华丽高速公路华坪岸边坡稳定性的DDA 模拟研究

为了对华丽金安金沙江大桥华坪岸的边坡稳定性进行评价,并能够直观了解边坡变形及可能的破坏过程,采用非连续变形分析方法（DDA）结合强度折减法对华坪岸 z1剖面进行模拟。在计算模型中利用真实节理和虚拟节理的概念充分考虑了已有的断层、软弱结构面的表征。研究结果表明：在自然状态下华坪岸边坡是稳定的;在强度参数降低的情形下,华坪岸边坡可能的破坏形式为牵引式破坏,即沿着 t3凝灰岩夹层和坡体前缘卸荷带陡倾结构面滑动。     

反倾层状岩质边坡倾倒破坏的离心模型试验研究

针对反倾层状岩质边坡倾倒破坏机理认识的不足,采用平板玻璃作为相似材料,开展不同边坡坡角及岩层反倾角组合条件下的多组离心模型试验;结合图像量测技术,综合分析坡体在离心加载条件下变形倾倒特征,提出反倾层状岩质边坡典型倾倒破坏模式和倾倒破裂面位置的确定方法。研究表明:坡体倾倒变形主要发生在破裂面以上,坡趾岩层起到抗倾倒作用,变形过程分为位移量稳定增长和位移量加速增长两个阶段;坡体倾倒破坏模式经历坡趾岩层断裂、近坡顶张拉裂缝产生、岩层折断渐进式延伸及裂缝贯通瞬间倾倒4个阶段;边坡坡角及岩层反倾角影响坡体破坏时的临界坡高与破裂面位置,可通过计算位移矢量方向确定破裂面位置。上述研究成果,为反倾层状岩质边坡的破坏理论发展、工程地质灾害评价及防灾减灾提供参考。     

用DDA 方法验证倾倒边坡变形的制动机制

倾倒边坡通常发育一组反倾坡向的结构面,其破坏形式主要表现为倾倒岩柱旋转弯曲折断破坏。一旦岩柱产生旋转,岩柱倾角随之变化,阻止其进一步翻转的摩擦力也将增加,随着倾角的变化,逐步使岩柱侧面的棱与面接触转换为连续的面接触,倾倒变形会随之停止,由失稳状态重新回到稳态。本文用非连续性变形分析方法DDA对Hoek经典倾倒例题进行验证,模拟了倾倒变形使岩柱产生旋转和张开裂缝,从初始岩柱间面与面接触转化为棱与面接触,再回到面与面接触,最终重归稳定的全过程,初步讨论了倾倒变形的制动机制。     

锦屏一级水电站猴子崖边坡三维非连续变形数值模拟

利用5m等高线建立真实的三维地质模型,对锦屏一级水电站右岸下游河道猴子崖边坡进行了三维非连续变形数值模拟,计算比较了在天然状态和泄洪雾化雨作用下坡体内及结构面上的应力、变形及塑性区分布情况,分析了边坡可能的滑动趋势及滑动范围。计算结果表明,猴子崖边坡在天然状态下即具有较明显的块体失稳范围,其范围与前期地质判断基本一致。在泄洪雾化雨作用下,坡体应力场逐渐恶化,块体失稳边界形成,通过对位移场的判断,可进一步明确失稳块体的范围。结构面和坡体节理方向塑性区有较大扩展,块体具有明显的失稳下滑趋势,需要对该部分岩体加强支护,做好防排水措施。     

隧道开挖作用下反倾层状岩质边坡变形响应分析

反倾层状岩质边坡通常较为稳定,但在开挖扰动等作用影响下容易产生较大的倾倒变形,影响工程施工与建设安全。在西南地区复杂地质条件下对此类边坡进行隧道开挖作业,易发生边坡失稳问题。为此,选取四川汶马高速某隧道进口边坡为研究对象,结合现场勘察、监测数据及数值模拟等手段对反倾层状岩质边坡在隧道开挖影响下的变形特征进行综合分析。结果表明：边坡受内部结构特征控制,隧道开挖后坡底失去支撑,各部位由下而上向临空面倾倒;倾倒体以水平位移为主,位移量值呈现中部大、四周小的态势,且受降雨量影响较大;数值模拟显示边坡在天然状态下为极限平衡状态,隧道开挖后位移由隧道洞口处向上扩展至坡顶,坡内岩体剪切破坏,在类似边坡进行隧道施工时需加强支护。     

倾角变化条件下反倾层状斜坡倾倒变形演化研究

倾倒变形是反倾层状岩质边坡的一种典型破坏模式,为了研究不同岩层倾角对反倾层状岩质边坡倾倒变形的影响,以澜沧江上游古水水电站坝前倾倒变形体为原型,从岩层倾角变化的角度出发,利用大型土工离心机试验分析了反倾层状岩质边坡的失稳破坏过程、变形演化特征与最终失稳模式等。结果表明：(1)反倾层状斜坡的变形演化过程基本概括为岩层压密-坡脚压裂阶段、弯折面形成-部分失稳阶段和弯折面贯通-彻底失稳3个阶段,岩层倾角的改变并不会影响斜坡阶段性演化过程;(2)岩层倾角越大的斜坡,斜坡形成弯折面所需时间越短,失稳破坏发生后坡体贯通性倾倒破坏深度更大,对应的变形范围越大,折断岩层的破坏程度越剧烈;(3)岩层倾角变化会导致斜坡的倾倒变形过程与最终失稳模式存在一定差异。倾角较小的55°和70°模型斜坡前部岩层在重力作用下发生明显弯曲倾倒变形,最终以“倾倒-弯曲-滑移”的失稳模式发生破坏;倾角最大的85°斜坡岩层发生的弯曲变形较小,最终以“倾倒-折断-崩塌”的模式发生破坏。研究结果对大型工程项目的顺利开展具有一定指导意义。     

基于敏感分析的反倾岩质边坡锚固参数优化设计

以湖北鹤峰红莲池反倾边坡为例,在分析边坡地质条件的基础上,通过离散元软件UDEC模拟试验,分析反倾岩质边坡的位移云图,得出了反倾边坡倾倒变形的破坏基准面,并以此初步确定锚索长度。基于敏感性分析方法,研究在不同锚固角、锚固力及锚索长度条件下,坡顶最大水平位移以及倾倒变形区面积变化特征,以此得到参数优化结果:锚固角为8°、锚固力为1 000 k N、锚索锚固段长度为5 m。锚固参数敏感性大小排序依次为:锚固角度,锚固力,锚索长度。     

地震荷载作用下含节理岩质边坡的破坏机理

以汶川地震为背景,采用UDEC数值模拟,以什邡八角镇实测的"5.12"汶川地震波作为原始波形,对地震荷载作用下,含一条节理面岩质边坡滑移、拉裂破坏的过程进行了研究。结果表明:岩石边坡破坏模式为块体沿节理面的滑移破坏,并伴随着上方岩体拉裂破坏;节理刚度主要影响边坡前期相对位移大小及塑性区的产生,其后期拉裂区的扩展模式基本是一致的;节理面倾角较小时,边坡岩体仅在节理与坡顶、坡面交叉区域产生小范围的拉裂破坏,随着倾角的增大,边坡的相对位移及拉裂塑性区都显著增大。     

顺层边坡“滑移-弯曲”向倾倒变形演化探讨

在研究顺层边坡变形破坏模式实例中发现,如果岩层倾角大于坡角,"滑移-弯曲"与"倾倒变形"两种变形形式是可以转化的。经研究得到如下结论:存在一"倾倒临界倾角δ",当岩层倾角αδ,边坡将可能形成大规模的倾倒变形体,当αδ,边坡常发生"滑移-弯曲"型破坏,并且δ≈60°;顺层边坡形成的倾倒体其属于"滑移-弯曲"与"倾倒变形"两种变形模式复合的结果,边坡最初形成的反倾岩层并不能称之为倾倒,而是由于边坡发生"滑移-弯曲"导致的,之后在重力作用下才发生初始倾倒变形。     

云盘头滑坡变形破坏机制研究

缓倾顺层岩质边坡由于其岩层倾角较缓,具有不易察觉其失稳且识别难度大的特点。以一个典型的缓倾顺层岩质边坡(贵州云盘头滑坡)为例,基于工程地质勘察,建立边坡地质模型,并结合底摩擦试验、二维离散元和有限元模拟等方法,探讨云盘头滑坡的变形破坏机制。结果表明:云盘头滑坡的变形破坏过程可分为微裂纹发育阶段、裂纹拓展阶段、滑体变形阶段与完全破坏阶段,并在坡脚存在关键块体;滑坡形成的主要原因是,坡体经过开挖导致软弱夹层出露,坡体内部发育垂直于软弱夹层的拉裂纹并将滑体分割成块体,随着坡脚关键块体向临空面滑移,后部次级块体随之移动并产生多米诺骨牌效应导致坡体发生整体滑移,变形模式属于典型的滑移-拉裂式。研究成果为探究缓倾顺层岩质边坡的失稳破坏有现实意义。     

水对岩质边坡倾倒变形影响的DDA模拟

大量工程实例表明,水位变动与水库库岸岩质边坡的变形失稳有紧密联系。本文基于非连续介质力学的DDA(Discontinous Deformation Analysis)方法,采用经典的 Goodman 倾倒模型,对边坡进行倾倒变形及失稳过程模拟,分析了岩质边坡倾倒变形的机理、影响因素,变形稳定和整体失稳的控制条件。在此基础上,考虑水的浮托力和渗透力的作用,模拟了水对岩质边坡倾倒变形的触发作用以及水位变动对变形的影响,分析了水对岩质边坡安全系数的影响。模拟结果显示,发生倾倒变形的安全系数远小于整体稳定安全系数;坡脚的稳定性对边坡的整体稳定起控制作用,坡脚的滑移是边坡发生倾倒变形的必要条件;水的作用降低了坡脚的稳定性,一定条件下是边坡进一步发生倾倒变形的触发因素。     

IBE-PFE方法在某水电站泄洪洞出口边坡稳定分析中的应用

鉴于传统方法在含复杂结构面岩质边坡稳定分析中的局限性,引进分区有限元与块体界面元混合算法,验算边坡的稳定性。针对某水电站泄洪洞出口边坡地形地质条件和结构面分布特点,建立数值模型。采用分区有限元与块体界面元混合算法,并结合强度折减法,逐步降低不连续面抗剪强度,计算得出块体刚体位移和接触点对接触状态。根据块体刚体位移发生突变并结合滑动通道失效点对完全连通,确定了边坡的安全系数和破坏方式。结果表明:边坡稳定安全系数为1.80;边坡最可能以坡顶预设缝、坡脚预设缝以及f_(555)结构面为滑动通道发生失稳破坏。该方法具有准确确定边坡危险滑动面和安全系数的优点。     

地震作用下反倾向层状岩质边坡弯曲倾倒稳定性分析

当前关于弯曲倾倒破坏的研究鲜有涉及到地震荷载,地震荷载对反倾向边坡弯曲倾倒稳定性的影响规律尚不清楚。为了解决上述问题,提出一种分析地震作用下反倾向层状边坡弯曲倾倒稳定性的极限平衡方法,该方法认为边坡发生破坏时,坡体内部应力达到极限平衡状态,即基于边坡破坏面计算得到的坡脚岩层剩余下滑力(倾倒力)为0。基于静力等效替代思想推导了推力线高度的计算公式;通过严格的力学推导确定岩层的稳定区域、破坏区域及破坏区岩层的破坏模式,并通过逐步迭代的方式计算坡脚剩余下滑力(倾倒力)。选用皖南板岩边坡作为工程实例,计算结果表明采用本文方法得到的边坡破坏面和稳定系数是合理可信的。通过地震影响系数的敏感性分析发现,随着地震影响系数的增大,坡脚剩余下滑力(倾倒力)增大,而边坡稳定系数减小,边坡更容易发生浅层破坏,变得愈发不稳定。     

基于DDA的某水电站消力池高边坡稳定性分析

针对某水电站消力池高边坡,利用FLAC3D软件非线性有限差分法初步计算,得出坡体潜在滑动面的位置,建立了基于块体理论的非连续变形分析(DDA)块体系统分析模型。利用该模型分析了现状边坡和加固后边坡的位移与强度参数之间的关系,得出了边坡在加固前后的极限内摩擦角及相应的稳定安全系数。结果表明,该边坡在加固前安全系数较小,存在失稳的可能性,采用推荐方案预应力锚索加固后,边坡的稳定安全系数有显著提高,满足正常运行的要求。     

DDA模拟岩体张拉破坏的精确性研究

准确分析岩体结构面张拉破坏状态,对于正确处理岩质工程问题极为重要。DDA已经广泛应用于岩土工程领域,然而针对准确分析岩体结构面张拉破坏状态研究较少,为此开展DDA分析张拉破坏状态准确性研究。以经典倾斜台上块体张拉破坏以及倾倒破坏离心机物理模型试验为模拟对象,对原DDA(O-DDA)以及引入二相接触本构关系的DDA(T-DDA)分析张拉破坏状态准确性比对校核。结果表明:DDA计算张力时会出现震荡现象,即初始会出现偏离理论值的峰值计算张力,随后慢慢收敛至理论值,这一现象主要受DDA控制参数中罚弹簧和时间步长影响。为降低计算张力震荡程度,提出了两种参数的优化选择方案。然而,即便在合理选择两种参数情况下,O-DDA分析结构面张拉破坏状态准确性严重依赖于峰值计算张力,误差较大;相比之下,T-DDA克服了依赖峰值张力判断张拉破坏缺陷,在一定程度上降低震荡现象导致的误差,并且软化系数的合理选择也有助于改进DDA模拟张拉破坏的精度。研究成果对改进DDA分析岩土工程中倾倒破坏类问题具有重要意义。     

反倾岩质边坡弯曲倾倒-剪切滑移破坏分析方法研究

目前反倾岩质边坡弯曲倾倒破坏分析方法仍以基于极限平衡理论的悬臂梁模型为主,但大多未考虑坡脚岩层的剪切破坏。为准确评价该类边坡的稳定性,建立考虑坡脚岩层剪切破坏的分析计算方法。首先,根据岩层变形破坏特征,将边坡分为后缘稳定区、中部弯曲倾倒区和前缘剪切区3个区域;其次,建立弯曲倾倒-剪切滑移破坏模式的稳定性分析方法;最后,通过工程实例验证,并进行参数分析。研究结果表明:提出的分析方法与工程实际符合性较好;边坡在倾角较陡、坡角较大时稳定性最差,坡角对边坡稳定性影响大于岩层倾角的影响;岩层厚度及层面内摩擦角增加有利于边坡稳定性,且会扩大坡脚剪切区范围。研究成果对反倾岩质边坡破坏的防治具有实践指导意义。