某水库库岸边坡开挖加固弹塑性有限元分析

为进一步分析边坡开挖加固过程中位移、稳定性和危险滑裂面的变化情况,以弹塑性有限元法为计算工具,对某水库边坡的开挖加固过程进行数值模拟分析,计算考虑了开挖不加固和开挖并及时加固2种情况。计算结果表明:开挖不加固时,边坡整体发生很大位移,开挖完成后安全系数小于1,塑性破坏区贯通内部的软弱夹层,边坡不能保持自身稳定,将沿着软弱夹层发生滑动;开挖并及时加固后,边坡发生位移得到有效控制,安全系数提高141%,软弱夹层内部的塑性区分布范围也大大减少,且锚杆将软弱夹层两侧岩体连接起来,滑裂面往内部发展趋势明显。说明采用的加固措施能有效保证边坡开挖过程中的施工安全,成果对类似边坡工程有一定参考价值。     

高陡岩石边坡开挖卸荷松弛影响分析

高陡边坡岩石表层开挖后,合理评价卸荷程度是水电工程建设的关键技术问题。基于卸荷岩体力学理论及方法,采用岩土工程数值分析软件,结合锦屏一级水电站缆机平台高陡边坡开挖过程,分别计算分析了不考虑卸荷和考虑卸荷2种工况下边坡应力、位移、稳定安全系数、塑性区及危险滑裂面的变化规律。定量分析表明,开挖卸荷对边坡应力、位移、稳定安全系数、塑性区及危险滑裂面的影响程度明显,在实际工程开挖分析中卸荷松弛不宜忽略。     

强降雨状态下堆积体滑坡有限元计算和稳定性分析

基于某地超高边坡工程滑坡实例,对比不同传统计算方法和不同工况下该滑坡的安全系数,并通过有限元软件建立自然和暴雨工况下的超高边坡有限元二维模型,对横向位移、塑性区分布、增量应变进行研究。结果表明,滑坡破坏位置主要为前缘坡面处,最大位移和塑性区均存在于坡面和坡面下方附近,两种工况下边坡破坏时会在地面形成裂缝。暴雨条件下,通过对横向位移、塑性区、临界滑裂面的分析,发现其相对于自然工况,更易引起边坡变形出现失稳导致破坏。     

基于不同失稳判据的黄土边坡稳定性数值计算分析

安全系数是边坡稳定性评价的一项重要指标,依据不同失稳判据计算得到的安全系数存在差异,会直接影响边坡稳定性状态的评价。以万花山治沟造地工程台阶型开挖边坡为对象,运用FLAC3D有限差分软件,采用强度折减法,选择计算不收敛判据、塑性区贯通判据、位移突变判据3种失稳判据,对黄土边坡安全系数进行数值计算。对比分析3种判据所得的分析结果及优缺点表明：3种失稳判据得出的安全系数大小排序为位移突变判据>计算不收敛判据>塑性区贯通判据。计算不收敛判据使用简便,求解快速,但不能展示折减过程坡体塑性区的变化情况;塑性区贯通判据不宜单独作为边坡失稳判据,需要结合不平衡力综合评估,但可以展示坡体剪切和拉伸塑性区;位移突变判据求解过程复杂,但能真实地反映坡体位移变化导致的临界破坏状态。建议类似工程优先选用求解过程快速的计算不收敛判据,然后结合塑性区贯通情况与坡体位移变化状态对边坡稳定性进行综合评价。     

有限元强度折减法边坡失稳判据适用性分析

为了研究各种边坡失稳判据的适用性和合理性,针对某均质土坡建立理想弹塑性有限元分析模型,将数值计算不收敛、塑性区贯通、坡体内特征部位位移发生突变作为边坡失稳的判据,运用强度折减法计算边坡的安全系数,并与极限平衡法计算出的结果进行对比分析。结果表明:3种失稳判据均与极限平衡法计算结果较为接近,特征部位位移突变和塑性区贯通作为边坡失稳判据所得安全系数具有一致性,且与极限平衡法的差别较小;考虑到收敛准则及收敛限值对有限元数值计算收敛性影响较大,将数值计算的不收敛作为边坡失稳判据其适用性有一定限制;建议采用塑性区贯通结合特征点位移突变作为边坡失稳的判据。     

坡顶局部荷载作用下非均质边坡稳定性上限法分析

当坡顶作用局部荷载时,潜在滑裂面可能不通过坡趾,而是在坡面上发生局部失稳破坏。针对黏聚力随深度线性变化的非均质边坡,引入黏聚力比例因子,推导了坡顶局部荷载作用下非均质边坡极限分析上限法相关计算公式,建立了安全系数与滑裂面起始角、终止角以及临界高度的关联函数,将理论公式转换为多元函数的极小值问题,并给出最优解。主要分析了比例因子和局部荷载对边坡稳定性的影响,结果表明:比例因子对安全系数和滑裂面临界高度影响显著;坡顶局部荷载主要控制着边坡的破坏范围,对边坡的安全系数同样有着一定的影响。     

基于上限分析的渣土边坡抗滑桩桩位优化研究

针对加固城市渣土堆填边坡的抗滑桩桩位优化问题,基于强度折减技术和极限分析上限法,采用遗传算法结合非线性规划SQP算法,提出了渣土边坡抗滑桩桩位优化方法。深圳市某渣土堆填边坡抗滑桩桩位优化分析结果表明:给定安全系数下,抗滑桩桩位对抗滑桩需提供的抗滑力、滑裂面以上桩长和最可能滑裂面都有显著影响;暴雨工况下的抗滑力、滑裂面以上桩长和最可能滑裂面范围均大于自然工况下的。考虑局部失稳问题,综合确定天然工况和暴雨工况下加固案例边坡抗滑桩最优桩位分别位于为桩位系数ε=0.3和ε=0.6附近。研究结果可为渣土边坡抗滑桩桩位优化设计提供技术指导和理论支撑。     

复杂地基上重力坝深层抗滑稳定分析

对于地基中含有多条软弱带、裂隙等可能构成多种组合滑动形式的重力坝深层抗滑稳定问题,由于滑动面不明确,无法采用传统的刚体极限平衡法进行分析.强度折减法无需假设滑裂面,根据特征点位移突变以及塑性区贯通等判断准则可确定整体稳定性.采用强度折减法,分析了某重力坝加固前后在正常荷载组合及地震工况下的深层抗滑稳定安全系数.计算结果表明,各种工况下坝基抗滑稳定安全系数均满足要求;设置齿槽加固后安全系数得到提高.     

强度折减有限元法分析边坡失稳判据讨论

对同一算例边坡,分别采用有限元计算不收敛判据、等效塑性应变或塑性区贯通判据、及特征部位位移(或位移增量)与折减系数关系曲线发生突变判据来确定边坡的整体稳定安全系数,提出在对土体抗剪强度指标进行折减的同时,若同步调整其弹性模量和泊松比,就可以使上述几种失稳判据计算的安全系数基本相一致.将算例边坡在外接圆屈服准则下的安全系数转换成莫尔-库伦等面积圆屈服准则下的安全系数,并与Spencer极限平衡法的安全系数和滑动面相比较,证明了文章提出方法的正确性.最后分析了泊松比和弹性模量对上述3种失稳判据给出安全系数的影响.     

强度折减法中非均质层状土坡失稳判据适用性

通过对各种D-P准则进行系统深入的分析,提出了一种在非均质边坡中实现D-P系列屈服准则间相互转换的方法,针对一个具体的非均质边坡建立弹塑性有限元分析模型,采用强度折减法计算得出各D-P准则下的安全系数,与极限平衡法计算结果进行对比分析,验证了该方法的可行性。在此基础上对强度折减法中各种失稳判据在非均质边坡中的适用性和不同网格尺寸对非均质边坡安全系数计算精度的影响进行研究。结果表明:以塑性区贯通和特征部位位移突变作为失稳判据,通过对比不同强度折减系数下的位移场和塑性区特性,可以减弱非确定因素带来的影响,其计算出的安全系数与极限平衡法所得结果较为接近,而采用数值计算不收敛作为失稳判据所得结果误差较大,不满足工程精度要求。因此,采用强度折减法对非均质土坡进行稳定性分析时,建议使用特征部位位移突变结合塑性区贯通作为失稳判据。     

锦屏水电站料场边坡变形特征与破坏机制分析

锦屏一级水电站大奔流料场高边坡断层及结构面发育,开挖高度巨大,边坡变形特征及破坏机制十分复杂。在工程地质分析的基础上,采用数值计算,分析了边坡变形特征、破坏机制,评价了边坡稳定性。研究表明:边坡开挖变形以卸荷回弹为主,竖向变形大于水平变形,层间错动带及陡倾断层错动变形较大;浅部的层间错动面多处于剪切极限状态和不连续张开状态;边坡局部存在塑性破坏区,主要分布于薄层砂板岩、剪切错动带及坡体浅表,以拉伸破坏为主,少量剪切破坏;边坡潜在破坏机制为溃屈破坏。开挖后的边坡安全系数满足规范要求。     

黄土-砂岩二元结构路堑高边坡失稳机制模拟分析

在地质背景复杂的西北地区进行路堑开挖的工程中遇到了大量以上部为黄土层、下部为砂岩层的典型二元结构路堑高边坡。为确定黄土-砂岩二元结构路堑高边坡的失稳变形机制,依托兰永线高速公路K35+092段工程,利用有限元分析软件GEO-studio建立了黄土-砂岩二元结构路堑高边坡开挖全过程的数值模型。通过对边坡在分步开挖卸荷过程中的坡顶水平位移、竖向位移、深层水平位移、边坡稳定性安全系数变化,以及边坡在开挖状态下应变模拟结果的分析,对黄土-砂岩二元结构路堑高边坡的破坏特征以及失稳破坏机制进行了较为系统的研究。研究结果表明:黄土-砂岩二元结构路堑高边坡的结构特点、地层岩性决定了其失稳变形机制,在开挖卸荷过程中,坡顶水平位移不断增大,土体内塑性应变累积,边坡稳定性逐渐降低;黄土-砂岩二元结构路堑高边坡中的软弱夹层充当“滑动垫层”,起到“润滑”以及“弱化边界”的作用,是边坡潜在的不稳定因素之一;随着路堑边坡的刷方卸荷,上覆黄土坡体发生滑移破坏并对下伏砂岩坡体产生巨大的冲击力,而下伏坡体顺层剪出破坏产生的“联动作用”再次引发上覆坡体的滑塌下错,致使边坡整体失稳。为避免类似黄土-砂岩二元结构路堑高边坡失稳滑塌的发生,可采用框架预应力锚杆支护结构对边坡进行加固。     

基于塑性应变能理论的边坡动力稳定性研究

由于地震作用的随机性和复杂性,使得边坡动力稳定状态的判定较静力问题复杂许多,目前还未形成统一且公认的动力失稳判别准则。将塑性应变能理论和突变理论应用到边坡动力稳定分析中,以边坡震后总塑性应变能突变为失稳判别标准来确定边坡动力安全系数。对算例边坡进行动力稳定分析表明：相比于塑性区贯通判据和关键点位移突变判据,塑性应变能判据受人为因素影响较小,计算结果更具客观性,且给出的安全系数准确性有保证,是分析边坡动力稳定问题的较优选择。     

某水电站开挖岩质边坡稳定分析及加固措施优化

某水电站泄洪洞进水口边坡为典型的岩质高陡开挖边坡,其稳定性对水电站的安全施工及运行影响重大。为此,建立了泄洪洞所在开挖高边坡的三维有限元模型,并运用有限差分软件进行稳定性分析计算;综合考虑边坡在天然、开挖、卸荷、暴雨蓄水、地震工况下的应力、应变的大小及分布状况,同时结合典型剖面边坡二维极限平衡计算,计算结果中的安全系数大小,综合分析判断泄洪洞进口边坡的稳定性状况;最后结合稳定性分析结果对边坡的加固措施进行了优化分析。成果为工程施工提供参考依据。     

基于尖点突变理论的非均质土坡失稳判据分析

为避免失稳判据的主观人为性,将非线性突变理论运用于非均质边坡稳定性评价中。结合工程算例建立非均质土坡数值计算的力学模型,采用强度折减有限元法对土坡进行稳定性分析,通过建立坡体内部水平方向最大位移与强度折减系数的尖点突变模型,将失稳判据量化为一个确定的突变特征值,比较各级强度下的水平最大位移突变特征值与0的关系确定土坡稳定安全系数,并将所得结果与塑性区贯通判据、计算不收敛判据及Spencer法计算结果进行对比分析。结果表明:以尖点突变模型为失稳判据能确定出土坡稳定形态与强度折减系数的定量关系,展现土坡失稳过程的突变性,其物理意义明确,计算结果客观,求解出的安全系数精度较高。该失稳判据为非均质土坡稳定性分析的较优判据。     

坡向加速度法在边坡稳定分析中的应用

边坡稳定是一个经典而普遍的岩土力学问题,也一直是岩土工程分析的热点。为克服强度折减法中折减系数与工程实际强度不符的失真现象,真实反映边坡地震动载失稳的实际情况,通过引入坡向加速度,提出一种操作简单、物理意义明确的边坡稳定计算方法,即坡向加速度法。该方法通过不断增加坡向加速度直至边坡失稳为止,由极限平衡的思想求得安全系数。通过算例,将该方法与传统极限平衡法和有限元强度折减法进行对比,对强度变化敏感性进行分析。结果表明:坡向加速度法计算所得的安全系数与极限平衡法所得的安全系数非常接近,塑性区与强度折减法塑性区基本一致,计算结果准确,而且操作简单无需假设滑动面;与坡向离心法相比,坡向加速度法计算得到的安全系数更精确且适用于非均质的边坡稳定分析,说明该方法在边坡稳定分析中的适用性和优越性。因此,可将坡向加速度法应用于边坡稳定性分析,其结果可供工程应用参考。     

水对岩质边坡倾倒变形影响的DDA模拟

大量工程实例表明,水位变动与水库库岸岩质边坡的变形失稳有紧密联系。本文基于非连续介质力学的DDA(Discontinous Deformation Analysis)方法,采用经典的 Goodman 倾倒模型,对边坡进行倾倒变形及失稳过程模拟,分析了岩质边坡倾倒变形的机理、影响因素,变形稳定和整体失稳的控制条件。在此基础上,考虑水的浮托力和渗透力的作用,模拟了水对岩质边坡倾倒变形的触发作用以及水位变动对变形的影响,分析了水对岩质边坡安全系数的影响。模拟结果显示,发生倾倒变形的安全系数远小于整体稳定安全系数;坡脚的稳定性对边坡的整体稳定起控制作用,坡脚的滑移是边坡发生倾倒变形的必要条件;水的作用降低了坡脚的稳定性,一定条件下是边坡进一步发生倾倒变形的触发因素。     

非饱和-饱和状态变化对土质边坡稳定性的影响研究

土质边坡在降雨条件下发生的破坏失稳与土体的非饱和-饱和状态变化存在必然的内在关联。考虑土质边坡的非饱和-饱和状态变化,以此建立非饱和土抗剪强度与基质吸力之间的函数关系,并结合基质吸力的理论分布规律,运用非饱和土边坡的稳定性分析方法研究边坡安全系数,分析土体由非饱和状态向饱和状态的转变过程中边坡安全系数的变化规律。结果表明,雨水入渗使得土体由非饱和状态向饱和状态进行转变;在坡脚处最先出现塑性区,并逐渐向坡顶发展,直至形成贯通塑性区而使土体破坏;土质边坡的滑移面由浅层滑移向深层滑移发展;结合不同的入渗深度下边坡的瞬态安全系数值的变化规律,能够量化计算边坡失稳的临界入渗深度值,为实际工程提供合理的判断依据。     

土质边坡归一化变形量失稳判据研究

为建立土质边坡失稳的微观机理和宏观位移之间的关系,应用有限元强度折减法,分析了失稳过程中土质边坡土体单元应力状态和整体稳定性的联系,定义了边坡渐进破坏时潜在滑动面上土体单元的应力差;分别采用塑性应变区贯通、特征点位移突变、应力差等不同失稳判据对均质土坡的稳定性进行判断分析,验证了不同边坡失稳判据间的一致性与统一性。通过单因素敏感性分析方法,分析了边坡几何参数(坡高、坡比)与物理力学参数(弹性模量、重度、黏聚力、内摩擦角和泊松比等)对极限状态下边坡坡顶水平位移的影响;结合归一化变量的变异系数法,构建了以变形量为基础,同时考虑几何因素与物理因素的土质边坡归一化失稳判据,提出了边坡稳定性的评价方法。     

基于强度折减法的某水利工程边坡静动力稳定性分析

使用大型有限元软件ADINA建立中国某水利工程右岸边坡的二维有限元仿真模型,基于强度折减法,使用塑性区贯通判据和关键点位移突变判据对该边坡在静力及动力工况下的稳定性进行分析.结果表明:边坡在静力工况下的安全系数为2.4,在0.2g地震动作用下的安全系数为1.88,即该边坡在静力及动力工况下均具有较大的安全裕度.