大沂河水利枢纽工程边坡稳定性的数值模拟研究

大沂河水利枢纽工程边坡的稳定性受降雨的影响较大,降雨引起坡体内部的渗流作用,进而影响坡体内部的应力分布,造成边坡失稳等地质灾害.对大沂河水利枢纽工程湖埠西水电站边坡工程建立数值分析模型,分析边坡岩体内部的渗流、应力场、位移等边坡特征,主要得到以下结论:岩质边坡渗流作用受降雨的影响较大,渗流和边坡坡体压力水头值主要与降雨...     

河谷下切对岸坡卸荷影响的数值模拟研究

为了解河谷下切过程中对岸坡卸荷的影响,以某水电站下坝址岸坡为研究对象,通过建立相应三维模型进行数值模拟计算,分析河谷下切过程中的应力场特征、位移场及塑性区演化特征。结果表明,河谷下切过程中,同高程处坡体内部应力水平大于坡表临空面,垂直于河道方向的位移逐渐增大,卸荷深度不断向坡体内部延伸。韧性剪切带的存在对边坡岩体的卸荷有较大影响。     

初始应力场对土坡稳定性分析结果的影响

为研究不同坡高、坡角和土体容重条件下初始应力场(按重力场考虑)对边坡稳定性分析结果的影响,应用有限元抗剪强度折减法对18个边坡进行了分析。结果表明:初始应力场对边坡坡脚产生的位移影响较大,不考虑初应力时的位移值大于考虑初应力时的位移值;初始应力场对坡脚剪应力的影响也较大,但这种影响弱于对坡脚位移的影响,不考虑初应力时的坡脚剪应力大于考虑初应力时的坡脚剪应力;初应力对边坡稳定安全系数的影响很小。     

变形参数对边坡安全系数的影响

针对强度折减弹塑性有限元方法考察边坡稳定性过程中,弹性模量E和泊松比ν是否需要折减进行了分析。对比计算表明,弹性模量E与泊松比ν的不同取值对边坡濒临破坏时特征点位移的突变性和塑性区的贯通性基本没有影响,因而对边坡安全系数的准确确定没有影响。进一步分析表明,强度折减有限元法是基于虚拟的应力场、变形场等参量来确定边坡的安全系数及相应破坏滑裂面位置的,调整弹性模量E与泊松比ν的大小不会改变这种场量的非真实性本质。因此,为了便于强度折减有限元方法在边坡稳定性分析中的运用与发展,建议在有限元计算中不对弹性模量E与泊松比ν进行折减。     

知木林水电站调压井边坡稳定数值模拟研究

为验证知木林水电站调压井边坡的稳定性,利用FLAC3D数值分析软件对该边坡进行数值模拟计算,并结合Tecplot软件进行后处理,对调压井边坡位移场、应力场和塑性区分布规律及发展趋势进行了分析。结果表明,边坡竖直位移受自重应力控制,竖直位移在边坡后沿顶部处最大,为63.16 mm,水平位移场受岩体软弱结构面控制,最大水平位移为13.76 mm;边坡的初始地应力场主要受自重作用控制,局部受软弱结构面影响,最大、最小主要力主要表现为压应力,主应力的方向与边坡应力场分布规律吻合;边坡体内塑形破坏区并未连续贯通,正常工况下天然边坡整体稳定性较好,发生整体滑坡的可能性不大,剪应变集中区受裂隙松弛带和岩层分界面的影响,是潜在的滑动面。     

两级均质土坡位移场对边坡形态的敏感度分析

运用Abaqus有限元软件求解边坡位移场对边坡形态敏感度的方法,求解分析了两级阶梯型均质土坡在坡顶受40 k Pa均布荷载作用下,土坡位移场对一、二级边坡坡度变化与平台高度、宽度变化敏感度的分布规律。结果表明:两级阶梯型均质土坡水平位移场与竖向位移场对二级边坡坡度最敏感位置分别位于二级边坡潜在滑移体下部与边坡坡顶后方附近;对一级边坡坡度较敏感位置分别位于边坡平台后方附近、一级边坡潜在滑坡体下部与一级边坡潜在滑移体顶部、边坡坡顶后方;对边坡平台高度较敏感位置分别位于一、二级边坡潜在滑移体下部与边坡平台下方、一级边坡坡面附近;对边坡平台宽度较敏感位置分别位于二级边坡潜在滑移体下部与边坡坡肩附近。归一化敏感度显示在4个边坡形态因素中,边坡平台高度对边坡位移场影响最大,一级边坡坡度对其影响最小。     

不同交界面对二元结构边坡破坏影响试验研究

二元结构边坡在工程实际中常见,其破坏形式受交界面影响较大。为了研究不同的交界面对二元结构边坡破坏形式的影响规律,深入探讨二元结构边坡破坏机理。通过开展静载作用下不同交界面的二元结构边坡物理模型试验,直观观察到二元结构边坡的破坏形式,同时利用数值模拟试验手段,再现了二元结构边坡在荷载作用下破坏过程。试验研究表明:坡面处测点的运动轨迹与水平面的夹角从坡脚到坡顶逐渐增大,同一排测点的运动轨迹与水平面的夹角从坡面到边坡内部逐渐增大;坡角附近主要是水平向位移,坡顶主要是垂直向位移,最大水平向位移发生在交界面之上边坡中部位置。分析讨论得到了交界面转角变化对上下层土体位移的不同影响。     

基于时间序列模型的边坡位移预测研究

边坡在失稳破坏之前会有较大的变形,边坡位移是判断和预测坡体稳定性的重要指标之一,为了对边坡位移进行预测,实现地质灾害预警,文章基于江苏省内某边坡实时监测位移数据,建立差分自回归移动平均模型,对边坡的位移进行预测。结果表明,利用文章提出的模型进行该边坡位移分析与实测数据非常接近,并进一步预测了边坡未来的发展趋势,总体来看该方法是有效的。     

基于Mohr-Coulomb法的岩质边坡稳定性分析

西泌河水库河床右岸距坝址约4.2 km处有一向河床凸出的三角形山体,岩层顺坡向斜插河床,岸坡处于相对稳定状态。一旦外部条件发生变化,则可能引起库岸边坡失稳。针对工程施工前对边坡的基本特征及影响因素、可能产生的破坏形式,通过建立Mohr-Coulomb模型对边坡位移场、应力场进行分析。根据FLAC3D的强度折减分析,边坡破坏以坡顶产生拉裂缝和坡体产生剪切屈服为标志,稳定性系数为1.41。     

边坡软式透水管在不同淤塞度下的排水效应数值模拟

通过结合实际室内边坡试验成果,借助ＰＬＡＸＩＳ３Ｄ有限元软件建立边坡三维渗流模型,对软式透水管在不同淤塞程度的工况下的排水效应及其对边坡渗流场的影响展开研究。研究结果表明:边坡位移量从坡体内部逐渐向坡面发展演化,在透水管上方的坡面处位移变形量最大;渗流量随着软式透水管累积透水面积的增长而逐渐增加,透水管出水口处的流量最大,随透水管淤塞程度的增加,透水管的导水能力逐渐降低,即边坡坡体与透水管的总渗流量逐渐减少;透水管在较小程度的淤塞情况下仍可发挥部分排水功能,边坡渗流场的地下水位与孔隙水压力值有效降低,不会使坡体产生较大变形量。     

土质边坡归一化变形量失稳判据研究

为建立土质边坡失稳的微观机理和宏观位移之间的关系,应用有限元强度折减法,分析了失稳过程中土质边坡土体单元应力状态和整体稳定性的联系,定义了边坡渐进破坏时潜在滑动面上土体单元的应力差;分别采用塑性应变区贯通、特征点位移突变、应力差等不同失稳判据对均质土坡的稳定性进行判断分析,验证了不同边坡失稳判据间的一致性与统一性。通过单因素敏感性分析方法,分析了边坡几何参数(坡高、坡比)与物理力学参数(弹性模量、重度、黏聚力、内摩擦角和泊松比等)对极限状态下边坡坡顶水平位移的影响;结合归一化变量的变异系数法,构建了以变形量为基础,同时考虑几何因素与物理因素的土质边坡归一化失稳判据,提出了边坡稳定性的评价方法。     

不同坡降影响下弯道式引水渠首水流三维数值模拟研究

采用基于VOF法的RNGkε-紊流模型,对不同横向坡降下的弯道式引水渠首水流进行三维数值模拟,分析了弯道段渠底坡降对水流速度场的影响。计算结果表明:存在一定横向坡降的弯道较平坡相比,在凹岸处增加了一个与主环流同向的小环流,且其纵向主流速最大值向凹岸偏移程度大于平坡。由此得出,存在一定横向坡降时的弯道式引水渠首的水流流速结构更有利于引水渠首引水排沙的需求,能更好的满足实际工程需要。     

动态规划法在搜索加筋土坡最危险滑动面的应用

本文采用非线性有限元法计算加筋土坡的应力场和位移场，依据剪应力法定义的安全系数，应用动态规划法搜索土坡的最危险滑动面。根据计算结果，对比了加筋前后土坡应力场和位移场的变化，分析了加筋对土坡侧向位移和最危险滑动面的影响。指出因加筋材料承担了部分剪应力，约束了土体的侧向位移，从而减小了土中的水平应力，扩散了剪应力，增大了土坡的安全系数。同时，计算分析了加筋材料摆放位置不同时，对土坡抗滑能力的影响效果。提出当将加筋材料贯穿于土中塑性区时，加筋效果最明显。对于较弱地基的土坡，筋材放置在坡底，有利于坡身荷载在地基土中的应力扩散，对限制地基土的侧向位移，提高土坡的安全系数有明显的效果。     

断层力学与几何参数对岩质边坡稳定性的影响

采用FLAC^3D强度折减法并对比slide极限平衡法,分别研究断层破碎带岩土体的泊松比、抗拉强度、内聚力和内摩擦角等力学参数及断层的断距、厚度、倾角、相对临空面的距离等几何参数对岩质边坡破坏模式和稳定性的影响。结果表明:边坡的稳定性随内聚力的增大而增大,且基本不受泊松比和抗拉强度的影响,2种方法得出的内摩擦角对边坡的稳定性影响规律有所不同;断层的几何参数对边坡的破坏模式和稳定性有较大的影响,并且影响程度大于其力学参数的影响。     

地震作用下土质斜坡稳定性的数值模拟

为分析研究地震作用下斜坡的稳定性,采用Phase2有限元软件,建立考虑最不利荷载对斜坡稳定性影响的数值模型,分析地震水平峰值加速度0.1 g条件下不同监测位置模拟的位移和地震加载时间关系曲线以及斜坡位移场、应力场和剪应变增量的变化情况。研究表明受水平地震加速度的影响,坡面法向应力减小,下滑力增加,沿着滑动面向下移动;斜坡中部位移极值达到0.36 mm,地震加载时间4 s时处于失稳状态。随着地震加载时间的增加,斜坡发生累计破坏效应,强震作用下斜坡最易于发生瞬时溃滑。     

强度折减法改进及在边坡稳定性评价中的应用

传统有限元强度折减法在对岩土体强度参数进行折减时并未考虑其对变形参数(弹性模量和泊松比)的影响,会使得分析计算结果不准确,为此改进了传统强度折减法并将其应用于边坡稳定性分析中。基于Mohr-Coulomb强度准则和Duncan-Chang双曲线弹性本构模型,并深入分析土体应力状态、强度与变形的联系,分别建立弹性模量、泊松比与强度折减系数的关系表达式。据此在强度参数折减的同时,对弹性模量和泊松比同时进行修正。以均质土体边坡为例,应用改进的强度折减法开展稳定性评价,并与极限平衡法(Spencer法)进行对比。结果表明:4种有限元强度折减法准确性由大到小依次为:同时修正μ和E方法,只修正E方法,传统有限元强度折减法,只修正μ方法,结论验证了提出的改进方法的合理性和有效性。     

土工袋挡墙变形特性有限元分析

土工袋挡墙作为一种新型加筋土挡墙,已被广泛应用于水利、交通、建筑等各类工程的支挡结构。针对其工作环境多变的特点,运用岩土工程有限元分析软件GTS(Geotechnical and Tunnel analysis System)研究了土工袋挡墙在不同工况下的变形特性。研究结果表明挡墙坡度、高宽比以及填土表面荷载强度对于土工袋挡墙变形特性具有重要影响:坡度决定了土工袋挡墙的变形形态和变形转折点的位置范围,随着坡度变小,墙顶水平位移迅速减小;高宽比越小,墙面变形量越小,且挡墙坡度越大,减小高宽比对限制墙面弯曲变形的效果越好;填土表面荷载强度越大,墙面弯曲变形越大,墙面变形转折点位置随着填土表面荷载的增大在一定变化范围内逐渐上移。由结果可知,坡度决定挡墙变形形态,而高宽比及填土荷载影响主要墙面变形量。     

加筋土高边坡的有限元分析

针对某土工格栅加筋土高边坡的初步设计断面进行有限元计算分析,改变回填土变形模量、泊松比以及土工格栅的变形模量进行计算。计算结果表明:土工格栅最大轴力的大小在每级边坡内部沿竖向的分布近似成三角形或梯形,在整体上的分布则呈锯齿形,轴力突变主要发生在两级边坡相邻的位置。回填土变形模量的变化对填筑体竖向位移的影响较大,而对水平位移的影响相对较小,较小的回填土变形模量会导致边坡位移增大以及格栅轴力增加,但对其分布基本没有影响;格栅变形模量的变化主要影响格栅轴力的大小,格栅变形模量降低时轴力会相应降低,变形模量增加时轴力也会相应增大。在实际工程中适当降低筋材的变形模量,有利于减小筋材受力,降低筋材破坏的风险。     

考虑土体强度参数深度依赖性的非平稳随机场边坡滑动深度和体积分析

基于随机有限元方法（RFEM）和Monte-Carlo模拟,建立了能够模拟具有深度依赖性的土体强度参数边坡或具有软弱夹层边坡的非平稳随机场模型。通过辐射扫描方法获取最危险滑动面,得到非平稳随机场边坡滑动深度和滑动体积。将该方法与均质边坡和平稳随机场边坡获得的滑动深度和滑动体积进行对比,研究土体强度参数深度依赖性的非平稳随机场边坡的不同坡度和各向异性对滑动深度和滑动体积的影响。结果表明：基于RFEM的非平稳随机场滑动深度和滑动体积结果为地质灾害风险及后果评估提供了一个参考分析的新角度;参数的深度依赖性程度越高(变化率b越大),则边坡平均滑动深度和滑动体积越小;在大坡度滑坡风险后果评估中,可以基于均质边坡分析结果进行初步预估;在非平稳随机场中,随着各向异性的增大,所有坡度边坡的滑动体积变异系数增大;不同坡度下,水平方向的相关程度越大,则土坡内软弱夹层的不确定性越强,滑动体积的变异系数也不断增大。