岩质边坡弹塑性地震响应分析

在进行高边坡抗震设计分析时,采用动力有限元数值模拟法较为普遍。但当地震作用致使边坡岩体部分已进入塑性状态且变形加大时,若仍然采用线弹性方法来分析,则存在较大误差。为此,采用弹塑性动力方法计算静力与地震动全平衡状态的弹塑性边坡地震响应,对岩质边坡弹塑性动力状态进行了尝试性探讨,分别输入2条等峰值加速度、不同特征周期和持续时间的地震波,结合边坡的固有频率特性,着重分析常用于抗震设计的地震动参数峰值加速度及累积塑性应变的地震响应规律。结果表明,输入相同峰值、不同特征周期和持续时间的地震波,地震响应累积塑性应变有明显差异;对地震波来说,尽管峰值相同,但持续时间与频谱特性不一样,地震效应存在较大差异。因此,在进行边坡抗震设计计算时,地震波选取一定要慎重,应具体问题具体分析,否则有可能得到不真实的抗震安全评价结果。     

基于离散元法的顺层岩质边坡的地震响应分析

基于离散元法,结合某水电站厂房后缘顺层岩质边坡工程,研究缓倾角多结构面岩质边坡的地震响应规律及锚杆的加固效果,提出了该边坡抗震加固优化方案。研究表明:未加固顺层块状岩质边坡在地震过程中位移呈现阶梯式增长,地震结束时刻边坡岩块松散崩落;加固后边坡位移显著减小,且能在地震作用下保持稳定;锚杆的剪力响应与其附近结构面的相对位移相关性强,表明锚杆附近岩层面间的相对位移是激发锚杆加固作用的主要因素,在坡面出露且出露点低的岩层面在地震作用下相对位移较大,对应的锚杆承受剪力也较大,据此可更合理地布置锚杆。     

地震荷载作用下岩质边坡动力响应分析

岩质边坡的地震响应分析,与地震荷载的施加、动力边界的设定等一系列问题有关,采用动力时程法对某水电站尾水渠的岩质边坡进行动力响应分析,对地震荷载和渗流力的耦合作用下的响应情况进行深入研究。     

工程优势结构面在岩质边坡稳定分析中的应用

边坡岩体结构中含有众多结构面,结构面的存在关系岩质边坡稳定与否。结合某溢洪道边坡工程实际,对工程地质条件进行分析,即根据边坡的产状以及优势结构面的产状,判断该边坡的工程优势结构面,并将其投影到边坡剖面中,确定优势结构面在剖面上的视倾角。利用计算程序对某边坡进行多工况下的稳定分析。     

基于ANSYS的岩质边坡软弱结构面非线性接触分析

采用增广拉格朗日算法,借助有限元分析软件ANSYS,建立了某岩质边坡软弱结构面接触模型。考虑到软弱结构面的工作性态对边坡稳定的影响,利用非线性有限元技术为边坡稳定性分析提供参考。     

基于随机响应面法的岩质边坡稳定可靠度分析

为客观描述岩质边坡中广泛存在的参数不确定性问题,同时解决传统的可靠度分析方法存在的不足,本文提出了基于随机响应面方法的岩质边坡稳定可靠度计算框架,并以一个典型的岩质边坡工程算例验证了本文方法的有效性。计算结果表明：2阶、3阶和4阶随机响应面法都能够较为有效计算岩质边坡结构稳定问题,计算结果与100万次蒙特卡洛方法的CDF曲线基本一致。此外,参数敏感性分析表明黏聚力c和内摩擦角φ变异系数的变化对失效概率的影响呈现正相关关系,单宽拉裂面面积z变异系数的变化对失效概率的影响呈现负相关关系。     

岩质边坡优势结构面强震崩塌破坏机制研究

据统计,5.12汶川大地震产生的次生地质灾害(如崩塌、滑坡、泥石流等)带来的危害远远大于地震本身直接造成的危害。震区广泛分布高陡的岩质边坡,故而对于边坡的结构面,特别是优势结构面的研究就显得尤为重要。针对震区一典型高陡岩质边坡崩塌地质灾害,利用赤平投影原理分析优势结构面组合情况,并结合离散元数值模拟软件UDEC对边坡稳定性进行分析计算,得出如下的结论:对于多组结构面组合的陡倾岩质边坡,在地震力作用下,局部裂隙逐渐加大并且向下发展,并且中部出现剪切变形,局部块体被挤出,随着变形的发展,裂隙贯通,悬空岩体重心不断外移,最终导致大面积的滑移-崩塌。     

岩质库岸边坡的动力响应试验研究

为了研究地震作用下库岸边坡动力响应变化,使用有限元软件建立三维数值模型,并得到不同水-岩周期与周期性循环加载、水-岩周期共同作用条件下边坡加速度放大系数变化趋势。试验结果表明：在未考虑水-岩作用时,边坡各观测点放大系数随着高程的增大而逐渐变大,增长趋势表现为折线状增长,在坡顶处达到峰值,这与实际规律相符;在考虑水-岩作用时,消落带观测点放大系数增长较大,而其他观测点放大系数则持续减小;水位为150m与180m时,边坡消落带与其他位置测点放大系数变化规律相似,边坡动力响应在地震条件下变化相似。与水位为150m时相比,水位为180m时观测点的放大系数更大。     

基于FLAC3D的岩质边坡爆破动力响应规律研究

边坡的动力稳定一直以来都是岩土工程及地震工程重点研究的问题。利用FLAC3D数值计算方法,对爆破作用下岩质边坡振动速度、位移、应力等进行模拟,并在与实测爆破振动峰值进行对比验证的基础上,分析边坡的动力响应规律。结果表明：地震波具有极强的方向性,主要朝施加荷载的正向传播;在边坡坡面和坡脚处因应力波在边坡自由面反射容易产生一定区域的振动加强场;应力的响应特征上,无论是拉应力还是压应力其最大值均出现在坡脚附近,在实际的边坡爆破开挖过程中,对边坡的坡面尤其是坡脚处应该加强保护措施。研究成果对岩质边坡开挖设计及施工具有一定的参考价值。     

软弱结构面位置对岩质顺倾边坡稳定性的影响

为研究软弱结构面的位置对岩质顺倾边坡稳定性的影响,以耿马县河底岗某石灰岩矿山为例,采用GeoStudio及MIDAS/GTS软件,对该岩质顺倾边坡的稳定性进行研究。结果表明,软弱结构面愈接近坡脚,边坡沿软弱结构面发生失稳破坏的可能性越大,潜在滑移面可能穿越软弱结构面;随着软弱结构面距离坡脚位置越远,其对对边坡稳定性的影响越小,此时边坡失稳的潜在滑移面与软弱结构面无关。     

考虑块石随机空间分布的土石混合体边坡稳定性研究

为准确定量评价块石随机空间分布对土石混合体边坡稳定性的影响,分别采用随机块石模型和等效强度参数可靠度两种方式对土石混合体边坡稳定进行评价。首先,利用随机块石模型生成块石随机空间分布的土石混合体边坡,然后采用有限元强度折减法分析评价块石的随机分布对边坡稳定性的影响。与之同时,将随机分布的土石混合体等效为一定取值范围区间的均匀材料,结合响应面法对土石混合体边坡进行不确定性分析评价。研究结果表明:随机块石模型能直观反映因随机块石而引起塑性剪切带的"绕石""分流"现象,且空间分布的不同对其影响也不尽相同。而等效强度参数可靠度模型则有利于对土石混合体边坡的稳定性进行工程定量评价。     

考虑流固耦合的大型预应力渡槽地震反应分析

借助大型通用有限元软件ANSYS对“渡槽槽身+槽内水体+预应力钢绞线”复杂体系进行有限元模拟研究,并编制相应程序,计算了南水北调中线洺河渡槽在同步激励作用下的地震时程响应,进行地震荷载作用下的强度和刚度校验,从而确定了渡槽的抗震性能,为实际工程提供了有价值的参考。实例计算表明,该模型及方法可为具有流—固耦合特征的大型预应力渡槽结构的抗震设计提供实用有效的方法。     

考虑裂隙分布及强度的膨胀土边坡稳定性分析

为完善现有膨胀土边坡稳定分析方法中概化处理土体结构,特别是裂隙面、软弱夹层等因素的局限,将边坡视为均质土层、裂隙充填薄层及张拉裂隙的组合,将现场勘测得到的典型控制性裂隙的空间信息(高程、倾角、厚度、长度)纳入模型,同时考虑裂隙面夹层的强度参数,建立膨胀土裂隙边坡地质模型。基于Slide程序中能够满足条块间作用力与力矩平衡,并且适合于折线滑动面的边坡稳定分析的Janbu、Spencer和Morgenstern方法,以南水北调中线工程典型滑坡为稳定性分析算例,分析含裂隙膨胀土边坡的稳定性及其特征。结果表明,边坡地质模型与真实边坡的吻合度越高,其稳定性亦越接近。在考虑了地表垂直裂隙、地下水及坡脚缓倾裂隙后,边坡的安全系数显著降低,并产生了由坡顶的垂直裂隙与从此裂隙底部开始发展、剪出口在坡脚的滑面组合而成的折线型滑动面,该滑动面型式与现场典型滑坡破坏特征基本一致。     

某重力坝考虑混凝土拉压损伤的地震响应分析

本文结合某实际重力坝工程,采用有限元软件ABAQUS的混凝土材料塑性损伤本构模型模拟了其混凝土材料在地震荷载作用下拉压损伤、拉压转换的全过程,并通过地震超载的方式使混凝土重力坝逐步达到极限状态,探讨了混凝土重力坝拉压损伤演化过程和变化趋势。通过与仅考虑混凝土受拉损伤在不同地震超载系数下的计算结果对比,还考虑混凝土受压损伤对重力坝强震破坏过程和极限抗震能力分析的影响。研究结果表明,同时考虑拉压损伤和只考虑拉损伤的极限抗震能力相同,且重力坝的强震损伤极限状态主要是由受拉损伤控制,同时在多轴应力状态下,拉压损伤有可能在同一部位同时出现。     

大渡河摩岗岭地区不同坡体地震动响应研究

大渡河河谷摩岗岭地区为地震高发区,采用FLAC~(3D)软件对该地区三维地质模型进行模拟计算,结合3个监测点的实测数据,研究了该地区不同坡体地震动的响应。结果表明:以海拔最低的3号监测点为参考,河流右岸1号监测点水平SN向地表峰值加速度(PGA)的放大系数达到最大值4.43,数值模拟值为3.50;河流左岸5号监测点地震波的放大系数较右岸明显偏低,实测PGA放大系数2.94,数值模拟结果为1.54。同时数值模拟得出河流右岸坡体随着高程的增加PGA不断增大,在山脊顶部达到最大;而在河流左岸,PGA遵循先增大后减小的规律。研究表明,该地区不同坡体形态对地震动响应也不同,大渡河右岸单薄山脊对地震波放大效应明显高于左岸浑厚山体。     

论层状岩石边坡的倾倒破坏

层状岩石边坡倾倒破坏稳定分析中,应计入上层滞水产生的倾倒力矩,这样才能解释倾倒体的许多不规则现象。对于易发生倾倒的岩体,做有效地排水应是首选的治理措施。     

直立岩质切向边坡岩体原位直剪试验研究

针对岩质切向边坡发生剪切破坏时其剪切面难以预测,同时在强风化作用下造成岩体性质差异使得岩体强度参数难以准确获得的问题,本文以遵义市花台坡高边坡为工程背景,开展直立岩质切向边坡岩体原位直剪试验研究。得出切向边坡岩体剪切过程受到走向与坡向垂直的结构面控制,剪切面首先沿此方向上的节理裂隙扩展,硬岩剪切过程中剪切面呈现"台阶"型破坏面,粗糙度小;较硬岩剪切破坏面呈现"波浪"型,起伏剧烈,粗糙度大;软岩发生整体剪断,剪切面较为平整;而含贯通性倾坡外结构面的岩体则沿结构面发生剪切破坏,剪切面顺直平滑。与室内三轴试验对比后发现,现场原位直剪试验结果很好地反映了工程实际情况,特别是对于薄层软硬相间的岩体,能提供更为准确的岩体强度参数。     

考虑倾角的土质边坡Green-Ampt改进入渗模型

针对传统Green-Ampt入渗模型忽略坡角和土体非饱和区对边坡降雨入渗的影响这一情况,利用倾角对土体入渗势能梯度进行修正,并将入渗时边坡土体按含水率划分为饱和层、过渡层和未湿润层,建立考虑倾角的土质边坡分层假定入渗模型,推导边坡降雨入渗深度与降雨历时的关系,并通过入渗实例将新模型与传统模型进行比较。研究结果表明:分层假定模型预测的坡面产流时间及湿润锋深度与降雨历时的关系较传统Green-Ampt入渗模型（简称为GA模型）更接近实测值;自由入渗阶段,分层假定模型的湿润锋扩展深度与GA模型一致,但入渗速率低于GA模型;积水入渗阶段,分层假定模型的湿润锋扩展深度及入渗速率均大于GA模型,湿润锋扩展深度的差值随着降雨历时的增大逐渐增大,而入渗速率差值的变化呈相反趋势。根据新模型,分析了倾角和雨强对边坡降雨入渗的影响,发现随着边坡倾角的增大或雨强的减小,雨水入渗到坡体内相同深度所需的降雨历时增加,这种现象在倾角大于60°或雨强小于20 mm/h时尤为明显。