基于Hoek-Brown准则的岩质边坡稳定性分析

 无论是传统极限平衡法还是数值模拟方法,强度准则和力学参数的选取对边坡稳定分析具有关键作用。基于非线性强度准则——Hoek-Brown强度准则,利用Slide软件,选取地质力学指标GSI、岩石材料参数mi、应力扰动系数D、边坡高度H及坡角b作为影响边坡稳定性的主要因素进行分析。分析结果表明：随地质力学指标GSI的增大,边坡稳定系数呈现出递增趋势,总体呈指数形式发展;GSI不同范围内,随着岩石材料参数mi的增大,边坡稳定系数F呈现出递增和递减2种截然不同的形式;随着应力扰动系数D的增加,稳定系数F呈直线形式递减;随着坡高H的增大,稳定系数逐渐减少,呈负指数形式发展。随坡角b的增大,稳定系数F逐渐减小,呈多段线形式发展,而b不同范围内斜率不同。根据E. Hoek等所提出的岩体分级标准中岩石单轴抗压强度界限值,对岩质边坡稳定系数进行分析,得到边坡稳定系数分布图。最后将稳定系数分布图应用于工程实例中,结果表明利用稳定系数分布图能很好地估算边坡稳定系数范围,与边坡稳定性定量分析结果具有较好的一致性。     

基于Hoek-Brown强度准则的岩质边坡稳定性上限分析

针对岩质边坡的稳定性问题,采用切线法得到了Hoek-Brown强度准则的等效Mohr-Coulomb强度参数,基于极限分析上限定理推导了边坡临界高度和安全系数的表达式,借助Matlab优化工具箱计算了典型参数下岩质边坡的稳定系数,可为实际工程提供参考。     

双向锚固岩石边坡抗滑稳定性拟静力分析

锚索加固是岩石边坡常用的支护措施,研究极端条件下加锚岩石边坡的稳定性,提出稳定性分析方法和控制手段是工程界迫切解决的问题。本文基于极限平衡理论,综合考虑冻胀力、水力条件、坡顶超载、地震荷载和多向锚固效应对岩石边坡的影响,建立了极端条件下双向锚固岩质边坡抗滑稳定分析计算模型,并重点分析了几种相关参数组合对岩石边坡抗滑稳定性的影响。计算结果表明:拉裂缝积水、冻胀力、出流缝被堵塞和超载不利于岩石边坡稳定性,安全系数随冻深、张裂缝积水、坡顶超载的增大而减小;而锚固效应及较小的锚固角则对抗滑有积极作用。工程设计中需合理考虑最不利荷载组合,且冻胀力的影响不容忽视。     

基于广义Hoek-Brown破坏准则的边坡临界滑动场

 针对岩体介质非线性破坏特点,采取国际广泛接受应用的建立在地质强度指标(GSI)法基础上的Hoek-Brown屈服准则,建立基于广义Hoek-Brown破坏准则的边坡临界滑动场计算的新方法。首先,根据Hoek-Brown准则确定岩体强度参数;然后,将Hoek-Brown准则不同法向应力水平上的剪切强度逐点等效到Mohr-Coulomb强度线上,用等效内摩擦角和等效黏聚力的Mohr-Coulomb准则代替Hoek-Brown准则;最后,将基于Mohr-Coulomb破坏准则的边坡临界滑动场计算方法进行改进,建立新的迭代方法,获得边坡在满足力与力矩平衡条件下的整体和局部临界滑动面和相应的安全系数。将该方法应用于2个算例和一工程实例边坡的稳定性分析,计算结果表明,该方法既继承了临界滑动场方法快速、准确找到边坡整体局部临界滑动面的优点,又能考虑岩质边坡非线性破坏的特点,更加符合工程实际。     

三维边坡拟静力抗震稳定性分析

 基于滑面正应力修正的三维边坡稳定性分析,采用拟静力的分析方法,建立三向地震作用下边坡的平衡方程,通过求解线性方程组得到安全系数与三向地震作用的函数关系。比较二维与三维拟静力分析方法对安全系数的影响;分别讨论对称滑体与非对称滑体2种情况下,三向地震对安全系数的影响规律;考虑滑体长度、不对称的程度以及土体参数等对安全系数的影响,并计算三向地震作用下的安全系数与仅考虑水平地震作用的安全系数之间的相对误差。结果表明：水平地震作用对安全系数影响最大,竖向地震作用次之,横向地震作用最小;采用三维分析方法更符合实际情况,精度更高。     

基于广义Hoek-Brown准则的边坡稳定性强度折减法数值分析

Hoek-Brown屈服准则作为估计完整岩石或节理岩体剪切强度的半经验准则,已成为岩体强度预测及计算领域应用最广泛的准则之一,并在边坡极限平衡法计算中得到了广泛应用,但很少应用于数值模拟计算领域。本文结合工程实例,以广义Hoek-Brown屈服准则建立数值计算模型,并基于强度折减方法计算边坡安全系数,经与等效Mohr-Coulomb屈服准则数值模拟及极限平衡计算对比,得出基于Hoek-Brown屈服准则的模拟计算结果与其它方法一致并且正确的结论。并认为不同屈服准则条件下的边坡潜在滑移面位置及变形特点存在差异,原因在于不同的屈服准则采用了不同的流动法则。与Mohr-Coulomb屈服准则相比,Hoek-Brown屈服准则采用基于应力水平的塑性流动法则更加体现了节理岩体的变形和破坏特点,可有效反映岩体的非线性破坏特征,更加接近工程实际,适于节理岩体的强度计算及稳定性分析。     

基于非线性破坏准则的边坡稳定性研究

简要介绍了边坡稳定性分析的几种方法,提出了一种改进方法即广义正切法,该方法采用线性摩尔一库仑破坏准则,着重阐述了该方法的原理和步骤,并分析了不同参数对边坡稳定系数的影响,从而得出一些有益的结论。     

Hoek-Brown屈服准则在岩质边坡稳定性分析中的应用对比

通过对华成矿露天灰岩矿山Ⅰ区边坡建立FLAC 3D数值模拟模型,再基于Hoek-Brown与Mohr-Coulomb两种本构模型对岩质边坡进行数值模拟计算。通过模拟得出的位移云图、应力云图、最大剪应变增量图、位移矢量图与边坡安全系数,进行对比分析,得出Hoek-Brown屈服准则在低应力与拉应力区对坡体的分析有着很好的效果,并且模拟的结果更符合岩质边坡的实际现场的工程监测状况。     

基于FLAC~(3D)的岩石边坡分步开挖稳定性分析

文章基于开挖卸荷理论,采用FLAC~(3D)数值计算软件对重庆市奉节县某岩石边坡进行数值模拟,分析分步开挖卸荷作用对该岩石边坡稳定性的影响。计算结果表明:由于分步开挖卸荷作用对该岩石边坡造成的影响很小,产生的x方向以及和位移均为mm级,表明该岩石边坡在分步开挖卸荷作用下稳定性很好。     

基于Hoek-Brown准则确定岩石材料强度参数的新方法

对Mohr-Coulomb准则和Hoek-Brown准则关系进行分析,提出基于Hoek-Brown准则的连续非线性黏聚力和内摩擦角计算公式,并对Hoek-Brown参数对强度参数的影响及计算公式的合理性进行讨论。研究表明:参数s较其他参数对内摩擦角φi和黏聚力ic的影响程度小,黏聚力ic随小主应力的增高而增大,内摩擦角φi则随小主应力的增高而减小;采用提出的强度参数计算公式和Hoek等效强度计算公式,对7种具有非线性强度特征的岩块和锦屏二级水电站工程的大理岩岩体的强度参数进行计算,对比分析可见计算公式结果与岩块室内三轴试验和工程岩体现场大剪试验的强度参数试验结果吻合度较高,表明建议的强度参数计算式在估算岩石材料强度参数时具有较高的准确性,对实际工程具有较强的指导作用。     

基于拟静力法的大岗山坝肩边坡地震工况稳定性分析

 以目前国内设计地震烈度最大的水电站工程——大岗山坝肩边坡工程为实例,根据规范,选用拟静力法对坝肩边坡地震工况下的稳定性进行分析,并对该方法进行相应改进。基于合理的边坡岩体参数、锚固参数和地震参数,对坡体在不同地震加速度下的应力、应变、塑性区及锚索应力进行研究。指出不同剖面地质条件下,不同烈度下边坡关键点位移随边坡高度的变化规律,同时得到不同剖面地震作用的主要影响区域(敏感区域)和地震中塑性区随地震加速度的演化规律,提出相应滑移模式,为支护提供依据。分析认为,考虑50 a超越概率5%的地震加速度时,边坡的V类岩体和表面坡积物及岩脉γL5,γL6,XL316–1,XL9–15,β6处有较大塑性区,并呈贯通趋势。分析指出V类岩体分层线及岩脉XL316–1,XL9–15对岩坡稳定性有着重要的影响,建议调整V类岩体参数并进一步查明岩脉XL316–1,XL9–15的分布情况及连通率。     

二次抛物线破坏准则下的黄土边坡稳定性分析

近些年来,极限分析理论在边坡稳定性分析中应用广泛。笔者首先以上限定理为基础,并基于二次抛物线破坏准则,采用外切线法引入了非线性强度参数c_t、φ_t;其次,考虑黄土抗拉强度较小,易出现拉裂缝的特性,推导出裂隙—直线型与对数螺旋线型破坏模式下黄土边坡极限高度与稳定系数的公式;最后,通过SQP(序列二次规划算法)法对陕北均质黄土边坡进行塑性极限分析,并与工程中常用的极限平衡法进行比较。结果表明了该方法的正确性以及在非线性取值方面的优越性。     

基于非线性失稳准则的边坡稳定性分析

运用基于塑性上界定理的非线性屈服准则,推导得出了平面应变条件下边坡稳定性系数的上界,并根据线性M-C失稳准则,提出了广义切线技术的改进方法,使用该方法对两个典型的边坡稳定性问题进行了分析,获得的上限解与垂直开挖边坡的下限解相等。     

基于MSDP准则的岩质边坡稳定性分析

为考虑岩石拉压强度对岩质边坡稳定性的影响,首先,建立MSDP(Mises-Schleiche Drucker-Prager)准则强度包络线与莫尔应力圆之间的几何关系,并推导MSDP准则在τ-σn(其中,τ和σn分别为破坏面上剪应力和法向应力,空间的表达式;然后,针对平面滑动型边坡破坏模式,基于极限平衡分析提出岩质边坡安...     

基于滑动面搜索新方法对地震作用下边坡稳定性拟静力分析

 采用一种适于任意曲线滑动面的新方法,对地震作用下边坡的稳定性进行拟静力分析。首先,通过算例对比分析验证新方法的可行性。然后,分别在地震竖直和水平加速度系数kv,kH变化时对边坡稳定性进行研究,在kH,kH与kv共同作用下对分层土坡的局部和整体稳定性进行探索,在土层参数变化时对边坡地震稳定性的影响进行分析,从而可得：(1) kH存在一个特殊值使kv的变化对边坡的稳定性影响很小;(2) 当kH和kv的增大引起临界滑动面范围增大时,会导致边坡由局部稳定性变为整体稳定性,当kH和kv的增大引起滑动面下滑点上移时,会导致边坡由整体稳定性变为局部稳定性;(3) 黏聚力 c的变化对滑动面范围影响较大,其对安全系数的影响与地震强度有关;(4) 不同土层参数时,kH对边坡稳定性的影响较kv大。     

基于Hoek-Brown强度折减法的边坡稳定性图表法研究

边坡稳定性图表为初步评价边坡的稳定性提供一种简单但却行之有效的途径。采用Hoek-Brown有限元强度折减法,提出一套求解Hoek-Brown准则下岩质边坡安全系数的稳定性图表。首先根据Hoek-Brown准则下岩体的正应力与剪切应力的关系,推导关于瞬时内摩擦角φ_i和瞬时黏聚力c_i的一种显示表达公式,进而实现基于Hoek-Brown准则的有限元强度折减法在数值计算中的实施。算例分析表明,该方法获得的边坡安全系数和滑动面位置是合理可靠的,且避免对瞬时强度参数φ_i和c_i的迭代求解。在此基础上,绘制求解b=45°和D=0条件下边坡安全系数的稳定性图表;进而提出分别用扰动权重影响系数f_D、坡角影响权重系数f_β来量化岩体扰动和边坡坡角对稳定性的影响,并绘制求解f_D和f_β的计算曲线。从而建立求解Hoek-Brown准则下岩质边坡安全系数的稳定性图表法。最后通过对2个工程实例的计算表明,采用本文图表法求解岩质边坡安全系数是合理可行的。     

基于岩石变形破坏过程的岩柱稳定性分析

地下采矿过程中岩柱承载能力与变形破坏是一个重要的工程问题。文章根据岩柱失稳破坏与岩石压缩破坏过程的相似性与砂岩试验单轴破坏过程中声发射特点,将岩柱破坏前分为压密、弹性阶段、稳定破裂和非稳定破裂四个个阶段,并分析了岩柱破坏过程中不同阶段特征。试验揭示岩石破坏过程中在屈服点附近伴随着岩石内部微破裂快速萌生和生长,声发射事件数会出现大幅度增加。根据岩石破坏形态多呈现为沿着一个或多个凹凸不平的破裂面,在声发射-应变曲线上存在声发射突增点,声发射峰值点近似在应力强度峰后拐点处。同时,指出在岩柱失稳破裂的发射突增现象可作为岩柱承载力变化特征点,并可为岩柱承载力分析提供依据。     

基于非线性破坏包络线的三维边坡稳定性分析

The effects of nonlinearity of strength envelopes on 3D slope stability analysis are investigated.A power relation for the nonlinear envelope is employed to derive the 3D factor of safety equations of an extended Spencer method hich satisfies boty force equilibrium and moment equilibrium.Then,a search procedure is presented based on dynamic programming to determine the 3D critical slip surface for a general slope,Linear and nonlinear strength envelopes used for slope stability computations are obtained by fitting curves to the 103 strength data of consolidated-undrained(CU)triaxial compression tests for compacted Israeli clay.Results of a typical 3D problem show that a linear approximation of the nonlinear strength envelope may lead to a significant overestimation of calculated safety factors.     

一种简便的岩石三维Hoek-Brown强度准则

针对岩石Hoek-Brown(HB)强度准则无法考虑中间主应力对强度的影响的问题,借鉴混凝土Ottsosen强度准则表达式,提出一个简便三维HB准则。详细推导所提出准则的3种不同表达式,并对其强度破坏面图像外凸性和光滑性进行证明。涉及的待定参数采用多元非线性拟合模型确定,采用8种不同的岩石真三轴试验验证模型的合理性。同时比较新强度准则3种不同表达式得到的确定系数,进一步与其他3个三维HB准则进行了比较。结果表明准则不但简便,具有较高的精度,且便于进一步形成弹塑性本构。     

基于随机场的岩石边坡三维稳定性分析

基于随机场理论,考虑了岩石材料属性的空间变异性对岩石边坡稳定性的影响,将边坡主滑面上的摩擦系数和粘聚力视为高斯随机变量,确定了主滑面上的摩擦系数和粘聚力的均值、方差和协方差,获得了两个随机量之间的相关系数和互相关长度。在此基础上,对岩石边坡进行了三维稳定性分析,确定了岩石边坡的稳定系数和失效概率。数值计算结果表明,摩擦系数和粘聚力的空间变异性对边坡稳定性有重要影响。