考虑块石长轴倾角和土石接触面的土石混合体边坡稳定性研究

为准确分析土石混合体边坡稳定性,提出了一种基于原始块石形状库的随机土石混合体边坡模型构建方法,该方法可以很好的考虑块石形状和分布特征。采用该方法和有限元极限分析软件Optum G2,结合土石混合体边坡物理模型试验,研究了块石掺量(0%~50%)、长轴倾角(0°~180°)和土石接触面强度(1.4~0.01)对土石混合体边坡稳定性的影响。结果表明,块石在边坡剪切带存在“绕行”、“分流”、“包含”三种塑性扩展模式,并通过改变边坡剪切带的曲折点、长度和发展方向影响边坡稳定;通过对不同块石掺量下边坡稳定性研究,发现当块石掺量大于20%时,块石分布对边坡稳定性的影响较大;在高块石掺量下,边坡容易出现“局部”或“崩解式”破坏;在相同块石掺量下,块石长轴倾角平行或垂直于边坡剪切带时,边坡分别获得最小或最大安全系数;当块石长轴垂直于边坡剪切带时,边坡容易出现“崩解式”破坏,这主要与块石长轴对于边坡剪切带发展的“诱导”效应有关;在相同块石分布模型下,边坡安全系数随土石接触面系数的减小而降低,甚至会低于均质土边坡;当土石接触面强度低于土体强度时,块石对边坡剪切带存在 “吸引”效应。研究结果可为土石混合体边坡稳定性的评估和治理提供参考。     

考虑块石长轴倾角和土石接触面的土石混合体边坡稳定性分析

为准确分析土石混合体边坡稳定性,提出了一种基于原始块石形状库的随机土石混合体边坡模型构建方法.采用该方法和有限元极限分析软件Optum G2,结合土石混合体边坡物理模型试验,研究了块石掺量、长轴倾角和土石接触面强度对土石混合体边坡稳定性的影响.结果表明:块石在边坡剪切带存在"绕行""分流""包含"3种塑性扩展模式,并改...     

土石混合体边坡稳定性的三维颗粒离散元分析

为探究土石混合体边坡的稳定性和破坏机理,基于土工离心模型试验基本原理,结合已开发的不规则块石和土石混合体三维离散元建模方法建立土石混合体边坡细观结构的三维离散元模型.引入颗粒流强度折减法并提出基于能量演化的方法来判别边坡失稳破坏.利用提出的土石混合体边坡三维离散元建模方法和稳定性分析方法,分析不同块石含量、块石形状、空间结构、空间形态等因素对土石混合体边坡稳定性和破坏模式的影响,并揭示这些因素影响的细观机理.结果表明:随含石量增加,土石混合体边坡的安全系数逐渐增大;土石混合体边坡中呈现出多滑动面现象,且滑面较为曲折,具有明显的绕石特征,坡脚部位的部分大块石使得剪出口的位置发生明显的改变;随块石形状由球体、卵石到碎石,土石混合体边坡的安全系数逐渐增大;上覆堆积体相对较厚且坡度不是很大的二元结构边坡或一元结构边坡的破坏模式主要是堆积体内部发生的弧形滑动破坏,上覆堆积体厚度不大且基岩面相对平整的二元结构边坡的破坏模式主要是沿基-覆界面的整体平移滑动破坏;随土石混合体边坡空间形态由条带型、敞口型到锁口型,其安全系数逐渐提高,其中锁口型边坡具有显著的支撑拱效应,且含石量越大这种效应越明显.     

不同含石率及基覆岩层倾角下土石混合体边坡稳定性分析

为准确地分析土石混合体边坡的稳定性，提出了一种可考虑不同块石含量、块石随机分布及基覆岩层倾角的边坡稳定性分析方法。该方法根据土石混合体边坡中的块石含量、级配以及基覆岩层倾角，随机生成了含石率从10%～60%、基覆岩层倾角从0°～20°的边坡模型，每种含石率及基覆岩层倾角均考虑8个不同的块石分布位置，最后将生成的模型导入到Optum G2中建立土石混合体边坡模型，采用有限元极限分析法对该类型边坡的稳定性进行了分析，并将计算结果与采用Kalender等效强度参数模型所得的结果进行了对比验证。研究结果表明，由于块石空间分布位置的不同，相同含石率及基覆岩层倾角下土石混合体边坡的最大、最小下、上限安全系数变化较大；相同含石率下，随着基覆岩层倾角的增加，边坡的下、上限安全系数的平均值变化相对较小；土石混合体边坡坡体中的剪切带呈现出“绕石”、“分流”以及“包含”这3种典型的扩展模式；通过将本文方法与Kalender等效强度参数模型所得的安全系数进行的对比分析，验证了作者所提方法的可行性。研究结果可为土石混合体边坡的设计及施工提供参考依据。     

基于WOA优化Elman神经网络的露天矿边坡位移预测

露天矿边坡变形、失稳严重威胁矿山安全生产。为提高露天矿边坡变形预测精度及可靠性,采用鲸鱼算法(WOA)优化Elman神经网络的预测模型,对露天矿边坡位移进行预测。根据Elman神经网络的特点,通过优选输入层节点数、隐含层节点数、传递函数参数,构建最优的Elman神经网络拓扑结构,并通过WOA优化Elman神经网络的权重和阈值,增强Elman神经网络的训练速度及全局寻优能力。以抚顺西露天矿边坡监测数据为例,利用该预测模型进行动态预测,并与经典的BP、Elman神经网络进行比较。结果表明：WOA-Elman模型预测结果的最大相对误差和平均绝对误差分别为0.018%和0.146 mm,模型收敛速度快,稳定性强,为矿区边坡变形预测提供了一种有效途径。     

空间与颗粒参数对块石土边坡稳定性影响数值模拟研究

块石土边坡具有物理力学性质复杂、非线性强等特性,受块石–土体空间分布、块石粒径等几何因素影响较大。为研究空间与颗粒参数对块石土边坡稳定性影响,基于已有的块石形状数据库随机生成方法,采用ABAQUS软件非线性分析方法,考虑含石量、最大粒径、空间分布等多种几何因素,建立大量有限元模型进行计算分析。结果表明:含石量增大,边坡安全系数上升,且含石量在50%～60%区间内上升速率最快;含石量增大,同粒径组边坡安全系数标准差增大,模型安全系数差异变大。最大粒径增大,块石分布对于边坡安全系数的影响增大,边坡稳定性先减小后增强,同粒径组边坡安全系数标准差增大。含石量和最大粒径增大,块石空间分布对于边坡稳定性影响增大。粒径大小、块石空间分布对于块石土边坡稳定性影响方式也不同,大粒径块石存在令滑动面向边坡内部发展,而密集小粒径块石大多是令滑面呈折线形,二者皆可增大边坡稳定性。当块石长轴与坡面夹角为90°、135°时,边坡塑性区呈发散分布,滑面更靠内部,稳定性更好;当块石长轴与坡面夹角为0°、45°,则与上述情况相反。在通常沉积条件下,边坡稳定性随长短轴比增加而降低,滑动面越发平滑,塑性区范围也更加集中。研究结果表明,几何参数不同,边坡稳定性差异较大,且具有一定规律性,在实际工程中有一定的参考价值。     

土石混合体细观力学参数对宏观力学特性影响研究

为了系统地研究土石混合体细观力学参数对其宏观力学特性的影响,首先在不规则块石体三维离散元模型的基础上,建立了符合宏观统计规律的含石量为50%的土石混合体三维离散元模型;然后进行了不同石-土颗粒法向刚度的比值、不同石-土颗粒法切向刚度比的比值、不同石-土颗粒摩擦系数的比值和不同石-土颗粒间黏结强度与土-土颗粒间黏结强度的比值等情形下的土石混合体大三轴试验三维颗粒流数值模拟,分析了各种情形下土石混合体的宏观力学响应;最后从微裂纹演化、摩擦功、块石颗粒转动特征等多个角度对各细观力学参数影响的细观机理进行了揭示.结果表明:随着石-土颗粒法向刚度比值的增大,试样初始模量增大,破坏应变和峰值强度均减小;石-土颗粒法切向刚度比的比值和石-土颗粒间黏结强度与土-土颗粒间黏结强度的比值对土石混合体的宏观力学行为影响不显著;石-土颗粒摩擦系数的比值越大,峰值强度和残余强度越大.     

广东石露天矿西帮终帮边坡稳定性预测

该矿西帮边坡变形破坏的主要形式是滑坡，运用ｓａｒｍａ～ｍｏｎｔｅｃａｒｌｏ模拟预测该边坡的稳定性：正常水位下该边坡稳定系数为０８９～０９２，破坏概率为８５％～８７％，属不稳定边帮；当坡体排水达１００％时，稳定系数为１０８～１１２，破坏概率为３５％～３８％。     

广东石Lu露天矿西帮终帮边坡稳定性预测

该矿西帮边坡变形破坏的主要形式是滑坡，运用ｓａｒｍａ￣ｍｏｎｔｏ ｃａｒｌｏ模拟预测该边坡的稳定性。正常水位下该边坡稳定系数为０．８９￣０．９２，破坏概率为８５％￣８７％，属不稳定边帮；当坡体排水达１００％时，稳定系数为１．０８￣１．１２，破坏概率为３５％￣３８％。     

空间与颗粒参数对块石土边坡稳定性影响数值模拟研究

块石土边坡具有物理力学性质复杂,非线性强等特性,受块石-土体空间分布、块石粒径等几何因素影响较大。为研究几何参数对块石土边坡稳定性影响,本文基于研究团队提出的块石形状数据库随机生成方法,采用ABAQUS软件非线性分析方法,考虑含石量、最大粒径、空间分布等多种几何因素,建立大量有限元模型进行计算分析,得到以下结果：含石量增大,边坡安全系数上升,且含石量在50%-60%这个区间是上升速率最快。含石量增大,同粒径组边坡安全系数标准差增大,模型安全系数差异变大;最大粒径增大,块石分布对于边坡安全系数的影响增大,边坡稳定性先减小后增强,同粒径组边坡安全系数标准差增大。含石量和最大粒径增大,块石空间分布对于边坡稳定性影响增大。粒径大小不同,块石空间分布对于块石土边坡稳定性影响方式也不同,大粒径块石存在令滑动面向边坡内部发展,而密集小粒径块石大多是令滑面呈折线形,二者皆可增大边坡稳定性;当块石长轴与坡面夹角为90°、135°时,边坡塑性区呈发散分布,滑面更靠内部,稳定性更好,而当块石长轴与坡面夹角为0°、45°,则与上述情况相反;在通常沉积条件下,边坡稳定性随长短轴比增加而降低,滑动面越发平滑,塑性区范围与更加集中。可以看出,含石量、块石粒径、空间分布等因素对于块石土边坡有很大影响。几何参数不同,边坡稳定性差异较大,且具有一定规律性,在实际工程中有一定参考价值。     

山西乡宁—吉县地区黄土高边坡可靠度研究

在山西乡宁—吉县地区实测了7个具有代表性的自然极限状态黄土高边坡断面,建立边坡地层结构模型; 选取研究区合理的黄土物理力学参数,并分地层年代对10个典型工点的黄土强度参数内聚力和内摩擦角的变异性进行分析; 选取6组典型的强度参数变异系数组合,基于Monte-Carlo法进行可靠度模拟,评价该区边坡稳定性; 采用自然类比法进行边坡设计。结果表明:边坡失效概率随坡高的变化趋势一致,均是中等坡高(49.8 m)的边坡失效概率较大,低坡和高坡的失效概率较低; 当变异系数较小时,边坡失效概率对坡高和坡度的变化敏感,而当变异系数较大时,边坡失效概率对坡高和坡度的变化不敏感; 当坡型一定、强度参数变异系数较小时,边坡的稳定系数基本不变,而当参数变异系数超过某一界限时,稳定系数随变异系数的增大而增大,二者存在非线性相关关系; 研究区黄土边坡处于基本稳定状态,但其失效概率最大达69.3%,平均21.1%,介于20%～30%的比例为33.3%,大于30%的比例为14.3%,可靠度指标介于-0.5～8.5,其中小于2.7的比例为88.1%; 对于坡高约为50 m的黄土高边坡,若取30%作为可接受失效概率,边坡坡度需降至45°以下,如果期望可接受失效概率在10%以内,则坡度不宜超过34°。     

不同含石量下泥岩土石混合体剪切特性及细观破坏机制

为探究含石量对泥岩土石混合体剪切特性及细观破坏机制的影响,设计了含石量20%~80%共4组试样,分别在0.2、0.4、0.6、0.8 MPa这4种不同围压下进行室内大型三轴剪切试验,研究不同含石量试样的偏应力、体积应变及抗剪强度参数的变化规律;基于数字图像处理技术生成PFC^2D颗粒流数值模型进行一系列数值分析。结果表明：试样抗剪强度随含石量增大而不断增大。与其他类型的土石混合体不同的是,泥岩土石混合体在低围压下呈先剪缩后剪胀的变化规律,且含石量越高,最终剪胀效果越明显;在高围压下始终表现为剪缩,且含石量越低,剪缩效果越强。内摩擦角随含石量增大呈慢快慢的“S”型增长趋势,且在20%~80%含石量内增长较快;黏聚力随含石量增大不断降低,但下降速率逐渐减小。数值试验表明：土石混合体在剪切过程中存在拉剪混合破坏;随含石量增加,土石混合体骨架结构效应越来越显著,剪切带绕过块石,形成多个形状不规则的小剪切带。     

西安白鹿塬北缘黄土边坡稳定的可靠度分析

在西安白鹿塬北缘实测了14个黄土自然边坡断面,建立了地质模型,通过采样测试并收集已有的测试资料,获得了各时代黄土地层的物理力学参数,将Morgenstern-Price法稳定性计算公式作为极限状态方程,分别采用Monte-Carlo法和Duncan法进行了边坡稳定的可靠度分析。结果表明:采用Monte-Carlo法和Duncan法得到的14个边坡稳定系数分别为1.11～1.41和1.09～1.33,显示这些边坡处于基本稳定—稳定状态; 采用上述两种方法得到的边坡可靠指标分别为0.56～1.79和0.39～1.60,得到的失效概率分别为3.4%～29.0%和5.5%～34.8%,并且共有75%的边坡失效概率大于10%,失效可能性较大。统计结果表明:白鹿塬区边坡的坡高和坡度存在负相关性。低而陡的边坡潜在最危险滑面剪出口较高,失效概率较小; 坡高达到50 m及以上时,边坡高而缓,剪出口较低,失效概率较大,其中河流下切深,有N₂泥岩出露的极高边坡,稳定性最差。Duncan法求解的稳定系数略小于Monte-Carlo法求得的结果,而前者求解的失效概率略大于后者,两种方法计算结果较为接近。由于Duncan法理论简单,计算量小,更宜于在实际工程中应用。     

考虑土体参数空间变异性的边坡稳定性研究

为考察土体强度参数空间变异性对评价边坡稳定的影响, 以及使用概率方法评价对边坡稳定的适宜性, 以简易Morgenstern-Price法对土体参数空间变异性条件下的边坡稳定性进行了计算分析.通过Karhunen-Loève法对参数的空间协方差矩阵进行正交分解,并使用拉丁超立方抽样法和Cholesky法对空间场进行优化处理,确定了边坡土体的强度参数空间样本取值,完成了空间随机场的生成;以简易Morgenstern-Price法对参数空间变异边坡进行安全系数求解和破坏概率计算.对生成土体参数的抽样检验发现,拉丁超立方抽样和Cholesky分解共同使用后生成的抽样样本能很好地吻合目标分布.边坡稳定性计算分析显示,在抽样计算所得的边坡失稳收敛概率与Monte Carlo方法非常接近的情况下,抽样随机场能极大地降低模型达到收敛所需的计算次数,表明抽样方法用来计算边坡的失稳概率是可行的.对给定边坡的概率性失稳的研究表明：单独使用安全系数或者失效概率都无法完整地对边坡稳定性作出评价,只有同时使用两者,边坡的安全评价才会更加安全有效.     

滑坡灾害典型受灾体失效概率计算方法及应用

从系统研究的角度看,滑坡灾害系统包括致灾体子系统和受灾体子系统。滑坡灾害是这2个子系统共同作用的结果。以往的研究主要集中在致灾体稳定性的评价上,没有全面考虑2个子系统对灾害风险的影响,尤其缺少对受灾体子系统的研究。针对这种现状,对一种典型受灾体（框架结构）在滑坡灾害作用下的失效概率计算方法进行探讨：将滑坡灾害致灾模式简化为致灾体对受灾体的冲击破坏模型,推导了滑坡冲击力计算公式;探讨了典型受灾体整体功能函数的建立方法,提出了滑坡灾害典型受灾体失效概率计算方法。采用该方法进行了算例分析,分析了滑坡灾害致灾强度和受灾体抗灾性能对受灾体失效概率的影响,得出滑坡灾害影响范围可划分为绝对危险区域、相对危险区域和绝对安全区域。还研究了受灾体失效概率对不确定性影响因素的敏感性,得出当定值计算受灾体为失效时,受灾体失效概率随影响因素变异性增加而减小;当定值计算受灾体为安全时,受灾体失效概率随影响因素变异性增加而增加。     

边坡稳定性评价的破坏概率法

边坡稳定性计算参数的试验指标,是具有某种概率分布的随机变量。引入均值稳定系数代替传统采用的稳定系数,计算滑动面的破坏概率,选择具最大破坏概率的滑动面为最危险滑动面。     

考虑土体参数非平稳特性下开挖边坡稳定性可靠度分析

基于极限分析上限法和随机场理论,采用蒙特卡洛模拟针对不排水条件下开挖边坡的稳定性开展可靠度分析。黏土不排水抗剪强度被模拟为非平稳随机场,并在参数敏感性分析中重点研究了非平稳程度和变异系数对边坡可靠度指标的影响。其中,将随机场中边坡的失效模式分为三类,研究了不同随机参数输入组合下每种失效模式的发生概率。结果表明边坡的可靠度指标随着非平稳程度的增加而增加,随着变异系数的增大而减小。结果显示,土体的空间变异性对边坡的失效模式影响显著。在考虑的随机参数组合下,失效模式以深部破坏模式为主,并且随着非平稳程度和变异系数的增加,深部破坏模式的发生概率逐渐降低,但坡趾破坏和深部坡趾破坏模式的发生概率增加。     

基于蒙特卡洛法的黄延高速公路边坡稳定性分析

将破坏概率理论应用于边坡稳定性分析中,借助GEO-SLOPE程序,采用蒙特卡洛法(Monte Carlo Method),以Janbu法为功能函数对黄延高速公路界子河边坡在自然状态和饱水状态下进行可靠性分析。计算结果表明,在自然状态条件下,该边坡的破坏概率为30.97%,在饱水状态条件下为100%。水是影响本边坡稳定性最不利的因素之一,应切实加强该边坡的防水措施。     

基于模糊神经网络的边坡稳定性评价方法

针对模糊逻辑推理和人工神经网络各自的优势与局限,提出模糊逻辑与神经网络相结合的边坡稳定性评价方法。基于实测数据的回归分析,找出影响边坡稳定性的主要因素,建立模糊神经网络评价模型。通过对输入知识的预处理和输出知识的后处理,将模糊逻辑推理融入神经网络的非线性计算中;将模糊规则隐含分布于神经网络中,实现了模糊映射算法。选定将整个边坡的稳定状态视为同一变形规律的评价模式,利用所建模型对施工期岩质边坡稳定性进行综合评价。结果表明,该方法用于岩质边坡的稳定性评价取得了较好的效果。     

不同含石量下土石混合体重型击实试验研究

为研究含石量对于土石混合体击实效果的影响,对不同含石量的土石混合体进行室内重型击实试验.首先根据客运铁路路基碎石土级配,配置35%、45%、55%、65%含石量的土石混合体试样,进行室内击实试验,得出土石混合体含石量与最优含水量或最大干密度的关系曲线.结果表明:不同含石量的土石混合体最优含水量在(5.5±1.0)%之间,最大干密度在(2.40±0.05) g/cm~3范围内,含石量对土石混合体最大干密度影响较小.最大干密度相似的两组土石混合体,其颗粒级配、含石量会相差很大,因此对于土石混合体这类级配多变的岩土复合材料不能单独根据干密度来判断其工程压实效果.研究结果可为土石混合体材料的工程应用提供借鉴和依据.