不同失稳判据下边坡稳定性的规律性

以塑性区贯通、位移增量突变、计算不收敛3种边坡失稳判据为依据,采用强度折减有限元法和重度增加有限元法对简单边坡进行了分析。结果表明：以边坡潜在滑动面上某点位移增量突变作为边坡失稳判据是准确的;对于不同土体强度参数下,以位移增量关系曲线突变为判据得到的边坡的安全系数较另外两种方法稳定;对应于塑性区贯通、位移增量曲线突变和计算不收敛的3种判据,边坡潜在滑动面依次向深层发展,边坡的安全系数依次增加。     

以尖点突变模型为边坡临界失稳的判据研究

边坡的失稳判断是有限单元强度折减法的一个重点,对目前经常采用的3种判据分别讨论,结果表明：以点的位移突变作为判据比以塑性区贯通和以解的不收敛作为判据更可靠。依据突变理论,建立起水平方向最大位移和折减系数的尖点突变模型,以此作为边坡临界失稳的判据,将失稳判据量化成一个确定的值,并给出判断的方法,消除了计算中人为因素的影响。算例表明,采用该模型作为判据,能体现边坡失稳过程中的突变性,物理意义明确,与极限平衡法计算结果较一致。     

强度折减有限元法中边坡失稳判据的研究

为了研究强度折减有限元法中各种边坡失稳判据的适用性,在典型算例分析计算的基础上,提出了“失稳判据的选择应和所采用的数值计算的迭代方法、应变模式假定等问题相匹配”的观点.研究结果表明,当采用数值计算不收敛判据时,应采用小应变模式假定,并利用弧长控制方法;当采用坡面位移突变判据时,应采用大应变模式假定;塑性应变区贯通判据可作为上述两种判据的参考.大量算例的计算结果表明,强度折减有限元法计算获得的边坡稳定性系数和极限平衡法计算结果的相对差小于3％.     

基于ABAQUS的强度折减法边坡失稳判据研究

将强度折减原理与ABAQUS软件相结合,对边坡失稳判据进行了分析,认为位移突变和塑性区贯通判据有明确的物理意义．通过算例分析,并于bishop法所得到的安全系数进行对比．结果表明,采用位移突变和塑性区贯通作为失稳判据所得到的安全系数是合理可靠的．     

突变理论在地质力学模型试验失稳判据中的应用

地质力学模型试验是研究高坝工程稳定安全性的重要方法之一,如何较准确的通过测试结果建立大坝失稳判据,判断坝与地基的失稳破坏过程,得到综合稳定安全系数,是地质力学模型试验的关键技术问题。本文由突变理论及其相关性质,选用较为成熟的尖点突变模型及其标准势函数公式,推导出相应的失稳突变判别式,建立基于尖点突变理论的失稳判据,并通过相关算例进行有限元分析,依据计算成果的变位—超载倍数关系,提出超载安全系数,并与有限元塑性区贯通、计算不收敛等失稳判据对比分析,印证尖点突变模型失稳判据的可靠性和适用性。再将其应用于丹巴水电站地质力学模型试验中,试验结果给出了闸坝在正常蓄水位和降强之后超载作用下的位移场,获得了闸坝的变形及分布特征、揭示了裂缝发展的全过程及其破坏机制,得到降强系数为 1.18,超载系数为 1.8～2.0,确定了闸坝整体稳定安全系数为 2.12～2.36。根据尖点突变理论,由试验测试成果建立相关失稳判据,据此提出破坏过程及综合稳定安全系数,并与常规地质力学模型试验分析成果进行对比,分析结果验证了基于地质力学模型试验测试成果的尖点突变模型失稳判据的合理性。     

基于ABAQUS的边坡失稳综合判据法

在分析有限元计算不收敛、坡体位移突变和潜在滑移面塑性区贯通这3种边坡失稳判据优缺点的基础上,提出边坡失稳的综合判据法,即先进行小变形有限元计算,以计算不收敛为边坡失稳判据,后进行大变形有限元计算,以位移突变为判据。采用综合判据法、运用ABAQUS有限元软件对一个标准算例和一个工程实例进行边坡稳定性分析,并与常用的简化Bishop法进行比较,二者所得安全系数接近,证明了边坡失稳综合判据法的合理可行。     

基于强度折减有限元的非均质土坡失稳判据分析

强度折减有限元法在土坡稳定性分析中已得到广泛应用,但目前大多针对均质土坡,较少涉及非均质土坡.将强度折减有限元法应用于非均质土坡,首先要解决非均质土坡失稳判据的选取问题.基于ABAQUS有限元软件,实现了强度折减的自动运行,探讨了各种失稳判据对非均质土坡安全系数取值的影响,分析了非均质土坡失稳破坏的过程,提出了以特征点位移矢量突变结合塑性区贯通的失稳判据,其更能反映非均质土坡真实的稳定性.     

边坡稳定数值计算中失稳判据和岩土强度屈服准则

通过理论分析和典型算例计算,对边坡稳定数值计算中边坡的失稳判据和失稳模式进行了深入的讨论,旨在使数值计算方法更好地服务于工程实际。边坡失稳破坏的力学分析表明,排除人为主观因素的影响,在严格收敛标准下数值计算不收敛、边坡塑性区贯通和特定监测点位移突变这三类常用判据内在的力学表现是一致的,算例1的分析结果进一步证实了该观点。边坡的失稳模式与岩土体的屈服准则密切相关,为使理论计算符合工程实践,应根据岩土体实际抗拉能力对以M-C为典型代表的基于剪切破坏的强度准则进行抗拉修正。以抗拉修正后的M-C强度准则为基础,进一步提出了拉剪复合破坏的强度折减计算流程,算例2的计算结果表明该计算流程是合理的且计算结果的精度要高于现行的计算方法。     

阳江上水库碾压混凝土重力坝深层抗滑稳定分析

通过建立最高坝段溢流坝段和最高坝段非溢流坝段模型,对阳江上水库碾压混凝土重力坝进行静、动力作用下的深层抗滑稳定分析,模型考虑了坝后白水瀑布陡崖的影响.静力计算是基于有限元强度折减法,无需假定滑动面,根据特征点位移突变以及塑性区贯通等判断准则来确定大坝的整体稳定性;动力分析采用振型分解反应谱法,由其导出水平地震剪力,并将该剪力作用在建基面上,在此基础上进行动力作用下的抗滑稳定分析.计算结果表明,各种工况下抗滑稳定安全系数均满足要求,失稳破坏时产生的可能滑移路径未通过下游白水瀑布陡崖,坝后白水瀑布陡崖不影响大坝安全.     

基于突变理论的有限元强度折减法边坡失稳判据探讨

采用有限元强度折减法进行边坡稳定分析,建立边坡内最大水平方向位移与折减系数尖点突变模型,并以此作为边坡是否失稳的判断标准.算例分析表明,采用该模型作为失稳判据能体现边坡失稳过程的突变性,物理意义明确;计算结果与传统极限平衡Spencer法计算结果相当接近.同时,将失稳判据量化到一个确定的值,通过比较该值与零的关系来判断边坡是否失稳,概念明确,界定清晰.     

强度折减法在边坡稳定性分析中的应用

以一均质土坡为例,首先采用有限元整体强度折减法计算,在此基础上分别选取塑性剪切应变率大于2.0e-5和塑性区为局部强度折减法的折减范围,通过局部强度折减得到边坡滑裂带分布和稳定安全系数,分析不同折减范围下边坡稳定安全系数、特征点位移以及滑裂带的变化规律。比较天然状况和稳定渗流状态下局部强度折减和整体强度折减的计算结果。结果显示:两种方法得到的稳定安全系数基本一致,但折减范围的选择对计算结果影响很大,折减塑性剪切应变率大于2.0e-5的范围得到的稳定安全系数较小。     

应力剪胀对浅埋隧道稳定性系数的影响

考虑剪胀对隧道围岩稳定性的影响,对浅埋圆形盾构隧道、浅埋两车道公路隧道和浅埋双线铁路隧道在围岩发生塑性流动时进行力学特征分析。分析圆形盾构隧道围岩的位移,塑性区分布和最大剪切应变率;计算圆形断面、双线铁路隧道、双车道公路隧道等3种不同断面形状隧道的稳定性系数,分析剪胀角对围岩稳定性系数的影响。研究结果表明：剪胀角对围岩位移的影响存在一个临界值;在围岩发生塑性流动时,塑性区随着剪胀角的增大而逐渐增加;剪胀角对围岩剪切破坏带和围岩稳定性系数都有较大影响;随着剪胀角的变化,隧道临界稳定系数也发生变化。     

Prediction of plastic zone size around circular tunnels in non-hydrostatic stress field

This paper discusses the calculation of plastic zone properties around circular tunnels to rock-masses that satisfy the Hoek–Brown failure criterion in non-hydrostatic condition, and reviews the calculation of plastic zone and displacement, and the basis of the convergence–confinement method in hydrostatic condition. A two-dimensional numerical simulation model was developed to gain understanding of the plastic zone shape. Plastic zone radius in any angles around the tunnel is analyzed and measured, using different values of overburden (four states) and stress ratio (nine states). Plastic zone radius equations were obtained from fitting curve to data which are dependent on the values of stress ratio, angle and plastic zone radius in hydrostatic condition. Finally validation of this equation indicate that results predict the real plastic zone radius appropriately.     

公路隧道正交下穿边坡与软弱夹层围岩稳定性分析

为分析山岭地区公路隧道-正交体系下，围岩内含软弱夹层导致施工过程易发生衬砌变形开裂甚至隧道塌方等问题，以某隧道边坡拟扩建公路为工程背景，基于抗拉剪强度折减法理论，采用FLAC^3D有限差分软件，研究不同边坡坡度和隧道埋深对该隧道-边坡围岩稳定性和安全系数的变化规律。结果表明：随着边坡坡度的不断增大，围岩最大剪切应变数值和分布范围逐渐增大，塑性区范围不断增大，围岩稳定性安全系数不断减小。随着隧道埋深的增大，围岩最大剪切应变数值先增大再减小后增大，但剪切应变范围不断增大，塑性区范围不断增大，围岩稳定性安全系数呈现先减小再增大。当无软弱夹层时计算的安全系数最大，当存在软弱夹层时，采用非同步折减法理论计算的安全系数比同步折减法较高。     

Elasto-plastic Analysis of Circular Tunnels in Jointed Rock Masses Satisfy the Hoek-Brown Failure Criterion

The relationship between the Hoek-Brown parameters and the mechanical response of circular tunnels is illustrated. Closed-form and approximate solutions are given for the extent of the plastic zone and the stress and displacement fields under axisymmetrical and asymmetric stress conditions. For the same rock masses and under axisymmetrical stress conditions, the radius of the plastic zone in terms of Hoek-Brown criterion is generally an approximation of the radius in terms of the Mohr-Coulomb criterion. The radius in terms of the Hoek-Brown criterion is larger under low stress conditions. For poor quality rock masses （GSI〈25）, measures （such as grouting, setting rock bolts, etc.） that improve the GSI of rock masses are effective in improving the stability of tunnels. It is not advisable to improve the stability of the tunnels by providing a small support resistance p through shotcrete, except for very poor quality jointed rock masses. Without reference to the quality of the rock mass, the disturbance factor D should not less than 0.5. Measures which disturb rock masses during tunnel construction should be taken carefully when the tunnel depth increases.     

结构面特性对深埋隧洞稳定性的影响研究

结构面特性对深埋隧洞的受力和变形有重要影响。以某水电站引水隧洞为例,采用数值计算方法,对结构面不同倾角以及结构面与隧洞不同距离时深埋隧洞的稳定性进行分析。结果表明:隧洞左侧水平位移与底部突起量显著小于隧洞顶部沉降与右侧水平位移;结构面倾角对隧洞各关键部位位移有较大影响,而结构面至隧洞的距离仅对拱顶及隧洞右侧最大位移有一定影响;结构面与隧洞之间的距离在3 m以内时,塑性区沿结构面方向进行扩展,而距离大于6 m后,塑性区面积和形状趋于稳定,最大塑性应变降到较低水平并保持平稳。