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。     

基于岩质边坡稳定性分析的节理网络有限元法研究

为便于模拟计算将边坡概化为离散的刚性块体或连续的均质体为传统的边坡稳定性分析的基本条件,从而导致结构面控制效应的放大或者未考虑结构面影响,无法准确表征随机、非贯通结构面的真实状况。理网络有限元可通过对结坡面的模拟计算精准还原其结构特征,不仅能够计算边坡变形的可能发生范围和、演变方式和给定稳定性系数,而且可对其位移、塑性区及应力状态等进行计算。文章以新疆地区某岩质边坡为例,研究了节理网络有限元法计算流程和基本原理。研究表明:在地震和天然状况下该边坡均能处于整体稳定状态,稳定性系数分别为1.48、1.56;在外界因素作用下,强烈风化、浅表节理切割的松动岩体易发生滑移-拉裂式失稳,其整体稳定性较差。     

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。     

地震荷载作用下含节理岩质边坡的破坏机理

以汶川地震为背景,采用UDEC数值模拟,以什邡八角镇实测的"5.12"汶川地震波作为原始波形,对地震荷载作用下,含一条节理面岩质边坡滑移、拉裂破坏的过程进行了研究。结果表明:岩石边坡破坏模式为块体沿节理面的滑移破坏,并伴随着上方岩体拉裂破坏;节理刚度主要影响边坡前期相对位移大小及塑性区的产生,其后期拉裂区的扩展模式基本是一致的;节理面倾角较小时,边坡岩体仅在节理与坡顶、坡面交叉区域产生小范围的拉裂破坏,随着倾角的增大,边坡的相对位移及拉裂塑性区都显著增大。     

赤平投影法分析岩质边坡稳定性的图解模板

岩质边坡的变形和破坏主要受岩体中发育的结构面控制。采用赤平投影方法对岩质边坡的稳定性进行分析,可以方便地确定边坡岩体中结构面的相互组合关系,以及结构面组合切割体可能失稳滑移的方向,从而能定性评价边坡的稳定状态。采用赤平投影方法分析岩质边坡的稳定性时,基于"结构面组合交线的倾向和倾角"2个因素,总结设计了赤平投影法分析岩质边坡稳定性的图解模板。借助赤平投影图解模板进行边坡的稳定性分析,使问题变得更加直观、明朗,分析工作更加简化、快捷。通过工程实例的应用,进一步验证了图解模板用来分析岩质边坡稳定性的有效性、实用性和便捷性。     

不同结构面组合对边坡稳定性影响的数值分析

文章以安县芭蕉坪滑坡为研究对象,首先采用赤平投影法分析确定边坡岩体中结构面的不利空间组合,再利用三维离散元软件3DEC模拟岩质边坡在不同结构面组合情况下的位移变形特征,以此分析该岩质边坡不同结构面组合之间的二面角效应,发现当岩层层面产状与坡面相近时,不同产状的节理面与层面的组合对边坡的稳定性影响较大。同时得到如下变化规律:当层面与节理面倾向的二面角减小,位移峰值随之不断减小,边坡稳定性逐渐增大,且当节理面与层面近乎垂直时(85°~95°)边坡处于相对最稳定的状态。     

基于有限元分析的岩质块体稳定性评价方法

岩质边坡的稳定性主要由其结构面控制。基于有限元分析的岩质块体稳定性评价,具有可充分考虑岩体结构面间的相互作用,同时可以反映边坡失稳以及塑性区的发展过程,能较好的反映岩体失稳的机理。分析结果表明,采用有限元法能有效地分析岩体的稳定性,并可为岩质边坡块体的设计和支护提供一定的理论依据。     

恰甫其海水利枢纽F78断层上盘山体稳定性研究

根据F78断层的空间几何分布形态,在边坡岩体结构面网络模拟的基础上,对节理岩体连通率进行分析计算,通过原位试验和原状样试验确定节理岩体的综合抗剪强度参数,运用基于塑性力学上限原理的三维岩质边坡稳定分析法(EMU-3D方法),分析计算出F78断层上盘边坡岩体的抗滑稳定性,为枢纽布置和坝肩防渗设计提供科学依据。     

新疆石门水利枢纽F_(17)断层上盘山体稳定性研究

本文根据F17断层的空间几何分布形态,在边坡岩体结构面网络模拟的基础上,对节理岩体连通率进行分析计算,确定节理岩体的综合抗剪强度参数,运用基于塑性力学上限原理的二维和三维岩质边坡稳定分析法(EMU、EMU-3D法),分析计算出F17断层上盘边坡岩体的抗滑稳定性,为枢纽布置和大坝设计提供科学依据。     

基于有限元分析的岩质块体稳定性评价方法

岩质边坡的稳定性主要由其结构面控制.基于有限元分析的岩质块体稳定性评价,可充分考虑岩体结构面间的相互作用,同时也可反映边坡失稳及塑性区的发展过程与岩体失稳的机理.分析结果表明,采用有限元法能够有效地分析岩体的稳定性,并可为岩质边坡块体的设计和支护提供一定的理论依据.     

台阶状结构面岩体边坡非线性有限元稳定分析

采用非线性有限元的方法从平面和空间两个角度评价了台阶状结构面岩体边坡的稳定性，并采用了线性回归的方法验证计算结果的可靠性。分析表明，非线性有限元的分析方法能较好的模拟岩质边坡受力状态，各结构面所处力学状态以及边坡的破坏过程。     

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...     

基于强度折减的离散单元法在岩质边坡稳定性分析中的应用

离散元方法是一种用于非连续介质的数值计算方法,适用于岩体断层、节理、裂隙比较发育的岩质高边坡稳定性分析.强度折减法是一种在边坡稳定性分析中应用比较广泛的数值方法,其所认定的强度储备系数跟极限平衡所提出的稳定安全系数是等效的.将离散元方法与强度折减准则相结合,采用两套离散网格:密网格代表节理裂隙发育的工况;稀网格近似等效为岩体经过加固后完整性得到提高的工况,对构皮滩水垫塘高边坡进行了计算,分析了自然边坡及开挖边坡的稳定性,并对支护效果进行了评价,为工程的设计施工提供了参考.     

基于极限平衡法和有限元法的岩质高边坡稳定性分析

以某水电站右岸坝肩开挖岩质高边坡为例,利用极限平衡方法和二维有限元方法对该边坡在天然工况、开挖工况和加固工况的抗滑稳定性进行了数值模拟及对比计算分析。结果表明简布法和条分法的计算结果与有限元的计算结果较为接近,通过有限元强度折减法计算的安全系数小于极限平衡方法计算的安全系数,极限平衡方法搜索的滑动面是一个圆弧,有限元计算得到的是一条滑动带,极限平衡法搜索的滑带相对较小,在有限元计算的滑带之内。     

岩质边坡稳定坡角影响因素及其确定方法

目前研究岩质高边坡稳定性的方法很多,但研究边坡开挖后稳定性及边坡坡角与结构面倾角的关系却较少,且多运用数值分析方法确定岩质高边坡的稳定性,很少用解析解的方法。基于块体的极限平衡理论,岩质高边坡发生整体破坏,其滑移面为顺层直面,推导出岩质高边坡受结构面控制的最小安全系数解析解。分析解析表达式中各个参数对确定影响边坡稳定性的敏感性因素,表明受结构面影响的岩质高边坡安全系数与岩体的黏聚力、内摩擦角成线性正比关系,与岩体重度、边坡高度和边坡坡角成反比,随着结构面倾角的增加而呈先减后增的趋势,据此得出在既定的安全系数下岩质高边坡稳定坡角的解析解,分析得出受结构面控制的岩质边坡稳定坡角与黏聚力、内摩擦角、边坡坡高和安全系数等的关系曲线。通过对已有工程实例的计算分析,比较理论公式和数值模拟计算结果的差异,证明理论公式可以应用于实际工程之中。     

上覆土层节理岩质边坡稳定性数值分析

采用Mohr-Coulomb和Ubiquitous-Joint本构模型,运用强度折减法,研究节理面倾向与倾角、土层与岩层的厚度比例对上覆土层节理岩质边坡稳定性的影响。结果表明: 节理面顺倾角度大小与岩体中岩石的内摩擦角接近时,坡体稳定性较差,破坏区域较大;节理面反倾角度与坡体潜在破坏裂隙近似正交时,坡体稳定性较好; 随着坡角的增大,节理面倾角变化对坡体稳定性的影响逐渐减弱;当节理面倾角大于坡角时,边坡角度是影响坡体稳定性的主要因素; 上覆土层厚度小于4m时,安全系数随土层厚度的增加而增大,土层厚度大于4m时,安全系数随土层厚度的增加而减小;上层土体的厚度较小时,应重点对坡脚处进行支护;上层土体厚度接近或超过坡高一半时,应重点对上层土体临空侧进行支护。     

岩土体边坡在降雨入渗作用下的稳定性及影响因素分析

为合理评价降雨入渗对边坡稳定性的影响,选取西南地区某工程边坡建立模型,并结合区内实际降雨工况,运用GeoStudio等软件进行模型建立及参数选取,利用有限元法对考虑降雨历时、强度、主降雨类型、前期降雨的边坡稳定性进行分析。结果表明：短时强降雨在作用时间内会造成边坡稳定性短时间内剧烈下降,给边坡的安全性带来巨大威胁;降雨入渗作用对边坡安全系数有滞后的影响。再通过单因素分析法对边坡稳定性影响因素的敏感度进行对比分析,得出不同岩土层不同影响因素间的敏感性大小关系,可为实际工程中的边坡稳定性分析提供参考。     

楔形体稳定的定性和定量分析

岩石边坡的稳定性主要受结构面控制, 由结构面切割形成的楔形体失稳是岩石边坡的主要破坏形式之一.通常采用赤平极射投影对楔形体的稳定性进行分析,只能获得定性的结论.楔形体作为刚体,其稳定性可按照刚体极限平衡法结合赤平极射投影图计算.同时利用数学推导,可对楔形体进行三维计算.而采取实体比例投影,可将问题转化为二维问题,且其计算成果在一定误差范围内.