岩体边坡临界滑动场计算方法及其在露天矿边坡设计中的应用

针对岩体介质的特殊性如不连续性、各向异性及非线性破坏准则, 提出建立岩体边坡临界滑动场的计算方法; 并将其应用于峨口铁矿露天边坡的设计, 大大提高了设计工作效率与计算精度     

边坡临界滑动场及其数值模拟

根据最优控制理论提出了边坡临界滑动场的概念，并提出了模拟临界滑动场的数值方法。临界滑动场是边坡在临界状态下边坡体内无数条互不相交的危险滑动面组成的剩余推力极值曲线场，这些滑动面的形状不受任何数学限制，而临界滑动面是其中的一条。算例表明临界滑动场中的临界滑动面是理论解的数值逼近     

边坡临界滑动场计算软件开发

以面向对象的编程语言C#为开发工具,充分利用其高效特点,在VS开发环境下建立了边坡临界滑动场计算软件,并自带绘图功能,实现了边坡模型的可视化输入。该软件采用的边坡临界滑动场法在搜索边坡任意形状滑动面时有其独特的优势,适用于复杂条件下的边坡稳定性分析。通过计算分析表明,该软件图形处理能力较强,计算结果可靠,适用于复杂的边坡工程,且该软件操作方便,易被研究人员与工程人员所掌握和应用,便于边坡临界滑动场法的推广。     

基于余推力法的边坡临界滑动场

余推力法是工程中简单实用且有较高精度的边坡稳定性计算方法。将以前的边坡临界滑动场计算方法进行改进,可计算基于余推力法的边坡临界滑动场,同时得到形状任意的临界滑动面及边坡最小安全系数。     

基于广义Hoek-Brown破坏准则的边坡临界滑动场

 针对岩体介质非线性破坏特点,采取国际广泛接受应用的建立在地质强度指标(GSI)法基础上的Hoek-Brown屈服准则,建立基于广义Hoek-Brown破坏准则的边坡临界滑动场计算的新方法。首先,根据Hoek-Brown准则确定岩体强度参数;然后,将Hoek-Brown准则不同法向应力水平上的剪切强度逐点等效到Mohr-Coulomb强度线上,用等效内摩擦角和等效黏聚力的Mohr-Coulomb准则代替Hoek-Brown准则;最后,将基于Mohr-Coulomb破坏准则的边坡临界滑动场计算方法进行改进,建立新的迭代方法,获得边坡在满足力与力矩平衡条件下的整体和局部临界滑动面和相应的安全系数。将该方法应用于2个算例和一工程实例边坡的稳定性分析,计算结果表明,该方法既继承了临界滑动场方法快速、准确找到边坡整体局部临界滑动面的优点,又能考虑岩质边坡非线性破坏的特点,更加符合工程实际。     

严格极限平衡条分法框架下的边坡临界滑动场

首先将严格极限平衡条分法进行改进,给出更实用的安全系数计算格式;然后将只满足力平衡条件的边坡临界滑动场数值模拟方法进行推广,建立一套能满足严格平衡条件的边坡临界滑动场计算方法.对文献中的算例进行计算比较,结果表明本文计算的临界滑动面比其它方法搜寻的临界面更危险,即得到更小的安全系数,展示了本文方法的精度与可靠性.     

边坡全局临界滑动场(GCSF)理论及工程应用

在边坡稳定性分析时,通常采用单一的最小安全系数及其对应的临界滑动面表示边坡稳定性程度和潜在破坏范围,而忽略了安全系数稍大但潜在破坏范围更广或工程意义更重要的滑动面。临界滑动场方法不仅能够方便准确地逼近出任意形状临界滑动面,而且将所有其它危险滑动面同时显示出来,以剩余推力表示其稳定程度。本文在此基础上进行改进,提出边坡全局临界滑动场理论与建立方法。所有出口的任意形状局部临界滑动面及其安全系数都能在全局临界滑动场中反应出来,这样有利于全面合理地评价边坡的稳定性。文中将此理论验算了试验路堤,与实测结果吻合很好。最后给出工程应用实例,表明边坡全局临界滑动场理论具有一定的工程实用性。     

土质边坡极限平衡状态及临界滑动面的判定方法

 开展边坡失稳判据及临界滑动面确定方法的理论与数值实现研究。应用分叉理论的研究成果,证明满足关联流动法则的理想弹塑性材料,在平面应力或平面应变条件下的失稳模式为应变局部化模式,由此类材料构成的边坡模型的失稳过程为局部带渐进扩展过程。基于以上证明,提出局部化带贯通判据,认为表征边坡整体失稳的充要条件是局部化带在边坡内部的完全贯通。基于数值模拟,发展一种局部化带路径追踪技术,根据每个增量时步土体单元的局部化状态信息,通过后处理显式追踪局部化带的形成、扩展、汇合直至贯通的过程,直观、方便地判断边坡的极限平衡状态,同时确定临界滑动面的位置。并开展强度折减和位移加载算例研究,验证局部化带贯通判据及数值实现方法的适用性。     

基于余力矩的边坡临界滑动场方法及应用

基于常规极限平衡条分法的瑞典法、Bishop法以及不平衡推力传递法的条间力假定,将圆弧滑动面整体的滑动力矩与抗滑力矩之差定义为余力矩,在给定的安全系数下,利用简单有效的和声搜索算法寻求余力矩最大的滑动面作为给定安全系数下的危险滑动面,变化安全系数直至找到的危险滑动面的余力矩为零,该危险滑动面即为边坡的临界滑动面;鉴于取矩中心对计算结果的影响,对于非圆弧滑动面,采用滑面滑出端的余力替代余力矩作为控制指标,采用与圆弧滑动面下类似的寻找步骤即可得到非圆弧滑动面下的临界滑动面.通过两个典型土坡的算例分析证明了本文方法的可行性.     

临界滑动场理论在围垦海塘工程中的应用

用临界滑动场理论对某大型围垦工程海塘的稳定性进行了计算,得到了外坡的临界滑动面及其最小安全系数。计算结果表明,对于成层软土地基,其滑动面并非圆弧状。将计算结果与常用的瑞典圆弧法计算结果进行了分析比较。     

边坡稳定分析中的临界滑动面搜索方法述评

对现有边坡稳定性分析中的各种临界滑动面搜索方法，主要工作和成果进行了系统的总结，在简述各种方法的基本原理的基础上，评价了其主要优缺点，并对临界滑动面搜索方法的进一步研究，发展和应用提出了建议。     

土体稳定性分析方法--临界滑动场法

将传统的极限平衡条分法与最优性质原理有机地结合起来,提出土体稳定性分析方法——临界滑动场法(CSF法),并系统地阐述了临界滑动场的基本概念、数值模拟步骤及工程应用等方面;形成了较为完整的理论框架和算法体系。本文主要研究内容如下     

金川露天矿东部采场边坡的变形破坏

矿区属高应力区.由于多次构造运动的作用,断裂十分发育,岩性复杂、岩体破碎,岩层呈陡倾层状,层间错动发育,使岩体具有软硬相间的特点. 随采深增加,边坡岩体在地应力和岩体自重应力作用下,在大爆破和采掘中长期频繁中爆影响下,边坡产生了严重变形破坏,经岩移观测和地质力学研究认为,老坑属滑移—倾倒—坍塌类型.东部采场系老坑扩延而成,由于长短轴比增大,在原变形破坏类型基础上发展,局部发生了二级次生滑坡.基于对滑坡后有一相对“平静”期的分析,在人工处理反翘陡坎弯折危石并严密监视边坡险情下,可回采部分矿石。本文提出露天矿开采及露转坑采中的一些教训,值得露采单位吸取.     

平面滑动边坡稳定性的解析计算

根据极限平衡原理，采用解析方法，即利用函数求极值的条件，对折线形与台阶形边坡、具有张裂缝和静水压力边坡以及考虑地震力影响的边坡，分别建立了最不利滑动面倾角和最小安全系数的解析计算公式。     

边坡非圆弧临界滑动面的粒子群优化算法

采用粒子群优化算法搜索边坡的临界滑动面及其对应的最小安全系数。粒子群优化算法不断迭代更新试算滑动面，使其安全系数不断减小，经过有限次的迭代分析可确定边坡临界滑动面及其对应的全局最小安全系数。粒子群优化算法具有较好的全局搜索和局部搜索能力，可克服多数常规的优化方法易陷入安全系数局部极小的问题，并具有较高的搜索效率。同时，粒子群优化算法易于与极限平衡法或有限元-极限平衡法相结合进行边坡稳定分析。通过数值算例及与其他学者的结果比较，证明提出的确定边坡临界滑动面方法的有效性。     

基于轴比论的椭圆形深凹露天矿稳定性边坡形状确定方法研究

 假设岩体为连续、均质、各向同性的弹性体,承受自重应力和水平地应力联合作用,在对其进行椭圆形喇叭曲面开挖情况下,取椭圆形喇叭曲面边坡上一椭圆岩环作为力学模型,结合轴比论,推导出椭圆形深凹边坡环向应力表达式。借鉴巷道最稳定高宽轴比的确定方法,由莫尔–库仑强度理论,求解边坡安全系数。根据边坡微元体临界下滑条件,确定临界稳定性边坡角,从而得到此时的边坡形状。与传统的稳定性理论确定的边坡形状相比,该边坡形状可在保证边坡稳定的前提下减少巨大的废石剥离量。     

边坡稳定性的解析计算

对于边坡的平面和圆弧形滑裂面，采用解析方法建立了边坡安全系数的正确的解析表达式。对于平面滑动，给出了边坡的临界滑裂面和最小安全系数的解析算式：对于圆弧滑动，利用函数取极值的条件，提出了通过求解一个二元代数方程组来获得边坡的临界滑裂面和屉小安全系数。作为算例，对于纯粘性土边坡(φ=0)，建立了确定边坡临界滑裂面的迭代算式，并计算了某些边坡的临界滑裂面和最小安全系数。     

露天矿边坡及地表变形综合整治总体设计有限元计算

本文采用弹脆塑性有限元分析计算预测抚顺西露天矿边坡工程中的边坡岩体变形并模拟其治理措施。采用参数辨识的手段,结合弹脆塑性有限元分析程序,对边坡岩体的材料性能参数进行位移反分析,较准确地得到实际边坡结构的等效材料参数值。对１９８７年９月至１９９０年末期间开采过程的数值模拟再现了由于露天开采引起边坡与地表变形急剧增加的过程,对产生的原因给出了具有说服力的分析与论证。在此基础上,对边坡与地表在进一步的开采影响下可能产生的变形作了预测计算,并模拟了边坡整治措施对地表变形的影响。     

关键块体在边坡岩体稳定性评价中的应用

关键块体的失稳运动,将导致岩体工程发生整体破坏。在分析边坡稳定性时,将岩体工程稳定性问题简化为寻找和分析关键块体问题,只对这些关键块体进行加固处理,就可以保证整个工程岩体的安全与稳定。本文以某高速公路岩质边坡为例,具体讲解了关键块体的计算方法。首先通过几何分析,找出岩体工程中的可动块体;然后根据滑面的物理力学性质,确定在工程作用力及自重作用下工程开挖面上的所有关键体;最后计算关键块体的稳定性及使其稳定所需要的锚固力,便于指导工程加固。     

GPS-RTK技术及其在露天矿边坡位移监测中的应用

高陡边坡的稳定性一直是露天矿开采中倍受关注的重要安全问题之一。露天矿高陡边坡在发生跨塌破坏前,会有一个缓慢的位移过程发生。因此,通过对高陡边坡微小位移的监测可以实现对其发生灾难性跨塌的预测。本文讨论了露天矿边坡位移传统监测方法的缺陷及新型的基于GPS的自动监测技术所具有的独特优势,介绍了适用于露天矿边坡位移监测的高精度的GPS技术—RTK技术,阐明了基于GPS-RTK的露天矿边坡位移自动监测系统、边坡安全预警准则及监测实施的基本原则。旨在为相关研究与应用提供有益的借鉴。