基于离散单元法的锚固岩质边坡动力响应研究

采用离散元单法和动力时程法,应用UDEC程序,计算某水电站厂房后方顺层块状岩体边坡动力响应,计算结果表明:动力荷载作用下未支护岩质边坡的破坏可划分成:未滑动、缓慢发展、加速发展和破坏4个阶段;边坡在地震荷载下的破坏是一个累积的过程;锚杆单元的轴力响应曲线与该单元附近的岩体的相对位移时程曲线相关性很好,表明锚杆周边单元之间相对位移是导致锚杆发挥加固作用的原因之一。研究了锚杆轴力分布规律,并据此提出了边坡加固优化方案,该加固方案对相似工程具有参考意义。     

某渠道顺层岩质边坡开挖过程稳定性计算分析

为了研究渠道顺层岩质边坡在开挖过程中的各项特性,以某渠道顺层岩质边坡的开挖支护工程为研究对象,采用数值分析法进行全程模拟,重点研究边坡开挖支护过程的应力应变特性、结构受力、位移和稳定性变化趋势,结果表明:(1)边坡岩体开挖后,出现了明显的卸荷效应,随着开挖深度的增加,剪应变有增大的趋势,集中分布在坡脚位置;(2)下部锚杆所受轴力明显大于上部锚杆,且越接近坡脚,所受轴力也越大;(3)边坡开挖越深,坡面位移也越大,边坡安全系数越小,采取锚喷支护后,位移变形得到控制,边坡稳定性显著提高。研究成果可为类似渠道边坡工程开挖加固的稳定计算提供参考,便于确定合理的施工方案。     

岩质顺层边坡稳定性分析及加固方案研究

猴子岩水电站左岸泄洪洞进口边坡为岩质顺层边坡,其稳定性对泄洪洞和大坝的建设和运行有重大影响。该边坡下游侧临空,J4裂隙走向与边坡走向近于垂直,倾角较大,可形成侧向切割面,断层fm2与边坡走向小角度相交,反倾坡内,可形成后缘拉裂面,加之层间挤压带发育,因此该边坡存在由不利组合形成的滑移块体。分持久、短暂和偶然3种工况,采用刚体极限平衡法对边坡的稳定性进行计算。结果表明,以层间挤压带gm4、gm3为底滑面的滑移块体稳定性差,在暴雨或地震条件下,有失稳的可能,需进行加固处理。结合该边坡岩层厚度大且较完整,层间挤压带容易追踪,控制边坡稳定的层间挤压带埋深在锚索有效加固范围内等特点,边坡加固方案采用了系统锚索、抗剪洞和锚固洞的联合加固方案。监测成果表明,该方案对岩质顺层边坡加固效果明显。     

考虑结构面分布特征的岩质边坡地震响应分析

为探索岩质边坡在地震荷载作用下的动力响应问题,运用3DEC离散元软件,定量分析了地震荷载作用下岩质边坡结构面发育位置、结构面数量、以及结构面间距对边坡加速度放大系数的影响规律。结果表明：在单条结构面的情况下,其发育位置对岩质边坡加速度响应的影响比较明显,结构面距坡面越近,加速度峰值放大系数越大;随着结构面数量的增多,加速度峰值放大系数呈现出明显的递减趋势;在结构面数量一定的情况下,结构面间距的变化对加速度峰值放大系数的影响不大。研究结果有助于进一步揭示岩质边坡在地震作用下的动力响应规律。     

基于结构面组合分析的系统锚杆参数优化设计

为了使系统锚杆对高陡岩质边坡的加固支护作用最有效,以系统锚杆加固的岩体边坡为研究对象,提出基于结构面组合分析的高陡岩质边坡系统锚杆参数优化设计的方法。采用结构面组合分析—确定最优不利结构面—确定最优锚固角—确定最优锚杆长度的设计流程,对黄藏寺水利枢纽左坝肩高陡岩质边坡的系统锚杆参数进行优化设计,通过刚体极限平衡法计算,经参数优化后的系统锚杆,其支护的岩质边坡的稳定系数最大。该方法充分考虑了岩体不同产状的结构面,通过其设计的系统锚杆对开挖边坡的支护作用效果最优,使系统锚杆支护设计更科学、更安全、更经济。     

不同结构面组合对边坡稳定性影响的数值分析

文章以安县芭蕉坪滑坡为研究对象,首先采用赤平投影法分析确定边坡岩体中结构面的不利空间组合,再利用三维离散元软件3DEC模拟岩质边坡在不同结构面组合情况下的位移变形特征,以此分析该岩质边坡不同结构面组合之间的二面角效应,发现当岩层层面产状与坡面相近时,不同产状的节理面与层面的组合对边坡的稳定性影响较大。同时得到如下变化规律:当层面与节理面倾向的二面角减小,位移峰值随之不断减小,边坡稳定性逐渐增大,且当节理面与层面近乎垂直时(85°~95°)边坡处于相对最稳定的状态。     

引江济淮工程软岩及膨胀土边坡锚固现场试验

引江济淮试验工程河道边坡存在膨胀土及软岩,考虑耐久性引入GFRP锚杆加固边坡。为了比较GFRP锚杆和钢筋锚杆的锚固效果,开展现场水位升降试验,观测相同地质条件、不同加固方式下锚杆荷载和边坡位移差异。结果表明:GFRP筋和钢筋框架锚杆加固河道边坡时,水位升降导致的边坡位移相近且均小于2.2 mm,锚杆应力峰值远小于各自抗拉强度,两种锚杆的锚固效果相近;GFRP锚杆承担荷载小于钢筋锚杆,且无水期荷载表现更稳定;在无锚固条件下,水位升降10 m仅影响边坡1 m深度内的软岩,加长锚杆对提高软岩边坡稳定性无明显作用;水位骤降时,5 m长GFRP无框架锚杆应力和加固区边坡位移增量分别为1.21 MPa和1.38 mm,而8 m长GFRP框架锚杆应力和加固区边坡位移无明显变化,框架锚杆加固形式效果显著占优。具有低模量特征的GFRP锚杆与膨胀土和软岩具有较好的变形协调性,控制相同变形量需要承担的荷载较小,更有利于边坡耐久性。     

基于数值仿真的顺层岩质边坡支护稳定性分析

以长沙某矿坑顺层岩质边坡为研究对象,结合有限元数值分析软件Ｐｈａｓｅ2对边坡开挖应力状 态变化与潜在变形破坏模式进行仿真模拟,分析其支护效果,确定合理可靠的治理措施方案,并采用极 限平衡法进一步验证。结果表明:该顺层岩质边坡应力松弛区位于坡面中上部,由坡面向坡体内部呈现 出显著变化、渐变和基本不变的分布特征;该顺层岩质边坡的潜在变形破坏模式为顺层滑移－弯曲破 坏;采用预应力锚杆对该顺层岩质边坡进行支护,能有效提高边坡的稳定性。     

复合多层顺倾岩质边坡最优锚固角研究

锚杆支护是一种加固边坡的有效方式,但目前针对复杂多层岩质边坡的锚杆最优锚固角研究较少,且未考虑中间主应力对锚固效果的影响。采用统一强度理论,以全长粘结型锚杆为对象,根据锚杆失效模式及锚固段与围岩的作用方式,推导出复合多层岩体中锚杆的极限抗拔力公式。通过计算不同岩层锚固段微元体的单位长度抗力比,提出了复合多层顺倾岩质边坡的锚杆最优锚固角模型与最优锚固角的确定方法。将该方法应用到三峡库区巴东县一公路边坡工程,结果表明模型计算所得最优锚固角与均匀试验方案确定的最优锚固角一致。新方法计算所得的边坡单位宽度锚杆总长与规范法计算结果相比减少约11.2%,与传统莫尔-库伦理论计算结果相比减少约8.9%。研究结果可为复合多层顺倾岩质边坡的锚固支护设计提供一定的参考和借鉴。     

不同锚杆类型加固二元结构边坡的 地震响应规律对比研究

二元结构边坡是由上部土体和下部岩体构成的坡体结构类型,由于其潜在滑动剪出口位置较 高,一般采用三种类型锚杆进行加固。分别建立此三种锚杆加固边坡模型,采用动力有限元法模拟分析 地震过程中边坡动力变形特性及锚杆结构的内力变化规律,并对三种锚杆加固后边坡在震前及震后的 稳定性进行对比研究,探讨此三种锚杆加固二元结构边坡的支护效果差异。结果表明:地震作用下,拉 力型或压力型预应力锚杆结构对边坡整体变形控制效果无显著区别,而采用通长粘结的非预应力锚杆 能更好控制边坡潜在变形范围;地震作用下锚固边坡对坡面ＰＧＡ放大系数具有抑制作用,预应力锚杆 支护对坡面加速度放大作用的抑制效果优于全粘结非预应力锚杆支护;经历地震作用之后的应力重分 布,锚杆的轴力显著增大,锚杆轴力调整具有“滞后性”。     

中东某抽蓄地下厂房洞室群地震动力响应分析

针对中东某抽水蓄能电站地下厂房抗震稳定性问题,以掌握地下厂房洞室群围岩地震动力响应为目标,采用动力时程分析方法,依据当地及欧洲标准,对该地下厂房洞室群地震响应进行三维非线性数值模拟,分析了洞室围岩加速度、位移、塑性区、应力分布特征及支护受力特征。结果表明:在地下厂房洞室群围岩开挖面上,围岩的加速度会表现出明显的放大效应,且结构面上会加剧加速度响应;位移时程响应与输入地震荷载位移时程曲线形态一致,但在幅值和相位上有一定差异;围岩相对变形、残余变形较大的部位与加速度放大系数较大的部位一致,围岩塑性区和应力松弛区增加较为明显的部位与加速度放大系数较大、相对变形和残余变形较大的部位基本一致;在地震作用下,围岩支护结构受力增长较小,锚杆受力超过300 MPa的百分比与围岩变形、塑性区的发展规律一致。研究成果对地下工程围岩抗震稳定性分析和抗震设计具有参考价值。     

地震作用下岩质斜坡破坏机制研究

以地震作用下的非贯通节理岩质斜坡为研究对象,利用大型有限元软件ANSYS建立数值模型。数值模拟结果表明:地震作用下非贯通节理岩质斜坡的稳定系数受结构面的长度、密度、贯通率、展布方向等因素影响;节理面的位移放大效应和变形积累效应明显;岩桥的破坏在地震初期比较剧烈,之后在地震作用下继续发生破坏,在经过地震波波幅较大的波段后,斜坡的变形破坏才稳定下来;地震作用下,岩桥内部应力波动剧烈,拉剪共同作用导致了岩桥的最终破坏;层间节理位移和层间摩擦应力分布很不均匀,不同位置的节理的动力响应也有较大不同。     

剥离温度影响的锚杆轴力监测成果分析

锚杆支护加固效果评价常依赖锚杆轴力的监测,但边坡中影响锚杆轴力的因素众多,故分析锚杆轴力的成因具有重要的意义。借助某高速公路超高岩质边坡的锚杆轴力监测,定性分析影响锚杆轴力大小的因素,然后针对各因素定量化,建立锚杆轴力多元线性回归模型,进而剥离温度影响,计算所受边坡变形影响的真实轴力,准确评价锚杆的加固效果,降低对边坡变形破坏的误判。将本方法成功应用于锚杆MGZ1042测点真实轴力的计算,通过剥离温度影响,锚杆轴力由原来的100 kN降至真实轴力40 kN,未超过锚杆轴力监测警戒值60 kN,从而正确判断了边坡变形破坏趋势。     

青石梁结构体稳定性计算及其综合治理措施

青石梁结构体位于某电站右岸坝前,其稳定性直接影响下部进水口施工与运行安全。本文在查明该结构体及其外围地质条件的基础上,采用刚体极限平衡法对其进行了稳定性计算,计算结果表明,该结构体在地震作用的特殊荷载组合工况下,其整体抗滑稳定性偏低,必须对其进行工程处理。据此本文采取了锚索、锚筋桩及系统锚杆、混凝土护坡等深层、表层相结合的加固措施,即选用锚索加固结构体整体稳定性,同时又针对结构体表部倾倒一滑移型局部失稳破坏模式,采用锚杆、混凝土贴坡等进行边坡表层加固,并在此基础上,于结构体及其外围布置了监测系统。经计算,加固后的结构体稳定性满足设计要求。     

考虑结构与加锚岩体联合受力的船闸闸首抗震性能研究

为研究地震作用下结构与加锚岩体的非线性接触对闸首抗震性能的影响,以某双线五级船闸的第一级闸首为例,在ADINA有限元软件中建立库水-结构-锚杆-基岩动力相互作用的整体三维有限元模型,基于约束函数的非线性接触单元模拟了闸首结构中的各类接触问题,采用动力时程分析方法模拟了地震作用下闸首结构的动力响应、锚杆受力的分布规律以及不同接触面的接触状态。结果表明:设计地震作用下闸首各边墩均向航槽侧变形,位移沿高度方向递增；锚杆轴向拉应力的最大值小于其抗拉强度；不同介质间的接触面上部有往复开合的现象,接触面最大张开度沿高度方向递增,地震结束时接触面恢复到震前的紧贴状态；设计地震作用下该船闸闸首的结构变形、结构应力、锚杆受力情况及接触面接触状态均满足规范要求,具有良好的抗震性能。     

基于FOA法搜索危险滑动面的三维极限平衡分析

针对三维极限平衡法分析边坡稳定时不能搜索最危险滑动面的问题,以索风营水电站Dr2危岩体加固工程为研究对象,采用果蝇优化算法搜索危岩体的滑动面,采用改进的三维极限平衡法对危岩体进行抗震稳定计算,提出基于果蝇优化算法的危岩体危险滑动面搜索方法,并分析了危岩体各种加固措施对稳定的贡献度。结果表明:加固后的危岩体在地震工况下可以维持稳定,其中泥岩灌浆对稳定的贡献最大,顶部锚索贡献最小。该方法弥补了传统极限平衡法无法所搜滑动面的缺陷,提高了边坡失稳的预测精度,可为类似工程提供一定的参考。     

塑性应变能判据在含组合软弱结构面岩质边坡动力稳定分析中的应用

由于地质构造作用,一处岩质边坡往往在几个软弱结构面的共同作用下发生失稳,其破坏形式与单一软弱结构面的破坏形式有较大差异,尤其是在地震的往复作用下,其稳定性分析十分复杂,需要合适的判据对其稳定状态进行判别。鉴于塑性应变能具有客观性强,能真实反映岩土体稳定性的特点,本文基于有限元软件ABAQUS 使用强度折减法建立某一实际水利工程含组合软弱结构面岩质边坡震后塑性应变能与折减系数的关系曲线,以震后塑性应变能突变为失稳判别准则对边坡在地震作用下的稳定性进行了分析,并将计算结果与常用特征点位移突变、塑性区贯通判据结果进行对比。结果表明：塑性应变能突变判据与特征点位移突变、塑性区贯通判据得到的结果相近,准确性有保证,且不受观测点选取等主观因素影响,得到的结果唯一,是在分析含组合软弱结构面岩质边坡动力稳定性时的较优选择。     

耦合效应下压力型锚索锚固机理的拟静力分析

为了更加精确地对地震作用下软弱岩土体中压力型锚索抗震性能进行理论研究,基于长期荷载作用下钢绞线的材料松弛现象,推导了锚索预应力与岩土体蠕变的耦合效应下锚索预应力表达式和预应力损失量表达式;结合地震作用效应的拟静力等效法、Mindlin问题解和积分简化方法,推导了砂浆体在圆形均布荷载作用下压力型锚索锚固段的等效压应力表达式和等效剪应力表达式。通过案例分析可知:锚索预应力初期损失较大,中期损失稳定,至后期基本保持不变,预应力损失速率是递减的;压力型锚索锚固段砂浆体的等效应力主要集中在承压板0.5 m的范围内,等效应力最大值不在承压板与砂浆体的接触面上,而在承压板0.1 m的范围内。该研究成果丰富了压力型锚索抗震设计理论研究内容,可为深化压力型锚索抗震机理研究提供一定的理论依据,也可为合理考虑压力型锚索加固边坡的抗震设计提供有益的参考。     

基于地震作用的预应力锚索抗滑桩边坡加固应用优化研究

为研究地震作用下预应力锚索抗滑桩边坡防护的滑坡推力计算方法,通过找出作用在潜在滑坡面抗滑桩结构上的受力荷载,测算出作用于锚索抗滑桩上的滑坡推力,提出以锚索抗滑桩正负弯矩相等的控制方法和K法来设计预应力锚索抗滑桩边坡防护结构。通过对比不同方法说明所提出的预应力锚索抗滑桩边坡加固的设计方法符合工程实际。以汶川地震中某滑坡工程为对象,研究其稳定性问题。结果表明,采用桩身相等的正负弯矩控制法时,锚索抗滑桩的受力更合理,桩顶位移变化量最小,其抗震加固能力最好,在具体工程中,更有利于锚索抗滑桩桩身配筋设置。实践证明,利用预应力锚索结构原理进行边坡抗滑桩设计,可以保证设计的预应力锚索抗滑桩结构的安全经济性。