边坡稳定的块体单元法分析

 边坡稳定是岩土工程中一个极其重要的问题。目前的边坡稳定分析方法都存在不同的缺陷, 有的方法太复杂, 有的方法过于简化。利用一种改进的刚体极限平衡法——块体单元法进行边坡稳定分析, 该方法兼有刚体极限平衡法和有限元法的优点, 既满足全部的平衡条件, 又在一定程度上考虑了材料的变形。算例表明, 该方法不失为一种合理而有效的边坡稳定分析法。     

边坡抗滑稳定安全系数的有限元迭代解法

提出用厚度较小的常规矩形(平面)或立方体(空间)单元来描述滑坡体与岩基之间的接触面，并给出了使滑动面上应力满足摩尔库仑极限条件的非线性迭代算法。在此基础上提出了保留滑动面上最下端单元处于弹性状态的滑坡体抗滑稳定安全系数的有限元迭代解法。这种方法可用于求解2维或3维问题，且能同时给出边坡临界失稳时的位移场和应力场。给出了具有折线滑动面的滑坡体抗滑稳定安全系数计算实例，结果表明该方法有效、合理和可靠。     

岩石边坡平面滑动稳定安全系数和可靠度

对典型岩石边坡在地下水作用下的平面滑动稳定安全系数进行了分析，考虑到实际岩石强度参数的随机变异性，作者提出了简单的可靠度分析方法，它不需要复杂的可靠度理论和不熟悉的概念，仅需要确定性的分析方法，为考虑参数不确定性影响提供了一种手段，同时又是确定性分析方法的有益补充。采用简单的可靠度分析方法绘制了平面滑动稳定可靠度指标与边坡几何要素之间的关系图表。     

块体单元法动力分析研究

将块体单元法引入结构动力分析,同时给出动力分析的块体单元法中质量矩阵和阻尼矩阵的具体表达式,建立块体系统在惯性力、阻尼力、动力荷载及弹性力作用下的动力平衡方程。最后分析2个算例,通过将块体单元法与其他方法计算结果进行对比,验证块体单元法动力分析的准确性和合理性。块体单元法对于岩体中含大量不连续面的复杂结构在前处理工作上有较大的优越性,因此可广泛应用于水工及岩土工程结构动力及地震作用下的变形与稳定性分析。     

岩石边坡稳定性与支护的数值分析及综合比较

 断层或节理裂隙等不连续面的切割导致岩体具有二重性——连续性和不连续性。由于目前还没有一种能考虑岩体二重性的实用的分析方法,所以对岩石边坡进行稳定性研究时应采用多种方法进行综合比较。采用有限单元法(属于等效连续介质力学方法)和块体单元法(属于不连续介质力学方法),对瀑布沟加里俄呷料场高边坡进行稳定性分析及支护研究。根据2种方法计算结果的综合比较分析,得到对该边坡的稳定性和支护方案的认识。研究结果还表明：若节理连通率的影响仅用强度参数表达,而在计算网格中不予考虑,则有限单元法和块体单元法得到的结果规律一致,且量值相差不大;由于块体单元法完全通过节理体现岩体的变形,而有限单元法则可考虑岩块的变形,所以有限单元法得到的位移值、屈服区及锚杆应力比块体单元法稍大。     

岩石边坡安全系数的边界元解

本文根据地下水对岩石边坡稳定性的影响与岩体的孔隙率及地下水的密度有关的观点,导出了渗流场情况下的线弹性静力学平衡方程.在边界积分方程中,用伽辽金张量把体积力面积分转化为边界上的线积分.将边坡中的临界滑动面作为边界,用边界元法求出了其上的面力,并由此计算其安全系数.     

基于离散单元法的白鹤滩水电站复杂块体稳定性分析

 节理岩体边坡块体稳定性分析是岩体力学工程实践中关心的一个重要问题,经典极限平衡理论在求解复杂块体稳定时具有诸多的限制。基于离散单元法作为运行平台,推导复杂块体安全系数计算公式,并在此基础上编制复杂块体稳定性分析程序,能够弱化复杂地形、材料非线性以及初始地质条件等传统问题的约束;继而运用2种经典块体模型对该程序进行正确合理性验证。最终将程序应用于白鹤滩左岸边坡复杂块体稳定性分析研究,给出关键块体安全系数及其潜在破坏模式,并根据块体稳定性特征及其变形模式给出加固建议。该研究结果对岩体边坡复杂块体稳定性研究具有一定指导意义。     

岩质边坡开挖过程动态仿真分析的块体单元法

 岩质边坡开挖过程的静态仿真分析方法在计算精度和速度上均存在不足,无法适应边坡动态设计的需要。基于动态仿真的思路,提出岩质边坡开挖过程动态仿真分析的块体单元法。首先,提出三维岩石块体系统识别的切割算法,通过逐条或逐组加入结构面或开挖面切割块体,以及平面删除后的块体合并,实现开挖过程中块体系统的动态识别,提高块体系统识别的计算效率。然后,提出动态开挖过程中的开挖荷载计算方法,从而建立岩质边坡开挖过程动态仿真分析的块体单元法,避免在开挖前的块体系统中预置开挖面而导致人为引入不连续面问题和设置刚度问题。最后,通过简单算例及工程应用,对所提的动态仿真分析方法的计算精度和速度进行验证。结果表明,所提的动态仿真分析方法的计算效率明显优于传统的静态仿真分析方法。     

复杂岩石块体识别的单元重构–聚合方法

 为解决工程岩体开挖中含有复杂开挖边界时的块体识别问题,提出岩石块体识别的单元重构–聚合方法。首先,引入成熟的网格划分技术,通过建立网格模型(如有限元模型),实现对复杂开挖边界的精确模拟;其次,采用基于单元重构技术的结构面建模方法,将分布于岩体内的结构面建入网格模型;然后,提出基于单元聚合技术的块体构建方法和考虑有限性结构面时的单元组处理方法;最终可实现基于网格模型的复杂岩石块体识别。该方法识别所得的块体系统基于网格模型,块体的所有特征信息均可通过模型的单元和节点提取,块体的可视化也可在既有网格模型图形显示平台上实现。算例验证表明,当将结构面分别考虑为无限延伸和有限延展时,该方法的块体识别和稳定分析成果均与通用块体分析软件的结果一致。进一步将该方法应用于水电站大型地下洞室群的块体识别,可证明其应用于复杂岩石块体识别的有效性和优越性。因此,该方法是一种能够考虑复杂工程岩体开挖边界的岩石块体识别的新方法,其实现过程独立于基于拓扑原理的传统块体识别思路,为块体稳定分析提供了新的实现途径。     

边坡稳定安全系数影响因素探讨

针对不同的屈服准则、内摩擦角和粘聚力、剪胀角、计算范围、坡脚的形状和尺寸、网格疏密程度、破坏标准等因素,采用有限元分析技术研究了它们对边坡稳定安全性的影响程度,对安全系数的影响以及大、小变形有限元进行了对比分析.     

关于有限元边坡稳定性分析中安全系数的定义问题

在边坡稳定性分析的极限平衡法中存在3种安全系数的定义:定义1将安全系数定义为剪切强度比剪应力;定义2将安全系数定义为强度储备系数,当土体抗剪强度除以安全系数后,边坡将处于临界平衡状态;定义3将安全系数定义为沿某一特定滑面的抗滑力比滑动力。讨论了定义3与定义1之间的关系,给出了在进行有限元边坡稳定性分析时确定对应于定义3和定义2的临界滑面的统一算法,最后通过算例证明了一般情况下基于定义3所求得的安全系数和临界滑面不同于基于定义2所求得的结果,同时指出基于定义3的计算结果会表现出一些不合理的现象。     

岩石边坡开挖及加固分析的弹粘塑性块体元方法

首先介绍了可用于边坡开挖及加固分析的弹粘塑性块体方法。该法把岩体视为具有弹粘塑性性质的结构面切割形成的刚性块体系统，考虑加固结构件在结构面上变形的协调条件，建立求解块体系统和加固构件系统的变形和破坏过程。然后介绍该方法小湾高洪坝坝肩和坝基开挖施工期稳定性研究中的应用情况。     

基于降强法数值计算的复杂岩质边坡动力稳定性安全评价分析

分析复杂岩质边坡在地震荷载作用下的动力稳定性的特点,提出基于降低材料强度算法的动力稳定性分析方法。先将软弱结构面抗剪强度指标降低,进行静力计算,在此基础上,再进行动力稳定分析,综合评估边坡的动力稳定性与降强倍数的关系,将边坡处于临界稳定状态下的降强倍数定义为动力稳定安全系数。借助数值计算程序,将上述方法应用于国内某拱坝坝轴线左岸岩质边坡的动力稳定性分析,取得满意的成果。     

基于强度折减的有限元方法求边坡稳定安全系数

当折减系数达到某一数值时,边坡内的一定幅值的广义剪应变自坡底向坡顶贯通,认为边坡破坏,定义此前的折减系数为安全系数,与极限平衡法相比有限元法具有很多优点。集中讨论屈服准则、内摩擦角和粘聚力、剪胀角、计算范围的选取、坡脚的形状和尺寸、网格疏密程度、不同的破坏标准对全系数的影响以及大变形和小变形有限元对比分析。     

确定岩质边坡地震安全系数的简化方法

 作为岩质边坡地震稳定性评价的规范方法,拟静力法忽略岩体的动力特性和地震动大部分特性的影响,而地震时程分析法考虑的因素较全面,却相对费时费力。目前岩质边坡地震稳定性评价缺乏较好地考虑岩体的动力特性和地震动特性的简化方法。为此,综合利用时程分析法和拟静力法的各自优点,建立地震安全系数与拟静力安全系数间的关系,提出2种岩质边坡地震稳定性评价的简化方法：(1) 对于重要边坡,建立边坡地震安全系数与地震动峰值、边坡拟静力安全系数的统计经验公式;(2) 对于一般边坡,统计边坡地震安全系数与拟静力安全系数的修正系数,建议相应的修正方案。以典型岩质边坡为例,采用显式波动有限元–极限平衡法,阐述所提出的简化方法的详细实施步骤,初步证明所提出方法的可行性和合理性。所建议的简化方法为重要工程岩质边坡震后快速评估和一般工程岩质边坡抗震稳定性评价提供有益的思路和重要参考。     

基于时程分析的岩质高边坡开挖爆破动力稳定性计算方法

提出一种计算岩质高边坡爆破开挖情况下动力稳定性安全系数的时程分析方法。根据爆破振动峰值速度衰减规律和爆破振动速度或加速度时程曲线，可计算得到特定时刻作用在各条块上的爆破振动惯性力，并根据其相位确定惯性力作用方向，然后施加到各条块上。结合刚体极限平衡分析方法中的Sarma方法，即可求得对应于该时刻边坡的稳定性安全系数。以某一时间步长进行整个爆破过程的计算，可得到相应的爆破动力作用下的边坡动力稳定性安全系数时程曲线。该法综合考虑爆破振动的幅值衰减、频谱特性和相位角的变化，突破了拟静力法中用综合影响系数折减爆破荷载的局限性，得出的边坡爆破振动稳定性安全系数随时间的变化规律，可较好地反映边坡稳定性在爆破过程中的变化过程，为优化边坡爆破开挖设计提供依据。     

岩质坝基稳定分析的等安全系数法及可靠度研究

坝基抗滑稳定问题中,软弱结构面概化为多滑动面的情况相当常见,而规范对此并未给出明确的校核方法。为了提出一整套具有普遍适用意义的坝基多滑面稳定校核公式以及配套参数,为设计提供参考依据,首先在滑楔法基础上提出一种新的适用于多滑面和双滑面的等K′法;然后通过安全系数直接构成的极限状态方程,对等K′法进行可靠度研究,并分析强度参数的互相关性对可靠指标的影响。最终明确给出该方法定量安全系数K′的设计验算式、安全允许指标以及配套的分项系数。多方案验算结果表明,强度参数f,c的互相关性对可靠指标的影响比较显著:随着相关性从完全独立变化到完全负相关,可靠指标β与ρf,c的关系基本呈现非线性的增长,涨幅最大达到48.7%。常规方法将f,c视为独立变量,计算结果是偏于安全的;对等K′法设计验算式中的结构系数γd1,提出分等级的推荐取值,I,Ⅱ,Ⅲ级大坝γd1分别为1.2,1.1,1.0。方案验算和实例应用证明,采用等K′法验算式以及配套的分项系数进行坝基抗滑设计是可行的,安全可靠度也更有保障。