岩质边坡稳定塑性极限分析方法——斜分条法

基于塑性极限分析上限定理,依据岩质边坡沿某一滑裂面滑动破坏时,在其内部产生沿陡倾角结构面(断层、节理和层面)的剪切破坏现象,建立了岩质边坡极限分析斜分条法破坏模式。进一步根据滑体处于极限状态时的虚功率方程,推导得出了斜分条后岩质边坡的塑性极限分析稳定系数计算公式。采用超载系数的方法,将稳定系数表示在块体所受的极限荷载,避免了隐式出现,有效地简化了公式推导。以锦屏一级水电站右岸边坡为例进行了稳定性分析。计算表明,结论较为合理,对于具有倾斜界面的岩质边坡稳定性评价具有重要意义。     

Sarma法在加锚岩质高边坡安全稳定性评价分析中的应用

根据Sarma法的基本思想,考虑地震作用、地下裂隙水的影响以及岩石锚杆的支护效应,建立了加锚岩体边坡稳定性分析的滑体计算模型,并将该模型应用于紫坪铺水电站大型岩体高边坡工程,进行了边坡安全稳定性评价分析。计算结果表明,边坡安全系数随地下水位的升高和地震烈度的增强而减小,且边坡安全系数因加锚而得到提高。因此,高度重视地下裂隙水和地震作用对边坡稳定的影响以及考虑对边坡及时施锚是十分重要的。     

非均质土坡稳定性分析评价的刚体单元上限法

 非均质土坡的稳定性分析评价是土力学的经典课题之一。以极限分析方法为理论基础,建立分段对数螺旋线滑面的旋转破坏机制。在滑体被视为刚性体条件下,通过ANSYS有限元软件的前处理功能,对层状土质边坡潜在滑体进行三角形单元离散和网格化。按照极限分析法上限原理,分别计算每个三角形单元滑体在重力及地震作用力条件下所作的外力功率,以及分段对数螺旋线滑面上阻力产生的内能耗散。采用强度折减法和极限分析上限定理的虚功率方程,推导得到非均质土坡稳定性评价的刚体单元上限法安全系数计算公式。以土质边坡为例,分别使用瑞典条分法、Bishop法、Janbu法和刚体单元上限法进行稳定性分析计算比较。结果表明,刚体单元上限法可以得到层状介质土坡安全系数的上限解,而Bishop法计算得到的安全系数则接近下限解。综合分析认为,当安全系数的上限和下限界定后,合理的选用安全系数对边坡工程非常重要。与其他方法比较,刚体单元上限法对层状介质组成的非均质土坡有一定的适用性。     

侵爆荷载作用下岩质边坡稳定性分析

基于统一强度理论,考虑中间主应力效应和强度准则差异的影响,采用拟静力惯性力法、刚体极限平衡法和瑞典圆弧法,推导侵爆荷载作用下岩质边坡动力稳定系数的表达式,研究不同工况下岩质边坡的动力稳定性能,计算边坡滑体的最大滑裂高度及边坡失稳工况下单位宽度最大滑塌量,分析不同参数对边坡动力稳定系数的影响特性。研究表明:该计算式包含了一系列基于不同强度准则的静力稳定系数和动力稳定系数,可以有效地预测侵爆荷载作用下岩质边坡的动力稳定系数、最大滑体高度及单宽最大滑塌量的上限值和下限值,具有较广泛的适用性;考虑中间主应力效应越多或选用考虑中间主应力效应越多的强度准则,边坡的动力稳定系数越大;爆心深度越深或炸药量越大,边坡的动力稳定系数则越小。     

基于流形方法和图论算法的岩/土质边坡稳定性分析

目前边坡稳定性分析常用的极限平衡法存在着不能考虑实际岩土体的应力应变关系,假设过多等缺点,强度折减法也存在着需要重复计算工作量大,计算容易不收敛,难以考虑边坡应力路径影响及较难直接得到滑裂面等不足。从边坡的应力状态出发,借助基于物理覆盖系统、能较好统一连续和不连续分析的数值流形方法,得到土质边坡或存在着较多不连续面的岩质边坡的应力场分布,并将边坡稳定性分析转化为图论问题,利用Bellman-Ford搜索算法快速稳定地寻找出边坡的安全系数和最危险滑裂面。该方法无需做过多假设及迭代计算,可以反映边坡的应力路径影响,较好地统一岩质/土质边坡稳定性分析。     

考虑滑体中锚拉力扩散效应的锚固边坡稳定性分析方法

为充分考虑锚拉力在滑体中的应力扩散效应以更合理地分析锚固边坡稳定性,将作用在坡面框架上的锚拉力转化为沿坡面法向与切向的局部条形荷载,基于弹性力学Boussinesq解和Cerruti解,得到在滑面处各点的附加法向与切向作用力,将其引入边坡稳定性分析的极限平衡条分法中,给出了基于Morgenstern-Price法的相关计算公式。实例分析表明,锚拉力在滑面处产生的附加应力并非都起抗滑作用,还存在局部促滑作用,与传统的将锚拉力视为集中力的锚固边坡稳定性计算方法相比,该方法计算的稳定系数偏小,且与数值模拟分析结果更为接近。     

岩质边坡最危险滑裂面的GA-Sarma算法研究

 基于现有国内外边坡极限平衡法稳定性分析软件在岩质边坡滑裂面搜索中的局限性,将遗传算法(GA)和Sarma法相结合,提出岩质边坡最危险滑裂面的GA-Sarma算法。GA-Sarma算法解决以折线形为滑面形态、以层面等结构面为边界任意条分并满足条块间边界力平衡原理、滑裂路径可追踪顺坡向不连续结构面的岩质边坡最危险滑裂面的全局优化问题。     

具有外倾节理岩质边坡开挖与支护FLAC~(3D)数值模拟分析

该文结合具有一组平行外倾节理面的岩质边坡工程实例,通过FLAC3D建立数值计算模型,分析了该类边坡的稳定性以及开挖支护过程中的力学响应。结果表明:①外倾节理岩质边坡达到极限状态时,靠近坡脚的最下面一条结构面将产生贯通的塑性区;②边坡开挖将使潜在滑裂面下移,两滑裂面之间岩体剪切滑移将引起锚杆轴力增大,在靠近坡脚的新滑裂面位置处达最大;③在坡脚处设置混凝土挡墙能有效提高边坡整体稳定性,此加固措施效果较好。     

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。     

天然边坡削坡工程中的稳定性研究

天然边坡在削坡工程施工阶段或竣工后,往往形成上下部不同坡度的边坡。离心模型试验与现场试验结果表明,这类边坡有两种破坏模式。一种是滑裂面始于坡顶,另一种是滑裂面始于坡面。利用极限分析上限法理论讨论并确定边坡发生不同破坏模式的条件,从而给出极限开挖深度、设计开挖深度小于极限开挖深度时的稳定安全系数以及设计开挖深度大于极限开挖深度时的土压力,为解决天然边坡削坡工程中的稳定性设计问题提供理论依据。     

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。     

考虑孔隙水压力的土坡稳定性的刚体有限元上限分析

采用一种结合刚体有限元与极限分析上限法来求解边坡稳定性问题的新方法。借助刚体有限单元离散计算区域并构造运动许可速度场 ,利用传统的安全系数作为评价边坡稳定的定量指标。水对边坡的影响作用可通过虚功方程表现出来 ,将孔隙水压力当作外力荷载做功。在满足屈服条件、流动法则、虚功方程以及相应的边界条件的基础上 ,引入非线性数学规划方法求解最小安全系数     

节理岩质边坡的块体元塑性极限分析下限法

结合块体元和塑性极限分析,并利用数学规划的方法,提出了一种新的岩石边坡稳定分析方法-块体元塑性极限分析下限法。针对节理岩体的力学特性,将岩体离散为块体–结构面组成的块体系统,假定块体为刚体;以结构面应力为未知量,根据塑性极限分析下限定理,构造了满足平衡方程、边界条件和屈服条件的静力许可应力场;建立了边坡稳定的下限法数学规划模型,并通过非线性规划方法寻求问题的下限解。最后对三个典型的算例进行分析,结果表明:采用本方法不需要逐个计算可能的滑动形式,而直接得到边坡稳定安全系数,结果同刚体极限平衡法十分接近。     

考虑参数空间变异性的边坡稳定可靠性有限元极限分析

当土性参数空间变异性较大时,极限平衡法得到的滑移面不尽合理。阐述了基于广义变分原理的有限元极限分析方法,采用混合有限元方法,构筑了线性应力三角形单元与线性速度三角形单元,结合强度折减法与线性规划算法,建立了边坡稳定安全系数上下限分析方法,分析了土的抗剪强度参数空间变异性对边坡稳定性的影响,并与3种典型极限平衡法进行了对比。结果表明,FELA方法可有效搜索边坡临界滑移面,并给出安全系数的严格上下限。对于简单均质边坡,有限元极限分析与极限平衡法结果接近,极限平衡法结果大多位于极限分析的上下限内;对于空间变异性较大的边坡,有限元极限分析法可以有效搜索可能的多种临界滑移面,而极限平衡法则存在显著偏差,且往往高估滑坡风险。强度参数的空间变异性还导致边坡安全系数分布形式变化显著,仅采用安全系数无法反应这一变化。根据安全系数的分布形式,给出了土性参数设计值建议。     

三峡库区危岩稳定性计算方法及应用

危岩是三峡库区两大主要地质灾害之一，是地层组合、地貌特征、水动力特性及地震等因素耦合异变的结果。根据危岩失稳破坏的可能模式，可将危岩分为滑塌式危岩、倾倒式危岩和坠落式危岩3类。三峡库区内危岩破坏的主要荷载有危岩体自重、天然状态的裂隙水压力、暴雨状态的裂隙水压力和地震力，可以构成3种组合：(1)自重 裂隙水压力(天然状态)：(2)自重 裂隙水压力(暴雨状态)；(3)自重 裂隙水压力(天然状态) 地震力。据此，运用极限平衡理论及岩体结构理论建立了危岩稳定性计算方法。该计算方法已经在三峡库区的危岩稳定性分析及治理工程中得到了应用。     

确定岩质边坡地震安全系数的简化方法

 作为岩质边坡地震稳定性评价的规范方法,拟静力法忽略岩体的动力特性和地震动大部分特性的影响,而地震时程分析法考虑的因素较全面,却相对费时费力。目前岩质边坡地震稳定性评价缺乏较好地考虑岩体的动力特性和地震动特性的简化方法。为此,综合利用时程分析法和拟静力法的各自优点,建立地震安全系数与拟静力安全系数间的关系,提出2种岩质边坡地震稳定性评价的简化方法：(1) 对于重要边坡,建立边坡地震安全系数与地震动峰值、边坡拟静力安全系数的统计经验公式;(2) 对于一般边坡,统计边坡地震安全系数与拟静力安全系数的修正系数,建议相应的修正方案。以典型岩质边坡为例,采用显式波动有限元–极限平衡法,阐述所提出的简化方法的详细实施步骤,初步证明所提出方法的可行性和合理性。所建议的简化方法为重要工程岩质边坡震后快速评估和一般工程岩质边坡抗震稳定性评价提供有益的思路和重要参考。