基于立体投影和3DEC的某水电站裂隙岩体边坡稳定性研究

裂隙岩体边坡稳定性研究是国内外岩土工程领域研究的热点问题,传统方法在评价裂隙岩体边坡稳定性时具有诸多限制。本文以某水电站溢洪道开挖边坡为例,提出了考虑确定性结构面与随机性结构面,基于立体投影和3DEC的裂隙岩体边坡稳定性分析方法。在水电站工程地质调研的基础上,确定了优势结构面,开展了结构面力学参数的现场试验,采用立体投影方法进行了设计边坡角下边坡可能滑动模式分析;依据可能的滑动模式,建立了三维非连续地质模型与数学力学模型,进行了自然、暴雨、地震三种工况下的位移与稳定性分析。该成果为裂隙岩体边坡稳定性研究提供了一种新的高效的方法,对相似工程具有借鉴作用。     

遗传算法在边坡稳定系数计算中的应用

边坡稳定性的关键问题是确定最危险滑动面(潜在最危险滑动面)和边坡的稳定系数。国内外一般是采用先假定边坡滑移模式,然后近似确定最危险滑动面,再求近似的边坡稳定系数的方法来分析边坡的稳定性,但假设的边坡滑移模式难以反映边坡滑移的实际状态。因此本文探索利用遗传算法搜索最危险滑动面,并得到最小稳定系数及对应的最危险滑动面曲线,取得了较好的效果。     

潜在滑移线法分析边坡滑动面及稳定性

提出了用潜在滑移线 (面 )理论分析边坡滑动面及稳定性的新方法。该方法根据弹塑性有限元的应力分析结果 ,用数值积分方法确定边坡的潜在滑移线 (面 )、最危险潜在滑移面和边坡稳定性安全系数 ,具有严密的理论依据。通过大量的边坡算例和实例分析得出 ,本文所提出用潜在滑移线 (面 )理论分析边坡稳定及潜在滑面是正确的 ,具有较强的优越性 ;常规边坡稳定性分析与本文方法所得到的最危险潜在滑移线 (面 )形状和位置、边坡稳定安全系数均相差较大 ,常规法所得到的结果与实际与相差较大 ;岩土的变形参数变化对潜在滑移线 (面 )的形状影响较大 ,对边坡最危险潜在滑移线 (面 )的形状、位置及平均稳定安全系数影响不大 ;坡顶荷载变化对潜在滑移线 (面 )的形状、位置和边坡稳定安全系数均影响较大。     

基于区间组合法的边坡稳定非概率模糊可靠性分析方法

根据边坡稳定性影响因素的随机性、模糊性以及岩土材料力学参数取值的区间性特征,采用非对称三角模糊数表示岩土力学参数取值可能性分布,并对试验数据进行区间模糊优化分析。将所得非对称三角模糊数转化成区间数,运用边坡稳定性分析的简化Bishop法与区间组合法建立边坡安全系数区间值及可能滑动面求解方法,避免了区间函数运算的区间扩张问题。将安全系数区间计算函数与给定安全系数值之差作为功能函数,利用非概率模糊可靠性分析方法计算不同截集水平下的模糊可靠性指标,进而得到其可能性分布曲线,并由可能性理论求得边坡失效可能度,从而建立了基于区间组合法的边坡稳定非概率模糊可靠性分析方法。工程算例表明,该方法具有一定的合理性,为边坡工程稳定性评价提供了新的途径。     

不平衡推力法的弹塑性有限元改进

结合杭金衢高速公路K111碎石土滑坡工程实例,研究如何使极限平衡法与有限元法有机结合应用于边坡稳定性计算和分析中,以及碎石土边坡稳定性系数与滑动面抗剪强度发挥程度的关系。研究结果表明,可以采用弹塑性有限元边坡稳定性极限分析法,得到边坡接近破坏状态时滑坡体的塑性变形破坏区,然后据此确定边坡的滑动面;通过野外工程地质勘探揭示,该法确定的潜在滑动面与实际滑动面基本相符;可根据极限状态下塑性应变值的大小确定滑面带上不同抗剪强度取值段,采用全面考虑滑面上岩土体抗剪强度不同发挥程度的不平衡推力法计算碎石土边坡的稳定性系数;采用该方法进行碎石土边坡稳定性分析能更加真实地反映边坡所处的实际状态。     

改进圆弧法在土石坝边坡稳定性研究中的应用

土石坝边坡稳定分析的常用方法是圆弧法,该种方法的原理简单,公式简洁。但需根据多次试算确定安全系数。在搜索最危险滑动面时,每给定一个滑动面,都要重新确定分条的边界、高度、宽度和分条数目等参数,计算工作量较大并且存在着不确定性,将传统圆弧法进行改进,编制程序,自动搜索最危险滑动面并确定其安全系数,简便了计算过程,并通过工程实例验证了其可靠性。     

复杂条件下边坡稳定性研究

对青岛市白云寺周边地质特性进行了研究,通过现场勘察和室内试验综合确定岩土物理力学参数.并采用SLIDE软件模拟计算了5种不同工况下边坡的稳定因数和最危险滑动面,对白云寺周边边坡强度稳定性进行分析.通过对不同工况下边坡模型的计算,明确了白云寺周边边坡稳定性的影响因素,研究结论为实际治理提供了理论依据.最后,对白云寺周边岩土体综合治理提出针对性的建议,从而保证白云寺免遭滑坡地质灾害的影响.     

岩质高边坡稳定性分析与评价中的四个准则

对于岩质高边坡而言,其潜在滑动面上力学参数的合理性、边坡开挖后需要的整体加固力以及计算的边坡安全系数与实际边坡安全储备的接近程度将直接影响岩质高边坡工程的安全性与经济性。从现有的确定边坡潜在滑动面力学参数的反演分析方法入手,指出其存在的局限性,提出边坡潜在滑动面力学参数最小取值准则;在此基础上,根据开挖岩体的总压力充其量是诱发边坡失稳的全部不利荷载的思路,提出边坡最大主动加固力准则。将潘家铮的上、下限原理应用于边坡的数值分析与稳定性评价,提出数值法进行稳定性分析评价的安全系数上、下限准则,并将其在工程评价中进行验证与推论。该研究可为工程设计人员进行有效经济地选择岩质高边坡加固方案提供宏观判据与基本原则。     

浅谈水对边坡稳定性的影响

影响边坡稳定性的因素非常复杂,有结构面发育程度、坡高、坡面形状、岩土强度参数、边坡物理力学因素等,而水对边坡的稳定与否有着至关重要的作用,通过分析水对边坡稳定性的影响以及水所引起边坡自然灾害与防护,为工程设计提供参考。     

基于仿生算法的滑坡危险滑动面反演(1)——滑动面搜索

滑坡稳定性分析中一个非常重要的问题就是其潜在危险滑动面搜索的问题。为了更好地进行滑动面搜索研究,这里以滑动面上的若干关键点作为搜索目标,从而使问题变成了一个搜索关键点坐标的问题。由于实际滑坡性质的复杂性,此优化问题非常复杂,采用常规优化技术常常不能奏效。为了有效地解决这个问题,这里以效率更高、效果更佳的仿生算法——免疫进化规划作为优化工具,以滑动面上关键点坐标作为优化参数,以滑坡稳定性安全系数作为优化目标进行研究,提出了一种进行任意滑动面搜索的新方法。最后,通过一个典型算例及一个边坡工程实例验证了方法的有效性。     

一种新的边坡稳定性因素敏感性分析方法——可靠度分析方法

传统的边坡稳定性因素敏感性分析方法基于确定性计算,仅能得到边坡稳定性对各变量的敏感性大小,无法获得边坡稳定性对不同滑面位置上的同一岩土参数的敏感性。在可靠度分析基础上提出一种新的边坡稳定性因素敏感性分析方法——可靠度分析方法,该方法采用随机场模型来描述边坡滑面上岩土参数的空间变异性,通过验算点法优化求解实现,分析结果可得到边坡的最小可靠指标、概率临界滑面、参数敏感性因子在临界滑面上的分布曲线。研究结果表明,敏感性因子分布曲线随边坡尺度和岩土参数波动范围的相对大小变化而变化,根据边坡可靠度指标在临界滑面上的不同位置上的敏感性因子,可对边坡加固位置提出设计改进,将有限的加固措施加于敏感性因子较高的位置,能够更有效地提高边坡的稳定性,较之传统的边坡稳定性因素敏感性分析方法具有明显的优越性。     

深部巷道块系围岩分析模型及稳定性探讨

深部岩体具有典型的不均匀、不连续的自应力块系等级构造结构。由于浅部巷道围岩应力场分析是基于连续介质力学理论,没有考虑岩体的块体特性,因而无法应用于深部巷道块系围岩的应力场分析。考虑到深部巷道块系围岩破坏类型主要表现为峰后岩块沿软弱接触面的剪切滑移破坏,通过建立深部巷道的平面应变块系围岩模型,得到了轴对称条件下岩块相互作用的解析解;分别假设岩块之间的接触满足刚塑性和Mohr-Coulomb屈服条件,推导得出上述两种屈服条件下的块系围岩模型和连续介质模型的围岩支护力的计算公式。对比分析表明:围岩块体构造特性对深部巷道施工和承载力设计计算有重要的影响;通过假设块体间剪应力与剪切滑移满足分段线性关系,得到了块系围岩径向位移,剪应力和剪切滑移量的解析表达式,引入无量纲化的深部巷道块系围岩稳定性参数λ,并得出当λ<1时块系围岩是稳定的,当λ>1时块系围岩是不稳定的。     

裂隙岩体非饱和水力应力耦合的不连续介质模型研究

目前对于裂隙岩体饱和水力应力耦合的研究取得了一些进展,但在很多工程领域不能简单地采用饱和渗流分析,而是要考虑岩体饱和-非饱和渗流、应力耦合作用对工程岩体的强度和稳定性的重要影响.因此在总结众多学者对裂隙岩体水力耦合研究成果的基础上,根据DDA力学计算和非饱和渗流计算原理,提出了基于非连续介质方法的--DDA方法的非饱和水力应力耦合模型;并给出了降雨入渗工况下的边坡水力耦合算例.计算结果表明,边坡稳定性随着降雨入渗时间的增加而减小,降雨强度越大,边坡稳定系数的降幅越大;考虑水力耦合时的边坡稳定性要小于不考虑水力耦合时的边坡稳定性,且在同一时刻,若降雨强度越大,考虑水力耦合与不考虑水力耦合的稳定系数差值越大.仿真试验和工程应用表明其计算成果是符合实践规律的,由此说明了所提出的水力耦合模型能正确反映裂隙岩体的水力学特性,验证了该模型是可行有效的,可付诸于实践.     

加锚岩质边坡稳定性评价的极限分析上限法研究

基于极限分析上限法的基本原理,考虑岩石锚杆的支护效应、地震作用力和裂隙水压力的影响,提出加锚岩质边坡稳定分析计算模型。通过该岩质边坡极限分析上限法计算模型,可以将滑体按照滑裂面和侧向结构面离散为不同的滑体单元,并可构建一个机动许可的速度场。根据相关联流动法则和位移协调条件,相邻滑体单元的移动不能导致它们重叠或分离,进而可以得到应变速度场的数学表达式。应用该计算模型,不仅可以合理计算出由滑体自重、地震力、裂隙水压力和锚固力所做的外力功率,而且可以得到产生于滑体底滑裂面和侧向结构面的内能耗散。根据滑体处于极限状态时两功率相等(虚功率方程)的条件,可以推导得到加锚岩质边坡的极限分析上限法稳定系数计算公式。通过典型算例的稳定性分析计算表明,考虑裂隙水压力和地震作用力的边坡稳定系数将会减小,而合理加锚后稳定系数将会得到提高。     

露天矿山岩体力学参数估算法的应用研究

露天矿山边坡稳定性分析中岩体力学参数的取值至关重要,Hoek-Brown强度准则可以充分反映岩石的非线性破坏的特点,广泛应用于工程实践;结构面作为岩体的一部分,其对岩体的影响不可忽略;结构面的稳定性由抗剪强度决定,对结构面力学参数的估计同样是评价岩体强度的重要组成部分。利用轮廓曲线法和回弹法量取结构面粗糙度和壁岩强度量化地质强度指标GSI,并对潜在滑移结构面抗剪强度精准取值。结合广义Hoek-Brown强度准则估算和兴矿山II-B边坡岩体力学参数,通过极限平衡法分析其整体稳定性系数;利用Barton-Bandis模型线性拟合,计算结构面抗剪强度,对滑体落岩的稳定性进行分析。计算结果表明,整体边坡安全系数F_s=1.285,稳定性较好;含有潜在滑移结构面的岩体安全系数F_s=0.911,局部存在单平面滑移可能。计算结果符合现场实际情况,经反算法验证后,证明通过该方法估算得到的岩体强度参数及结构面抗剪强度是合理的。     

岩土力学参数随机场的空间变异性分析及单元体力学参数赋值研究

岩土类力学介质通常为非均质体,其力学参数具有空间变异性,宜将它们视为随机场加以研究。应用地质统计学方法对岩土力学参数随机场的空间变异性作了分析以及有限元单元体的力学参数赋值作了探讨。     

岩土工程反分析方法的信息论研究

本文以信息论为基础,针对岩土工程中的逆问题。在数学上建立了逆问题一般信息理论的基本框架．这个框架以本文提出并论证的三个基本定理为核心。揭示了逆问题的信息本质．其中心思想是：对被反演参数的观测信息,理论预测信息和经验性信息的综合,将给出关于这个参数的更高信息含量的信息表达．这种表达自然地在逆问题的求解过程即反分析中,综合考虑观测过程、理论分析及经验判断三者的不确定性,在一些限定条件下,这种表达退化为当前岩土工程中的几种反分析方法,这不仅为逆问题的求解提供了一条通用,有效的途径,而且为反分析方法的理论研究探索了新的途径．     

深圳水库高边坡的稳定性分析

对深圳水库高边坡的局部和整体稳定性、边坡滑动位移以及边坡失稳的突变特性进行了分析，并着重分析了地下水及土体水弱化性质对边坡稳定性的影响。边坡失稳突变特性的分析采用突变理论模型。边坡的稳定性分析和位移计算结果表明，边坡失稳主要是由地下水的影响及土的水致弱化性质引起的。突变理论模型分析也表明，水的作用使土的强度降低为某一数值时，边坡的滑动位移将突然增大，发生突变性失稳现象。理论分析结果与现场监测结果相符，可为边坡的整治提供科学依据。     

旋进式触探机制研究

 通过切削机制的引入,对角片式探头切削刃的受力进行分析,除建立轴向负荷与扭矩之间的数学模型外,还建立作用在探头上轴向负荷、扭矩与探头的运行参数(探入速度和旋转速度)及岩土体物理力学参数间的数学模型,并通过室内试验验证数学模型的存在性。根据数学模型分析轴向负荷、扭矩的影响因素,明确旋进式触探技术的理论依据：当机械运行参数,探头直径、材料及型式都相同时,轴向负荷和扭矩只与岩土体物理力学性质有关。将静力触探的轴向负荷与旋进式触探进行比较,从根本上解释旋进式触探技术能在岩体中得到应用的原因。     

岩体尺寸效应及其特征参数计算

 岩体的尺寸效应包括完整岩块的尺寸效应与节理岩体的尺寸效应,但两者之间还缺乏有机联系。基于物理力学试验与细观参数统计分布理论,建立试样尺度的随机概率模型。通过统计宏观节理分布,建立包含随机分布节理的岩体尺度模型。将实验室获得的岩块强度应用于岩体的计算中,提出一种从细观层次、宏观层次的多尺度岩体工程计算方法,建立2种尺度效应的联系。最后,就非均匀性、围压与节理密度对岩石尺寸效应的影响问题展开探讨。随着均值度的增加,试样的特征尺度逐渐减小。随着围压的增大,岩体特征强度逐渐增大,而岩体力学参数的特征尺寸增大不明显。随着节理密度的增大,特征尺寸和相应的特征强度都是减小的。本方法试图建立细观与宏观力学参数之间的桥梁,获得岩体计算的力学参数,为解决工程岩体参数取值与计算提供一条思路。