基于改进离散元强度折减法的堆积体边坡稳定性分析

针对开挖卸载对车峰坪堆积体边坡的不利影响,引入材料摩擦角和泊松比不等式改进离散元强度折减法,采用改进型离散元强度折减法计算车峰坪堆积体边坡各步开挖工况下的安全系数,模拟分析边坡开挖变形情况及边坡特征点的位移变化规律,评价边坡各步开挖工况下的稳定性,制定锚索支护的加固措施。结果表明:采用改进型离散元强度折减法计算的边坡安全系数略保守,计算结果偏安全;堆积体边坡开挖过程中出现滑塌、错台等不稳定现象;采用锚索支护的加固方法,堆积体边坡各工况安全系数均提高,减小了施工风险,前三步台阶特征点位移减少约90%,后两步台阶特征点位移减少约30%。     

考虑块石长轴倾角和土石接触面的土石混合体边坡稳定性分析

为准确分析土石混合体边坡稳定性,提出了一种基于原始块石形状库的随机土石混合体边坡模型构建方法.采用该方法和有限元极限分析软件Optum G2,结合土石混合体边坡物理模型试验,研究了块石掺量、长轴倾角和土石接触面强度对土石混合体边坡稳定性的影响.结果表明:块石在边坡剪切带存在"绕行""分流""包含"3种塑性扩展模式,并改...     

考虑块石长轴倾角和土石接触面的土石混合体边坡稳定性研究

为准确分析土石混合体边坡稳定性,提出了一种基于原始块石形状库的随机土石混合体边坡模型构建方法,该方法可以很好的考虑块石形状和分布特征。采用该方法和有限元极限分析软件Optum G2,结合土石混合体边坡物理模型试验,研究了块石掺量(0%~50%)、长轴倾角(0°~180°)和土石接触面强度(1.4~0.01)对土石混合体边坡稳定性的影响。结果表明,块石在边坡剪切带存在“绕行”、“分流”、“包含”三种塑性扩展模式,并通过改变边坡剪切带的曲折点、长度和发展方向影响边坡稳定;通过对不同块石掺量下边坡稳定性研究,发现当块石掺量大于20%时,块石分布对边坡稳定性的影响较大;在高块石掺量下,边坡容易出现“局部”或“崩解式”破坏;在相同块石掺量下,块石长轴倾角平行或垂直于边坡剪切带时,边坡分别获得最小或最大安全系数;当块石长轴垂直于边坡剪切带时,边坡容易出现“崩解式”破坏,这主要与块石长轴对于边坡剪切带发展的“诱导”效应有关;在相同块石分布模型下,边坡安全系数随土石接触面系数的减小而降低,甚至会低于均质土边坡;当土石接触面强度低于土体强度时,块石对边坡剪切带存在 “吸引”效应。研究结果可为土石混合体边坡稳定性的评估和治理提供参考。     

基于3维离散元颗粒流的土石混合体大型直剪试验模拟分析

为能更好的揭示土石混合体的剪切特性与力学行为,以新疆博乐地区某土石坝心墙料为研究对象,选取了3种不同含石量的室内混合料试样,通过导入随机多面体模板建立真实块体颗粒模型,并进行了不同含石量在不同围压下的的三维颗粒流土石混合体室内大型直剪试验模拟,研究了含石量对试样抗剪强度的影响,分析了土石混合体在剪切过程中的体积变化以及不同含石量下土石混合体的力链网络分布。结果表明：模拟结果与室内试验的拟合度较好,二者具有良好的一致性;含石量对土石混合体的剪切特性有显著影响,含石量越高,土石混合体的抗剪强度越大;在相同法向应力下,试样的剪胀量随着含石量的增加而增大,低含石量试样表现出一定的“软化特性”,高含石量试样表现出“硬化特性”;不同含石量的土石混合体力链网络分布表现为各向异性,随着含石量的增加,强力链数目增多,分布更加集中,试样整体较为稳定,土石混合体在宏观上表现出更高的剪切强度。该研究可以更好的理解土石混合体的细观力学机理,可为相关岩土力学模拟提供参考依据。     

土石混合体边坡的稳定性与大变形破坏分析

土石混合体边坡在自然界中广泛存在,其变形、破坏会对人类的生命财产造成重大损失。忽略块石的作用将其视为均质土坡进行研究往往过于简化。编制二维土石混合体边坡几何模型生成程序,采用极限平衡法、光滑流体动力学方法进行稳定性、大变形破坏分析,以研究块石含量对稳定性和冲击力的影响。为预测稳定性系数并计算失效概率,构建了深度神经网络模型。研究结果表明：当块石含量低于10%时,块石对边坡稳定性的影响很小;构建的神经网络模型能预测稳定性系数且相对误差在11%以内,可用于计算失效概率;冲击力时程曲线取决于块石含量、滑坡体方量、建筑物位置等多种因素。研究成果可为土石混合体滑坡的防灾减灾工作提供理论支持。     

基于离散元强度折减法的五盂高速公路边坡稳定性分析

采用离散元强度折减方法对岩质边坡的稳定性进行有效分析, 选择滑面位移统计值作为边坡失稳判据。先根据该判据计算一个简单岩质边坡的安全系数, 通过传统强度折减分析方法验证了该判据的有效性。以五台-盂县高速公路边坡作为工程实例, 根据此判据确定了该边坡的安全系数, 即在天然条件下边坡处于欠稳定状态, 而在降雨条件下边坡处于失稳状态。计算结果表明: 基于滑面位移统计值作为边坡失稳判据的离散元强度折减法有效地确定了复杂岩质边坡稳定性, 数值模拟结果与现场监测结果基本保持一致, 进一步验证了基于滑面位移统计值作为边坡失稳判据的准确性。     

边坡稳定性强度折减颗粒离散元法分析的细观参数标定策略

根据岩土体力学指标标定颗粒细观参数是应用颗粒离散元解决岩土工程问题的一项基础工作。用颗粒离散元法执行边坡稳定性强度折减法分析时，岩土体抗剪强度随折减系数变化不断调整，使用试算法标定颗粒细观参数则效率严重不足。为解决此问题，采用国产颗粒离散元软件MatDEM，以颗粒细观参数为输入、岩土体抗剪强度指标为输出构建BP神经网络，开发双轴压缩数值模型并行试验技术加速神经网络样本数据的获取过程，重复执行“逆向标定-精度检查-样本修正”实现颗粒细观参数的逆向迭代修正标定。测试试验结果表明，该策略标定的颗粒细观参数与抗剪强度目标高度匹配，数值试验结果与目标值相比误差可控制在不超过1%。采用澳大利亚计算机应用协会（ACADS）的两个边坡稳定性分析经典考题，以模型平均位移突变为极限状态判据执行强度折减法分析，检验该策略的应用效果。结果显示：该策略的标定能力可满足抗剪强度不断调整时颗粒细观参数重新设定的需要，安全系数计算结果与ACADS推荐解具有良好可比性。     

不同含石率及基覆岩层倾角下土石混合体边坡稳定性分析

为准确地分析土石混合体边坡的稳定性，提出了一种可考虑不同块石含量、块石随机分布及基覆岩层倾角的边坡稳定性分析方法。该方法根据土石混合体边坡中的块石含量、级配以及基覆岩层倾角，随机生成了含石率从10%～60%、基覆岩层倾角从0°～20°的边坡模型，每种含石率及基覆岩层倾角均考虑8个不同的块石分布位置，最后将生成的模型导入到Optum G2中建立土石混合体边坡模型，采用有限元极限分析法对该类型边坡的稳定性进行了分析，并将计算结果与采用Kalender等效强度参数模型所得的结果进行了对比验证。研究结果表明，由于块石空间分布位置的不同，相同含石率及基覆岩层倾角下土石混合体边坡的最大、最小下、上限安全系数变化较大；相同含石率下，随着基覆岩层倾角的增加，边坡的下、上限安全系数的平均值变化相对较小；土石混合体边坡坡体中的剪切带呈现出“绕石”、“分流”以及“包含”这3种典型的扩展模式；通过将本文方法与Kalender等效强度参数模型所得的安全系数进行的对比分析，验证了作者所提方法的可行性。研究结果可为土石混合体边坡的设计及施工提供参考依据。     

求解边坡安全系数的离散元法

结合强度折减法的思想和离散元法的特点,提出一种求解岩体边坡安全系数的方法.采用关键点位移/速度时程曲线的变化趋势对边坡的临界状态进行判断,采用失稳状态时坡体的速度/位移矢量图来判断与安全系数对应的滑动面.将上述方法运用到钟家湾顺层边坡的稳定分析中,并将所得结果与极限平衡法计算结果进行了对比,发现二者的计算数值相差较小,对比结果表明该方法是合理可行的.     

基于强度折减法的填方边坡稳定性分析

通过对宁芜改线深基坑工程放坡开挖段填方高边坡采用有限元强度折减法进行数值模拟分析,讨论了在监测中高边坡坡顶发生大的裂缝的原因,根据有限元模型的受力和变形机理进行了分析,以此为根据提出填方高边坡的加固方案.     

不同含石量下泥岩土石混合体剪切特性及细观破坏机制

为探究含石量对泥岩土石混合体剪切特性及细观破坏机制的影响,设计了含石量20%~80%共4组试样,分别在0.2、0.4、0.6、0.8 MPa这4种不同围压下进行室内大型三轴剪切试验,研究不同含石量试样的偏应力、体积应变及抗剪强度参数的变化规律;基于数字图像处理技术生成PFC^2D颗粒流数值模型进行一系列数值分析。结果表明：试样抗剪强度随含石量增大而不断增大。与其他类型的土石混合体不同的是,泥岩土石混合体在低围压下呈先剪缩后剪胀的变化规律,且含石量越高,最终剪胀效果越明显;在高围压下始终表现为剪缩,且含石量越低,剪缩效果越强。内摩擦角随含石量增大呈慢快慢的“S”型增长趋势,且在20%~80%含石量内增长较快;黏聚力随含石量增大不断降低,但下降速率逐渐减小。数值试验表明：土石混合体在剪切过程中存在拉剪混合破坏;随含石量增加,土石混合体骨架结构效应越来越显著,剪切带绕过块石,形成多个形状不规则的小剪切带。     

Generation of 3D random meso-structure of soil-rock mixture and its meso-structural mechanics based on numerical tests

The mesoscopic failure mechanism and the macro-mechanical characteristics of soil-rock mixture(S-RM) under external load are largely controlled by S-RM’s meso-structural features. The objective of this work is to improve the three-dimensional technology for the generation of the random meso-structural models of S-RM, for randomly generating irregular rock blocks in S-RM with different shapes, sizes, and distributions according to the characteristics of the rock blocks’ size distribution. Based on the new improved technology, a software system named as R-SRM3 D for generation and visualization of S-RM is developed. Using R-SRM3 D, a three-dimensional meso-structural model of S-RM is generated and used to study the meso-mechanical behavior through a series of true-triaxial numerical tests. From the numerical tests, the following conclusions are obtained. The meso-stress field of S-RM is influenced by the distribution of the internal rock blocks, and the macro-mechanical characteristics of S-RM are anisotropic in 3D; the intermediate principal stress and the soil-rock interface properties have significant influence on the macro strength of S-RM.     

基于傅里叶近似法的S-RM细观损伤过程研究

为了明确土石混合体（S-RM）的细观损伤演化过程,基于现场水平推剪试验,采用离散元数值模拟方法,开展S-RM水平推剪数值实验研究,分析S-RM的力学特性和细观损伤演化特征. 基于傅里叶近似法,提出微裂纹各向异性定量评价方法. 根据S-RM变形破坏过程中微裂纹各向异性演化特征,划分了S-RM水平推剪细观损伤阶段,通过分析各细观损伤阶段的裂纹扩展特征及发展规律,揭示了S-RM剪切滑动面形成机理. 试验结果表明,微裂纹各向异性程度随着剪切位移的增加而增强,当主裂纹形成后不再有明显变化,微裂纹主要分布在0°~45°与135°~180°;微裂纹的产生主要由于颗粒间的拉应力导致,拉裂纹的各向异性程度明显大于剪切裂纹;土体中微裂纹的贯通导致多条宏观裂纹的形成,由于块石的翻转宏观裂纹逐渐扩展形成一条绕石宏观主裂纹,S-RM沿着主裂纹滑移形成绕石剪切滑动面;滑动面的倾角为34°,与主裂纹倾角和微裂纹在0°~90°的平均角度一致.     

流固耦合作用下节理岩质边坡失稳过程的RFPA模拟分析

利用基于强度折减法的RFPA-Slope对渗流与应力耦合作用下的软弱互层岩质边坡稳定性进行了数值模拟分析,数值模拟不但直观形象地给出了边坡的渗流场、应力场、破坏区分布,而且得到了边坡滑移破坏面的萌生、扩展、贯通以及坡体整体失稳的渐进破坏过程,同时求得安全系数。并与无地下水的稳定性作了比较,结果表明,地下水渗流的作用使坡体位移增大,边坡安全系数减小,明显加大了滑坡范围。对实例的分析说明,RFPA-Slope能够较为准确地预测边坡潜在破坏面的形状与位置及计算相应的稳定安全系数,本文方法对于边坡,特别是对于复杂边坡的稳定性分析具有实用性。     

基于ABAQUS强度折减法的边坡稳定性分析

将大型有限元软件ABAQUS与强度折减有限元法相结合,对边坡的稳定性进行了分析.将折减系数以场变量的形式赋予ABAQUS,动态显示塑性区发生发展的过程.当塑性区贯通且位移和应变发生突变时,边坡处于破坏的临界状态,将此时的折减系数作为边坡的最小稳定系数.通过对工程实例的稳定性分析,并与传统的极限平衡法相比较,证明了该方法可以准确地预测滑动面位置及稳定系数;并对采用关联和非关联流动法则时边坡的稳定性进行了对比分析,发现采用前者时的稳定系数比采用后者时稍微偏高.     

强度储备法在岩质高边坡稳定性分析中的应用

强度储备法抓住影响边坡稳定因素中最关键最难确定的强度指标,通过研究不同强度参数所对应的破坏区域的演变关系来分析边坡的稳定性和潜存的破坏机理,是切实可行的。受材料及试验水平限制,以往在该方面的研究仅局限于少数数值分析。本文结合具体边坡工程实践探索强度储备法在岩质高边坡稳定性分析中的应用。在边坡稳定性三维非线性有限元分析中用强度储备法求解边坡在各种工况下的稳定安全系数,并在三维地质力学模型试验中用该方法寻求边坡的稳定安全系数及破坏机理获得成功。数值计算与模型试验所得结果相近。研究成果在工程实践中得到成功的应用。表明强度储备法是岩质边坡稳定分析的有效方法。     

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。     

Upper bound analysis of slope stability with nonlinear failure criterion based on strength reduction technique

Based on the upper bound limit analysis theorem and the shear strength reduction technique, the equation for expressing critical limit-equilibrium state was employed to define the safety factor of a given slope and its corresponding critical failure mechanism by means of the kinematical approach of limit analysis theory. The nonlinear shear strength parameters were treated as variable parameters and a kinematically admissible failure mechanism was considered for calculation schemes. The iterative optimization method was adopted to obtain the safety factors. Case study and comparative analysis show that solutions presented here agree with available predictions when nonlinear criterion reduces to linear criterion, and the validity of present method could be illuminated. From the numerical results, it can also be seen that nonlinear parameter m, slope foot gradient β, height of slope H, slope top gradient α and soil bulk density γ have significant effects on the safety factor of the slope.