岩质边坡动力稳定性分析的几个要点

 重点讨论动荷载作用下岩质边坡稳定性的3个基本问题：(1) 动荷载作用下裂隙岩体的力学特性;(2) 边坡动力响应及安全评价;(3) 边坡加固措施(主要指锚索)在动力荷载作用下的安全性问题。在总结多年来的工作经验与研究积累的基础上,探讨边坡动力稳定性评价方法,特别是对于在地震、爆破动荷载作用下,岩质高边坡稳定性的安全评价;总结提出岩体在动荷载作用下的强度特性与研究重点;系统分析岩质边坡的动力响应;提出从动安全系数走向、潜在滑动面的动态开裂和滑移及边坡关键点的质点振动速度3个方面来评价边坡动力稳定性的思路与方法;最后就如何评价边坡预应力锚索加固措施在动荷载作用下的安全性提出科学的设计原则与评价指标。     

高烈度区水电工程岩石高边坡三维地震动力响应分析

基于动力响应时程分析Wilson-θ法的原理和应用条件，结合西部某高坝岩石高边坡工程实例，建立三维高边坡地震动力分析模型。应用动力有限元法，研究岩石高边坡的动态特征，分析高边坡不同部位对地震加速度响应、位移响应及其应力响应特点。最后，探讨地震作用下，由于边坡形状和结构的差异，不同时刻高边坡的不同部位对地震响应的加速度值、位移值和应力值有明显不同，其中边坡中部的加速度有明显放大现象，边坡的中上部对地震响应最为敏感，地震时容易激发而破坏。研究表明，用时程分析法计算边坡地震作用下的动力响应结果能够较真实的反映出岩石高边坡的动态特征以及地震对高边坡的扰动作用。     

锦屏一级水电站左岸高边坡工程整体稳定性的模型试验研究

介绍锦屏一级水电站高边坡工程整体的模型试验方法,以检验和评价该工程的整体实效与稳定性。根据现场高边坡实际开挖工程、已完成支护及工程地质等条件,建立三维地质力学模型,采取施加上部荷载和底部动荷载方式,模拟和测试该边坡在上部山体正常荷载作用下边坡工程的稳定性、爆破振动荷载作用下的边坡工程稳定性,以及超常荷载作用下边坡工程的破坏过程与安全度。试验与分析结果表明,正常荷载应力作用下,该高边坡工程变形较小,边坡无破坏且稳定;在下部爆破振动工况下,未出现边坡及支护开裂与破坏,而在不断增加的超载作用下,边坡最终发生开裂和失稳破坏,且裂缝主要出现在锚固区之外。试验给出边坡变形及破坏的全过程,定量分析边坡变形和应力变化规律,探明边坡应力、变形及破坏趋势。研究结果表明,前期完成的高边坡支护工程是有效的,整个边坡在目前工况下是稳定的,并对边坡安全提出建议:后期边坡工程应有足够锚固强度,避免损伤岩体,加强长期现场监测与信息反馈。此模型试验具有重要的工程意义及实际价值。     

竖向张拉裂缝下渣场边坡地震动力响应分析

文章利用MIDAS/GTS数值计算软件,对龙泉山隧道渣场边坡的稳定性进行了模拟和分析,并模拟渣场边坡在竖向张拉裂缝不断拓展深度的情况下监测点的位移及应力变化情况,同时分析了带裂缝工作边坡在汶川地震波的动力作用下边坡稳定性情况及监测点的位移变化、应力变化情况,结果表明随着竖向张拉裂缝向下拓展以及地震荷载下边坡滑移面不断向坡底延伸,坡脚剪切应力逐渐变大,计算结果也表明对于渣场的边坡防护及支挡形式在考虑地震荷载情况下需通过渣场表面进行绿化覆盖,在高等级高边坡情况下进行锚杆、锚索及挡土墙等进行有效支护。     

爆破开挖对路堑高边坡稳定性影响分析

 岩质高边坡是山区公路建设中常见的一类边坡工程,其动力稳定性分析一直是岩土工程密切关注的问题。在分析路堑开挖爆破振动及其效应的基础上,探讨边坡动力稳定性的分析方法和安全评价标准;结合延庆—龙庆峡路改建工程,建立爆炸荷载作用下路堑边坡动力响应的有限元分析模型,探讨不同爆破方法和不同设计边坡条件下,下台阶爆破开挖对上台阶边坡稳定性的影响。研究结果表明,采用缓冲爆破技术,同时设计采用适宜的边坡坡度,可有效降低边坡质点振动速度,控制爆破开挖对路堑边坡稳定性的影响。     

强度折减法在地震区的边坡稳定性分析与研究

将边坡的安全稳定系数作为岩土体参数折减系数对岩土体参数进行折减,采用有限元软件ANSYS进行了三维动力分析,求得地震作用过程中边坡稳定性系数,通过边坡深部及坡面的横向加速度和位移时程曲线研究了高边坡的动力特性,从而为合理选择支挡结构奠定了理论基础。     

不同类型地震波作用下堆积体边坡动力响应及#br# 失稳特征研究

准确理解地震作用下堆积体边坡的动力响应及失稳特征,可以为边坡抗震设计及稳定性分析方法提供依据。为了探讨不同类型地震荷载作用下堆积体边坡的失稳特征及动力响应,该文开展室内振动台模型试验。分析不同加载波形条件下边坡失稳特征以及加速度放大系数随相对高程、无量纲加速度幅值和频率参数的变化规律。探讨堆积体边坡的典型失稳特征和相关的物理机制。结果表明,正弦波作用下堆积体边坡加速度放大系数沿相对高程增长而变化较小;汶川清平波和El-Centro波作用下边坡加速度放大系数沿边坡相对高程呈较明显增大趋势。无量纲参数对放大系数影响较弱。当振动荷载达到边坡破坏的临界荷载时,边坡在短时间内即出现失稳破坏,破坏具有突发性,失稳模式具有典型的震裂-溃散型滑坡模式。在地震动力荷载作用下边坡位移变形可分为两个典型阶段：微变形阶段和急速上升大变形阶段。就该文3种波而言,在相同波峰幅值条件下,相同持续时间内正弦波所携带的总能量最大,最易使边坡失稳。     

震后德阿公路建设的挑战与思考

介绍了德阿公路绵竹至茂县段公路地形地貌、地层岩性和地质构造及龙门山构造带活动情况。调查了5月12日四川汶川地震对绵茂公路桥梁、隧道和路基的损毁情况以及造成的地质灾害情况。分析和总结了公路桥梁、隧道和路基震毁的原因,提出震后德阿公路建设必须考虑地震荷载对岩土工程稳定性的影响,必须依靠科技的力量解决公路建设遇到的难题。     

公路高边坡的一种处治方法——遮挡棚

在山区公路建设中常常遇到100 m左右的高边坡,修建的公路一侧是陡峻的高山、另一侧是深沟峡谷或者是江河。治理高边坡常见的方法可以分成柔性防护、刚性防护和直接支挡三类。文中介绍了公路高边坡支挡处治的一种方法——遮挡棚法。遮挡棚是在高边坡的坡脚处修建一个“Z”字形的挡棚。棚下通行公路、棚顶设有填土对边坡滑落的碎石起到缓冲、消能的作用,“Z”字形挡板保证了通行车辆的安全,并将堆积在棚顶的碎石自动卸到山体的另一侧,保证了棚顶的荷载不超出设计荷载。挡棚的下部结构为10 m间距的圆柱与多跨连续刚架梁,车辆通行时无须设     

框架预应力锚杆加固多级超高边坡地震响应分析

我国西北地区地势呈现山高沟深的特点,这就造成大量的路堑边坡,其中多级高边坡占据大多数,同时西北地区易发生地震,开展对多级边坡的地震响应分析,了解边坡的实际工作状态,可以更好的预防和减少边坡破坏对周边环境的影响。本文依靠兰永一级公路深挖路堑边坡,利用PLAXIS 3D有限元模拟软件进行地震响应分析,进行多级边坡在地震作用下破坏形式研究,进而对后续的边坡支护提出合理的依据。     

地震载荷作用下岩质边坡应力状态调整与破坏规律分析

地震载荷导致岩质边坡内部应力状态调整,引发溃崩、抛射等多种破坏形式。通过对静态与地震载荷作用下岩质边坡内部单元体及结构面应力状态分析,研究了边坡内部应力状态调整规律。以岩石抗拉强度准则和摩尔-库伦强度准则为判据,推导出用于描述完整岩石和含结构面岩体破坏规律的公式。结合地震动力学理论,得到了边坡在地震作用下坡肩拉破坏与坡脚剪破坏的破坏机制,讨论了含结构面边坡的启滑条件与动态滑移过程。地震载荷施加于单元体上的附加应力正负交替,主平面轴动态旋转,边坡不同部位岩体出现拉、压不同的应力状态,破坏形式具有成层性,地震载荷扩大了诱发滑坡的结构面倾角范围。实例分析表明,应力状态分析方法能较好地反映边坡震害演化过程,为边坡震害分析与防治提供新思路。     

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。     

地震作用下边坡动力系数有限元分析

地震对边坡稳定性有重要影响,地震波在坡体内会产生动力放大效应,动力系数受边坡形态的影响.采用有限元方法作边坡动力分析时,根据边坡固有频率和坡体阻尼比确定出阻尼矩阵,选取合理的计算域宽度,边界采用人工一致边界,地震加速度输到基底.动力分析结果表明,坡度越大,边坡动力系数越大,动力系数沿坡高方向是变化的,坡脚处最小,坡顶处最大,以滑裂面以上楔体重心处的动力系数作为地震作用下边坡的动力系数值较合理,对于工程上较陡的边坡来说,动力系数在1.6-1.8之间.     

Dynamic in-plane transversal normal stresses in the concrete face of CFRD

Severe earthquakes can induce damages to Concrete Face Rockfill Dams (CFRDs) such as concrete cracking and joint’s water stops distressing where high in-plane transversal normal stresses develop. Although these damages rarely jeopardize the dam safety, they cause large water reservoir leakages that hinder the dam functioning. This issue can be addressed using well know numerical methods; however, given the wide range of parameters involved, it would seem appropriate to develop a simple yet reliable procedure to get a close understanding how their interaction affects the CFRD’s overall behavior. Accordingly, once the physics of the problem is better understood one can proceed to perform a detailed design of the various components of the dam. To this end an easy-to-use procedure that accounts for the dam height effects, valley narrowness, valley slopes, width of concrete slabs and seismic excitation characteristics was developed. The procedure is the dynamic complement of a method recently developed to evaluate in-plane transversal normal stresses in the concrete face of CFRD’s due to dam reservoir filling [¹]. Using these two procedures in a sequential manner, it is possible to define the concrete slab in-plane normal stresses induced by the reservoir filling and the action of orthogonal horizontal seismic excitations acting at the same time upstream-downstream and cross river. Both procedures were developed from a data base generated using nonlinear static and dynamic three-dimensional numerical analyses on the same group of CFRD’s. Then, the results were interpreted with the Buckingham Pi theorem and various relationships were developed. In the above reference, the method to evaluate the concrete face in-plane transversal normal stresses caused by the first reservoir filling was reported. In this paper, the seismic procedure is first developed and then through an example the whole method (dam construction, reservoir filling plus seismic loading) of analysis is assessed.     

地震波作用下桩-锚支护切方直立土坡的动力响应分析

桩-锚联合支护是边坡加固和治理工程中极为有效的支护形式。开展地震荷载作用下桩-锚支护土坡动力响应研究,对分析桩-锚支护土坡的抗震性能及在地震中的破坏机理,合理指导边坡支护抗震设计等方面都具有十分重要的意义。通过建立一个切方直立土坡概化模型,按常规设计参数建立桩-锚支护体系;通过数值分析获得边坡静力条件下应力-应变状态和...     

高土石坝坝坡地震稳定分析研究

采用有限元动力时程稳定和变形分析方法,对不同高度大坝坝坡稳定进行分析,开展了最危险滑弧确定方法 、地震动持时对稳定和变形的影响、滑弧位置和深度以及坝坡加固范围的研究 。结果表明：拟静力法采用规范建议的加速度分布系数不能反映高土石坝实际地震反应规律,计算得到的最危险滑弧较深且滑动范围偏大,不利于确定坝坡的加固范围;坝坡在地震过程中,最小安全系数与最大滑动量对应的滑弧并不一致且是不断变化的,有限元动力法计算坝坡稳定时,应在每一时刻任意搜索最危险滑弧;地震持时对坝坡安全系数影响不大,但对滑动量有较大影响;不同滑弧深度对坝坡安全系数有较大影响,存在一个临界深度,当滑弧超过临界深度时,坝坡安全系数大于 1.0 ;坝坡稳定安全性评价需要综合考虑安全系数与变形的计算结果。根据计算结果,建议了坝坡加固的范围。     

城市建设引发场地土变异的剪切波速试验分析

对大规模的城市建设行为,在当前振动源越来越多的情况下,总结了分析城市建设荷载的表现形式及其导致的场地土结构、性状的变化,得出场地土动力参数与剪切波速关系,测试研究场地土在不同密度、含水量、应力状态下剪切波速的变化情况,探讨了城市建设引发的场地土层动力特性变异规律,并与建筑场地打桩前后剪切波速变化的工程实例进行了对比分析。试验结果表明,地面建筑、地下工程、地下水开采等城市建设行为,造成了土体的密度、含水量以及应力变化,场地土剪切波速发生变更,引起场地土动力特性变异,整体或局部改变了建筑场地类别。建筑场地抗震设计应该适当考虑大规模城市建设引发的场地土动力特性变异对抗震参数取值的影响。     

电缆桥架结构的动态特性与地震反应谱分析

对某核电站工程中的单托臂电缆敷设通道及桥架结构，运用ANSYS软件建立了三维有限元模型，对其进行模态参数分析并在地震荷载作用下进行了加速度反应谱分析，研究结果表明，该电缆桥架结构在地震荷载下强度是安全的，该方法和结论还可推广到其他类型桥架的动态特性分析。     

基于数值流形法的土质边坡动力稳定性分析

由于对NMM动力作用下边坡的稳定分析研究较少,利用数值流形法（NMM）对这一问题进行了分析研究,引入黏性阻尼来耗散系统的能量,通过算例验证了NMM求解边坡永久位移的有效性;利用地震动力时程分析得到的边坡应力场计算出了边坡的动力安全系数时程曲线,并搜索得到地震时程下最小安全系数及其对应的边坡最危险滑裂面,将该最危险滑裂面模型作为NMM的计算模型进行永久位移的计算且与Newmark法得到的结果进行对比,两者结果相近。结果表明：NMM可有效进行边坡动力稳定分析、模拟计算边坡的永久位移。