同时考虑张拉-剪切破坏的边坡稳定性分析

针对目前边坡稳定性分析的强度折减法中广泛采用的Mohr-Coulomb准则仅考虑剪切破坏会过高估计边坡土体的抗拉强度,与实际工程中常见的位于坡体后缘的拉裂缝不符的问题,引入土体的张拉-剪切复合屈服准则,分别采用Mohr-Coulomb准则、Rankine准则考虑剪切、张拉作用的影响;根据张拉-剪切复合屈服准则的非光滑性,通过将非光滑屈服面的塑性本构积分简化为混合互补问题,提出用于弹塑性本构积分的投影收缩算法。结果表明:在分析边坡的稳定性时,不考虑张拉破坏会过高估计边坡的安全性并且安全系数的差值随着坡角的增大而逐渐增大,最大差值达到20%;对于含软弱夹层的分层边坡,即使边坡的坡角较小,是否考虑张拉破坏的边坡后缘的破坏特征仍存在显著区别。

张拉-剪切破坏模式下边坡三维临界滑面的Cauchy问题

边坡失稳常表现为压剪-张拉破坏等复杂形态。基于有限元-强度折减法,获得边坡的极限应力场和应变场,从三维边坡的极限应力场出发,考虑剪切-张拉两种破坏模式,将边坡临界滑面定位问题转化为求解一阶拟线性偏微分方程的初值问题,即Cauchy问题。在边坡后缘等拉应力区采用张拉破坏模式,在被动滑动区域采用Mohr-Coulomb屈服准则的剪切破坏模式,在未假定滑面几何形式和未指定滑动模式的前提下自动确定临界滑面。分别研究了缓倾结构面的三维边坡和陡倾结构面的三维边坡,描述了二者的几何特征和分布形态,并与无节理均质边坡进行了对比分析。结合物理模型试验,开展了均布荷载作用下均质边坡在极限应力状态下的破坏特征研究,验证了方法的正确性和可靠性。

黏土在低应力条件下张拉-剪切耦合强度研究

工程中经常遇到黏土承受拉应力的情况,如接近失稳破坏的边坡表层、承压水作用下的隔水层表层等,但在系统分析低应力条件下土体既有强度理论可知,既有强度理论都存在不足。为了解决黏土在低应力条件下的强度理论问题,根据既有的土体三轴拉伸试验成果及受力特性,认为土体在低应力状态下的破坏为拉应力和剪应力共同作用下的张拉-剪切复合破坏。在此基础上,推导了利用土体常规剪切强度指标(C和φ)和单轴抗拉强度(σ_(t))来确定张拉-剪切强度指标(σL和φL)的公式。最后,结合上海④层淤泥质黏土的特性,利用自行设计的挤出拉伸试验装置,得到了其在特定条件下的张拉-剪切强度指标,可为类似工程提供借鉴。

基于拉剪破坏的边坡后缘张裂缝深度探讨

土体的张拉效应会引起坡顶后缘一定区域内出现张裂缝,而裂缝的位置和深度决定着边坡是否安全。基于土体的变形参数、单轴抗拉应力和朗肯主动土压力理论得到边坡裂缝深度的上限,通过已有文献共同界定裂缝深度的位置、取值范围,通过算例比较,进一步解释带裂缝边坡的稳定性。边坡后缘张裂缝深度与张拉效果的发挥程度有关,张拉特性不能完全发挥时,取坡高一半作为裂缝深度上限是取得最保守安全系数的简便方法。研究方法可为边坡后缘裂缝深度取值、带裂缝边坡岩土体失稳力学机理研究提供借鉴。

同时考虑张拉及剪切破坏的边坡上限原理有限元法

上限有限元法是一种常用的边坡稳定性分析方法,目前被广泛采用的仅考虑剪切破坏的Mohr-Coulomb屈服准则过高地估计了边坡的抗拉强度,因此在用其进行边坡稳定性分析时,无法得到实际工程中常遇到的位于坡体后缘的拉裂缝。针对这一问题,从空间方位离散的角度出发,对上限法中的Mohr-Coulomb屈服面逼近方式进行改造,建立基于方位离散的线性化剪切屈服准则;同时引入张拉破坏准则,保证在每一个离散方位平面上不违背张拉破坏准则,从而形成既考虑张拉破坏,又考虑剪切破坏的线性化上限原理有限元法。该方法可以准确地求出边坡的安全系数和带有拉裂缝的临界失稳速度场。算例证明方法的有效性,同时还表明不考虑拉伸破坏会过高地估计边坡的安全性。

三维效应下内排追踪距离对边坡稳定的影响

为保障露天矿边坡安全,提高露天煤矿资源采出率,根据边坡变形破坏机理及影响条件,对露天矿横采内排过程中,采场形态对露天矿边坡稳定性的影响进行研究;以巴基斯坦塔尔煤田为研究对象,通过FLAC^(3D)分析边坡变形破坏机理,明确滑坡模式,对横采内排追踪距离进行分析,为煤矿边坡优化提供参考依据。结果表明:边坡破坏类型属于张拉-剪切复合型,受到采场工作帮与内排土场的双重支档作用,边坡稳定性整体增大;当内排追踪距离为50~100 m时,边坡三维空间效应显著,稳定性较高;随着追踪距离增大,稳定性越来越差。

浅埋软岩隧道顶板潜在滑移面特征及工程应用

浅埋软岩隧道顶板潜在滑移面的合理确定对于围岩压力计算及支护结构设计极为重要。本文基于隧道开挖诱发地层不均匀变形特征与顶板岩层发生张拉剪切破坏的关系,采用Peck曲线方法和数值方法来确定顶板潜在滑移面特征,进而研究了隧道覆跨比、围岩参数变化对滑移面特性的影响,并应用于实际工程。结果表明:(1)基于Peck曲线和数值分析方法来确定浅埋隧道顶板岩层潜在滑移面的形态与实测结果一致;(2)浅埋隧道顶板岩层的等效破裂角仅在围岩黏聚强度较低条件下才符合45°+φ/2,围岩级别越好,破坏范围越小,滑移面形态呈平缓的“S”型;围岩越差,破坏范围越大,滑移面形态呈竖直的“椭圆”型。随着隧道覆跨比、侧压力系数及抗剪强度指标的增大,等效破裂角呈减小趋势。地表开裂点随着覆跨比和侧压力系数增大而逐渐远离隧道轴线,随着岩体强度指标的增大而逐渐向隧道轴线迁移。

模拟岩石材料脆性破裂过程的三维离散元模型

发展一种能够模拟岩石材料脆性破裂过程的三维不规则、可变形块体离散元模型.一方面,在裂纹扩展过程中动态地将潜在破坏的连续块体沿潜在破坏方向细化为若干子块体,并在子块体之间的界面上设置连接型弹簧;另一方面,连接型弹簧在满足张拉-剪切复合破坏准则时发生脆性破裂,转变为接触型弹簧,实现材料由连续到非连续的破裂.借助动态松弛技术完成求解,通过计算实例验证该方法的适用性.