岩芯成饼单元安全度三维数值试验及地应力反馈分析

岩芯饼化是深部及高应力地质环境特有的现象,通过岩芯饼化来推测地应力有重要的理论和工程意义。首先模拟不同应力对岩芯饼化厚度的影响,并综合三维弹性数值模拟和带拉伸的莫尔-库仑强度准则,提出岩芯饼化"潜在破坏面"单元安全度的计算方法,研究不同地应力对岩芯潜在破坏面的影响。模拟结果表明,在水平应力一定的条件下,随着竖向地应力的变化,竖直岩芯潜在破坏面单元安全度、剪切破坏和拉伸破坏模式都发生变化。单元安全度方法能够直观显示岩芯潜在破坏面安全度的分布,并量化地反映地应力与岩芯破坏模式之间的对应关系。采用单元安全度方法,对美国Williston盆地Bakken页岩储层的前期勘测地应力和观测岩芯分析,取得相一致的计算结果,说明利用该方法分析与识别地应力是可行的。

基于FLAC^(3D)的边坡单元安全度分析及应用

为改进传统边坡稳定分析中安全系数的定义不适合于具有多个坡面的复杂边坡的缺陷,引入静载强度分析中对点安全系数的定义,结合FLAC3D数值模型,提出了边坡单元安全度的概念.采用FLAC3D内嵌编程语言FISH编写了单元安全度的计算模块,得到了边坡各单元安全度的分布.采用这种方法对平朔安家岭露天煤矿边坡下的井工开采进行了数值模拟.结果表明:在井工开采影响下,露天煤矿边坡可能会出现"圆弧-顺层"的滑坡模式;在开切眼附近坡体地表形成大范围的拉破坏区,单元安全度小于1的地方均位于坡体台阶受拉处,最小单元安全度为0.88,出现在南端帮边坡;井工开切眼位置应远离边坡体.

基于单元安全度的黄土边坡动力稳定性分析

【目的】分析黄土地区复杂边坡局部及整体的稳定性,为该地区边坡的稳定加固及基础设施建设提供参考。【方法】引入单元安全度概念,基于摩尔库伦准则得到单元安全系数,结合有限差分法数值模型编制相应的外部计算模块,分析西气东输二期工程某黄土边坡的稳定性。【结果】计算得到了复杂边坡在动力荷载作用下的安全度分布,进而对边坡在动力荷载作用下的局部和整体稳定性的判断表明,在动力荷载作用下,边坡局部出现了先于整体的屈服,在坡体上沿和边坡坡体凸出部位出现了拉伸破坏。【结论】通过强度折减法得到边坡的整体安全系数,利用其对单元安全度方法合理性的验证表明,单元安全度方法在评价复杂边坡稳定性时优于其他方法。

基于应变软化的岩土工程单元安全度评价方法研究

针对大多已有岩土工程局部安全评价方法未考虑拉伸破坏和屈服、破坏阶段的问题,对围岩的局部安全评价方法进行了相应的改进。基于Mohr-Coulomb屈服准则和应变软化模型建立了单元安全度的评价方法和新的定义,综合考虑剪切和拉伸破坏模式,定义一个统一的变量ZSD来表征和量化岩土体单元从弹性、屈服到破坏的安全程度,实现复杂应力状态下岩土体渐进破坏过程的局部安全性定量评价。推导了ZSD的各阶段表达公式,利用FISH语言在FLAC^(3D)平台编写程序。通过相应的实例和工程进行了ZSD计算,验证了该方法的正确性与有效性。该方法具有参数表达简单,易于在程序中实现,可通过ZSD所在值域判断单元所处的状态,可直观揭示岩土体渐进破坏过程等诸多优点。该方法为分析和预测岩土工程中危险区域的演化和描述渐进破坏过程提供了有效的手段。

基于单元安全度的露井联采边坡稳定性分析

传统边坡稳定性分析方法只局限于二维的单一坡体剖面,且最终只得到一个安全系数,针对传统分析方法的缺陷,引入了单元安全度分析方法,采用FLAC3D内嵌FISH语言编写了计算单元安全度的程序,并结合某露天地下联合开采矿山实例进行计算,得到了该露天矿边坡单元安全度的分布.结果表明:单元安全度小于1的地方集中在东部边帮和南端帮边坡,最小单元安全度为0.91,出现在南端帮边坡处,为矿山安全生产和矿石充分回采提供科学指导依据.

基于Hoek-Brown准则的隧道围岩改进单元安全度分析

为了建立基于应变软化Hoek-Brown强度准则的围岩安全性评价方法,首先推导了Hoek-Brown准则与Mohr-Coulomb准则之间的关系,求得等效内摩擦角和黏聚力。其次将屈服接近度和破坏接近度进行变换统一到单元安全度量体系,进而总结了由Hoek-Brown应变软化参数表征的改进单元安全度(Zone Safety Index,ZSI)公式,实现了对单元的弹性、屈服和破坏状态的表达,并基于FLAC3D中FISH语言进行二次开发,编译了ZSI计算程序。随后,通过FLAC3D软件建立三维隧道模型,对该方法进行验证,并研究了Hoek-Brown准则参数对ZSI的影响规律。最后针对甄峰岭隧道大变形段的锚杆加固效果进行研究,利用ZSI法对大变形段不同长度锚杆加固方案进行安全稳定性对比分析,确定了较为合理的加固支护措施。研究结果表明:①ZSI小于1的区域与MIDAS的有效塑性应变区域基本一致,验证了ZSI程序的正确性,且ZSI可对岩体的弹性、屈服、破坏区域进行量化评价。②ZSI随地质强度指标GSI增加而增大,采用三次多项式进行拟合精度较高;随着单轴抗压强度σci增大,ZSI呈指数方程增加,具有较高的相关性,扰动越大,单元安全度越小,表征围岩稳定性越差,ZSI随扰动因数D呈双曲线递减趋势变化;③ZSI法能够作为隧道初期支护方案优化和安全性评价的参考指标,对相关隧道的优化结果显示,3 m长注浆锚杆,同时加强其他支护结构能有效控制事故区的大变形,且安全性较好。

滑坡三维局部稳定性评价研究

目前滑坡稳定性研究主要以滑坡整体为研究对象,而大部分滑坡特别是大型、特大型滑坡失稳破坏均从滑坡局部开始,因此从三维局部的角度对滑坡稳定性进行研究有其必要性。采用单元安全度法,以三峡库区某滑坡为例,运用FLAC3D数值模拟软件对该滑坡各单元的安全系数进行计算,得到滑坡各部位稳定性系数分布图,并根据滑坡宏观变形和地表位移监测结果对滑坡的三维局部稳定性评价结果进行验证。结果表明:滑坡宏观变形和地表位移监测结果与三维局部稳定性评价结果较为一致;该滑坡目前整体较稳定,但滑坡前缘在降雨和库水的持续作用下将会发生失稳破坏。

基于ZSI岩溶溶洞对基坑开挖的影响

为了研究大连多岩溶区的复杂地质条件对基坑开挖的影响,运用有限差分软件FLAC^(3D)对不同溶洞位置的基坑进行模拟,得到位移变化规律。同时利用单元安全状态评价指标ZSI(Zone State Index)对不同溶洞位置下基坑周围土体进行评价,针对影响较大区域溶洞提出合理的溶洞处理方案。研究结果表明:溶洞对基坑稳定性影响程度由大到小依次是被动区、过渡区、主动区。针对被动区溶洞采取开挖前注浆处理,通过对大连地区深基坑进行数值模拟确定的不同溶洞位置对基坑影响程度具有一定的指导意义,可为岩溶地区深基坑工程的设计与施工提供参考。