基于动态和整体强度折减法的边坡稳定性分析

基于强度折减法的边坡稳定性评价只能获得静态单一的安全系数。为获得边坡渐进失稳过程中的稳定性状况,提出基于动态和整体强度折减法的边坡动态稳定性评价方法,利用动态强度折减法搜索出渐进扩展的滑动面,并结合整体强度折减法计算安全系数的优势,在边坡渐进失稳过程中计算动态安全系数,从而实现对边坡失稳全过程的分析和调控。首先,利用动态强度折减法确定出一系列扩展的滑动面,然后,在每一步折减中降低滑动面的强度参数,随后采用整体强度折减法计算此刻的安全系数。最后进行滑动面扩展–安全系数的对应分析,根据安全系数的动态变化规律对边坡进行稳定性评价和支护。两实例计算表明,动态强度折减法获得的滑动面与实际监测数据相吻合,合理反映边坡(滑坡)的变形破坏特征。利用动态和整体强度折减法的各自优势,获得边坡渐进失稳过程中的一系列动态安全系数,更利于边坡的稳定性判断及支护措施建议。相比于极限平衡法,动态强度折减法也更适合于非均质边坡的稳定性评价,能搜索出正确的潜在滑动面。     

基于动态和整体强度折减法的边坡稳定性分析

 基于强度折减法的边坡稳定性评价只能获得静态单一的安全系数。为获得边坡渐进失稳过程中的稳定性状况,提出基于动态和整体强度折减法的边坡动态稳定性评价方法,利用动态强度折减法搜索出渐进扩展的滑动面,并结合整体强度折减法计算安全系数的优势,在边坡渐进失稳过程中计算动态安全系数,从而实现对边坡失稳全过程的分析和调控。首先,利用动态强度折减法确定出一系列扩展的滑动面,然后,在每一步折减中降低滑动面的强度参数,随后采用整体强度折减法计算此刻的安全系数。最后进行滑动面扩展–安全系数的对应分析,根据安全系数的动态变化规律对边坡进行稳定性评价和支护。两实例计算表明,动态强度折减法获得的滑动面与实际监测数据相吻合,合理反映边坡(滑坡)的变形破坏特征。利用动态和整体强度折减法的各自优势,获得边坡渐进失稳过程中的一系列动态安全系数,更利于边坡的稳定性判断及支护措施建议。相比于极限平衡法,动态强度折减法也更适合于非均质边坡的稳定性评价,能搜索出正确的潜在滑动面。     

边坡稳定性的多米诺骨牌模型分析方法

边坡稳定性分析的条分法现仍是边坡分析和评估的主要方法。然而,现今条分法分析均是基于整体分析思想,获得整体或常安全系数,这是一理想的模式。真实的边坡失稳一般是渐进的过程,而这种渐进的失稳模式与多米诺骨牌的失稳倒塌有很多相似之处。基于这种边坡渐进失稳的考虑,提出了一种新的分析边坡稳定性的条分方法,即多米诺骨牌模型分析方法(简称骨牌模型)。骨牌模型定义了每个条块的局部安全系数和边坡的安全系数,也即边坡的安全系数由控制条块的局部安全系数决定。而控制条块是在形成某一滑动面时,所有组成滑体条块中具有最大局部安全系数的条块。而边坡的安全系数则为所有滑动面所对应的控制条块的安全系数中,最小的安全系数。这样定义安全系数是出于骨牌模型的渐进破坏机制而考虑的,突破了传统条分法的整体或常安全系数的局限。给出了骨牌模型的求解方法和求解步骤,并通过算例分析了骨牌模型的求解特点。     

考虑材料变形和破坏特性的强度折减方法研究

 基于材料峰后渐进破坏过程,给出符合岩土材料变形、破坏规律的边坡和坝基异步强度折减计算方法及基于Mohr-Coulomb准则的异步折减比确定方法。同时,针对岩体在不同应力状态和塑性变形程度时具有不同剪胀性能的特点,编写基于非线性ABAQUS有限元程序场变量接口的USDFLD子程序,实现剪胀角随最小主应力和塑性剪应变变化。最后,给出坝基算例分析。结果表明：(1) 水坝蓄水工作时,滑动面的应力水平明显增大,并引起滑动面岩体剪胀特性的变化,计算得到的坝基安全系数与相关联和非关联剪胀角下的安全系数均有显著差异;(2) 不同异步折减比时,坝基安全系数随异步折减比的增大而明显减小。因此,考虑岩土材料真实变形规律和破坏过程的安全系数才能正确表征边坡和坝基稳定性。所得结果可为大型边坡及坝基优化设计方案和稳定性评价提供依据。     

边坡可靠性分析及其应用

在阐述边坡可靠性分析基本原理和模拟步骤的基础上,以某高速公路某边坡为例,采用FLAC3D软件,对该边坡的稳定性进行了概率分析。计算结果显示,该边坡的破坏概率为52．1％,中值安全系数为0．97,与传递系数法计算所得安全系数0．95接近,表明采用该方法能更好地说明边坡的稳定性,具有较好的应用前景。     

边坡稳定性的多米诺骨牌模型分析方法

边坡稳定性分析的条分法现仍是边坡分析和评估的主要方法.然而,现今条分法分析均是基于整体分析思想,获得整体或常安全系数,这是一理想的模式.真实的边坡失稳一般是渐进的过程,而这种渐进的失稳模式与多米诺骨牌的失稳倒塌有很多相似之处.基于这种边坡渐进失稳的考虑,提出了一种新的分析边坡稳定性的条分方法,即多米诺骨牌模型分析方法(...     

正态分布下边坡稳定性二元指标体系研究

安全系数是边坡稳定性评价中的常用方法,在长期的工程实践中积累了丰富的经验,其最大的缺点是不能考虑边坡岩土体中实际存在的不确定性。可靠性理论可有效地考虑边坡系统内实际存在的不确定性和相关性,但是缺乏丰富的工程实践经验,因此,将工程实践经验丰富的安全系数与先进的可靠性理论相结合,建立安全系数与可靠性相耦合的二元评价体系具有重要的理论意义和应用价值。取影响参数的平均值,计算得到最大可能安全系数(中值安全系数)。设安全系数服从正态分布,取系列的最大可能安全系数和变异系数,计算得到边坡在不同最大可能安全系数和变异系数下的破坏概率Pf。将最大可能安全系数与边坡可靠性相乘,对最大可能安全系数进行折减,得到边坡可靠的安全系数。从折减后安全系数的极限状态中,计算出不同最大可能安全系数的临界变异系数和临界破坏概率。根据不同的最大可能安全系数及它的临界破坏概率,绘制出边坡稳定性分区图。选择典型的安全系数及相对应的可靠性,建立传统安全系数与可靠性耦合的边坡稳定性二元指标体系,由安全系数和可靠性共同度量边坡系统的稳定性。提供了小样本条件下,利用矩估计原理计算参数方差的方法,研究实例表明,边坡稳定性判别的二元指标体系是可行的。     

考虑张拉–剪切渐进破坏的边坡强度折减法研究

针对边坡渐进破坏过程中局部岩土体强度参数不断劣化现象,采用应变软化模型代替传统的理想弹塑性模型,提出一种考虑张拉–剪切渐进破坏的强度折减法。从劣化函数、破坏判据、折减系数、滑动面显示和折减范围等方面对该方法进行研究;以极限塑性应变作为边坡点破坏准则,将破坏点从坡脚到坡顶贯通作为边坡整体破坏判据;基于弹塑性计算的初应力法,提出一种边坡张拉–剪切全滑动面定量显示指标I_(cs)。结果表明,应变软化模型所得塑性区明显小于理想弹塑性模型,考虑张拉破坏的边坡安全系数偏于危险;I_(cs)指标能同时显示并区分边坡潜在滑动面的张拉与剪切部分。该基于应变软化模型的计算方法进一步完善了边坡稳定性分析的强度折减法理论。     

基于极限平衡法的边坡稳定性可靠度分析

传统方法对边坡稳定性进行分析时,不能定量考虑土体参数随机性、变异性的影响。为更好地对边坡稳定性进行评价,本文基于传统边坡稳定性计算方法,同时考虑参数的变异性和分布类型的差异,利用蒙特卡洛模拟技术,编制了相应程序。针对某匀质边坡,利用Fellenius法、Bishop法、Janbu法和Morgenstern-Price法进行破坏概率计算。结果表明,安全系数大于1时,边坡仍有破坏的可能,边坡稳定性对参数变异性的敏感度不同,参数变量分布类型也会对边坡稳定性评价结果产生影响。利用可靠度方法得到的可靠度指标、破坏概率等指标,能够定量地描述各参数变异性对边坡稳定性的影响。因此,可以将可靠度的方法和确定性的方法相结合,对边坡的稳定性进行描述,为滑坡风险的评估提供参考依据。     

岩土工程边坡稳定性分析中的拉伸破坏问题EI北大核心CSCD

应用FLAC^(3D)数值软件结合强度折减法,分别定义2种破坏准则来考虑拉伸破坏和不考虑拉伸破坏,并根据对比分析原理,模拟2种典型类型的边坡——均质土坡和含有节理的岩坡在不同的坡高、坡角、节理倾角情况下的稳定性问题,以探讨是否需要考虑拉伸破坏,以及在何种条件下必须考虑,影响程度如何。模拟结果显示,在采用连续介质力学与理想弹塑性模型来模拟滑坡问题时,是否考虑拉伸破坏对均质土坡稳定性影响不大,但对于模拟节理岩坡滑动的影响不可忽略。考虑抗拉强度准则之后,岩土边坡安全系数偏于保守。对于稳定性越好的边坡,进行失稳分析时,拉伸破坏对安全系数的计算影响越大。同时在岩质边坡节理的倾角接近水平和竖直时,只有在考虑拉伸破坏时才可以更加真实合理地模拟出边坡的破坏区以及剪切滑动面。采用定义的2种破坏准则分析意大利阿勒颇露天矿山滑坡问题,验证上述研究结论。最后,对数值模拟方法、本构模型、孔隙水压等对边坡稳定性模拟分析的影响进行讨论。     

Progressive failure mechanism of a large bedding slope with a strain-softening interface

The present work is primarily concerned with the progressive failure mechanism of a large bedding slope with a strain-softening interface. Both the laboratory tests and finite difference method (FLAC software) are employed to fulfill our purpose. Firstly, the shear properties of the interface (the mudded weak interlayer) are investigated through groups of repeated shear tests. According to the test results, all kinds of the interfaces share the characteristics of strain softening. To simulate the shear behavior of the interface in FLAC, a contact constitutive model with strain softening is built and verified against experimental results. The modified constitutive model of the interface is later applied to the numerical simulation of the bedding slope. Through investigating the response of the strain-softening contact elements to the stress characteristics among the rock layers, the chain action law of the bedding slope stability can be obtained. Finally, the progressive failure mechanism of the bedding slope is determined based on the chain action law. A typical case is investigated to validate the feasibility of the strain-softening contact element and the progressive failure mechanism of bedding slopes.     

论滑坡稳定性分析方法

 以地质体的渐进、动态破坏为基本出发点,对滑坡的稳定性问题进行较为系统的讨论。通过具体滑坡现象和模型试验说明研究滑坡问题的复杂性;按照山体的破坏程度,划分包括既有破坏、局部再破坏、贯穿性破坏、离散性破坏和运动性破坏几种破坏形式,说明破坏类型的转化正是山体渐进破坏的过程;综合分析极限平衡法、有限元法、离散元法分析边坡稳定性的局限性;详细介绍基于连续介质的离散元法的特点;建议将滑坡体地表裂缝作为参数分析的基本参量;阐述分析运动性破坏的重要性;特别强调单纯靠计算方法不能解决工程问题,将计算模型与现场监测结果分析相结合,是正确判断山体当前状态、分析滑坡稳定性的有效途径。     

A semi-spring and semi-edge combined contact model in CDEM and its application to analysis of Jiweishan landslide简

Continuum-based discrete element method (CDEM) is an explicit numerical method used for simulation of progressive failure of geological body. To improve the efficiency of contact detection and simplify the calculation steps for contact forces, semi-spring and semi-edge are introduced in calculation. Semi-spring is derived from block vertex, and formed by indenting the block vertex into each face (24 semi-springs for a hexahedral element). The formation process of semi-edge is the same as that of semi-spring (24 semi-edges for a hexahedral element). Based on the semi-springs and semi-edges, a new type of combined contact model is presented. According to this model, six contact types could be reduced to two, i.e. the semi-spring target face contact and semi-edge target edge contact. By the combined model, the contact force could be calculated directly (the information of contact type is not necessary), and the failure judgment could be executed in a straightforward way (each semi-spring and semi-edge own their characteristic areas). The algorithm has been successfully programmed in C++ program. Some simple numerical cases are presented to show the validity and accuracy of this model. Finally, the failure mode, sliding distance and critical friction angle of Jiweishan landslide are studied with the combined model.     

A semi-spring and semi-edge combined contact model in CDEM and its application to analysis of Jiweishan landslide

Continuum-based discrete element method(CDEM)is an explicit numerical method used for simulation of progressive failure of geological body.To improve the efficiency of contact detection and simplify the calculation steps for contact forces,semi-spring and semi-edge are introduced in calculation.Semispring is derived from block vertex,and formed by indenting the block vertex into each face(24semisprings for a hexahedral element).The formation process of semi-edge is the same as that of semi-spring(24semi-edges for a hexahedral element).Based on the semi-springs and semi-edges,a new type of combined contact model is presented.According to this model,six contact types could be reduced to two,i.e.the semi-spring target face contact and semi-edge target edge contact.By the combined model,the contact force could be calculated directly(the information of contact type is not necessary),and the failure judgment could be executed in a straightforward way(each semi-spring and semi-edge own their characteristic areas).The algorithm has been successfully programmed in C++program.Some simple numerical cases are presented to show the validity and accuracy of this model.Finally,the failure mode,sliding distance and critical friction angle of Jiweishan landslide are studied with the combined model.     

膨胀土边坡物理模型试验研究

进行了一系列压实膨胀土的大型静力模型试验,对边坡土体吸湿后的含水率、膨胀变形等进行了实时监测。试验成果显示,膨胀土边坡浅层土体吸湿后其含水率场分布不均匀,干湿分界面处土体易由于不均匀膨胀变形而导致局部剪切错动,并随水分在坡体内的迁移,局部滑动面逐渐向边坡纵深扩展,在不同深度、不同部位形成多重剪切滑动面,最终导致边坡整体塌滑。针对静力模型试验进行了考虑膨胀性的非线性有限元计算,比较了边坡自重条件下和吸湿后应力场的变化,可知吸湿引起顺坡向正应力在干湿分界面处变化剧烈,剪应力明显增大,强度折减法得到的模型试验边坡安全系数仅0.92。研究成果表明：影响膨胀土边坡浅层稳定性的最根本原因并非膨胀土的超固结性或裂隙性,而是土的胀缩特性。     

三维离散元法解析砂型泥石流细观运动特征研究

基于散体介质理论的三维离散元数值分析方法,引入粘滞阻尼模型考虑系统耗能效应,求解固体作用力和流体连续性方程,充分考虑流固耦合作用,对中、细标准砂泥石流过程进行仿真分析,得到不同砂型泥石流破坏过程及渗流场、颗粒速度场、孔隙率、颗粒接触数等参数变化规律。分析表明,中砂、细砂分别表现出分层渐进式和流滑型的破坏模式,这与已有物理试验现象吻合,验证该模型的适用性,并从渗流场分布规律深刻解释该现象发生机理。泥石流过程中土颗粒速度矢量变化规律从细观上揭示了隐藏在颗粒内部的相互碰撞、摩擦、滑动等复杂运动特点,从宏观上揭示了中砂土坡脚薄弱位置率先突破,主滑动体形成直至完全失稳的分级渐进式破坏过程。进一步分析了土体孔隙率和平均接触数分布云图变化规律,中砂泥石流过程中随颗粒运动,滑动体孔隙率逐渐增大,颗粒接触数逐渐减小,并且这种发展趋势逐渐往坡后方土体蔓延;进一步揭示了中砂泥石流分级渐进破坏过程与颗粒速度场分析规律一致。分析结果表明了该模型方法在模拟泥石流这种大变形、流固耦合问题上的适用性,这对泥石流复杂机理的更深入探索是有益的。     

边坡力的分布特征和稳定性分析

边坡在渐进破坏过程中,力的分布和稳定性分析是值得研究的。针对推移式和牵引式边坡,分别提出了5种破坏机理,根据边坡现状特征,提出了5种推移式边坡形式;定义了破坏方向,边坡渐进破坏的特征是处于峰值应力状态的地质材料,遵循材料的破坏规律,且一步一步向前移动,一点一点发生破坏;在破坏区,沿滑面的下滑力大于摩阻力,在临界状态,材料所承受的应力达到最大值,且矢量和等于零,在稳定区和欠稳定区下滑力等于摩阻力;在整个滑面,其压力等于反力。对于条块分析,边坡渐进破坏过程中,发生剪破坏时,临界状态存在力平衡,发生拉破坏状态时,存在力矩平衡;两种破坏形式在临界状态均是应力达到材料的极限值,且矢量和为零。提出了抗滑防护措施的刚性、柔性和刚柔性设计,并指明了相应的设置位置;定义了破坏率、破坏比、破坏面积比、力学破坏和工程破坏,并以此评价边坡的破坏程度。分析了力在边坡渐进破坏过程中的规律,提出了传统基于摩阻力和下滑力之比的稳定性系数定义是值得商榷的。并以实例证明主推力法(或主拉力法)、综合位移法、富余位移法和拉破坏法是可用于工程实践的。     

Stability analysis of bank slope under conditions of reservoir impounding and rapid drawdown

Stability of an ancient landslide in a reservoir area is analyzed by using centrifugal model tests, soil laboratory tests and numerical analysis. Special attention is paid to variation in water level, simulation of large-scale heterogeneous prototype slope, and strength reduction of sliding zone soils after slope sliding. The results of centrifugal model test show that reservoir impounding can reduce sliding resistance at the slope toe, followed by toe collapsing and front cracking of slope. Rapid drawdown can produce hydrodynamic pressure towards reservoir at the front of slope. Deformation is observed in the middle and upper slope, which reduces the slope stability further and forms the pull-typed landslide trend. Reinforcement of slope toe is effective for preventing the progressive failure. The results of laboratory test show that slope toe sliding will lead to the redistribution of soil density and moisture content, which will reduce the shear strength of soil in sliding zone, and the cohesion of immersed soil is reduced gradually and finally vanishes with time. The numerical results show that the strength reduction method used in finite element method (FEM) is very effective in capturing the progressive failure induced by reservoir water level fluctuations, and the evolution of failure surface derived from numerical simulation is very similar to that observed in centrifugal model test.