基于K-L展开的断层-节理边坡随机有限元分析

土性参数的空间变异性和断层-节理的耦合作用,将显著影响边坡工程的稳定性分析。基于K-L展开方法模拟土体抗剪强度参数空间变异性,同时通过强度折减法计算节理岩体边坡的稳定性系数,提出了一种考虑土体参数空间变异性的边坡可靠度分析方法。探讨了土性参数的变异性及水平和垂直方向的相关距离对断层-节理边坡随机可靠度的影响。通过与已有研究中均质边坡稳定性对比分析,验证了模型的可行性,并结合现场实际工程进行分析。研究表明:断层-节理裂隙改变了边坡潜在滑移面产状,同时降低边坡的安全系数。边坡失效概率随着土性参数变异系数的增加而增大。忽略土性参数的变异性指标时,会高估边坡的安全系数指标,低估失效概率。土体竖向波动范围显著影响边坡的可靠度,断层-节理对于边坡稳定性的影响远大于土体波动范围。

全长粘结式锚杆加固节理边坡的动静态位移响应

锚杆通常被作为表面粗糙的轴力杆单元进行分析,但在节理边坡加固中,由于节理面的错动,同时考虑锚杆的轴向和横向作用显得更加合理。通过理论分析,建立锚杆三弹簧单元的力学特征模型和变形特征模型,对其受力和变形进行全面分析;运用拉格朗日元数值方法(FLAC3D),建立以理想弹塑性本构Mohr-Coulomb准则为基础的节理边坡模型,应用三弹簧锚杆单元,对其锚固前后的动静态位移响应进行模拟。结果表明:节理面锚固处理后,岩体的刚度得到提高;边坡各部位的位移减小,节理两侧位移的突变值变小;锚杆对节理的上下盘岩体起到有效的拉结作用,抑制了两盘之间的较大变形位移,有利于边坡稳定。

节理边坡渗流离散元模拟及边坡可靠性分析

采用定性研究和定量分析相结合的方法,对地下水对节理边坡稳定性的影响进行了较为全面的研究.首先采用离散元方法进行了节理边坡地下水流动的数值模拟:其次用不确定性方法——模糊点估计方法对有水和无水作用两种情况下的边坡稳定性进行了模糊随机可靠性对比分析.研究表明,地下水的存在使边坡的破坏面积增大,破坏概率剧增,边坡可靠性指标极大地降低,因此地下水对节理边坡稳定性具有不可忽视的作用.

多组节理边坡稳定性FLAC3D数值分析

边坡稳定性对工程安全构成直接的威胁,对多组节理且较发育的岩体边坡稳定性安全评价,利用赤平投影方法能比较好地反映不稳定结面与边坡的几何空间关系、不稳定结构体的可能变形位移方向,为FLAC3D数值计算模型的建立提供依据。以某公路段岩体节理边坡稳定性安全评价为研究对象,通过赤平投影和FLAC3D数值计算模型稳定性分析表明,A1,J1节理组对边坡稳定性影响极大;A3,J1,A3,J2与A1,J1组节理构成贯通结构面,边坡不稳定体为两组结构面切割形成的滑体,边坡安全系数为0.67,需要支护加固。该方法对复杂节理边坡稳定性安全评价比较好地避免了采用工程经验建立数值计算模型的盲目性。

基于广义Hoek-Brown强度准则的PEM节理边坡可靠性分析

广义Hoek-Brown强度准则(简称GH-B准则)作为估计完整岩石或节理岩体剪切强度的半经验准则,已成为岩体强度预测及数值计算领域中应用最广的准则之一。经验公式中涉及3个与岩体特性有关的材料参数mb、s和a,实际应用中还不能直接对这3个参数进行精确取值,只能通过中间变量推导或结合地质经验来确定。为尽可能大地消除因用Hoek-Brown经验公式(简称H-B经验公式)的中间变量推导带来的累积误差,消除边坡稳定性评价结果的偏差,提出了从基本随机变量着手,考虑基本变量的可变性与不确定性,借助可靠性理论来综合分析评价边坡潜在破坏概率和风险程度的方法。研究基于GH-B准则的节理岩质边坡的可靠性问题,首先从决定H-B经验公式的4个基本参数GSI、σci、mi和D出发,研究变量的分布概型及取值范围,然后引入到H-B经验公式中去,利用有效地可靠性计算方法求解边坡的失稳概率,将统计矩点估计法(PEM法)引入到节理岩质边坡失稳概率的求解中,通过对一开挖桥墩承台边坡的可靠性分析表明,基于GH-B准则的PEM方法提高了稳定性评价的客观性,结果更加真实可靠。

基于GH-B准则的节理边坡模糊破坏概率研究

广义Hoek-Brown(GH-B)强度准则作为估计完整岩石或节理岩体剪切强度的半经验准则,已成为岩体强度预测及数值计算领域中应用最广的准则之一。经验公式中涉及3个与岩体特性有关的材料参数mb、s和a,实际应用中还不能直接对这3个参数进行精确取值,只能通过中间变量推导或结合地质经验来确定。为尽可能大地消除因用H-B经验公式的中间变量推导带来的累积误差,消除边坡稳定性评价结果的偏差,本文提出了从基本随机变量着手,考虑基本变量的模糊性和随机性,通过模糊随机可靠性理论来综合分析评价边坡潜在破坏概率和风险程度的方法。首先从决定GH-B经验公式的4个基本参数GSI、σci、mi和D出发,采用模糊数对随机变量进行模糊化处理,然后引入到H-B经验公式中去,利用修正的模糊点估计方法将节理边坡的稳定极限方程由模糊集向普通随机集转化,求解边坡的模糊破坏概率。

单一节理边坡模态及谐响应分析

为有效避免地震作用下边坡的共振现象,将含有控制结构面的顺层边坡简化为单一节理边坡模型,采用ANSYS软件对简化模型进行模态分析和谐响应分析。结果表明,随着节理结构面剪切刚度的增大,边坡的一阶振型由沿结构面的错动振动变为水平振动,且临界剪切刚度为0.5 GPa/m。当边坡岩石弹性模量由20GPa增加到50 GPa时,临界剪切刚度增加。地震作用下只有边坡的第一阶自振能被激发产生水平方向共振现象,结构面的存在能减小边坡的一阶自振频率,使边坡的自振频率更接近地震波的主频,更易产生共振,可通过支护方式增加边坡节理剪切刚度来控制地震作用下边坡的共振现象。

节理边坡的稳定性评价

本文在评价用传统方法即赤平极射投影和实体比例投影方法分析节理边坡稳定性的基础上,结合具体工程实例引进了优势结构面的确定、岩体破坏模式的运动学判释、可移动块体的几何判定和关键块体的确定等方法, 使传统方法得到拓宽和完善,从而具有更好的适用性和可操作性。

路堑节理边坡开挖稳定性及影响因素分析

以某公路节理岩质边坡为工程背景,首先利用FLAC3D建立该边坡的数值分析模型,计算得到5台阶开挖的安全系数分别为2.62、2.39、1.61、1.06、0.67,并确定其破坏模式为双滑块平面剪切破坏;然后针对边坡的破坏模式建立理论计算模型,分别改变节理的倾角和力学参数(c,),分析它们对稳定性的影响。结果表明:变化下滑块节理面的倾角时,安全系数先变小,而后逐渐增大;变化上滑块节理面的倾角时,安全系数逐渐增大;当c1、c2取值较小时,两者的变化对于安全系数的影响基本相同,但随着取值的增大,c2的影响效果逐渐大于c1。

交通荷载作用下节理边坡预应力锚固效应的数值模拟

以福建省罗源县某公路高边坡为研究对象,对交通荷载下节理边坡预应力锚固效应开展数值模拟分析。研究结果表明,设置预应力锚索框架对边坡安全系数有明显的提高作用。对比有、无锚固节理边坡的动力响应特性,设置预应力锚索框架后,边坡监测点的水平位移、竖向位移有所减小;距离交通荷载较近的监测点的加速度、速度有所下降。说明锚索框架对边坡各点的位移、加速度、速度起到较好的控制、约束效果。交通荷载作用下锚索的轴力从锚头处开始上升,在自由段达到稳定数值,并在锚固段下降为接近于0。锚索轴力随坡高增加而减小;在锚索自由段范围内,存在轴力值下降后又上升的“小平台”,通过实测轴力曲线是否存在“小平台”,有助于判断岩体内空洞及软弱结构面的位置。

节理边坡锚杆加固效应分析

基于强度折减的拉格朗日差分法,对某公路节理岩质边坡建立数值模型,分析对边坡稳定性构成威胁的滑动面和不稳定体,研究锚杆支护对该滑动面和不稳定体运动的控制作用。计算结果表明,在未支护前,该边坡安全系数为0.67,处于不稳定状态,边坡滑动面为两组节理结构面切割形成的贯通面。采用相间锚杆对边坡进行支护后,安全系数提高到1.29,锚杆有效地控制了滑体的滑移,增大了边坡的安全系数,提高了边坡的稳定性。

节理边坡与锚杆耦合作用的空间效应分析

编制符合实际受力和变形情况的锚杆数值计算单元,利用拉格朗日差分计算方法建立节理岩体边坡的数值分析模型,分析锚杆在节理滑移和张开情况下的受力特征,以及与边坡岩体之间的相互耦合作用效果,结果表明:边坡在锚杆加固后,仍存在较大的变形,锚杆起到柔性加固作用;由于锚杆的加固作用,在节理面两侧岩土体的位移变化不大,锚杆对节理岩体起到了拉结作用,但这种拉结作用仅在滑体发生运动后才能产生;由于滑体的运动,导致与之相交的锚杆产生较大轴力,在与节理相交部位均存在锚杆轴力的峰值,从而锚杆呈现轴力多峰值的形态。

降雨条件下公路节理边坡稳定性分析

结合某公路节理岩质边坡,采用离散单元法,考虑节理岩体应力与渗流耦合机理,对降雨条件下节理边坡稳定性进行分析。重点分析了边坡主应力分布和位移矢量图,节理张拉和剪切位移以及边坡渗流产生的空隙水压力。分析结果表明:节理边坡变形主要受优势节理面控制,产生平面滑移。节理张拉和剪切位移趋势与边坡变形规律是一致的,地下水流动产生空隙水压力会加剧边坡的变形趋势。

赤平极射投影在岩质节理边坡稳定性分析中的应用

对于岩质节理边坡,边坡的稳定性除了倾角的影响外,还取决于边坡岩石的性质、边坡区域内的不连续面,如断层、节理、裂隙和不同岩层的界面。以某露天矿山为工程背景,通过边坡节理调查,基于赤平极射投影法,对岩质节理边坡的失稳模式以及矿山878平台边坡的稳定性进行了分析,为边坡的设计与施工提供有益的参考依据。

含雁列式断续节理的岩质边坡失稳机制模拟研究

岩质边坡的阶梯状破坏是一种常见的失稳破坏类型,其稳定性主要受岩质边坡内部的不连续结构面和岩桥控制。为了探究雁列式裂纹间相对位置的复杂变化对节理岩质边坡阶梯状破裂面形成的影响,基于零厚度黏聚力(Cohesive)单元,采用重力增加法开展了考虑裂隙倾角、岩桥倾角、岩桥长度的含雁列式裂纹岩质边坡阶梯状破坏数值模拟。通过对于模拟结果的编程处理,实现了节理岩质边坡破坏过程中的声发射模拟,结合岩质边坡破坏过程的应力、位移云图,进一步分析了节理岩质边坡阶梯状破裂面形成的演化过程与力学机制。研究表明:节理岩质边坡模型的破坏模式可分为持续破坏型和渐进破坏型,渐进破坏模式的出现主要与裂纹倾角和岩桥倾角有关;岩质边坡阶梯状滑裂面的形成是一个岩桥从下至上逐渐贯通的过程,其破坏过程分为等速变形阶段和加速变形阶段;随着裂纹倾角的增加,岩质边坡的岩桥贯通所需要的荷载逐渐增加;随着岩桥长度的增加,岩质边坡内部岩桥破裂贯通所产生的声发射事件数和裂纹扩展总长度逐渐减小;相比于裂纹倾角和岩桥长度,岩桥倾角对于节理岩质边坡中岩桥贯通与阶梯状破裂面形成的影响较小。本文研究了多种工况下含雁列式断续节理岩质边坡的失稳机制,以期为该类型岩质边坡的稳定性评价与失稳防控提供一定的理论参考。

节理岩质边坡地震时程响应分析

通过对节理岩质边坡输入6组不同频率、波形的模拟及实测地震波进行计算,研究边坡在地震过程中的变形时程响应。根据对预置监测点的位移时程曲线的分析,将边坡在地震过程的变形可划分为变形启程、变形累积及稳定(失稳)3个阶段及启程剧动、临界变形2个关键点;并通过对边坡动力响应规律的总结和探讨,验证节理岩质边坡在地震过程中,位移的边缘放大效应。计算结果表明:等效地震波波形和频率对计算结果有较大影响,4种不同波形的正弦波产生的极限位移相差1倍,采用振幅由小到大的正弦波替代实测地震波能获得更为接近实际情况的计算结果。地震波频率的高低对边坡的累积变形影响较大,高频快速振动会加速边坡变形的累积和失稳,地震波的高频部分控制边坡的累积变形,低频部分控制边坡变形的启程。

爆破振动作用下节理岩体边坡变形破坏因素敏感性分析

基于老挝某在建水电站溢洪道边坡,在分析边坡稳定性影响因素基础上,选取岩体容重、结构面粘聚力、内摩擦角、爆破振动作用作为主要影响因素,将爆破作用转化为振动加速度并引入边坡稳定计算中,利用正交设计试验对各项指标进行交互组合,通过灰关联分析法计算各因素对稳定系数的关联度,计算敏感性排序为:爆破振动作用>内摩擦角>粘聚力>容重,表明爆破振动作用对边坡稳定影响最大,其次为抗剪强度指标。因此若要保证边坡后续稳定,需控制爆破作用的影响,并采取工程措施增加边坡结构面抗剪强度。此方法可为类似节理边坡治理提供借鉴。

地震作用下节理岩质边坡稳定性影响因素研究

汶川地震灾害调查表明,在基岩山区地震滑塌主要发育在局部强度相对较大、节理较发育的厚层或块状岩体中。以岩石中含两组节理的岩质边坡为例,输入实际的地震记录,采用离散单元法进行数值模拟,分别探讨坡高、地震烈度、坡角及节理倾角组合对节理岩质边坡稳定性的影响。结果表明:地震作用下坡体中质点的加速度、速度具有高程放大效应;节理岩质边坡稳定性随着坡高、坡角和地震烈度的增加而降低;两组节理不同组合的岩质边坡,其稳定性变化较为复杂,受节理倾角与坡角的关系、节理的倾向、两组节理之间夹角等因素的影响。节理岩质边坡在地震作用下是受拉区逐渐向受剪区扩展而最终导致边坡失稳破坏,是受拉和受剪的复合破坏。上述初步结论为评价山区节理较发育的岩质边坡在地震作用下的稳定性提供一定的依据。

基于结构面参数概率分布更新的节理岩质边坡可靠性分析

岩质边坡节理裂隙通常十分复杂且其分布具有较大的随机性,准确地模拟岩体随机裂隙网络对边坡稳定性分析至关重要,然而目前的模拟方法不能较好融合结构面露头实测数据。提出基于贝叶斯更新方法优化结构面几何和抗剪强度参数概率分布,修正边坡岩体随机裂隙网络模型,其中将融合的结构面现场实测数据表征为样本分布。在此基础上,同时考虑结构面几何参数(倾角、迹长)和抗剪强度参数(内摩擦角、黏聚力)的不确定性,采用非侵入式随机有限元法进行节理岩质边坡可靠度分析。以小湾水电站左岸4号山梁边坡模型为例说明提出方法的有效性。结果表明:贝叶斯更新方法和解析解获得的结构面参数后验概率分布几乎一致,前者能够有效地融合现场实测数据降低对结构面参数不确定性的估计和优化参数概率分布,进而生成更贴近工程实际的边坡岩体裂隙网络模型和获得更客观的边坡可靠性分析结果。采用结构面参数后验信息生成边坡岩体裂隙网络模型和进行边坡可靠性分析,获得的后验失效概率显著低于边坡先验失效概率。

爆破载荷作用下高陡节理岩质边坡动态响应的3DEC模拟

运用三维离散元程序3DEC,对某露天矿高陡节理岩质边坡在自然状态下的静态响应和爆破载荷作用下的动态响应进行了模拟,分析了爆破载荷作用下边坡质点的振动速度以及位移和应力特征,并将计算结果与现场监测结果进行了比较。结果表明,两者吻合较好,用3DEC模拟爆破载荷作用下节理岩体边坡的动态响应是适合的。