基于极限平衡法的危岩倾覆稳定性三维计算方法

目前危岩防治工作中,危岩稳定性评价主要以简化后的二维剖面作为计算模型。由于自然界中的危岩形态极不规则,采用二维剖面计算模型并不能真实反映危岩受力情况。为了研究危岩稳定性三维计算方法,在前人研究基础上,基于极限平衡理论,提出了由后缘裂缝抗拉强度控制的危岩倾覆稳定性三维计算公式,采用数值积分和空间几何方法给出了在危岩单体三维模型基础上求解危岩后缘岩体抗拉力、水压力及其力矩计算公式和实现流程。以三峡库区瞿塘峡吊嘴危岩为实例开展了应用,并通过数值分析进行了验证。通过不同形态危岩的三维稳定性分析,讨论了三维与二维稳定性计算结果的关系,对比发现危岩形态对稳定性计算结果有明显影响,三维计算较二维计算更准确和实用。

基于双折减系数法与极限平衡法的顺层滑坡稳定性分析

以四川省布拖县龙潭乡冯家坪滑坡为例,利用FLAC3D软件设计了基于双折减系数法的滑坡稳定性分析程序,应用“GIS-Rhino-FLAC3D”耦合技术建立三维地质体模型。考虑黏聚力和内摩擦角在滑坡失稳过程中衰减速度和弱化程度的不同,以及非饱和土中基质吸力对土体抗剪强度的影响,提出一种以黏聚力和摩擦力的衰减权重定义综合安全系数的双折减系数法,并采用极限平衡法作对比计算,研究分析了顺层滑坡的稳定性。结果表明:设计的抗剪强度参数双折减程序可以得出安全系数云图,直观地反映滑坡安全系数的空间分布特征;与传统强度折减法相比,所提出的双折减系数法计算的滑动面分布范围和综合安全系数更精确,较极限平衡法误差更小,可以准确地反映滑坡的稳定状态。研究结果可为双折减系数法应用于滑坡灾害的防治提供参考。

基于GIS 和极限平衡法的区域斜坡稳定性分析

区域斜坡稳定性分析是进行斜坡风险评价的重要前提。为了快速和准确地评价区域斜坡稳定性,开发了一种基于GIS和极限平衡法(LEM)的GIS-LEM工具箱。首先,基于所获取数据的分辨率和区域工程地质条件,将研究区离散成标准的斜坡单元体。其次,通过二维边坡模型确定斜坡潜在的滑动面,并利用多种极限平衡法计算区域稳定性系数。最后,基于GIS和Python开源语言,开发了GIS-LEM工具箱以实现极限平衡法在区域斜坡稳定性系数中的求解。将所开发的工具箱应用于汶川区域斜坡稳定性分析和风险评价中,并与无限斜坡模型的计算结果进行对比。结果表明约50%的同震滑坡分布在极高和高危险性区域,57%的非滑坡分布在低和极低危险性区;基于GIS-LEM工具箱所计算出的斜坡稳定性系数相对于无限斜坡模型平均预测准确率提高了16%。

复合地基极限承载力的变分极限平衡法分析——竖向增强

基于变分极限平衡法,对设置竖向增强体的复合地基极限承载力开展了理论研究。首先,以竖向增强体复合地基中滑动土体的静力学平衡方程为基本方程,结合变分原理建立了地基极限承载力泛函极值的等周约束模型。在此基础上,利用欧拉方程得到了以潜在滑动面、滑面上法向正应力以及拉格朗日乘子等为基本未知量的控制方程,并通过引入辅助变量将可动边界转化为固定边界。最后,利用打靶法对该耦合的两点边值问题进行了数值求解,得到了问题的精确解答,并与复合地基设计中简化的等效强度指标法进行了比较,且分析了置换率、增强体黏聚力和内摩擦角对地基极限承载力的影响。数值分析结果表明,简化的等效强度指标法可以有效分析竖向增强复合地基极限承载力。

基于赤平投影法与极限平衡法的某矿山边坡稳定性研究

露天矿山高陡边坡稳定性已成为人民和国家关注的矿山安全问题之一。该研究根据边坡坡向、边坡岩体结构特征、结构面发育特征和岩体产状对矿山边坡地质工程分区,利用赤平投影法对3个分区进行边坡稳定性研究,选取3个典型剖面基于Slide软件利用极限平衡法对矿山高陡边坡进行稳定性研究。研究结果表明,该矿山边坡发生滑动、楔体破坏的可能性较小,且在3种工况下的安全系数均大于许用安全系数,该矿山边坡处于稳定状态,可保证矿山生产的安全。

基于极限平衡法和强度折减法的危岩稳定性分析

为了分析评价陡倾结构面相互组合切割形成的危岩体的稳定性,本文以龙寺CIV-1边坡危岩体为例,根据地质调查数据,建立了危岩体的简化地质模型、失稳概化理论模型以及在冻胀、地震、水力等因素影响下的力学分析模型,利用极限平衡理论推导出了危岩体的滑移稳定性系数和倾覆稳定性系数的无量纲表达式,重点分析了不同工况下危岩体的稳定性,并借助UDEC强度折减法对危岩体的形成、破坏机理进行分析研究。结果表明:不同工况下的危岩稳定性为天然工况>地震工况>暴雨工况>组合工况;层面与陡倾结构面的组合关系以及陡倾结构面的贯通程度直接控制着危岩体的稳定性和破坏模式。通过极限平衡法和UDEC强度折减法相结合的危岩体稳定性评价方法,不仅可以通过简单的数学公式高效地获取危岩体的稳定性,还可以通过力与变形的信息,直观的辨别出危岩体易失稳的部位,为陡倾结构面切割形成的危岩提供防治参考。

基于极限平衡法与强度折减法的某高寒高海拔矿山边坡稳定性分析

为验证西部高寒高海拔地区某露天矿山设计边坡稳定性是否满足现行规范要求,并分析露天开采导致的位移变化规律,本文参考矿区终了境界平面图选取具有代表性的典型剖面,结合矿区实际情况、工程地质条件、室内物理力学试验,利用H-B准则等,综合确定矿区边坡的岩土体物理力学参数;采用极限平衡法中的不平衡推力法和M-P法及有限差分强度折减法,以安全系数为指标,验证了设计边坡的稳定性。通过极限平衡与强度折减计算结果的对比,验证了强度折减法计算潜在滑动面形态及安全系数的可靠性。在此基础上,分析强度折减前,在岩体开挖、施加爆破及地震荷载下矿山边坡的位移显现规律。研究结果可为露天矿山设计中的边坡稳定性定量分析提供参考。

基于极限平衡法的某露天采场边坡稳定性分析研究

边坡稳定性直接关系到露天矿山的安全开采,为分析露天矿采场边坡稳定性,本文以西藏某露天铜矿采场高陡边坡为研究对象,根据矿山边坡现状、边坡岩体结构和结构面发育特征等因素对现状边坡进行地质分区,通过岩石室内物理力学试验获得坡体岩石物理力学参数,利用两种不同的极限平衡法方法计算各分区在3种荷载工况下现状边坡稳定性系数。计算结果显示,该各地质分区现状边坡所有荷载组合下的安全系数均满足规范要求,可为矿山安全生产提供参考。

基于极限平衡法的小窑采空区地基稳定性评价方法研究

在煤矿采空区地表进行城镇建设开发利用已成为国内矿业城市解决建设用地指标不足的有效途径。为了给城镇建设规划提供依据和保证拟建建筑的安全,首先必须对采空区场地进行地基稳定性评价,然后根据评价结果有针对性地采取建筑、结构、地基基础及采空区处理等治理措施。其中,小窑采空区往往因其开采面积小、顶板垮落不充分而成为悬顶区,悬顶区在地表建筑荷载作用下,有可能发生突发性的采空塌陷地质灾害,从而危及地表建筑及人员安全。极限平衡法是小窑采空区地基稳定性评价常用的方法之一,该方法通过建立采空区顶板压力、建筑基底压力、上覆岩层自重及岩体摩阻力四者之间的平衡方程而得到临界埋藏深度。但对于小窑采空区临界埋藏深度计算公式中基底压力p和埋深H参数概念的理解尚存在分歧,从而造成在评价工作中计算结果和评价结论的不唯一。针对该公式存在的问题进行了剖析,建立了与不同概念理解相对应的两种修正计算模型。研究对比分析后,建议采用以适用性更强的第二种修正计算模型为准,并明确了参数p和参数H的基本概念,即参数p的意义为建筑物基底平均压力,参数H的意义为自建筑物基底起算的采空区埋藏深度。在此基础上,又分别针对裸露型基岩场地和覆盖型基岩场地的情况,对第二种修正计算模型的采空区临界埋藏深度计算公式进行了改进和扩展,从而为更好地指导小窑采空区地基稳定性评价工作提供了参考。

基于强度折减法与极限平衡法的边坡稳定性分析

露天采场的安全稳定运行直接受边坡稳定性的影响。以南方某大型钽铌矿露天边坡为研究对象,结合现场工程地质调查和岩石力学试验确定的参数,采用有限元分析软件建立边坡剖面计算模型,利用强度折减法与极限平衡法分析在不同工况条件下的边坡稳定性。得到以下结论:采用强度折减法与极限平衡法计算边坡稳定性系数的结果相近,滑面位置基本相同,均为“圆弧形滑动”;边坡在不同工况条件下的塑性破坏都以拉剪破坏为主,其中拉应力破坏主要出现在坡顶和采空区,剪切破坏主要出现在坡顶、坡面中部以及坡脚,需采取合理的边坡局部治理措施;现状条件下各工况整体边坡处于稳定状态,B-B'剖面局部稳定且该局部矿区需选用更合适的爆破方式开采以防止边坡失稳。研究结果可为类似露天边坡的稳定性分析提供参考。

基于有限元极限平衡法的生基坪滑坡稳定性分析

依据有限元法计算得出的边坡应力状态,应用极限平衡法的原理对边坡进行稳定性分析,既可考虑岩土体变形对边坡稳定性的影响,又能给出工程上易于接受的安全系数.应用有限元极限平衡法对重庆生基坪滑坡进行了稳定性分析,并将计算结果与刚体极限平衡法、强度折减法的结果进行对比.结果表明:有限元极限平衡法计算所得的安全系数比刚体极限平衡法的计算结果稍低,与Janbu法计算值的相对差值最小,为0.85%,与Spencer法计算值的相对差值最大,为6.11%;比强度折减法的计算结果稍高;有限元极限平衡法的计算结果介于刚体极限平衡法和强度折减法之间.

基于极限平衡法的弃渣场稳定性分析

随着基础设施建设的不断发展,弃渣场作为废弃土壤、垃圾等的处理场地,扮演着至关重要的角色。随着弃渣场的不断增多,其边坡稳定性问题也逐渐成为业界关注的焦点。本文以某弃渣场为案例,利用极限平衡法对该弃土场在不同工况下的边坡稳定性进行深入研究,指出该弃土场边坡处于稳定状态,能够满足规定要求,整体稳定性较好,发生失稳破坏概率低。但其局部区域在地震或集中降雨等不利工况下仍然存在小型滑塌风险,建议对评估区内有威胁对象的地质灾害点开展系统的长期监测工作。

有限元极限平衡法在边坡稳定性分析中的应用

比较分析了极限平衡法和有限元极限平衡法的特点,基于Geo-studio软件分析了两个典型边坡的稳定性,并比较了极限平衡法和有限元极限平衡法的分析计算结果。结果表明,不同计算方法可影响边坡的稳定性分析,为探讨工程中选择合适的计算方法奠定了基础。

基于极限平衡法和有限元法的边坡协同式可靠度分析

极限平衡法和有限元法是两种常用的边坡稳定分析方法。基于极限平衡法的边坡可靠度分析计算效率较高,但需要假定失效模式,从而导致计算结果不准;与之相反,基于有限元法的边坡可靠度分析更为严格,但计算效率较低。为此,提出了一种新的基于随机模拟的边坡可靠度分析方法——边坡协同式可靠度分析方法。该方法包括初步可靠度分析和精细可靠度分析两步,可以同时利用极限平衡法和有限元法的优势,实现既高效又准确的边坡可靠度分析。通过一个考虑空间变异性的两层土坡算例验证了该方法的有效性,结果表明:协同式可靠度分析方法与基于有限元法的蒙特卡洛模拟或子集模拟相比,不仅具有一致的可靠度分析结果,而且显著提高了小概率水平下的计算效率,促进了基于有限元法的边坡可靠度分析在实际工程中的应用。该方法可以将基于极限平衡法的边坡可靠度分析成果合理纳入到基于有限元法的边坡可靠度分析中,从而获得大量的失效样本,以制定合理的边坡防治措施。该方法非常适用于高维可靠度问题,如考虑空间变异性的边坡可靠度问题。

基于有限元极限平衡法的尾矿坝坝体稳定分析

在平面应变条件下,采用基于弹塑性应力应变分析的有限元极限平衡法对尾矿坝坝体的稳定性进行研究。该方法可较好地结合极限平衡分析方法和有限元应力分析方法的特点。通过弹塑性有限元分析,合理准确地考虑结构整体应力场的影响,进而结合Hooke-Jeeves法优化搜索最危险滑动面的位置及其对应的最小安全系数。以某尾矿坝实际工程为例,比较分析了考虑正常、洪水以及特殊工况运行下有限元极限平衡法与极限平衡条分法和有限元强度折减法在安全系数大小及滑动面形状和位置的差异,重点运用有限元极限平衡法对尾矿坝坝体的稳定性进行验算并作出安全评价,为尾矿坝的安全设计施工提供可靠依据和技术支撑。

考虑地震力的刚体极限平衡法及其工程应用

在斜坡稳定性分析中,地震力偏角对斜坡稳定性的影响极大,但水平方向并不是最危险地震力作用方向,如何合理简单地求取地震力,并参与条分计算,是一个值得研究的问题。针对规范中拟静力法的地震力作用方向为水平方向,提出考虑地震力最危险方向的计算方法。以不平衡推力法为例,对考虑地震力的刚体极限平衡法进行改进,并应用于三峡库区兴山县高阳镇核桃树沟滑坡稳定性评价。结果表明:桃树沟滑坡最危险的地震力作用方向为指向坡外与水平面夹角为7.8°,最安全的地震力方向为187.8°;桃树沟滑坡在库水位175 m以及叠加6度地震时,滑坡的稳定性系数在0.9以下,滑坡处于失稳状态,需要对该滑坡进行治理。

土体稳定分析极限平衡法改进及其应用

本文以变分法为基础,并与极限分析上限定理相结合,将传统的极限平衡法加以改进,对非均质土工建筑物(如土坡、挡土墙)的稳定性及地基承载力等问题建立了理论上严谨、应用性广泛的统一分析方法。进而比较严密地论证了方法的物理本质与解答的性质。最后,根据数值计算结果,具体阐述了这种改进方法在地基承载力、挡土墙土压力与土坡稳定性等方面的实际应用中所得到的主要结论。

凹边坡稳定性三维极限平衡法研究与应用

为揭示拱形约束条件下凹边坡稳定性的三维效应,基于极限平衡理论,从定量认识土体环向侧压力角度出发,提出新的凹边坡稳定性三维计算方法。通过将该方法与经典三维极限平衡法进行对比,验证该方法的准确度。选取典型工程实例,采用该方法与数值模拟相结合,研究平面曲率对凹边坡空间滑坡模式与三维稳定性的影响。结果表明:该方法的精度较高;平面曲率对凹边坡的滑体空间形态、尺寸与稳定性有一定影响,即随平面曲率的减小,滑体走向长度与滑面深度均近线性增大,稳定系数呈指数型规律降低,工程中可通过增大凹边坡的平面曲率改善边坡稳定性和减小滑坡规模。

基于极限平衡法的边坡稳定性可靠度分析

传统方法对边坡稳定性进行分析时,不能定量考虑土体参数随机性、变异性的影响。为更好地对边坡稳定性进行评价,本文基于传统边坡稳定性计算方法,同时考虑参数的变异性和分布类型的差异,利用蒙特卡洛模拟技术,编制了相应程序。针对某匀质边坡,利用Fellenius法、Bishop法、Janbu法和Morgenstern-Price法进行破坏概率计算。结果表明,安全系数大于1时,边坡仍有破坏的可能,边坡稳定性对参数变异性的敏感度不同,参数变量分布类型也会对边坡稳定性评价结果产生影响。利用可靠度方法得到的可靠度指标、破坏概率等指标,能够定量地描述各参数变异性对边坡稳定性的影响。因此,可以将可靠度的方法和确定性的方法相结合,对边坡的稳定性进行描述,为滑坡风险的评估提供参考依据。

基于三维多重网格法的极限平衡法在锦屏高边坡稳定性分析中的应用

结合锦屏高边坡三维非线性有限元仿真分析,对高边坡整体稳定分析的极限平衡计算方法进行了研讨。提出并采用多重网格的概念和方法,将有限元的应力成果转移到任一滑面(平面或曲面)上,进而分析滑面的稳定状态,包括滑面的应力、屈服区与剪应力的分布及变化过程,并可求出类似刚体极限平衡法的滑面安全系数和滑块体安全系数,进而对块体变形直至失稳的全过程进行了全面深入的探讨。