软硬互层顺向岩质边坡失稳变形的离散元模拟

在工程建设中,软硬互层边坡十分常见,受岩石材料非均质性与层间软弱结构面的影响,该类边坡的变形破坏特征较为复杂,而相关研究较少.为此,该文以山软硬互层岩层结构为原型,基于离散元分析软件PFC,建立了软层裸露和硬层裸露2种模型,对软硬互层顺向岩质边坡失稳变形开展了数值模拟研究,结果表明:2种软硬互层顺向边坡失稳过程差异明显...     

水电站高陡边坡地震稳定性分析

文章采用赤平投影分析和块体离散单元法,分析高陡岩质边坡岩体内不同结构面组合类型对边坡稳定性的控制作用,分析表明该边坡在地震作用下的主要破坏模式为坡体上部局部小规模楔形体滑移破坏,主控该边坡稳定性的最危险结构面组合为J2J3结构面组合。     

巨石混合体边坡失稳模式研究

运用离散元数值模拟方法,对具有大块石堆积特征的巨石混合体边坡的失稳模式进行了研究。结果表明,巨石混合体边坡中块石表面摩擦系数的降低会导致边坡的运动变形,变形模式以块石的平移为主,个别块石发生转动;块石在变形过程中重新镶嵌、咬合,具有自稳性;巨石混合体边坡主要的失稳范围为坡体的前缘和中部,竖直方向上坡体中上部的变形量较大,坡体下部变形量较小;前部块体的变形会导致后部块体失去支撑而发生变形,属牵引式的失稳模式。     

旭龙水电站石料场高陡边坡分级开挖模拟

金沙江旭龙水电站徐龙石料场开采高度高达280 m,距大坝等重要水工建筑物较近,为分析在不同开挖步下,该料场高陡岩质边坡的变形及稳定性特征,建立了料场分级开挖有限元模型。结果表明：(1)徐龙料场开采过程中边坡变形较大区域由原坡脚向开挖新形成的坡脚不断变化;(2)随着开挖的进行,徐龙石料场最大主应变较大区域发生“分岔”,最不利滑动圆弧由原边坡坡脚逐渐移动至开挖新形成的坡脚处;(3)不同开挖步下的徐龙石料场整体稳定性满足要求。研究成果可以为类似的石料场边坡分级开挖稳定性分析提供参考。     

基于离散元的顺倾节理岩质边坡破坏过程分析

为了研究含顺倾节理岩质边坡的破坏过程,以某露天矿西南区域边坡为研究对象,建立典型剖 面的数值模型,并通过室内试验标定边坡数值模型细观参数,监测数值边坡模型关键位置的速度、位移 和孔隙率,结合边坡内部的裂纹发育和力链分布情况,分析边坡的破坏过程特征。结果表明:基于离散 元的数值模拟试验和边坡数值模型均符合实际情况,具有可行性;边坡的破坏过程是在剪切应力和拉应 力作用下,顺倾节理处的力链由下至上逐渐断裂,随着断裂范围扩大,边坡发生加速滑动,具体表现为受 顺倾节理控制的前缘牵引式剪切 －张拉组合破坏;节理上部的“拱形”力链未被破坏,滑坡特征为沿节 理面和岩桥的整体滑动。     

基于三维激光扫描技术的高陡边坡计量方法

河南省前坪水库工程坝高90.30 m,坝型为粘土心墙砂砾石坝,右坝肩边坡高陡,平均坡度在70°以上,局部反倾,基岩大多裸露,植被稀少,开挖高度近百米,施工测量人员无法到达高陡的岩体表面,使用传统截面方法的原始地形测量,测量精度和测量员的人身安全无法得到保证。利用三维激光扫描技术测量右岸高陡斜率,并与传统断面法、步阶法进行比较,结果显示:基于三维激光扫描技术的高边坡测量计量方法计算结果准确、高效、安全,可作为右岸边坡的计量依据和参考,也为国内外类似大型水利水电工程高陡岸坡的测量计量方法提供参考和借鉴。     

基于ANSYS的某高陡边坡开挖支护有限元分析

以大型有限元软件ANSYS为平台,采用局部强度折减法对某高陡边坡的分级开挖过程进行数值模拟分析,计算了开挖不支护、支护两种工况,得到了两种工况边坡的位移和应力分布情况,对计算结果的分析表明:边坡开挖不支护时各监测点将发生较大位移,且坡脚处位移最大,坡脚位置出现应力集中现象,最大应力值可达6.36 MPa,部分岩体受拉破坏严重;支护后边坡位移得到控制,坡脚处应力集中现象消失,说明边坡开挖后需及时采取相应的支护措施。计算及分析方法对类似边坡工程的开挖支护施工设计有一定的借鉴作用。     

近距离高陡边坡爆破方案及安全措施

介绍在阳江核电进山口西边坡后移工程近距离高陡边坡开挖施工中,采取的爆破方案及安全技术措施,根据实践经验,提出近距离高陡边坡施工中应该注意的问题．     

高陡边坡局部开挖支护对边坡稳定性影响分析

某大型水电站近坝库区一高陡边坡局部开挖有临时施工道路,为分析该施工道路开挖及附属支护对边坡稳定的影响,本文采用极限平衡理论,借助SLIDE边坡计算软件对该处边坡进行稳定性分析。通过对比该边坡布置有施工道路+锚索和未布置的情形,研究局部施工道路和锚索对该高陡边坡稳定性的影响。计算表明,局部的开挖和支护对该边坡的整体稳定性影响较小,但对工程扰动附近的潜在滑体有一定影响,锚索对局部滑体稳定有一定加强作用,但影响不太明显。     

锦屏水电站缆机平台高陡边坡开挖支护数值模拟

以锦屏水电站缆机平台高陡边坡为例,采用有限元法对其分级开挖支护过程进行数值模拟计算,分析不同的单级开挖高度、岩体强度参数和支护时间对高陡边坡变形和稳定性的影响。结果表明边坡的变形、安全系数受岩体强度参数影响较大;较好岩体条件下,单级开挖高度和支护时间对边坡的变形、安全系数影响很小,较差岩体条件下,单级开挖高度和支护时间对边坡的变形、安全系数影响显著,且单级开挖高度越大,支护的作用效果越明显。研究成果可为实际高陡岩石边坡工程开挖支护方案优化和施工提供参考。     

基于3D离散元的岩质边坡最大开挖角确定

为解决岩质边坡最大开挖角确定的问题,利用3D离散元软件模拟边坡渐进开挖过程,探讨岩质边坡失稳的动态过程,从而确定岩质边坡的最大开挖角。以某水电坝址岩质边坡为例,对其进行数值模拟,结果所确定的最大边坡开挖角为47°。数值分析表明,将47°作为无支护条件下的边坡开挖角是合理的,与运动学方法所确定的38°开挖角相比,更接近实际的极限情况。故用3D离散元确定节理岩质边坡的最大开挖角具有一定的实际应用价值,对边坡分级开挖,确定合理边坡开挖角具有一定的指导意义。     

基于离散单元法的锚固岩质边坡动力响应研究

采用离散元单法和动力时程法,应用UDEC程序,计算某水电站厂房后方顺层块状岩体边坡动力响应,计算结果表明:动力荷载作用下未支护岩质边坡的破坏可划分成:未滑动、缓慢发展、加速发展和破坏4个阶段;边坡在地震荷载下的破坏是一个累积的过程;锚杆单元的轴力响应曲线与该单元附近的岩体的相对位移时程曲线相关性很好,表明锚杆周边单元之间相对位移是导致锚杆发挥加固作用的原因之一。研究了锚杆轴力分布规律,并据此提出了边坡加固优化方案,该加固方案对相似工程具有参考意义。     

Discrete element simulation of crushable rockfill materials

A discrete element method was used to study the evolution of particle crushing in a rockfill sample subjected to triaxial shear. A simple procedure was developed to generate clusters with arbitrary shapes, which resembled real rockfill particles. A theoretical method was developed to define the failure criterion for an individual particle subjected to an arbitrary set of contact forces. Then, a series of numerical tests of large-scale drained triaxial tests were conducted to simulate the behaviors of the rockfill sample. Finally, we examined the development of micro-characteristics such as particle crushing, contact characteristics, porosity, deformation, movement, and energy dissipation. The simulation results were partially compared with the laboratory experiments, and good agreement was achieved, demonstrating that the particle crushing model proposed can be used to simulate the drained triaxial test of rockfill materials. Based on a comparison of macro behaviors of the rockfill sample and micro structures of the particles, the microscopic mechanism of the rockfill materials subjected to triaxial shear was determined qualitatively. It is shown that the crushing rate, rather than the number of crushed particles, can be used to reflect the relationship between macro- and micro-mechanical characteristics of rockfill materials. These research results further develop our understanding of the deformation mechanism of rockfill materials.     

基于Flow-3D的陡坡弯道水流三维数值模拟

弯道急流有其独特的冲击波现象,流态极其复杂,为研究弯道对急流的影响和提出改善措施增添了困难。采用RNG k-ε双方程紊流模型和VOF法,以某工程溢洪道为依托,利用Flow-3D软件,对陡坡弯道段的急流进行了三维数值模拟,通过物理模型试验数据的验证,显示数值模拟结果的正确性。通过计算结果,分析了陡坡弯道对急流流态的影响,提出了导流墙法的弯道急流优化方案,通过物理模型进一步证明,采用导流墙法可有效改善急流弯道水流流态,表明借助Flow-3D软件对弯道水流进行三维数值模拟是可行的。     

土工袋双轴压缩的离散元数值模拟

鉴于土工袋材料介质不连续性的特点,采用离散元法模拟土工袋双轴压缩试验,从细观角度分析土工袋的力学特性。通过蒙特卡洛随机算法生成一定颗粒级配的土颗粒样本,计算时土颗粒间采用弹簧-阻尼器-滑块接触模型,袋子颗粒间采用皮筋-阻尼器接触模型。计算结果表明:土工袋的极限强度远大于无袋子土体的极限强度,土工袋破坏时的总体变形远大于无袋子土体破坏时的总体变形,且袋子颗粒间的张力呈非均匀分布;土工袋应力-应变的数值模拟结果与理论推导公式计算值吻合较好;竖向外力作用下,土工袋内部颗粒间力链由环状均匀分布向大主应力方向发展,颗粒位移呈对称性向两侧扩散,且袋子破坏是土工袋达到极限强度的直接原因。     

面板堆石坝有限元接触问题模拟方法研究

采用三维非线性有限元分析方法对面板堆石坝进行了静力工况分析,提出了基于直接约束法的接触迭代算法来模拟面板堆石坝的面板和堆石间的界面接触,结合工程实例分析了某面板堆石坝面板的应力、变形情况;证明了基于直接约束法的接触迭代算法可以方便地运用于水工接触分析,所得结果能为工程设计提供参考和依据.     

Seepage simulation of high concrete-faced rockfill dams based on generalized equivalent continuum model

This research focused on the three-dimensional (3D) seepage field simulation of a high concrete-faced rockfill dam (CFRD) under complex hydraulic conditions. A generalized equivalent continuum model of fractured rock mass was used for equivalent continuous seepage field analysis based on the improved node virtual flow method. Using a high CFRD as an example, the generalized equivalent continuum range was determined, and a finite element model was established based on the terrain and geological conditions, as well as structural face characteristics of the dam area. The equivalent seepage coefficients of different material zones or positions in the dam foundation were calculated with the Snow model or inverse analysis. Then, the 3D seepage field in the dam area was calculated under the normal water storage conditions, and the corresponding water head distribution, seepage flow, seepage gradient, and seepage characteristics in the dam area were analyzed. The results show that the generalized equivalent continuum model can effectively simulate overall seepage patterns of the CFRD under complex hydraulic conditions and provide a reference for seepage analysis of similar CFRDs.     

多相型综合法及其在高边坡变形预测中的应用

基于相空间重构理论和近邻等距及其加权预测模式,提出了多相型综合预测方法,并应用于高边坡变形监测数据的处理。该方法应用于小湾水电站2#山梁高边坡4个GPS监测点连续430期变形时间序列的数据分析并进行预测。结果表明,该方法有效地削弱了重构参数选取算法和数据噪声等主客观因素对变形预测值的不确定影响,具有更高的预测精度和可靠性,为高边坡变形的非线性混沌预测提供了一种方法。     

离散单元法隧洞施工全过程仿真技术研究

离散单元法特别适合于模拟节理岩体的力学行为,但实际操作起来比较困难.隧道总是位于无限体或半无限体中,而计算模型具有一定的有限尺寸,它的远处边界常为固定边界.在连续介质体数值模拟中,计算模型尺寸常取至少五倍的隧道直径以满足计算精度的要求.对于UDEC离散单元法模拟,由于岩石节理的存在,其计算模型尺寸应该更大以获取相当的计算精度.然而计算模型越大意味着计算模型含有更多的节理单元,需更长的计算时间和更高的计算成本.总结出了隧洞施工全过程离散单元法的几个关键技术,并通过偏桥水电站引水隧洞K2+010～K2+310地段的隧洞稳定性分析,探讨了其实用性.