地震作用下陡岩崩塌颗粒离散元数值模拟研究

 基于江坪河水电站陡岩边坡,进行块体倾覆分析确定地震影响下潜在的破坏位置,推导地震波在颗粒介质内中传播时的边界条件设置公式,用二维颗粒离散元模拟分析地震作用下陡岩的崩塌灾害。结果表明：基于颗粒离散元的崩塌灾害分析方法可通过颗粒运动轨迹来判断边坡是否稳定,研究边坡破坏扩展过程,并可通过修改边界颗粒的属性来模拟入射地震波及透射边界,可最大限度模拟荷载–岩性–灾害发展的耦合作用;地震作用下顺坡向陡倾角卸荷裂隙发育是影响陡岩边坡稳定的控制性结构面,表层发生局部崩塌、块体失稳的可能性较大,其破坏机制为高烈度地震作用下从表层局部块体崩落开始,继而沿着节理裂隙快速扩展直至上部岩体产生崩塌,破坏规模则主要取决于顺层向裂隙的发育深度。该方法可为崩塌失稳边坡的稳定性研究及灾害预测提供理论依据。     

锚固岩质边坡动力响应分析

以含有软弱结构面的顺层岩质边坡为例,基于非连续介质的离散元法DEM分析了锚固岩质边坡在地震荷载作用下的动力响应,并研究了加固边坡的动力响应及其破坏过程,研究表明,顺层块状岩质边坡在地震过程中的位移方向主要为水平方向,沿结构面方向的滑动很小。     

层面参数对顺层岩质边坡地震动力破坏过程影响研究

建立3组含有非完全贯通层面和正交次级节理的顺层岩质边坡数值模型,运用FLAC/PFC2D耦合计算方法进行了地震动力破坏过程模拟试验。试验结果证明：非贯通层面部分在水平地震动力作用下,同时存在张拉和剪切两种破坏模式。非贯通层面部分的强度和层面贯通率对顺层边坡地震动力稳定性的影响十分明显,控制着边坡产生破坏的临界地震动力输入幅值以及产生破坏后边坡的破坏范围大小。贯通层面部分的抗剪强度（即贯通层面的摩擦角）对边坡地震动力稳定性和破坏范围的影响很小,只有在顺层边坡内部所有岩层层面均完全贯通的前提下才能转变为边坡稳定性主控因素。     

地震作用下青川窝前顺层岩质边坡的变形破坏机理分析

文章在研究青川窝前滑坡的工程地质条件和地震前、后变形破坏迹象地质调查资料的基础上,采用相对位移法对地震过程中窝前滑坡稳定性进行了离数值模拟、分析了地震作用下窝前顺层岩质边坡的变形破坏机理。数值模拟结果与已有研究成果及震后灾害调查结果具有良好的一致性,验证了相对位移法分析地震作用下顺层岩质边坡变形破坏机理的可行性,对顺层岩质边坡动力作用下稳定性分析及抗震设计具有一定指导意义。     

地震作用下顺层岩质边坡动力响应的试验研究

基于相似理论建立顺层岩质边坡力学模型,并介绍爆炸模型试验的设计思路及试验方法。以导爆索为爆源,通过水下爆炸模型试验,研究近场地震作用下原型边坡的变形破坏模式以及支护结构对边坡稳定性的影响。试验结果表明,顺层岩质边坡的在近场地震作用下的破坏主要表现方式为节理岩体间的层间滑动,破坏模式为应力波导致的滑移–拉裂破坏;重力式挡墙的压应力峰值分布随着墙高的变化呈现先增大后减小的钟形分布;结合汶川地震现场考察及试验结果发现,支护结构对边坡稳定性起着重要作用。     

地震荷载作用下顺层岩质边坡安全系数分析

结合强度折减法的思想,并考虑到地震荷载特征以及离散元法和顺层岩质边坡的特点,提出一种求解地震荷载作用下顺层岩质边坡安全系数的方法。采用关键点位移/速度时程曲线的变化趋势对边坡的临界状态进行判断,采用失稳状态时坡体的速度/位移矢量图来判断与安全系数对应的滑动面。将上述方法运用到钟家湾顺层边坡的稳定分析中,并将所得结果与极限平衡法计算结果进行对比,发现二者的计算数值相差较小,对比结果表明该方法是合理可行的。在此基础上,利用UDEC初步分析地震荷载作用下坡高、坡度、岩层倾角以及地震波参数包括振幅、频率等因素对顺层岩质边坡安全系数的影响规律。     

顺层岩质边坡地震动力响应及地震动参数影响研究

 利用FLAC2D建立顺层岩质边坡模型,分析其在地震作用下的动力响应规律,研究地震动参数对其动力响应的影响。结果表明：顺层岩质边坡在地震作用下失稳主要由结构面控制,位移主要发生在潜在滑移面上部岩体中;对地震波存在垂直向和临空面放大作用,其滤波作用没有土质边坡明显,不同岩层会对某一频率的波产生明显的放大效应;当振幅、卓越频率增加时,坡肩下方的加速度放大系数呈递减趋势,且在强度相对较低的岩体内较明显,但随着振幅增加,边坡动力响应增强;各处加速度放大系数受地震动持时影响较小,剪应变增量受其影响较大。当振幅、持时增加时,边坡位移呈增大趋势;当卓越频率增大时,边坡位移减小。同时,证实了地震边坡破坏由上部拉破坏与下部剪切破坏组成,研究结果有助于进一步揭示边坡在地震作用下的失稳机制。     

基于CDEM的顺层边坡地震稳定性分析方法研究

地震力作为一种动态载荷,其作用是导致顺层结构面黏聚力及抗拉强度的丧失。由此,提出了一种动力分析法（数值分析法）与极限平衡法（公式法）相结合的顺层岩质边坡地震稳定性评价方法。该方法利用基于连续介质力学的离散元方法（ CDEM ）获取震后结构面处的残余强度,将残余强度代人极限平衡公式求解重力作用下的安全系数,并将此安全系数作为评价顺层岩质边坡地震稳定性的指标。分析结果表明,传统拟静力法用于顺层岩质边坡地震稳定性的评价是不适宜的,通过本文方法获得的顺层边坡动力安全系数具有明显的 3 阶段特征（水平段–速降段–水平段）,而拟静力法获得的安全系数随着设防烈度的增大却呈现出逐渐减小的特征。此外,所述方法还可体现地震波频率对顺层岩质边坡稳定性的影响。     

顺向岩质边坡平面旋转破坏的力学分析

针对顺层岩质边坡的平面旋转破坏模式的特点,利用能量准则和损伤力学的观点建立三维力学模型,给出了在自重、惯性力(如地震)等荷载共同作用下,顺向边坡岩体损伤区和滑移区的力学性状及破坏区域。根据顺层岩质边坡渐进性破坏机理和层面的刚塑性应变软化假定,分析了可能影响滑移区和损伤区位移、应力和长度的各种因素,给出了以长度为控制量的顺向岩质边坡平面旋转破坏范围值。     

108国道某顺层岩层边坡变形破坏机制研究

通过对108国道某顺层岩质边坡变形破坏机制进行研究,采用物理模拟试验和离散元数值模拟两种方法,再现和预测了该边坡的变形破坏全过程,对两种模拟方法作出了评价,并提出了相关建议。     

水平和竖向地震作用下顺层岩质边坡动力可靠性分析

由于传统顺层岩质边坡地震可靠性分析往往是基于拟静力法,忽略了地震的动力特性,而基于数值模拟软件的地震时程分析法虽能考虑地震的动态性,却相对费时费力,该文同时考虑了地震的动力特性和强度参数随机性,提出顺层岩质边坡动力可靠性分析方法。运用Wilson-θ法和Matlab/Simulink工具建立了顺层岩质边坡地震响应简化计算方法。根据响应结果,运用Monte Carlo法计算了边坡的动力可靠度,并提出采用整体最小平均可靠度来评价边坡的地震整体可靠性。在此基础上,进一步分析了水平和竖向地震作用的叠加模式对顺层岩质边坡可靠性的影响。算例分析表明,提出的地震响应简化计算方法具有较高的计算精度和效率。该文可靠度分析方法低估了边坡的地震可靠性。与水平地震作用相比,竖向地震作用对顺层岩质边坡可靠性的影响也很明显。常用的水平和竖向地震作用的峰值叠加模式并不能充分地体现出双向地震的最大作用叠加效果,而采用双向地震的最大作用叠加模式更偏于工程安全。     

含泥化夹层顺层和反倾岩质边坡动力响应差异性研究

设计并制作了两个同尺寸的含泥化夹层顺层和反倾岩质边坡,并进行了大型振动台试验,对含泥化夹层顺层和反倾岩质边坡的动力响应差异性进行了分析,研究结果表明:顺层边坡坡体内部加速度放大系数整体上小于反倾边坡;在坡体中上部(相对高度大于0.4),顺层边坡坡面加速度放大系数大于反倾边坡,在坡体下部(相对高度小于等于0.4),顺层边坡坡面加速度放大系数与反倾边坡近似相等;顺层边坡和反倾边坡坡面位移随输入地震动强度增大而大幅度增加,顺层边坡坡面位移大于反倾边坡,且随着输入地震波幅值的增加,顺层边坡和反倾边坡坡顶位移之间的差值增大;反倾边坡较顺层边坡具有更高的地震稳定性;顺层边坡破坏形式主要表现为坡体后缘的垂直张拉裂隙、岩层沿泥化夹层的顺层滑动以及坡顶岩块崩落,而反倾边坡的破坏形式主要表现为坡面水平向和垂直向裂隙交错、泥化夹层挤出以及坡顶被震碎。     

基于振型叠加法的顺层边坡非平稳随机地震响应及动力可靠度分析

为研究非平稳随机地震激励下顺层岩质边坡的动力可靠性问题,采用振型叠加法和虚拟激励法,建立含多层软弱结构面的顺层岩质边坡非平稳随机地震响应的快速算法,根据响应结果,采用首次穿越破坏准则,进一步推导出非平稳地震下顺层岩质边坡动力可靠度计算的解析表达式.在此基础上,通过MATLAB软件平台编写相应的程序以实现计算数据和结果图...     

开挖及动荷载作用下边坡响应的DDA方法研究

对适用于分析边坡在开挖及动荷载作用下的响应情况的不连续变形分析(DDA)方法进行研究。首先,利用基于生死单元的DDA方法模拟边坡的开挖过程,并分析边坡的开挖变形,通过与有限元法计算结果对比,证明该方法的正确性;其次,为克服传统的DDA方法不考虑介质中产生的散射波在边界的反射问题,实现基于黏性边界理论的地震波输入方法;此外,在DDA方法中引入自由场边界,通过实例分析表明在利用DDA方法进行动力分析时,模型两侧施加自由场边界的模拟效果要优于两侧施加黏性边界的模拟效果。将改进的DDA方法运用于边坡工程的动力响应分析,通过与经典有限元法的对比,证明了改进DDA方法的正确性。     

核电厂边坡地震动力响应研究

 将大型、复杂条件核电厂边坡简化为含结构面的单自由面柱体模型和多自由面斜坡模型,研究地震波前处理和输入、人工透射边界设置,模拟简谐波和地震波的传播、反射、振荡和衰减规律,比较理论解和数值解的吻合性,采用强震记录分析边坡地震时程响应规律。研究表明：地震波在柱体模型的单自由面上产生放大效应和反射,在软弱夹层处产生反射和透射。约束边界反射地震波,设置黏滞吸收边界和自由场透射边界则有效消除反射现象。地震波在斜坡模型的斜面上产生多次自由面放大效应,且放大效应随着高程增大而增大。地震作用下各向异性斜坡的自由面放大效应较之各向同性斜坡强烈,软弱夹层处产生较大的相对滑移和永久变形,各向异性条件下更不利于边坡的抗震稳定。     

刚体离散元动力方法在基于位移的岩坡地震响应分析中的应用

当前岩坡地震动力响应分析中,多采用极限平衡方法分析拟静力安全系数,采用Newmark滑块分析动力永久位移,假设较多,工程实用性受限。将刚体离散元方法引入岩坡地震动力稳定性评价工作中。通过与强度折减法、Newmark法中的永久位移评价相结合,提出一种复杂岩坡静动力稳定性分析方法。初步认识表明:(1)采用极大节理刚度可以减少节理刚度带来的弹性接触位移,使得刚体离散元用于求解岩坡楔形块体的静/动力稳定性问题。(2)刚体离散元强度折减法可以无需假设块体运动方向或假定滑动形式,直接求解获取安全系数、下滑力等结果,可以考虑复杂形状块体,相比传统方法更具优势和实用性。(3)与4个经典静力算例与3个动力算例的对比验证,表明提出的刚体离散元方法及程序实现的正确性。(4)采用提出的方法,研究幅值、节理面交线倾角等参数对岩坡地震响应永久位移的影响规律研究,表明刚体离散元方法可以根据参数变化得到正确的得到相应的结果变化规律。且对比发现在某些特定条件下拟静力安全系数不能正确反映岩坡地震响应的陡增程度。(5)在工程实例中,采用刚体离散元方法进行K1块体基于位移的地震稳定性评价,给出基于超越概率的支护设计方案。相比拟静力安全系数设计方案,在满足使用条件的前提下优化程度更高。研究可为岩坡静动力稳定性分析提供一种新的思路。     

顺层岩质路堑边坡破坏模式及设计对策

 在对大量顺层边坡进行详细调查研究基础上,总结提出顺层岩质路堑边坡的分类及8种顺层边坡破坏模式,并对较为常见的滑移–拉裂和滑移–弯曲破坏模式的稳定性分析方法进行讨论。指出在实际工程中,对于滑移–拉裂型顺层边坡,其稳定性分析可通过计算失稳岩层临界长度进行,为避免开挖过程中边坡出现顺层滑动,宜先加固后开挖或边开挖边加固;对顺层清方边坡,可能出现滑移–弯曲破坏,宜采用弹性受压板稳定理论进行边坡稳定性分析后,确定分级高度和加固措施。水是诱发顺层边坡失稳的主导因素,设计中应加强防排水措施。