基于刚性块体系统的岩质边坡稳定性下限法研究

块状岩质边坡由岩块和结构面两部分组成,而且结构面的存在以及结构面的强度控制着岩体的强度和稳定性;将塑性极限分析下限法理论、块体离散技术以及数学规划手段结合起来,研究块状岩质边坡的稳定性。首先将边坡离散成为刚性块体系统+结构面的组合体,考虑岩块体与结构面的综合作用,然后基于塑性极限分析的下限定理,建立以边坡稳定安全系数为目标函数且同时满足平衡条件、屈服条件和边界条件的塑性极限分析下限法数学规划模型,进而提出了相应的求解策略并编制了计算程序。最后对4个经典算例进行了分析,得到了严格的下限解,并将计算结果与其他方法的结果进行了比较,验证了方法和程序的正确性。     

加锚岩质边坡稳定性评价的极限分析上限法研究

基于极限分析上限法的基本原理,考虑岩石锚杆的支护效应、地震作用力和裂隙水压力的影响,提出加锚岩质边坡稳定分析计算模型。通过该岩质边坡极限分析上限法计算模型,可以将滑体按照滑裂面和侧向结构面离散为不同的滑体单元,并可构建一个机动许可的速度场。根据相关联流动法则和位移协调条件,相邻滑体单元的移动不能导致它们重叠或分离,进而可以得到应变速度场的数学表达式。应用该计算模型,不仅可以合理计算出由滑体自重、地震力、裂隙水压力和锚固力所做的外力功率,而且可以得到产生于滑体底滑裂面和侧向结构面的内能耗散。根据滑体处于极限状态时两功率相等(虚功率方程)的条件,可以推导得到加锚岩质边坡的极限分析上限法稳定系数计算公式。通过典型算例的稳定性分析计算表明,考虑裂隙水压力和地震作用力的边坡稳定系数将会减小,而合理加锚后稳定系数将会得到提高。     

考虑平动–转动力学效应的露天矿山节理岩质边坡塑性极限分析

露天矿山节理岩质边坡的失稳破坏一般同时包含平动和转动力学效应。本文将塑性极限分析理论、多自由度的刚性块体单元离散技术、拟静力法原理和数学规划方法结合起来,研究矿山节理岩质边坡平动滑移破坏或倾倒破坏时的稳定性。根据拟静力法原理计算单元形心地震惯性力,以结构面的法向力、剪力、弯矩为决策变量,构建节理岩质边坡静力许可应力场,建立节理岩质边坡稳定性分析的下限法数学规划模型;同时以单元形心的平动速度、转动速度为决策变量,构建节理岩质边坡机动许可速度场,建立节理岩质边坡稳定性分析的上限法数学规划模型;最后运用优化算法求解这两个数学模型,获得节理岩质边坡安全系数的上、下限解和对应的破坏机构。     

基于非线性规划的岩质边坡有限元塑性极限分析下限法研究

结合塑性极限分析下限法理论、有限元离散技术以及非线性数学规划手段,将有限元塑性极限分析法运用于岩质边坡的稳定性分析。基于非线性Mohr-Coulomb屈服条件、平衡条件、边界条件以及间断面应力连续条件,提出塑性极限分析中无厚度节理单元、等厚度节理单元的有限元模式,建立带节理单元的有限元塑性极限分析非线性数学规划模型,并提出非线性规划的求解策略。最后对3个岩质边坡的稳定性进行分析,验证该方法的可行性。     

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     

考虑结构面震动劣化效应的岩质边坡块体动力稳定性评价

为解决岩质边坡块体在地震作用下的动力稳定性评价问题，基于结构面的循环剪切数值试验研究结构面的震动劣化效应，从而构建结构面震动劣化数学模型；结合坐标投影原理提出考虑结构面强度震动劣化效应的块体动力稳定性系数计算方法；基于数值分析法研究地震波波动特性对岩质边坡块体稳定性的影响，并进一步基于突变理论提出位移动力响应放大系数突变判据，最后形成一套以块体动力稳定性系数时程曲线和位移动力响应放大系数共同评价块体动力稳定性的评价体系，拓展地震作用下块体动力稳定性评价新思路。研究表明，结构面震动劣化效应不仅受循环剪切幅值、循环剪切次数及相对运动速度影响，还与起伏角度密切相关；通过算例证实了考虑结构面震动劣化的块体动力稳定性系数计算方法的准确性，所提出的以块体动力稳定性系数时程曲线和位移动力响应放大系数的共同评价体系更加安全可靠，将促进块体动力稳定性理论的发展，对边坡地质灾害的防治具有重要的科学意义和应用价值。     

反倾岩质边坡破坏的力学机制研究

以反倾岩质边坡为研究对象,建立了由一组结构面切割时边坡稳定性系数的力学计算方法。根据岩块结构面的受力模式,构建了岩块结构面的断裂力学模型,并基于断裂力学建立了各岩块结构面等效应力强度因子的求解方法和稳定性判据。引入Kelvin蠕变模型,获得了t 时刻岩块结构面等效应力强度因子的求解方法和结构面长度计算方法,为反倾岩质边坡的防治和监测提供了理论依据。以边坡内各岩块的转角为关联变量,量化了岩块转动后岩块间的相互作用力,建立了岩块转角的计算方法。最后,通过实例分析,表明建立的反倾岩质边坡破坏的力学分析方法计算结果与实际情况基本一致。     

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。     

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。     

有关软弱结构面的岩质边坡稳定性分析

岩质边坡稳定性分析是工程界的重点问题。软弱结构面岩体的复杂构造,使得难以保证岩质边坡稳定性分析的准确性。为此,本文针对软弱结构面的岩质边坡稳定性问题展开了研究,并选择有限元强度折减法作为计算方法,探讨了软弱夹层对边坡稳定性影响和发展规律,旨在提高软弱结构面的岩质边坡稳定性分析的准确性。     

考虑结构面震动劣化的岩质边坡动力稳定分析

 通过试验获取结构面震动劣化效应的数学表达式,并将之运用于岩质边坡的动力稳定性分析中。采用3DEC作为计算引擎,在每一动力计算时步内根据动力响应值实时刷新结构面的强度参数,同时由网格净节点力的矢量计算获取该时刻作用于边坡岩体上的地震惯性力。根据极限平衡理论计算该瞬时岩质边坡的稳定性系数,通过动态计算获取整个地震历时过程的稳定性系数时程曲线,以最小平均安全系数作为最终动力稳定性评价指标,从而提出一种考虑结构面震动劣化的岩质边坡动力稳定性计算方法。将该方法运用于汶川地震区岩质边坡实例研究中,稳定性分析结果与实际地质调查情况相符,验证该方法的可行性和工程实用性。     

实体比例投影结合赤平极射投影在岩质边坡稳定性分析中的应用

岩体结构面的特征是影响岩质边坡稳定性的重要因素。本文以某岩质高边坡为例,通过野外实测和室内统计分析,找出边坡的优势结构面,然后在应用赤平极射投影初步判断岩质边坡稳定性的基础上,引入实体比例投影方法,对潜在不稳定岩体的规模作出评估,得出潜在不稳定岩体的体积和结构面的面积等要素,并进一步计算岩质边坡的安全系数。结果表明,实体比例投影结合赤平极射投影法能够较好地判断岩质边坡的稳定性。     

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。     

赤平投影法在某边坡稳定性分析中的应用

结构面的存在对岩质边坡的稳定性造成影响,尤其是岩质边坡受多组结构面控制时,其稳定性分析更加复杂。为了更直观地分析岩质边坡的稳定性,工程上一般采用赤平投影法对岩质边坡进行定性分析。本文主要以贵州省某边坡为例,运用赤平投影法对该边坡的稳定性进行分析,并采用定量的方法对该分析结果进行验证。     

某岩石边坡的稳定性和治理措施实例分析

以苏州市青山酒店岩质边坡为研究对象,利用岩体力学、工程地质学等方法对青山酒店周围岩质边坡进行稳定性分析、研究。对边坡岩石结构面进行分级,通过赤平极射投影图法将坡体中结构面在平面中显示,分析各结构面的组合情况与坡面之间的关系,得出各分区之间的稳定性和破坏机理。采用极限平衡法,计算边坡稳定性系数,依据边坡破坏模式分析和稳定性评价结果,对该边坡防治做出了建议。     

岩质边坡稳定性有限差分强度折减法分析

含软弱结构面的岩质边坡的稳定性分析是工程中常见问题,常规将边坡岩土体按均质处理显然存在不妥。数值模拟中因能分别模拟岩体和结构面特性而具有独特优势。基于FLAC~(3D)有限差分分析程序,采用强度折减法模拟分析含一组结构面和两组结构面的岩质边坡的稳定性,求出边坡安全系数。计算结果表明结构面对岩质边坡稳定性具有重要影响,不同倾角产状的结构面影响程度差异较大,但其中一或两组结构面对边坡稳定性具有控制作用而具有明显"优势",为找出岩质边坡的优势结构面并分析其稳定性提供了一种思路。     

基于离散单元法的白鹤滩水电站复杂块体稳定性分析

 节理岩体边坡块体稳定性分析是岩体力学工程实践中关心的一个重要问题,经典极限平衡理论在求解复杂块体稳定时具有诸多的限制。基于离散单元法作为运行平台,推导复杂块体安全系数计算公式,并在此基础上编制复杂块体稳定性分析程序,能够弱化复杂地形、材料非线性以及初始地质条件等传统问题的约束;继而运用2种经典块体模型对该程序进行正确合理性验证。最终将程序应用于白鹤滩左岸边坡复杂块体稳定性分析研究,给出关键块体安全系数及其潜在破坏模式,并根据块体稳定性特征及其变形模式给出加固建议。该研究结果对岩体边坡复杂块体稳定性研究具有一定指导意义。     

基于DDA的岩体边坡稳定性分析及应用研究

针对岩质高边坡的滑坡失稳这一典型破坏形式,采用非连续变形分析(DDA)这一数值分析方法,介绍其计算原理,总体平衡方程的形成、块体接触判断及处理措施,并结合某岩体边坡工程实例,建立计算模型,分析边坡块体的动态稳定性。     

岩土边坡稳定性的刚体有限元上限分析法

刚体有限元法与极限分析相结合为求解边坡稳定性问题提供了新的方法。采用刚体有限单元离散边坡计算区域，同时构造运动许可速度场，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。几个算例说明了该方法的正确性和可行性。     

基于LiDAR技术的节理岩质边坡有限元分析

岩质边坡的稳定性主要受其优势结构面组控制。基于地面LiDAR扫描技术和模糊聚类分析对边坡岩体出露的结构面进行自动识别和统计分组,从而获得岩体主要结构面组的几何空间信息和空间位置信息。随后通过赤平投影方法能够较好地反映出各主要结构面组与边坡的空间位置关系,确定主控边坡稳定性的优势结构面组,为数值模型的构建提供依据。最后采用有限元强度折减法求得潜在滑裂面位置和相应的安全系数。分析结果表明,岩质边坡滑裂破坏主要沿着优势结构面方向扩展,边坡下部以沿结构面的剪切破坏为主,上部以拉伸破坏为主。