节理岩质边坡稳定性分析及其工程应用

采用有限单元法对含节理岩质边坡进行应力应变及稳定性分析,得到边坡岩体的应力分布及变形特征;通过强度折减,得到边坡的稳定安全系数以及可能的最危险滑动面;了解边坡破坏的主要控制因素及破坏过程.以某水电站坝轴线处岩质高边坡为例,采用有限单元法对边坡进行了稳定性分析.结果表明:对于含节理的岩质边坡,有限单元法可以分别研究岩块和节理的屈服情况,为分析边坡可能发生的破坏形式及破坏过程提供依据;通过工程实例验证了有限单元法在节理岩质边坡稳定性分析中的可行性.对于大型工程的含节理岩质高边坡,采用有限单元法分析其稳定性,并与刚体极限平衡方法的计算结果进行对比,能够更好地反映边坡的变形及稳定状态.本研究成果对类似边坡工程具有一定的借鉴作用.     

岫岩小虎岭破碎带边坡稳定性分析

以岫岩小虎岭工程边坡为例,为了评价和研究含破碎带的岩质高边坡稳定性及抗滑桩加固效果。通过现场大型直剪试验和室内试验获得计算参数,基于数值模拟采用有限元强度折减法分析其稳定性并获得安全系数。结果表明破碎带是影响边坡稳定的主要原因,边坡塑性贯通区与破碎带形状一致;自然状态下安全系数为1.01,属欠稳定坡,采用抗滑桩加固后安全系数提高至1.72;安全系数在一定范围内随破碎带土体的c、φ值的增大而增大。     

基于SVM-GEP岩质边坡可靠性分析

由于岩质边坡通常存在节理、裂隙等不连续面,边坡滑动模式的稳定性系数是一个隐函数,导致了在其相应的可靠度研究中建立显式的极限状态方程是不可能的.为了解决这一问题,本文提出了基于SVM-GEP岩质边坡的可靠性分析方法.该方法中,以节理面性质参数及几何参数为随机变量,采用离限元结合强度折减法计算岩质边坡的稳定性系数,通过SVM对已有数据进行训练,然后对检测数据预测,采用最小二乘法对这些数据进行拟合,得到显示的极限状态函数,并应用GEP方法计算可靠度及相应的验算点,以消除经典方法在可靠度指标求解过程中方程线性化带来的误差.研究表明:应用SVM-GEP方法分析岩质边坡的可靠性是可行的.     

含硬性贯通结构面的岩质边坡稳定性研究

选取典型的具有硬性贯通结构面的岩质边坡模型,采用有限元强度折减法并应用岩土数值模拟软件对其进行详细的数值模拟,得到边坡在不同位置结构面、坡角及倾角下的安全系数和潜在滑移面。这说明将含贯通结构面的岩体总体特征予以反映并使之模型化是可行的。结果表明,随着结构面与坡脚距离的增大,安全系数也逐渐提高;边坡坡度越大,剪应力向坡脚集中,继而易发生破坏;坡角一定时,安全系数随倾角呈U形抛物线变化;潜在滑移面不一定沿着结构面发生破坏,也可能在岩体内滑动。上述各项岩土参数对岩质边坡稳定性的影响规律,可用于指导工程实践,有一定的推广价值。     

含锯齿状结构面的岩质边坡稳定性拟动力分析

为了研究含有锯齿状结构面的岩质边坡稳定性，结合锯齿状结构面的剪切强度经验公式，综合考虑结构面参数、锚固效应、地震作用以及地下水位深度等因素的影响，基于改进的拟动力法推导了加锚结构面边坡抗滑稳定性安全系数计算式，并分析了岩石边坡稳定性的影响因素，结果表明：锯齿状结构面的抗剪强度与起伏角呈线性关系，随着起伏角的增大而增大；随着地震系数、滑动面倾角、水位深度、边坡倾角以及土体重度的增加，边坡稳定性降低，随着内摩擦角的增大而提高；锚固力越大，岩体的抗剪强度增大，边坡抗滑稳定性提高，但是锚固角的增大对边坡的稳定性起着负面效应。     

岩质高边坡岩体力学参数确定及稳定性研究

以云南某露天矿采场岩质高边坡工程为研究对象,阐述了岩体力学参数在边坡稳定性分析中的重要性,因原位试验对于坚硬岩体或极软岩体的不适用性,对坚硬岩体,以室内试验得出的岩石物理力学参数和岩体质量评价RMR评分值为依据,并综合考虑岩体中节理裂隙、岩体结构、地下水的影响,运用霍克-布朗(Hoek-Brown)强度准则将岩石力学参数进行折减修正后换算成岩体力学参数,并与现场原位试验所得软弱岩体力学参数结果相结合得到最终岩体力学参数.在上述调查、研究基础上,采用有限差分法(FLAC数值分析软件)对现状边坡进行静态的稳定性分析,提出合理的最终边坡角及总台阶高度,保证矿山正常生产和经济效益的提高.     

地震作用下节理岩质边坡的动力稳定性分析

基于离散数学的思想,将边坡离散为众多子区域,利用离散元强度折减法,以子区域特征点的位移时程曲线是否收敛作为岩体的失稳判据,研究节理岩质边坡的动力稳定性.通过分析边坡的动力响应规律,验证了由该方法确定的边坡滑面位置及安全系数是合理的.在此基础上,以某大型节理岩质边坡为例,分析了地震作用下边坡的变形破坏特征.计算结果表明,边坡的变形破坏存在浅表层动力效应,该效应在汶川震区边坡震害中多有体现.通过分析边坡浅表层动力效应的产生机理,为节理岩质边坡的防护提供一定的参考.     

各向异性和非均质性的抗滑桩边坡稳定性分析

为了研究抗滑桩边坡在软土强度各向异性和非均质性条件下安全系数的变化,本文基于英国路堤整体稳定性设计规范BS8006中抗滑桩加固路堤的安全系数计算方法,将强度各向异性和非均质性引入到分析方法中。考虑抗滑桩加固边坡水平土拱效应的影响,建立了考虑土体强度各向异性和非均质性的抗滑桩边坡稳定性计算方法。通过对ABAQUS有限元分析软件的二次开发,分析了强度各向异性参数和非均质性对抗滑桩边坡稳定性的影响,验证了解析解的准确性。结果表明：各项同性均质抗滑桩边坡的安全系数比各向异性非均质的安全系数高出20%以上;理论计算与数值模拟计算结果误差为10%左右,理论计算所得结果偏安全。     

降雨入渗条件下无限边坡的稳定性分析

用Iverson解析解描述降雨入渗,并采用Mohr-Coulomb强度准则,对降雨过程中平移模式下无限均质边坡的水平位移进行弹塑性计算,据此分析边坡安全系数和滑坡前坡面水平位移的关系,并探讨土坡的抗剪强度参数、降雨强度和初始应力状态对边坡安全系数和水平位移的影响.结果表明,对于抗剪强度参数较小的无限边坡,在较大的降雨强度作用时,滑坡很快就会发生,且滑坡前的水平位移较小,但初始应力状态对滑坡发生的时间没有影响.     

岩质边坡锚杆框架梁加固的有限元分析

针对石家庄至武汉铁路客运专线岩质边坡,采用有限元数值计算方法分析了锚杆（索）框架梁加固岩质边坡的受力情况.得到了边坡位移场和应力场分布规律和锚杆（索）轴向力的大小.计算结果表明：实际工程中采用锚杆、预应力锚索加抗滑桩这种新型的复合式支护结构能有效地限制边坡的水平位移,提高边坡的稳定性,锚索的布置和预应力设计值大小显著影响坡体内部的位移及应力场分布,研究结论对岩质边坡的工程设计具有一定的借鉴意义.     

Effect of rock mass structure and block size on the slope stability--Physical modeling and discrete element simulation

This paper studies the stability of jointed rock slopes by using our improved three-dimensional discrete element methods (DEM) and physical modeling. Results show that the DEM can simulate all failure modes of rock slopes with different joint configurations. The stress in each rock block is not homogeneous and blocks rotate in failure development. Failure modes depend on the configuration of joints. Toppling failure is observed for the slope with straight joints and sliding failure is observed for the slope with staged joints. The DEM results are also compared with those of limit equilibrium method (LEM). Without considering the joints in rock masses, the LEM predicts much higher factor of safety than physical modeling and DEM. The failure mode and factor of safety predicted by the DEM are in good agreement with laboratory tests for any jointed rock slope.     

Effect of rock mass structure and block size on the slope stability——Physical modeling and discrete element simulation

Rock slope has many geological structures with different sizes, configurations and mechanical properties such as joints, fissures, faults, shear bands and so on[1]. These geological structures may make the slope unstable, producing toppling, fracturing or sliding failures. A lot of investigations have focused on the stability of jointed rock slope, however, the mechanisms on the progressive failure of jointed rock slope is still an open issue in either physical modeling or numerical simulation…     

基于影响因素的隧道洞口岩质斜坡稳定性评价——以成兰铁路某隧道出口斜坡为例

以成兰铁路某隧道出口斜坡为例,将地层岩性、岩体结构与地质构造、工程开挖、震动作用和地貌条件确定为影响稳定性的主要因素;运用巴顿模型,获得主要结构面等效抗剪强度参数并应用于赤平投影分析;分别采用有限元和离散元软件对斜坡洞口开挖及地震作用下的稳定性进行数值模拟分析;综合多种方法的分析结果作出稳定性评价。最后给出了基于影响因素的隧道洞口岩质斜坡稳定性评价的几点认识。       

基于弹塑性有限元的深挖路堑碎裂岩质边坡稳定性分析

西部地区地形地质条件复杂,对于岩体破碎、裂隙发育的边坡,前期地勘和试验工作获取到的信息非常有限,难以确定岩体力学参数统计特征.本文结合边坡施工开挖逐步揭示的工程地质信息,建立切合工程地质特征的三维弹塑性有限元模型,模拟边坡开挖过程对工程岩体岩石力学参数进行反分析,对比开挖过程测斜监测获得的位移变形,获得了接近实际情况的...     

基于强度折减法对水电站坝头边坡稳定性分析

首先对利用有限差分强度折减法判断边坡失稳的准则进行了分析,以某拟建水电站坝头岩石高边坡变形体为实例,在现场勘察的基础上,利用Flac3D数值模拟对该高边坡蓄水前后的稳定性进行了分析,并利用强度折减法求出安全系数。结果表明,实例高边坡在蓄水前后整体上处于稳定,另外验证了利用有限差分强度折减法可以定量地解决岩体边坡的稳定问题。     

基于强度折减法随机裂隙岩体结构稳定性分析

克服裂隙岩体确定性分析方法的局限性,采用有限元强度折减法对节理裂隙随机分布的重力坝安全稳定性进行评价。运用Monte-Carlo方法,生成二维和三维随机节理裂隙网络模型,模型较为真实的还原了节理裂隙的分布情况;针对重力坝只含软弱夹层和同时含软弱夹层和节理裂隙两种情况,采用强度折减法对比分析其塑性区和水平位移变化情况。研究结果表明,含节理裂隙的重力坝坝基内部塑性区较多,且局部破坏严重,坝体的水平位移相对较大。该结果可为裂隙岩体地下工程的安全和稳定性研究提供参考。     

井工开采对边坡稳定性影响的有限元分析

边坡下方井工开采是一个露天煤矿普遍存在的问题。本文采用有限元方法针对某一具体实例进行了数值模拟。模拟考虑了岩体力学特性及岩体结构特征,并模拟了井采过程。通过井采前后边坡岩体应力分析、位移分析,对边坡下方井工开采对边坡稳定性影响获得了一些认识。     

基于正交试验设计的岩坡力学参数反演

对某岩坡Ⅲ区现场勘察后认为,该区为断层破碎带,属碎裂结构,岩体分级为Ⅳ级.由于地质情况复杂、岩体破碎以及边坡开挖引起的应力释放等原因,致使边坡岩体加固的力学参数用常规方法较难确定.运用正交试验设计的方法借助有限差分程序FLAC进行分析,以安全系数作为评价指标,模拟各参数不同水平的各种组合,对影响边坡稳定性的各因素进行了敏感性分析,并对边坡力学参数进行了反演,得出较为合理的力学参数,为边坡治理提供依据.     

基于位移监测信息的土质边坡稳定性实时评判

为了实时、准确地掌握边坡的稳定状态,建立了基于位移监测信息的土质边坡稳定性评判分析方法。该方法采用强度折减系数来描述边坡的稳定状态。基于神经网络算法,以有限元数值模拟数据为训练样本,建立了强度折减系数与边坡位移的非线性函数关系。利用此函数关系并根据边坡位移就可以计算出强度折减系数,进而便能评判边坡的稳定性。最后利用一组数值模拟数据,验证了本文方法的有效性和实用性。