRC之间的拟合关系。得到如下结论：JRC越大,岩石节理的宏观剪切峰值强度和剪胀角随之增大,而峰值剪切位移与JRC成反变化关系;随着法向应力的增加,节理的剪胀效应逐渐减弱;这些数值结论得到模型实验的充分验证。微段节理的细观切向爬坡和剪胀效应是岩石节理产生宏观剪胀的细观力学机制。通过对随机形貌岩石节理的宏观剪胀数值曲线性态进行分析,提出能考虑节理粗糙度JRC和法向应力影响的非线性剪胀本构模型,该模型较好描述了受剪岩石节理的剪缩段和剪胀段。     

岩质边坡破坏模式与结构面因素

本文简要介绍了建筑岩质边坡与土质边坡及滑坡的不同之处和岩质之坡的变形破坏过程及破坏模式,着重阐述了结构面在岩质边坡破坏中的控制因素及支护原则。     

纳界河岩质边坡稳定性数值分析

通过工程地质勘察和Ansys有限元数值模拟方法,对纳界河大桥岩质岸坡进行稳定性分析。分别在天然状态和荷载作用下对岩体位移、应力强度进行分析,建议清除坡面危岩落石,在施工开挖过程中对覆盖层边坡采取一定防护措施。     

模拟岩石材料破坏的有限元方法

介绍一种能够模拟岩石材料破坏过程的有限元方法,该方法引入单元分裂和界面分离技术描述破坏引起的材料几何拓扑结构变化,采用接触单元表征破坏界面,借助动态松弛方法完成求解。该有限元方法主要针对岩石材料的张拉和剪切两种破坏形式,通过计算实例验证该方法的适用性。     

用有限元强度折减法进行节理岩质边坡稳定性分析

通过对节理岩质边坡非线性有限元模型进行强度折减，使边坡达不到稳定状态时，有限元静力计算将不收敛，此时的折减系数就是稳定安全系数。同时可得到边坡破坏时的滑动面以及破坏过程，有传统条分法无法获得节理岩质边坡的滑动面与稳定安全系数，该方法为节理岩质边坡稳定分析了开辟新的途径，通过算例表明了此法的可行性。     

强度折减有限元法模拟边坡牵引式破坏过程

 针对边坡牵引式破坏由下向上逐次滑动的特点,应用强度折减有限元法多轮次计算模拟边坡破坏过程。对模拟计算的方法,采用二分法确定每一轮的强度折减系数;用静力平衡条件将局部破坏区域的土体转化为坡面荷载;用折减系数按轮次逐次变小的控制标准判别是否为牵引式滑坡。以锦江水库左坝头边坡为工程实例,模拟结果与实际情况基本相符,说明此计算方法可行。     

用有限元强度折减法求滑(边)坡支挡结构的内力

滑(边)坡体的破坏属于破坏力学范畴，当滑面上每点都达到极限应力和极限应变状态时，材料进入破坏，此时岩土体抗剪强度得到充分发挥，这就是破坏力学中的破坏准则。通常当有支挡结构与岩土介质共同作用时，滑面上土体一般不处于极限平衡状态，而可能处于弹性平衡或者局部塑性极限平衡状态。这种受力状态不足设计情况下的受力状态。多年来，岩土工程设计一直采用极限状态设计方法，即传统方法中计算得到的支挡结构上的岩土侧压力是在坡体整体破坏且岩土体强度充分发挥时的岩土侧压力，也就是土体处于极限平衡状态且支挡结构有充分位移时作用在支挡结构上的岩土压力，按此设计既能保证坡体安全，又能最大限度地节省经费。因此，采用有限元强度折减法来考虑岩土介质与支挡结构的共同作用时也应遵循这一原则，即要求作用在支挡结构上的岩土侧压力与传统方法计算得到的岩土侧压力大体相当，在此条件下根据岩土介质与支挡结构的共同作用米确定支挡结构的内力。按照此原则，采用有限元强度折减法，不但得到了滑坡推力的大小和分布，而且通过有限元桩-土共同作用模型计算得到了抗滑桩的弯矩和剪力，并与传统方法进行了比较。算例表明采用有限元强度折减法来计算抗滑桩的内力是可行的，该方法增火了支挡结构设计的可靠性和经济性。     

基于有限元强度折减法的边坡稳定分析

通过强度折减,使系统达到不稳定状态时,有限元计算将不收敛,此时的折减系数就是安全系数。本文对不同坡度的算例进行有限元分析把得到的结果与用简化Bishop法得到的结果进行比较,两种方法得到的安全系数基本一致。这说明将强度折减法用于分析匀质边坡稳定问题是可行的。     

破碎岩质边坡预应力锚固机制数值模拟研究

以金华-丽水-温州高速公路破碎岩质边坡预应力锚固工程为例，对破碎岩质边坡的预应力锚固机制开展系统的数值模拟分析。首先，依据现场实测预应力锚索张拉吨位与岩体变形的关系曲线，通过数值反分析，确定边坡岩体的力学参数，建立岩体力学计算分析模型。结合现场监测数据和室内试验研究成果，重点分析锚索预应力的扩散方式，探讨岩体质量、锚索张拉吨位以及外锚固结构对加固坡体应力和变形分布的影响规律，揭示预应力锚索体系的应力传递规律和坡体变形响应规律，从力学机制上揭示预应力锚索加固该类破碎岩质边坡的机制。     

强度折减法在边坡稳定中的应用

文中分析了土体屈服准则的种类、强度折减法的原理,并结合实际算例说明有限元强度折减法不需任何假定,通过强度折减即可较为精确地计算边坡的安全系数以及边坡处于极限状态时潜在的滑动面,说明有限强度折减法是进行边坡系统分析的一种有效方法。     

岩石声发射规律数值模拟初探

提出了岩石声发射规律数值模拟的基本设想和框架，并以有限单元法为例就具体实施的几个关键问题作了简述，包括单元的划分、单元参数的赋值、声发射率的计算。本文给出了一个计算实例，所得结果包括岩石声发射的时间序列和空间序列分布。     

基于强度折减法的边坡稳定性三维有限元分析

将强度折减法应用于边坡稳定性分析中，折减土体强度，代入有限元程序进行计算，直至计算不收敛，此时的折减系数即为安全系数。将强度折减法应用于边坡稳定性的三维分析，结合工程实例，基于强度折减法的边坡稳定性有限元法和传统极限平衡法的计算结果，对边坡稳定性二维分析和三维分析的结果进行了对比，表明基于强度折减法的边坡稳定性三维有限元分析是可行的。在边坡稳定性分析中，为得到更符合实际情况的结果，在有条件的前提下宜补充进行边坡稳定性三维分析。     

页岩路堑边坡稳定性的有限元强度折减法分析

采用理想弹塑性本构模型和 Drucker-Prager 准则,建立了页岩路堑边坡的有限元法数值计算模型;利用有限元分析结果,提出了采用强度折减法原理计算边坡的稳定安全系数的方法。通过对岩石进行强度折减,当边坡达到不稳定状态时,有限元计算将不收敛,此时的折减系数就是边坡的安全系数。该法不仅可以较简便地分析出岩石边坡的稳定性安全系数,同时可以较直观地得到边坡破坏时的滑动面位置及形状。文中还针对某山区高速公路的典型页岩路堑高边坡进行稳定性分析和计算,为边坡的开挖和防护方案提出了参考性建议。     

断裂破坏强度模型在大型油库山体边坡支护中的应用

岩体中存在大量孔洞、节理和裂隙，它们作为岩体的初始损伤而存在其中。正是由于这些节理裂隙的初始损伤、损伤演化、扩展断裂等缺陷导致岩体产生了各种形式的破坏。根据节理裂隙的扩展断裂机理，深入研究了节理扩展及扩展相互作用对岩体强度特性的影响，建立了节理岩体断裂破坏强度模型，并将该模型用于指导广东大湾油库山体高边坡支护设计，取得了令人满意的效果，创造了显著的经济效益。