岩土破裂过程分析RFPA离心加载法

将离心加载算法引入到岩石破裂过程分析RFPA系统中,形成了RFPA离心加载法(RFPA-Centrifuge)。RFPA-Centrifuge的应力分析采用有限元基本算法,满足静力平衡、应变相容及岩土体的非线性应力–应变关系;秉承了RFPA系统的破坏分析功能,并且同样考虑材料细观非均匀的影响,对边坡等难点问题进行分析时,不需对滑动面或破坏区域做任何预先假定。通过对垂直土坡离心物理试验、倾斜的土坡、含两组平行节理岩质边坡和不同截面形状隧道的数值试验,证明该法可以直观、逼真地获得岩土结构的破坏区域或滑移破坏面,同时求得安全储备系数,分析结果与物理的试验和有限元强度折减法均比较一致。RFPA-Centrifuge不仅回避了强度折减法中有关力学参数复杂的折减规则,还克服了强度折减法难以用物理试验进行相互验证的不足,因而是一种极具前景的岩土工程稳定性分析方法。     

基于动态和整体强度折减法的边坡稳定性分析

基于强度折减法的边坡稳定性评价只能获得静态单一的安全系数。为获得边坡渐进失稳过程中的稳定性状况,提出基于动态和整体强度折减法的边坡动态稳定性评价方法,利用动态强度折减法搜索出渐进扩展的滑动面,并结合整体强度折减法计算安全系数的优势,在边坡渐进失稳过程中计算动态安全系数,从而实现对边坡失稳全过程的分析和调控。首先,利用动态强度折减法确定出一系列扩展的滑动面,然后,在每一步折减中降低滑动面的强度参数,随后采用整体强度折减法计算此刻的安全系数。最后进行滑动面扩展–安全系数的对应分析,根据安全系数的动态变化规律对边坡进行稳定性评价和支护。两实例计算表明,动态强度折减法获得的滑动面与实际监测数据相吻合,合理反映边坡(滑坡)的变形破坏特征。利用动态和整体强度折减法的各自优势,获得边坡渐进失稳过程中的一系列动态安全系数,更利于边坡的稳定性判断及支护措施建议。相比于极限平衡法,动态强度折减法也更适合于非均质边坡的稳定性评价,能搜索出正确的潜在滑动面。     

基于动态和整体强度折减法的边坡稳定性分析

 基于强度折减法的边坡稳定性评价只能获得静态单一的安全系数。为获得边坡渐进失稳过程中的稳定性状况,提出基于动态和整体强度折减法的边坡动态稳定性评价方法,利用动态强度折减法搜索出渐进扩展的滑动面,并结合整体强度折减法计算安全系数的优势,在边坡渐进失稳过程中计算动态安全系数,从而实现对边坡失稳全过程的分析和调控。首先,利用动态强度折减法确定出一系列扩展的滑动面,然后,在每一步折减中降低滑动面的强度参数,随后采用整体强度折减法计算此刻的安全系数。最后进行滑动面扩展–安全系数的对应分析,根据安全系数的动态变化规律对边坡进行稳定性评价和支护。两实例计算表明,动态强度折减法获得的滑动面与实际监测数据相吻合,合理反映边坡(滑坡)的变形破坏特征。利用动态和整体强度折减法的各自优势,获得边坡渐进失稳过程中的一系列动态安全系数,更利于边坡的稳定性判断及支护措施建议。相比于极限平衡法,动态强度折减法也更适合于非均质边坡的稳定性评价,能搜索出正确的潜在滑动面。     

开挖边坡稳定有限元研究

基于ABAQUS强大的岩土分析功能, 采用强度折减技术及基于等效塑性应变分布和发展的边坡失稳破坏评定准则,对开挖边坡和天然边坡的稳定性进行了对比分析,结果表明开挖边坡的安全系数高于与天然边坡.     

利用有限元强度折减法分析岩质边坡的稳定性

基于有限元强度折减法,利用ANSYS有限元软件,对岩质边坡在地应力作用下进行了稳定性分析。选用D-P屈服准则,以边坡的位移计算不收敛及塑性区贯通作为边坡失稳判据,得到边坡的安全系数及破坏滑动面。通过与成熟的极限平衡法做比较,证明边坡稳定性安全系数是合理的,从而也说明强度折减法在岩质边坡稳定性分析中的优越性。     

基于三维数值模拟和微震监测的水工岩质边坡稳定性分析

建立以微震监测为主、应力场分析为辅的水工岩质边坡稳定性分析方法。利用RFPA3D分析软件,研究三维条件下锦屏一级水电站左岸岩质边坡破坏过程微破裂的萌生、演化、扩展、相互作用和贯通机制,揭示边坡整体失稳破坏模式,探讨岩质边坡渐进失稳破坏过程应力场和微震活动性空间演化基本规律,形成从细观损伤演化过程揭示宏观岩体结构破坏的研究方法。研究结果表明：断层F5,F2和煌斑岩脉X等软弱结构面是控制左岸边坡破坏模式的关键因素之一,RFPA3D离心加载法得到的边坡潜在滑移面及声发射与微震监测系统得到的岩石微破裂空间宏观演化趋势比较一致。     

考虑拉伸屈服强度折减的节理岩质边坡抗震稳定性分析

传统的强度折减法未对材料的抗拉强度进行同时折减,在其对含节理面岩质边坡进行稳定性分析过程中,求得的安全系数具有较大的误差,未考虑拉破坏屈服的安全系数大于考虑拉破坏屈服的安全系数.在考虑拉伸屈服强度折减理论分析基础上,采用考虑拉伸破坏的M-C准则对含结理面岩质边坡进行稳定性分析,给出塑性区的分布及发展规律,求得安全系数.并基于此采用拟静力法对地震荷载作用下含节理面岩质边坡进行分析,得出在地震荷载作用下结构的安全系数降低,塑性区分布更广,从而降低了结构的安全储备,对工程应用具有指导意义.     

锦屏Ⅰ级水电站左岸坝肩边坡施工期破坏模式及稳定性分析

由于具有复杂的地质结构,岩石高边坡的变形破坏机制和失稳模式非常复杂。首先采用底摩擦试验研究锦屏Ⅰ级水电站左岸工程边坡在工程开挖过程中的变形破坏模式。试验结果表明：（1）变形破坏模式为滑移一拉裂式;（2）岩体被煌斑岩脉X和f42-9断层共同切割形成不稳定块体,并发生失稳破坏。在此基础上,充分利用FLAC30软件模拟边坡开挖变形的强大功能,分析边坡在开挖过程中可能的变形失稳模式。数值结果显示,f5,f8,f42-9断层以及裂隙密集带SL44—1和煌斑岩脉X等软弱结构面控制岩体的开裂和边坡的失稳。然后,通过有限元强度折减法计算得到工程边坡在不同工况下的安全系数：天然状态下边坡安全系数为1．277;开挖工况下边坡安全系数为1．152;施加支护措施后边坡安全系数为1．385。     

锦屏I级水电站左岸坝肩边坡施工期破坏模式及稳定性分析

 由于具有复杂的地质结构,岩石高边坡的变形破坏机制和失稳模式非常复杂。首先采用底摩擦试验研究锦屏I级水电站左岸工程边坡在工程开挖过程中的变形破坏模式。试验结果表明：(1) 变形破坏模式为滑移–拉裂式;(2) 岩体被煌斑岩脉X和f42–9断层共同切割形成不稳定块体,并发生失稳破坏。在此基础上,充分利用FLAC3D软件模拟边坡开挖变形的强大功能,分析边坡在开挖过程中可能的变形失稳模式。数值结果显示,f5,f8,f42–9断层以及裂隙密集带SL44–1和煌斑岩脉X等软弱结构面控制岩体的开裂和边坡的失稳。然后,通过有限元强度折减法计算得到工程边坡在不同工况下的安全系数：天然状态下边坡安全系数为1.277;开挖工况下边坡安全系数为1.152;施加支护措施后边坡安全系数为1.385。     

连拱隧道施工方法对边坡稳定性的影响分析

结合某工程,建立了三维弹塑性有限元模型,就隧道的开挖施工过程进行了数值模拟,用强度折减法原理计算得到在左洞先挖和右洞先挖两种施工方法下边坡的安全系数,并探讨了不同开挖顺序对隧道和边坡稳定性的影响.得出了坡体的安全系数随施工的进行逐渐减小、最后趋于稳定的结论,以及对于偏压连拱隧道,先开挖靠边坡外侧的隧洞对边坡的稳定和隧道的安全更加有利.文章最后分析了边坡的破坏失稳机理,提出需加强观测以及采取一定加固措施的建议.其结论对隧道的施工方法具有指导意义.     

离心加载有限元方法在边坡稳定分析中的应用

基于RFPA有限单元法,引入离心机法(容重增加法)的基本原理,建立一种新的边坡稳定分析方法——离心加载有限元方法。该法在离心加载过程中不需预先假定滑动面,岩土体的强度指标c、?在计算过程中保持为常量,边坡稳定安全系数的定义简单明确;同时应用RFPA方法中刚度退化和刚度重建手段,可以很好地模拟出了边坡渐进破坏的全过程。通过与传统极限平衡条分法和极限分析有限元法以及物理试验研究成果相比较,表明RFPA离心加载有限元法的稳定分析方法是合理有效的,在边坡工程稳定分析中的应用是切实可行的。     

用有限元强度折减法进行节理岩质边坡稳定性分析

通过对节理岩质边坡非线性有限元模型进行强度折减，使边坡达不到稳定状态时，有限元静力计算将不收敛，此时的折减系数就是稳定安全系数。同时可得到边坡破坏时的滑动面以及破坏过程，有传统条分法无法获得节理岩质边坡的滑动面与稳定安全系数，该方法为节理岩质边坡稳定分析了开辟新的途径，通过算例表明了此法的可行性。     

虎跳峡龙蟠右岸边坡稳定性的数值模拟

虎跳峡龙蟠右岸边坡的稳定性问题对拟建的虎跳峡水电站具有重要的意义。在钻探及平硐勘查过程中尚未发现该边坡有连续的滑动面,因此无法用传统的极限平衡法对其稳定性作出判定。本文运用有限元强度折减法对虎跳峡龙蟠右岸边坡的稳定性进行了稳定性分析研究,得出该边坡在现今应力场状态下的稳定性问题、潜在的破坏模式及相应的滑动面。此外,还结合离散元模拟进行了对比,结果表明有限元强度折减法和离散元方法获得的滑动面基本一致,增强了计算结果的可靠性。     

桩基荷载作用下隧洞破坏模式研究与安全分析

 以重庆市朝天门隧道为工程实例,采用有限元强度折减法进行桩基荷载作用下隧洞的稳定性分析。桩与隧洞相互作用是一个桩–岩土–结构共同作用的复杂过程,主要有3种破坏模式：隧洞破坏、桩基破坏、衬砌破坏。隧洞破坏与桩基破坏属于土体剪切破坏,可以采用有限元强度折减法求其稳定安全系数。针对桩基荷载作用下隧洞稳定性的各种影响因素：岩体强度、桩基荷载、桩与隧洞距离及桩的埋深等,建立6种计算方案、16种计算桩位,求出相应的安全系数,并分析其内在规律。桩与隧洞之间存在临界距离与临界埋深,当桩位于临界距离或临界埋深范围之内时,桩对隧洞稳定性有较大影响,隧洞先发生破坏,反之则桩对隧洞影响较小,桩基先发生破坏。     

岩石疲劳破坏的变形控制律、岩土力学试验的实时X射线CT扫描和边坡坝基抗滑稳定分析的新方法

介绍了近年来在岩土力学领域方面取得的一些进展:①关于岩石疲劳破坏试验方面的实验结果。大量的试验清楚表明岩石发生疲劳破坏时的变形量受岩石应力-应变全过程曲线控制的规律,介绍了这方面的试验技术及新型的岩石力学试验机--RMT机的特性,对岩石的I型和Ⅱ型分类作了评述。岩石疲劳试验结果也提示我们在研究岩石的强度理论时要特别重视从变形角度去探讨。②简要介绍了岩土力学室内试验方面的一项新的实验技术--实时X射线CT扫描的试验方法和原理。重点给出了南桥砂岩三轴试验的结果,并与典型的全过程曲线作了对比分析。这一新技术为岩土力学界提供了一种新手段,使宏观的力学性能与细观层次上的结构演变和裂纹萌生、扩展直到破坏有机地联系起来,为损伤研究提供了一种新的实验手段。③论述了采用强度储备概念求抗滑稳定安全系数方面的不足之处。基于力是矢量这一基本概念,提出了计算抗滑稳定安全系数的新方法--矢量和分析方法,并与传统分析方法作了对比,指出了这种新方法的优点。除了平面问题外,还论述了三维问题的计算方法和算式。     

Numerical study on failure mechanism of tunnel in jointed rock mass

During underground excavation many surrounding rock failures have close relationship with joints. The stability study on tunnel in jointed rock mass is of importance to rock engineering, especially tunneling and underground space development. In this paper, a numerical code called RFPA was used to study the influence of different dip angle of layered joints and the lateral pressure coefficient on the stability of tunnel in jointed rock mass. Numerical analysis indicated that both the dip angle of joints and the lateral pressure coefficient have significant impacts on the failure mode and displacement characters of tunnel. The progressive failure processes of tunnel in jointed rock mass were presented and the mechanisms were discussed. The applicable condition of geographical method by Goodman is also discussed. These results offer a guideline in support design.     

边坡稳定性分析的物质点强度折减法

采用更新拉格朗日控制方程的物质点法模拟边坡失效过程。基于广义插值物质点法以及弹塑性土体模型,提出了物质点强度折减法,并用于边坡稳定性分析,具体步骤为:划分背景网格,确定物质点;分步加载重力以消除物质点的应力振荡,确定边坡初始应力场;折减强度参数,计算边坡塑性区分布及土体变形,确定安全系数。算例表明,物质点强度折减法与有限元强度折减法计算结果相近。同时,物质点强度折减法可采用坡顶点竖直方向的位移是否突变作为边坡失稳判据。此外,利用物质点强度折减法还发现,在某一折减系数下,即使塑性区贯通,边坡仍然具有一定的稳定性,不会立即发生位移突变,为边坡稳定性分析提供了新的思路。