路堑边坡开挖过程中状态演化数值分析

为了解路堑边坡在开挖过程中的稳定性变化规律，基于FLAC 3D对一路堑边坡在施工过程中的应力应变和安全系数进行求解与分析。研究表明，在路堑边坡施工过程中，边坡的应力应变状态会随开挖深度的增加而变化，并出现应力和变形的集中区；边坡的安全系数会先增加后减小，待开挖结束后边坡的安全系数达到最小值。本研究依托工点的边坡开挖后具有足够的稳定性，可不进行锚杆支护。     

边坡上部基坑开挖数值模拟分析

为了解边坡上部基坑开挖对于边坡稳定性的影响,利用有限元软件ansys对边坡上部不同深度的基坑开挖进行了数值模拟,通过计算得到了边坡在开挖前后水平方向的变位以及边坡塑性应变的差异,所得结果可为边坡支挡防护等相关工程的设计提供参考。     

某山区公路岩质边坡开挖效果数值模拟分析

通过数值模拟计算软件模拟某山区公路岩质边坡开挖后边坡应力、应变及变形破坏的情况,体现了开挖卸荷、断层、覆盖层对开挖边坡稳定的影响以及易发生变形破坏的部位;数值计算结果也为边坡开挖施工预加固提供参考。     

边坡分级开挖过程的动态模拟

利用有限元分析原理和ANSYS软件单元生死功能相结合的方法模拟某水电站后边坡的开挖过程,得到了开挖过程中边坡不同部位的变形、应变、应力分布及其变化情况。解决了边坡开挖动态模拟的难题,为以后的边坡开挖提供了很好的依据。     

分级卸荷速率下软砂岩破坏特征试验研究

山坡开挖活动是山体高坡释放轴向应力及环向应力的主要因素，根据开挖卸荷理论及卸荷岩体力学的思想相结合，某软砂岩山体边坡的地理环境下，采用三轴分级卸荷试验系统开展卸荷试验。考虑到山体边坡开挖过程中，山体边坡上覆荷载变化较小，侧向约束力受限的受力特征，确定轴向压力恒稳与环向压力逐级减小的卸载形式。结合山体边坡工程分层开挖方式与诱导原状岩体应力释放，存在不同强度分荷状态下量态分级的现象，考虑分级卸荷速率下软岩体的应力应变曲线，分析复杂边坡地形破坏状态下瞬态应变情况。     

白鹤滩水电站左岸边坡开挖卸荷过程微震视应力特征研究

微震事件视应力可反映岩质边坡应力变化情况。以白鹤滩水电站左岸边坡为研究背景,分析岩质边坡爆破开挖卸荷过程微震视应力与能量、地震矩的关系,重点研究微震视应力在爆破开挖前后变化特征,结合数值模拟,通过微震视应力变化情况开展边坡稳定性评价。研究结果表明:微震视应力随地震矩和辐射能量的增大而增大;高视应力微震事件的出现可反映工程施工中的强烈爆破开挖扰动程度;通过微震视应力分布特征圈定的主要损伤区与RFPA3D数值模拟结果基本吻合;视应力急剧下降,累积视体积呈增长趋势,是边坡围岩变形的前兆信号。研究成果可为基于微震监测的类似大型岩石边坡稳定性评价提供参考。     

黄土地区基坑开挖对边坡稳定性的影响分析

采用大型模型试验和结构有限元分析软件ANSYS,分析了某边坡的稳定性,在模型箱中埋入土压力盒,测定边坡开挖前后土体应力的变化情况,并通过杀死单元的方式模拟了基坑开挖过程,得到边坡开挖前后位移以及应力变化,经实验和数值模拟比较表明,基坑开挖过程既是卸载的过程同时也破坏了土体原有结构的稳定性。     

平面应变条件下膨胀土等主应力比卸荷试验研究

本文就膨胀土原状土样，在室内进行了平面应变状态下的等主应力比卸荷试验，目的在于模拟边坡开挖过程中土体的应力～应变特征。试验结果表明，土体的应力～应变关系呈双曲线型，具有明显的非线性性状。     

开挖边坡潜在不稳定范围的预测分析

云南澜沧江小湾水电工程高线公路的开挖，造成6^#山梁高边坡上部岩体失稳，产生塌滑。通过大量野外地质调查，总结分析出塌滑是沿已有结构面组合呈阶梯状的变形破坏方式，根据这一破坏机制和结构面的产出规律，采用类推法大致判定可能失稳的范围。在此基础上采用ANSYS对塌滑前后的坡体进行二维弹塑性有限元分析，并追踪塌滑前后坡体的应力、应变、变形和计算应力集中程度，通过前后比较确定塌滑后边坡的潜在不稳定范围。分析过程中充分利用ANSYS对应力应变逼真的模拟效果这一突出特点，又避免对边坡强度参数进行折减的过程，采用机制分析与数值模拟二者相结合，提供边坡的有效支护范围，结论合理，方法可行。     

边坡分级开挖过程应力变化特征分析

根据边坡地质条件,采用有限元软件建立计算模型,计算出第1级开挖边界上的初始应力并导出第2、……、n级开挖完成时的各阶段的应力场。通过模拟边坡分级开挖过程,得到边坡开挖前的最大、最小主应力等值线云图及边坡开挖后最大、最小主应力等值云线图,并给出了各级开挖对应开挖面关键部位的应力及各级高程开挖前后的主应力随深度的变化对比曲线。结果表明,开挖前,边坡岩体总体处于弹性,整体稳定性较好;开挖后,边坡开挖面的拉应力范围和量值有所增大;高程805～872m的边坡中上部浅表部岩体(约3.0m)应力降低明显,中上部高程开挖过程的锚杆参数需要加强,尤其是锚杆间距需适当缩小。     

雅砻江官地水电站料场边坡开挖扰动及其影响因素

 对雅砻江官地水电站竹子坝料场开挖高边坡稳定性及其影响因素进行深入研究;在对边坡失稳破坏模式及岩体力学参数进行分析的基础上,对典型代表性的坡段开挖过程进行非线性有限元模拟,得到边坡应力、位移及其塑性应变等开挖扰动特征及其断层、结构面参数、锚固措施等的影响效应,并对边坡施工过程中及长期稳定性的加固方案提出建议。研究结果表明,采用分步开挖、逐级加固的施工方案对确保边坡的稳定性是有效的,锚固支护不仅可以有效地约束变形,而且还能控制一定方向上的开挖卸荷强度,从而有效降低边坡岩体因开挖卸荷引起的强度损伤或破裂失稳。根据上述研究成果,提出在实际工程应用中进行开挖施工与加固优化的建议;作为重大水电工程的案例研究,所得结论也可对铁路、公路建设中的开挖边坡和矿山的露天矿边坡的治理工程提供一定的参考。     

厚层软岩与硬岩互层岩体高边坡卸荷变形与支护研究

采用传统的加载力学方法和卸荷力学方法，利用数值计算对紫坪铺水利工程引水发电隧洞进口高边坡开挖后的应力．应变进行了研究。对比分析两种计算方式算得的边坡位移成果，揭示了岩体开挖边坡的卸荷变形及加固效应特性。     

开挖和堆载作用下黄土边坡变形特征离心试验研究

为了研究开挖和堆载对黄土边坡变形破坏特征的影响,采用原状黄土在离心机上模拟黄土边坡在开挖和堆载作用下的变形过程,得到了两种工况下黄土边坡的位移变化规律和破坏特征。位移矢量图表明:开挖和堆载前,坡体变形以自重应力作用下的竖向变形为主;开挖和堆载后,坡体中后部土体以垂直向下变形为主,前部土体变形以水平变形为主;对模型边坡控制点位移特征分析,发现开挖对前部土体变形影响较大,堆载对后部土体变形影响较大,但开挖是影响边坡变形的最主要因素;开挖和堆载作用下黄土边坡的变形过程完全不同。     

散体结构岩质高边坡的开挖参数研究

目前,岩石边坡开挖参数选择多采用工程地质比拟法。使用现行的工程地质比拟法确定边坡开挖的参数,很大程度上取决于使用者的工作经验和新设计边坡与参考表所列边坡的可比性,缺乏理论依据,所设计出的开挖边坡不是过分偏于安全,就是边坡产生局部和整体失稳,发生破坏。为此,针对散体结构岩质边坡,从理论分析的角度出发,通过对几种常用参数的边坡开挖进行数值模拟,比较各种台阶坡比、台阶平台宽度、台阶高度下的边坡开挖的位移应力变化,充分考虑了边坡经开挖后的稳定性和经济性,提出了针对散体结构岩质高边坡的优化开挖参数,为边坡开挖提供理论依据,对工程实践起着重要的指导作用。     

岩体开挖过程中初始应力的动态卸荷效应研究

提出了边坡、地下洞室开挖施工过程中岩体初始应力动态卸荷的概念。以龙滩水电站地下厂房开挖为例，比较了爆破荷载和岩体初始应力动态卸荷对岩体的动态影响。计算结果表明：（1）在中高地应力区，岩体开挖过程中初始应力场的动态卸荷可能是引起岩体松动的重要因素之一；（2）虽然炮孔近区的损伤主要是由爆破荷载引起的，而远区的忪，力则可能由岩体初始应力的动态卸荷引起；（3）初始应力卸荷越快，其引起的松动范围越大。     

考虑卸荷效应的岩质边坡断裂损伤模型及应用

 岩质边坡在开挖过程中会引起内部的缺陷不断劣化,以致在部分区域形成贯通,进而发展成宏观裂缝导致边坡失稳。将边坡的开挖过程等效为在开挖面施加等效荷载并逐渐减小至零的过程。在此等效开挖的过程中,坡面一定范围内的裂隙会处于拉剪应力状态,以连续介质力学为基础,结合损伤力学以及断裂力学,推导出裂隙在受拉剪应力状态下的损伤演化本构模型。利用宏观的体积模量反映岩体的损伤程度,并定义破坏度用以表征实际岩体内部的破坏情况,在FLAC3D中开发并实现裂隙岩体卸荷损伤模型的计算。以广西凤山石灰岩建材矿山为例,计算并分析考虑及不考虑卸荷损伤两种工况的位移值及塑性区,证明了该模型的正确性以及能更准确的反映坡体内部的真实情况。对比分析开挖卸荷后岩体的损伤度及破坏度后发现,以破坏度反应岩体的损伤情况,可以更加直观和准确地确定岩体的稳定程度。     

220 kV盐津变电所开挖边坡变形机制分析

 针对220 kV盐津变电所开挖边坡,通过调查地质条件、分析变形迹象、查明岩土体的应力–应变特性及数值模拟求证等方法,发现影响边坡稳定的不利因素主要是凹状地形地貌、不良地质结构和地下水,指出该边坡整体上为开挖造成的坡体中前部牵引变形破坏,易软化泥岩控制着边坡的整体稳定性。边坡具体变形机制为：(1) 场地开挖形成临空面,坡脚因应力集中在重力作用下发生小规模坍塌;(2) 开挖后阻滑力降低、剪应力增大,发生剪切变形,原已被地下水软化的泥岩因剪切变形的发展导致抗剪强度再次降低,同时受重力牵引,坡体前缘出现裂缝;(3) 受不利动、静水压力作用、坡面临空效应及软化泥岩的控制作用,覆盖层中部拉剪破坏,然后覆盖层中前部随下伏全～强风化泥岩滑动而协同变形。研究变形机制的方法给今后类似研究提供了借鉴意义,并且该实例表明在工程中应重视泥岩的软化特性。     

考虑岩体开挖卸荷动态变化水电站坝肩高边坡三维稳定性分析

金沙江一双曲拱坝最大坝高277 m,左岸坝肩开挖边坡高约300 m;右岸坝肩开挖边坡高约480 m,由于坝肩槽开挖所形成的边坡属于高陡边坡,其开挖后的稳定状况会极大影响大坝的正常运行。通过对坝址区地质资料的详细分析,建立坝肩边坡三维计算模型,并结合卸荷岩体力学理论,通过弹塑性有限元法研究坝肩边坡在开挖过程中的动态稳定性。研究结果表明：该高边坡在开挖过程中及开挖后,除开挖面附近局部区域不稳定外,整体并无失稳趋向;考虑岩体在开挖过程中的动态卸荷过程后,边坡岩体的位移和塑性区面积比不考虑时有所减小;岩体的破坏区随着开挖的进行不断变化,可根据每步开挖后岩体的破坏情况选择合理的加固措施及加固时间。     

基于有限圆弧和强度折减方法的渠道开挖临界坡度研究

 基于有限差分法,得到单元应力、应变和位移计算结果,建立以极限平衡理论为基础的有限圆弧法和以变形变化趋势为破坏标准的强度折减法,搜索出边坡临界滑动面和最小安全系数,通过算例验证及参数对计算结果的影响分析,证明所建方法应用于边坡工程的可行性。文中方法结合极限平衡方法共同应用于南水北调工程大型渠道土质边坡开挖临界坡度研究中,选取高边坡、填筑边坡、深挖方边坡3种典型的渠道边坡模式,得到安全系数随开挖坡度的变化曲线,对比分析确定出渠道边坡的临界开挖坡度。研究表明,渠道高边坡和填筑边坡对开挖坡度要求较高,相对挖方卸载,填筑加载对边坡的稳定性影响较大,文中方法具有较高准确性和合理性,弥补现存方法的不足,不但可解决大型渠道边坡设计问题,也可为类似边坡工程提供参考。     

浅埋偏压软岩隧道数值模拟及方案比选

围岩的应力应变是分析隧道开挖中围岩稳定性的重要依据。文中通过大型有限元软件ANSYS,计算了不同埋深、不同坡度角、不同覆盖层厚度条件下,马鞍形浅埋偏压软岩隧道围岩的应力应变,分析其规律进行方案比选,确定了此类隧道比较合理的设计方案。分析结果表明:以2倍洞径的埋深作为偏压隧道深埋或浅埋的判断依据是合理的;隧道内壁各点的应力应变规律可以为隧道开挖中支护结构参数的选取提供参考。