大型地下厂房块体稳定性简便分析方法

块体是结构控制型岩体中常见的潜在危险源之一。利用极限平衡法及强度折减法两种方法计算了某在建特大型水电站地下厂房开挖揭露的部分块体的安全系数,并根据计算结果提出一种利用块体几何及力学参数判断其稳定性的简便图解方法,经现场监测数据验证计算结果可靠性可满足工程要求。研究表明,对同一块体而言,极限平衡法和强度折减法得到的安全系数以及对其稳定性的总体判别结果并不一致。强度折减法受软件算法及网格尺寸影响,结果偏于保守。简单块体的安全系数计算应以极限平衡法为主,而复杂形态块体的安全系数用强度折减法计算较为方便。利用垂向地应力、块体体积、最大角点深度及结构面等效强度等4个指标并结合块体稳定性判别分区图,可满足快速判断块体稳定性的需要。对于判别为不稳定的块体,应及时支护并考虑加强支护。研究成果可用于类似工程块体稳定性的快速分析。

基于滑块平衡法顶部加箍碎石桩承载力计算方法

针对工程实践中出现的顶部加箍碎石桩复合地基形式,分析了其破坏模式。引入滑块平衡法,考虑土体自重效应和加箍段桩侧摩阻力影响,分别基于计算深基础承载力的Meyerhof法和Terzaghi法,建立了顶部加箍碎石桩在深层鼓胀破坏模式下的两种计算模型,并利用随机优化算法搜索临界滑裂面及其所对应的极限承载力。通过与实验结果以及与既有方法的对比分析发现:本计算方法更符合工程实际,而且就承载力而言,顶部加箍碎石桩的最优加箍深度约为4倍桩体直径。

楔形体稳定的塑性极限分析下限法

楔形体稳定分析一般采用刚体极限平衡法,然而该方法仅使楔形体的部分平衡条件得到满足,而且还对滑动面反力做了一些假定,由此导致了计算结果不一定是真实的。结合极限分析与块体元法,提出了楔形体稳定分析的下限解法,没有对楔形体的破坏模式、滑动面反力及滑动面数量做任何的假定。采用块体元法的离散思想,将楔形体离散为块体-结构面组成的系统;根据下限定理,构造了满足完全平衡条件、边界条件和屈服条件的静力许可场;建立了下限法数学规划模型,并通过非线性规划获得楔体稳定严格的下限解。3个典型算例验证了本文方法的正确性及可行性。

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。

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。

变角度空间的岩块滑落试验及结构面参数反演分析

本试验以东北大学自行研制的变角度空间块体滑落试验平台为基础,模拟不同性质岩块的滑落过程.通过采集岩块滑落的二次角度数据,应用极限平衡法和向量法对单面滑动、双面滑动及空间的滑落角度作了理论分析.根据已破裂的结构面,运用摩尔库伦理论对其力学参数进行了反分析.试验结果表明单面滑动与双面滑动的分界角度在40°至50°之间,单面滑动角度增幅较小;块体与结构面间的黏聚力随砂浆等级的提高而增大;力学参数的反分析可为块体稳定性提供一定的理论基础.

玛尔挡水电站导流洞进口边坡三维极限平衡稳定性分析

针对高陡边坡的稳定性问题,以黄河玛尔挡水电站导流洞进口边坡中的随机块体为例,基于统计原理,采用三维极限平衡法对边坡岩体中的随机块体进行搜索,并对块体高度进行敏感性分析,得到块体在天然、暴雨和地震三种工况下的安全稳定系数,并对危险块体进行预应力锚索加固模拟,得到所需施加的锚固力。计算结果给出了导流洞进口边坡中可能存在块体的特征、规模及稳定性,以此提出危险块体加固建议,对实际工程的加固设计具有较大的参考价值。

高拱坝坝肩稳定分析中拉裂面的作用机理研究

在拱坝坝肩稳定分析的刚体极限平衡法里,一般认为滑移体拉裂面完全脱开,不考虑其上的岩体抗力,对高拱坝而言,这种做法可能使稳定分析过于保守。基于三维有限元分析的多重网格分析方法,可以将三维有限元分析成果投影到任一滑面网格上,进而求得其上的应力分布及合力,以及滑面和滑块的安全系数。利用此方法对溪洛渡高拱坝工程的坝肩关键滑块的分析研究表明,直至超载3倍时,虽有部分区域受拉,拉裂面就合力来说仍处于受压状态,故拉裂面提供的抗力在较大荷载变幅内是可资利用的。计算表明计入拉裂面岩体抗拉力后,块体稳定安全度有显著的提高。

基于三维非线性有限元的坝肩稳定刚体极限平衡法机理研究

结合溪洛渡高拱坝三维非线性有限元仿真分析,对拱坝设计规范采用的坝肩稳定的刚体极限平衡法的基本机理和假说进行了探讨。提出了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、屈服区及剪应力的分布及变化过程,并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,从而对块体变形直至失稳的全过程进行了深入的探讨。

基于三维多重网格法的抗滑稳定计算精度分析

在以有限元法来分析评价坝基、边坡的稳定安全度时,多重网格法将有限元分析网格和滑移块体的滑面网格作为独立的两套网格,滑面网格可随意切割有限元单元。这样一套有限元网格和一套应力成果就可以进行任意的滑块稳定分析。着重分析了多重网格法的精度。针对三维柱体和锦屏高边坡,研究两套网格如何匹配以提高计算精度进行处理,初步得出了一些有关多重网格法计算精度的知识。最后,应用基于多重网格法的第2类方法分析了锦屏左坝肩高边坡的稳定性问题。

基于改进的传递系数法滑坡稳定性分析

针对传递系数法在滑坡推力计算中存在的不足,根据刚体极限平衡理论,以分块极限平衡法为基础,推导出一种改进的传递系数法的递推公式及累计求和表达式,并结合工程实例与传统的传递系数法进行了对比分析。结果表明,改进的传递系数法计算出的结果偏小,与实际情况吻合。

小湾电站进水口边坡稳定分析与加固方案优化

采用三维刚体极限平衡法对小湾电站进水口边坡进行了稳定分析与加固方案优化.首先,采用三维块体系统的自动识别方法,找出了危险滑动块体组合,计算出不加固时的安全系数,并通过对地质参数的敏感性分析,找出了控制性的滑动面和块体组合.其次,计算了最小锚固力并指出了较优的加固范围,对纯锚固方案和联合加固方案(预应力锚索加抗剪洞)的加固效果进行了比较,得出了联合加固方案较优的结论.最后,根据开挖现场最新揭露的地质产状,对边坡的稳定性重新进行分析,并调整了加固方案.研究结果对设计和施工具有较大的参考价值,对其他工程也有一定的借鉴作用.

拱坝坝肩多块体滑动的三维极限平衡分析方法

多块体滑动是拱坝坝肩一种常见且重要的失稳模式,目前已建立的各种稳定分析方法,普遍存在一定的缺陷或局限性,如必须引入大量假定才能使问题变为静定可解,或仅讨论了各块体的滑动模式为沿底滑面与侧滑面交线的双面滑动的情况等,不适合拱坝坝肩多块体滑动问题的求解。提出了一种理论基础严格、计算步骤相对简单的三维稳定分析方法,即针对滑体中各块体的滑动模式分别为双面滑动与单面滑动两种情况,通过建立各块体在3个方向的静力平衡方程与相邻块体之间的位移协调方程,使安全系数的求解归结于一个含若干个自由度的极小值问题,结合全局最优化方法可获得较好的收敛性。将该方法应用于典型三维楔体与小湾拱坝坝肩的稳定分析,验证了其合理性与实用性。该方法是二维Sarma法在三维多块体领域的扩展,在理论上获得塑性力学上限定理的支持。同时,该方法还给出了三维多块体串联滑动问题的闭合解求解方法,可为各种三维边坡稳定分析程序的合理性验证提供考核算例。

含不利组合结构面的高边坡开挖稳定性分析

分别运用有限差分法对边坡整体和块体极限平衡法对边坡局部进行稳定性评价。结果表明，局部的小断层对该边坡的整体稳定没有构成较大威胁，但部分含有断层的区域应该给予重点关注；边坡开挖后整体的位移和拉应力区域较小，应根据需要进行加固；在430—460m高程开挖施工过程中，形成的开挖剖面可能与两组结构面组成不稳定块体，故应重视开挖方向和顺序；开挖完成后两组结构面距离下游开挖面较远，组成不稳定块体的可能性不大．但施工中应做好排水措施。

官地水电站左岸坝肩下游侧典型边坡的稳定分析

岩质边坡稳定性问题在水电工程建设中颇受关注。鉴于单一的某种方法难以客观评判实际问题的稳定性,若将几种方法融合起来,取长补短,对解决工程中的稳定性问题具有实际意义,也是未来发展的一种趋势。本文以官地水电站左岸坝肩下游侧边坡为背景,采用刚体极限平衡法计算该坡体的安全系数和锚索支护数量,然后用有限差分法进行复核,得出了两种稳定分析方法所计算的安全系数和潜在滑裂面的位置。结果表明,两者相差不大。

基于极限平衡原理的地震边坡浅层和深层耦合滑移分析

边坡地震位移是评价边坡地震稳定性的重要指标,现有的地震位移分析方法主要针对单一滑动面边坡。基于Spencer极限平衡分析原理,提出了一种滑面为非平面的双滑面土质边坡地震位移计算方法。该方法基于考虑惯性力的极限平衡条分法建立双滑面滑块体系在地震过程中的动力平衡方程,考虑地震引起两个滑动面滑移变形过程中浅层和深层滑体之间的相互影响。将研究方法的结果与有限差分软件FLAC的数值模拟结果进行对比,证明了方法描述地震引起边坡浅层和深层耦联滑移变形模式的合理性和正确性;并将建立的方法分别用于分层土堆积层边坡以及川藏俄岗公路老折山边坡,阐明了该方法用于实际双滑面边坡地震位移计算的可行性。

变角度空间块体滑落模型试验及其稳定性分析

工程岩体被不同产状类型的结构面切割,在空间上形成嵌固的块体。在边坡和隧道开挖过程中,由于受到工程扰动,某些块体将失去原有的静力平衡状态,成为关键块体,并沿着结构面滑移,导致局部塌落,进而产生连锁反应,造成一定范围内岩体的局部失稳。针对关键块体在不同角度的滑落及稳定性问题,本试验利用东北大学自行研制的变角度空间块体滑落试验平台,通过制备楔体实物模型,分别选取大理岩和水泥砂浆块体,模拟块体与结构面的相互关系,并研究滑落规律和范围,通过极限平衡法计算块体的稳定性。试验结果表明,块体滑落的倾斜角与试验模型旋转角之间有一定的联系,块体滑落的角度和理论计算的安全系数基本相符。

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。

溪洛渡拱坝坝肩的稳定分析

采用刚体极限平衡法对溪洛渡拱坝坝肩稳定进行了全面计算,对坝肩稳定进行了分析评价。

岩质边坡平面滑动模型的教学策略

岩体力学在土木工程、地质工程、采矿工程、水利工程、交通工程等领域中都得到了广泛应用,是理工科院校中的一门重要的专业基础课。块体极限平衡法可用于边坡、重力坝坝基和拱坝的坝肩的岩体稳定性分析,其中单平面滑动、双平面滑动、折线性滑动、圆弧性滑动等是岩体力学教学的基本内容,笔者结合教学实践,对岩体力学的块体极限平衡法教学策略进行分析研究。