基于数值分析法的岩质边坡开挖应力状态分析

文章以锦屏水电站某边坡开挖工程为例,采用数值分析法动态计算了边坡开挖过程中的应力变化,发现开挖方式和支护时机对边坡开挖过程的应力调整状态影响显著,岩体开挖完成后及时支护有助于避免坡脚处出现应力集中现象。研究成果对今后类似边坡工程开挖支护方案优化具有一定的参考价值。     

云临高速桥改路基路堑边坡与填方路堤稳定性评价

云南省云县至临沧高速公路选择将青树塘3号中桥变更设计为路基方案跨越沟谷,由此带来的路堑边坡开挖和下部填方路堤的稳定性成为桥改路基方案能否得以实施的关键。依托该工程背景,在地质调查的基础上,采用数值计算方法,分别设计了不同施工步下的极限平衡和有限元计算工况,并对其安全稳定性进行评价,所得结论如下:左幅为路堑开挖地形主要产生卸荷回弹变形,右幅为填筑路堤主要产生工后固结变形和沉降变形,需要控制两者之间的沉降差。通过初始和开挖填筑地形下,考虑加固措施和路面荷载的坡体稳定性计算结果可知,该边坡的局部和整体稳定性均满足工程稳定性要求。通过考虑施工过程的桥改路基段数值仿真计算分析,路堑边坡开挖和加固完成后,地基应力满足工程稳定性要求,坡体变形稳定,变形和应力计算支撑桥改路基方案。     

某岩质高边坡稳定性分析及预应力锚索加固设计

某岩质公路边坡最大坡高63 m,针对该公路边坡开挖形成的裂缝问题,结合地质条件分析了边坡裂缝产生的原因。采用极限平衡法对边坡整体稳定和块体稳定进行了分析计算,并用二维有限元软件Phase2对边坡开挖过程进行了仿真分析,对边坡应力和变形规律进行了研究。在此基础上,确定了边坡加固方案和预应力锚索结构形式、参数及灌浆工艺。边坡裂缝经加固处理后,边坡各测点的变形值基本稳定,表明边坡加固设计方案合理,保证了边坡稳定。其经验可为相关边坡工程加固提供借鉴。     

基于强度折减法的水库泄洪洞边坡稳定分析

在天然边坡上进行洞室开挖,将破坏边坡原始的地质及应力条件,有可能导致边坡失稳。本文以强度折减法为边坡稳定计算的方法,对清蓄下库泄洪洞的两种进洞方案进行边坡稳定分析。计算结果表明:采用调整后的进洞方案,进洞口位移大幅减小,塑性区分布远离洞室,衬砌结构拉应力值较低,边坡安全系数为1.33,满足泄洪洞边坡稳定要求。     

长河坝水电站1~#初期导流洞进口高边坡稳定分析

文中对长河坝水电站1~#初期导流洞进口高边坡稳定进行了分析,分析采用ANSYS软件,运用三维非线性有限元法模拟了相关各岩层、断层的结构和性能,计算了全断面开挖未支护工况、开挖过程与支护工况、正常蓄水位工况和水位骤降工况下的应力状态,并通过初始地应力场计算、开挖作用下边坡变形应力计算、运行期水位骤降情况变形应力计算,综合评价了该边坡的整体稳定性,提出了合理的加固支护建议.     

小湾电站进水口边坡开挖与支护的三维仿真

采用三维弹粘塑性有限元法,对小湾电站进水口边坡的开挖与支护进行了仿真模拟.计算中考虑了预应力锚索、抗剪洞、混凝土面板支护及开挖松弛的影响,并计入了地下水的作用.在完成天然地应力场的计算后,后续模拟严格按照施工开挖、锚固、回填、加荷等工序分为67个计算步.计算结果表明,在现有的地质条件和参数下,此开挖与支护方案能够保证边坡的整体稳定性.按有限元强度折减法计算所得的强度储备安全系数为1.50,表明采用的开挖和支护方案是合理的.     

基于流固耦合理论的饱和-非饱和土开挖边坡稳定性分析

现有开挖边坡稳定分析的研究中,综合考虑开挖效应与应力-渗流耦合作用对边坡稳定性影响的分析很少。为此,根据饱和-非饱和土渗流及抗剪强度特性,推导了饱和-非饱和土在应力-渗流耦合作用下的有限元求解方程,介绍了计算饱和-非饱和土开挖边坡稳定性的有限元强度折减技术。建立了一开挖边坡算例进行应力-渗流耦合分析,结果表明,相对于非开挖模式下的计算,开挖卸荷效应对开挖边坡稳定性有一定提高作用,但这一作用随着时间的延长会逐渐减弱直至消失。对影响开挖边坡稳定的各种因素进行了计算分析,开挖速度、初始水位高度、渗透系数以及弹性模量、泊松比等影响因素对应力-渗流耦合作用下的开挖边坡稳定性影响较大,影响规律和以往的研究结论有所不同。     

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。     

开挖卸荷速率变化对岩质边坡应力应变影响作用研究

基于卸荷岩体力学理论及方法,应用FLAC3D有限差分计算软件,在数值分析中模拟不同速率的边坡开挖。并在不同开挖速率下,对考虑及不考虑边坡岩体卸荷变化条件下开挖边坡的应力应变特征进行了对比分析。结果表明:在考虑岩体开挖卸荷作用的前提下,开挖速率越慢,开挖过程中边坡模型的应力应变越小,塑性区范围也越小;而在不考虑岩体动态开挖卸荷作用时,开挖速率对边坡最终的应力应变以及塑性区大小并无直接影响。因此,在实际施工中应充分考虑动态卸荷作用以及开挖速率的影响,注意控制开挖进度,开挖后应对开挖边坡及时进行加固。     

新疆某工程砂砾石高边坡静力分析

采用有限元的有限差分分析方法对新疆某工程砂砾石高边坡进行静力分析,结果表明:天然状态下在自重应力作用下,单元整体向边坡外侧移动,且最大位移发生在大坝下游待开挖边坡及其下游侧边坡范围;施工开挖过程,竖向累计位移最大达到8.6 cm,表现为向上回弹;侧向累计位移最大达到2.2 cm,表现为向边坡外侧位移;边坡开挖后整体稳定安全系数达到1.47,说明开挖边坡后明显提高了边坡安全系数。     

某库区料场高边坡全过程稳定性评价

针对某一库区层状料场的岩质高边坡,考虑高边坡的复杂地质条件以及料场的实际开挖过程,基于MIDAS/GTS建立了有限元数值计算模型。在进行三维非线性数值模拟时,计入开挖卸荷、不同蓄水位和降雨以及地震荷载等因素对高边坡的变形、应力和稳定性的影响。计算结果表明,各工况下塑性区均属浅表塑性区,边坡整体稳定性良好,且开挖对边坡的稳定性有较明显的改善。研究结果为全面评价该边坡料场的安全稳定性提供了理论依据。     

含不利组合结构面的高边坡开挖稳定性分析

分别运用有限差分法对边坡整体和块体极限平衡法对边坡局部进行稳定性评价.结果表明,局部的小断层对该边坡的整体稳定没有构成较大威胁,但部分含有断层的区域应该给予重点关注;边坡开挖后整体的位移和拉应力区域较小,应根据需要进行加固;在430-460 m高程开挖施工过程中,形成的开挖剖面可能与两组结构面组成不稳定块体,故应重视开挖方向和顺序;开挖完成后两组结构面距离下游开挖面较远,组成不稳定块体的可能性不大,但施工中应做好排水措施.     

土质边坡开挖试验及其数值模拟研究

通过室内土质边坡开挖试验,研究了加载和开挖条件下边坡变形和应力变化规律,并通过数值模拟方法,探讨了边坡失稳的应力-应变机制,最后分析了开挖对坡体稳定系数的影响。结果表明:顶部载荷和坡底开挖均会降低边坡的稳定系数;初始条件下边坡的稳定系数为1.84,加载120 kg重物后减为1.332,开挖15cm后减为1.093,坡体处于失稳边缘状态;坡体应力在靠近荷载处变化最大,越远变化越小,开挖主要造成坡体竖向受力逐渐减小。     

开挖和隧洞掘进对洞脸边坡影响的有限元分析

水电站引水洞进口边坡一般都比较陡峻,该边坡的变形、稳定情况是引水隧洞乃至整个工程建设的关键问题。为了解边坡开挖、隧洞掘进对边坡的影响,采用有限元方法,利用单元生死技术全真模拟边坡开挖、隧洞掘进。根据分析结果进行了边坡支护设计,并采用强度折减法得到安全系数,通过分析该边坡变形、应力、屈服破坏情况,对其稳定性及支护措施的合理性进行评价。计算结果表明:边坡开挖使坡体产生一些竖直方向的回弹变形和水平向坡外的变形,并出现不同程度的张拉应力区域;深埋隧洞开挖仅对隧洞附近边坡影响较大;采取的支护形式能够有效的加固边坡,符合工程要求。     

龙滩水电站左岸高边坡支护与施工程序设计

针对龙滩水电站左岸典型反倾向层状结构岩质高边坡的稳定和变形问题,通过边坡稳定性分析和施工程序的模拟,结合边坡开挖后岩体应力调整和分布规律,有针对性地选择各种支护措施的实施时机,并对各种支护措施在施工时序上进行优化组合,确定合理的边坡施工程序。在保证施工期边坡稳定的前提下,为锚索施工赢得了时间,较好地解决了高边坡工程施工中存在的因支护制约开挖及难以组织快速施工等方面的问题。     

某路堑高边坡稳定性评价及优化设计

镇清高速回龙寨服务区Ｋ９＋７００左侧属于典型破碎顺层软岩路堑高边坡,由于坡体岩质复杂,出现坡顶变形开裂和小型浅层土质滑坡等问题,施工过程中面临整体滑坡风险,由此产生边坡下部开挖及加固问题。以此高边坡工程为研究对象,利用历史和现状地面勘察的方法定性分析了潜在安全问题以及关键技术难题,基于坡体目前临界稳定状态,结合现场地质调查及参数反分析方法综合确定了现有条件下的边坡岩土力学参数,结合实际情况设计３种开挖及加固方案,并基于数值模拟方法综合评价了该边坡的稳定性。主要结论:不施加加固措施直接开挖和按初始加固设计的两种情况均不满足边坡稳定性安全控制标准;通过不同开挖及加固方案的费效性对比,开挖方案２在保证稳定的基础上最经济,为最优开挖加固设计方案。     

溪洛渡水电站拱肩槽及进水口高边坡稳定性研究

溪洛渡水电站的拱肩槽开挖高边坡最高约250 m, 进 水口开挖高边坡最高约160 m,其稳定性是复杂的空间问题。通过对拱肩槽及进水口边坡的应力场、位移场和破坏区域模拟计算表明: 拱肩槽、进水口边坡在拟订的开挖坡比条件下整体 均处于稳定状态。边坡局部稳定性分析表明: 拱肩槽、进水口边坡均存在不同程度的不稳定 性块体,对边坡开挖施工和后期工程运行存在不同程度威胁。针对研究中发现的上述问题提 出了相应的处理措施。     

某水电站开挖岩质边坡稳定分析及加固措施优化

某水电站泄洪洞进水口边坡为典型的岩质高陡开挖边坡,其稳定性对水电站的安全施工及运行影响重大。为此,建立了泄洪洞所在开挖高边坡的三维有限元模型,并运用有限差分软件进行稳定性分析计算;综合考虑边坡在天然、开挖、卸荷、暴雨蓄水、地震工况下的应力、应变的大小及分布状况,同时结合典型剖面边坡二维极限平衡计算,计算结果中的安全系数大小,综合分析判断泄洪洞进口边坡的稳定性状况;最后结合稳定性分析结果对边坡的加固措施进行了优化分析。成果为工程施工提供参考依据。     

某水电站右坝肩边坡岩体稳定性研究

某水电站右坝肩边坡发育有顺坡向f1断层,破坏了 边坡岩体完整性并由此带来稳定问题。采用三维大变形有限差分法（FLAC -3D）对边坡稳定 性进行了计算研究。结果表明,边坡开挖过程中,断层上盘岩体内部出现一定的拉应力区, 并发生屈曲变形;由于边坡开挖完成后断层下部大部分出露,断层上盘岩体将发生大变形滑 移而失稳。通过强度折减法计算得到安全系数小于1.0,并可通过应变局部化带显示出 滑移失稳区位置。断层采用阻滑键加固可使其稳定,并讨论了渗流对边坡稳定性的影响。f1 断层的延伸是边坡稳定性的关键所在,因此需对其性状进行进一步探明。