块体单元法安全系数取值标准研究

边坡稳定性问题涉及矿山工程、水利工程等诸多工程领域,对边坡稳定性进行分析的方法主要有极限平衡法(LEM)、有限单元法(FEM)、块体单元法(BEM)、离散单元法(DEM)、边界单元法(BEM)、界面元法(ISEM)、不连续变形分析方法(DDA)等等。选取刚体极限平衡法、有限单元法和块体单元法,对单面滑动、双面滑动的算例进行了安全系数计算和对比分析,进而建议在滑动破坏模式一致的情况下,块体单元法的安全系数取值可参照刚体极限平衡法或有限单元法的标准选取,结果偏于安全。

基于块体单元法的岩石边坡安全系数研究

岩石边坡因其结构面数量众多、块体系统及其滑动方式复杂,给危险块体组合的搜索及其安全系数计算带来很大困难。基于块体单元法,对岩石边坡中的危险块体组合搜索及其安全系数的计算方法进行了研究。首先,在块体元强度折减计算的成果下,根据屈服面贯通理论提出搜索危险块体组合的新方法;然后,对安全系数计算方法进行研究,建议在位移突变判据下采用双线性交叉法计算安全系数;最后,进行了单面、双面和多面滑动以及复杂块体系统的算例分析,并与刚体极限平衡法计算结果进行了对比。结果表明,由于块体单元法考虑了力与力矩的平衡及结构面上应力的非均匀分布,其计算结果更准确。该方法有望广泛应用于复杂岩石边坡稳定分析。

岩石边坡动力稳定安全系数的块体单元法分析

将动力分析的块体单元法应用于岩石边坡地震稳定时程分析。将黏弹性人工边界条件的思想与块体单元理论相结合,建立块体系统的人工边界条件,用以模拟地基的弹性恢复能力和地基对散射波能量的吸收,从而消除波动在计算区域边界上的反射。黏弹性边界具有稳定性好,易于与计算程序结合的优点。通过动力计算所得的块体加速度计算块体的惯性力,并由此判断块体可能的滑动模式,进而根据滑动模式将惯性力分解为块体滑动力和垂直于滑动方向的作用力,由此作用力计算块体的抗滑力。块体抗滑稳定安全系数即为抗滑力与滑动力之比,从而可以得到地震过程中块体稳定安全系数时程曲线。小湾水电站进水口边坡算例体现了该方法的工程应用能力。

基于单元安全系数法的浅埋隧道三台阶法开挖进尺优化

为进一步研究浅埋隧道三台阶法开挖进尺问题,以鹅岭隧道为工程背景,采用FLAC_(3D)有限差分法数值模拟软件建立了隧道三维稳定性分析模型,模拟了4种开挖方案,并引入单元安全系数法,计算了隧道围岩各区域的安全系数,分析了隧道围岩潜在的破坏形式,确定了三台阶法合理的开挖参数。通过对比分析围岩的安全系数、位移、应力、塑性区可得,上台阶开挖长度越长,中、下台阶开挖以及前方土体对隧道工作面的挤压越小,越有利于隧道开挖面的稳定性;而台阶越长,支护间隔越长,支护效果就越差,安全系数就越小,隧道围岩的失稳风险就越大。在施工过程中,隧道最危险的部位为拱脚与拱底处,建议采取方案一进行开挖,各台阶之间为不同步开挖,且预留核心土,上台阶开挖长度宜为5~10 m,开挖进尺宜为0.5~0.6 m。

滑坡稳定性分析与安全系数取值研究

在地质灾害中,滑坡灾害分布最广、发生频率最高、危害最大,是我国地质灾害防治的主要对象。滑坡研究的主要任务之一是稳定性分析。论文针对三板溪水电站进水口滑坡和水布垭水电站大岩淌滑坡,分别采用刚体极限平衡法、块体单元法、有限单元法对稳定安全系数和条间推力分布曲线进行分析和比较,研究各种方法的差异和计算精度,以及各种方法稳定安全系数的取值标准,希望为水利水电工程边坡设计规范有关有限单元法、块体单元法条目的编写和相应的允许安全系数取值标准的制定提供一定的参考。研究结果表明:①块体单元法计算的安全系数与刚体极限平衡法计算的安全系数可以采用相同的取值标准,而有限单元法计算的安全系数取值标准可适当降低;②块体单元法计算的条间水平推力、条间剪切力与刚体极限平衡法(尤其是Sarma法)计算的条间水平推力、条间剪切力非常相近,有限单元法计算的条间水平推力、条间剪切力较小;③分析方法、力学模型与参数取值应与安全系数取值标准相匹配。

基于有限单元法的岩土边坡动力稳定分析及评价方法研究进展

该文给出了基于有限元法的岩土边坡动力稳定分析的主要方法,对这些分析方法进行了较为详细的表述和分析,在此基础上提出了平均地震系数计算的新方法,即对潜在滑动区域分块按有限元法计算地震系数,进而再按拟静力法计算安全系数。为了考虑滑动体变形对地震稳定系数和永久变形的影响,应建立地震响应与地震永久变形相耦合的计算方法。指出边坡在地震荷载作用下产生的永久位移或累积变形作为边坡稳定性评价指标是科学合理的。最后提出了基于性态的边坡抗震设计方法,包括边坡抗震性态水准的划分、性能指标的建立和抗震设计方法。

极限平衡法和有限单元法混合分析土坡稳定

利用有限单元法和极限平衡法对一边破稳定性进行了计算机模拟及计算分析。确定了滑动面的位置和形式,然后用刚体极限平衡法计算安全系数。这样不仅考虑了土体的应力-应变关系,同时能很方便的计算出土坡稳定的安全系数。避免了极限平衡法单独计算时反复试算这一过程。这两种方法联合应用可以互相补充,因此充分发挥了两者各自的优点。

基于块体单元法的白鹤滩左岸边坡稳定性分析

左岸边坡强卸荷块体系统的稳定问题是白鹤滩水电站题重要工程技术问题之一。针对左岸边坡地形地质条件、变形特征及变形机理的研究,表明结构面组合的三维块体滑动失稳为其主要的破坏模式。常规刚体极限平衡法和连续介质力学方法在求解复杂块体系统稳定时均存在一定的局限性。以块体单元自动识别方法为前处理程序,建立白鹤滩左岸边坡块体系统三维模型,基于弹黏塑性块体单元法(BEM)计算特定块体强度储备安全系数,进行边坡稳定性研究,分析边坡控制性结构面及其关键块体,研究结果与常规刚体极限平衡分析和地质力学模型试验基本一致。块体单元法的分析成果为左岸边坡加固处理提供了依据,同时对复杂块体系统岩体边坡的稳定性研究具有一定指导意义。

地下水作用边坡稳定性的运动单元法分析

讨论了地下水作用边坡稳定性分析的运动单元法基本原理与公式 ,推导了有孔隙水压力影响的单元静力平衡方程和单元边界水压力的计算式 .采用运动单元法对地下水作用边坡最危险滑动面进行全自动搜索 ,研究结果表明 。

运用有限单元法进行植物固坡分析

为了更好地运用理论指导植物固坡实践,通过对现有植物固坡方法进行对比分析,指出目前两种主要方法均存在不足,进而提出有限单元法是一种很好的数值分析方法,并通过实例的计算充分体现其优越性.

用有限单元法分析土坡静力稳定性的算法

提出了一种用有限单元法分析土坡静力稳定性的计算方法．该方法不仅适用于各 种类型的单元，而且也可作为独立的子程序与各种有限元分析法相结合，确定土坡最危险滑 动面的位置及相应的最小安全系数．文中给出了该方法的详细算法．

基于离散单元法的白鹤滩水电站复杂块体稳定性分析

节理岩体边坡块体稳定性分析是岩体力学工程实践中关心的一个重要问题,经典极限平衡理论在求解复杂块体稳定时具有诸多的限制。基于离散单元法作为运行平台,推导复杂块体安全系数计算公式,并在此基础上编制复杂块体稳定性分析程序,能够弱化复杂地形、材料非线性以及初始地质条件等传统问题的约束;继而运用2种经典块体模型对该程序进行正确合理性验证。最终将程序应用于白鹤滩左岸边坡复杂块体稳定性分析研究,给出关键块体安全系数及其潜在破坏模式,并根据块体稳定性特征及其变形模式给出加固建议。该研究结果对岩体边坡复杂块体稳定性研究具有一定指导意义。

岩质边坡复合型破坏机制的改进运动单元法研究

目前运动单元法的研究主要集中于土质边坡,未涉及到岩质边坡稳定性分析问题;而岩体中孕育有不同特性的结构面,控制着岩质边坡的力学行为。为求解结构面控制作用下岩质边坡“结构面滑移-岩桥剪断”复合型破坏问题,研究了塑性滑移区节点在岩桥内和结构面上的运动约束条件,推导了含结构面的运动单元计算公式,提出了改进运动单元法。通过经典算例的对比分析,验证了改进运动单元法计算结果的准确性。研究结果表明:岩桥位置、结构面贯通度和结构面倾角是控制岩质边坡力学行为的3个主要影响因素。岩桥越接近坡顶,改进运动单元法所得安全系数越大,而Jennings法无法反映岩桥位置的影响效应。高贯通度的结构面导致岩质边坡发生“结构面滑移-岩桥剪断”复合型破坏模式,安全系数较小;而低贯通度的结构面导致完整岩石发生破坏,安全系数较大。水平或陡倾角结构面导致滑裂面穿切结构面,安全系数较大;而对于其它倾角情况下的结构面,岩质边坡发生“结构面滑移-岩桥剪断”复合型破坏模式,安全系数较小。实例应用结果说明该方法可以有效评价岩质边坡的稳定状态,可在类似工程中应用推广。

基于有限元强度折减法重力坝整体稳定及安全评价

结合某水库复杂地质条件下重力坝工程实况,建立了坝体坝基系统三维有限元网格模型,并采用有限元强度折减法,基于位移突变性判据,分析了坝体—坝基系统应力变形规律,求得坝体—坝基整体稳定安全系数达到3.0以上,满足规范要求。

有限单元法在边坡多维稳定性中的应用研究——以云南省昆明东连接线支线为例

有限单元法的适用范围包括对非均质、非线性、界面与边界等复杂受力变形问题的研究,将有限单元法应用到边坡工程土体结构的受力变形问题的研究中,可以对边坡稳定性的安全系数进行计算分析[1]。本文以昆明东连接线支线沿线的土质高边坡为对象进行分析研究,并在充分掌握该路段工程地质条件的基础上,利用Midas软件建立边坡稳定性三维受力分析模型,分析其边坡稳定性。分析研究表明:边坡临空面与最大主应力迹线、最小主应力迹线及最大剪应力迹线具有平行、正交关系,并且应力迹线呈凸向临空面的弧形分布;边坡的安全系数为1.5时,该边坡计算不收敛,且塑性区贯通;坡顶和坡脚的稳定性对边坡整体稳定起重要作用。

三维边坡稳定分析的有限元弹塑性迭代解法

针对已知滑动面的三维边坡稳定分析问题,在塑性力学上限定理的基础上,提出了求解安全系数的三维有限元弹塑性迭代解法。对于滑动面的非线性特性,采用常规的矩形(平面)或立方体(空间)单元来描述,应力则符合相关联流动法则的Mohr-Coulomb强度准则。通过对弹塑性增量理论中流动法则的分析,证明了当结构达到极限状态时,滑动面内切向应力的方向与滑体的主滑方向一致,说明最终以滑动面内的切向应力作为滑体滑动力的有效性。通过迭代的方式,逐步降低滑动面材料的抗剪参数,使边坡达到极限状态,不仅快速求得了滑动面的安全系数,且能够得到边坡在接近临界失稳状态时滑动面内切向应力的分布情况和边坡的变形规律,为边坡采取加固措施提供了参考依据。最后,以椭球面滑动和楔形滑动2个经典算例和工程实例,验证了该方法的有效性和正确性。

基于刚体极限平衡法与有限元法的边坡稳定性分析

以雅砻江流域某水电站上游库区滑坡体为研究对象,采用刚体极限平衡法和有限元法,对自然边坡在天然工况下的抗滑稳定性进行对比分析,探明两种方法在边坡稳定性分析中的差异,并对库区自然边坡的天然稳定性进行评价。

基于强度折减法的不同形态边坡的稳定性分析

采用强度折减法与有限单元法对边坡稳定性进行了分析,并基于ABAQUS的参数化模拟技术,建立能够反映不同坡角的动态分析模型,同时结合强度折减法研究了边坡坡角与安全系数之间的关系,为边坡的稳定性分析提供了合理依据。

数值模拟与极限平衡法相结合的边坡稳定性分析

考虑到数值模拟法与极限平衡分析法在岩质边坡稳定性分析中各自的局限性,提出将数值模拟法与极限平衡分析法相结合对岩质边坡进行稳定性分析。以某矿山边坡为例,首先以离散单元法对边坡进行数值模拟,将边坡及其内部的滑动面划分成若干节理单元体,计算出节理单元上的法向和切向应力,根据极限平衡法计算出边坡稳定性安全系数,既考虑了滑动面内应力对岩质边坡稳定性的影响,又通过计算边坡的安全系数来评价边坡的稳定性,具有较好的推广前景。

粒子群优化算法在搜索渗流作用下土坡临界滑裂面中的应用

为了准确找出渗流作用下土坡危险滑裂面位置并计算其安全系数,提高滑裂面搜索的速度和精度,本文将粒子群优化算法与有限单元法相结合,进行土坡稳定性分析。结果表明,粒子群算法能有效搜索出危险滑裂面的位置,在渗流情况下用有限单元法计算出的安全系数比传统条分法更趋近于精确解。这表明粒子群算法作为一种新型的优化算法,在土坡稳定分析中具有良好的应用前景。