基于Hoek-Brown准则下的非饱和岩质边坡库水位骤降渗透稳定性分析

考虑岩体的综合性质,基于非饱和渗流理论,利用Hoek-Brown准则推导岩质边坡的稳定系数公式,并采用Matlab与Geo-studio进行数值模拟。结果表明,库水位骤降情况下不同工况安全系数随时间呈现先减小、后保持不变的趋势,单轴抗压强度σc、岩体性状mi、地质强度指标GSI与安全系数大小成正相关,岩体损伤因子D与安全系数大小成负相关。整体孔压大小顺序为:下部监测点≥中部监测点≥上部监测点,库水位骤降速率越大,不同监测点孔压达到最小的时间越短,最终孔压趋于一致。     

三峡库区蔡坡堆积体库水位联合降雨工况下的渗流特性及边坡稳定性研究

目前,关于库水位联合降雨不同工况组合下滑坡渗流稳定问题的研究较少,为此基于非饱和渗流及稳定分析理论,以三峡库区蔡坡堆积体为研究背景,利用Geostudio软件对降雨、库水位及其组合工况下的堆积体边坡的渗流特性及稳定性进行了数值模拟,得到了边坡不同部位的孔压变化、边坡的安全系数曲线及湿润锋发展规律。结果表明:库水位骤降速率越大,则孔压下降越快,降雨强度越大,则孔压上升幅度越大,单纯降雨孔压上升幅度要大于库水位骤降情况孔压下降幅度。降雨发生在库水位骤降不同时刻的孔压特性综合了单纯降雨与单纯库水位下降的综合特性,位于边坡下部的孔压值要大于上部。库水位骤降下安全系数先降后升,降雨情况下安全系数先下降后保持稳定,单纯降雨导致的安全系数降幅要大于单纯库水位骤降情况,降雨发生在库水位骤降不同时刻下,安全系数在降雨时刻有一个突降,其中降雨发生在第6～8 d安全系数最小。降雨联合库水位骤降边坡失稳概率最大。库水位骤降速率越大浸润线越下凸,降雨强度越大边坡表层的湿润锋发展越充分,降雨与库水位联合作用下湿润锋变化规律相似,但是浸润线的下凸程度不同,这是导致这种情况下边坡安全系数不一致的原因。     

黏土心墙坝库水位骤降联合降雨上下游坝坡渗透稳定性数值模拟

为研究库水位骤降联合降雨情况下某黏土心墙坝的渗流特性以及稳定性规律,利用Geo-studio软件,对库水位骤降、不同强度降雨以及降雨发生在库水位骤降的不同时刻下的某黏土心墙坝的渗流特性以及上下游坝坡的稳定性规律进行了数值模拟。计算结果表明:(1)库水位骤降工况下孔压降低152%,上游坝坡安全系数先减小12.8%,后略有增大,下游坝坡则增大0.5%,库水位下降速率越大,孔压下降越快,上游坝坡安全系数下降越快,最小安全系数越小,下游坝坡安全系数上升越快;(2)降雨工况下孔压先平均增大2.1%后降低至初始水平,安全系数则先减小0.3%后增大至初始水平,降雨强度越大,孔压上升的幅度越大,最小安全系数越小;(3)降雨发生在库水位骤降不同时刻下,孔压呈现先减小后保持不变,在降雨时刻呈现突然上升的趋势,上游坝坡安全系数先减小后维持不变,下游坝坡安全系数先增大后保持不变,在降雨时刻突然下降,降雨发生在库水位下降结束时刻安全系数最小。     

降雨-库水位作用下的下坪滑坡Monte-Carlo可靠度研究

针对降雨-库水位联合作用下的可靠度研究较少这一不足,基于下坪滑坡的工程背景,利用Geo-studio软件对降雨联合库水位不同工况下的渗透稳定性及可靠度进行了分析,得到了不同位置监测点的孔压变化、确定性安全系数变化、可靠度及失效概率,结果表明:库水位骤降工况下孔压总体上随时间呈现不断下降最终趋于稳定,而不同降雨工况下孔压总体上随时间呈现不断上升最终趋于稳定;库水位骤降情况下定性安全系数随时间呈现先降后升,而随降雨呈现单调下降的趋势;库水位骤降速率越大,降雨强度越大,降雨持时越长,最小安全系数则越小;库水位骤降工况下的不同工况安全系数分布差异要明显小于降雨工况,库水位骤降速率越大,失效概率越大,可靠性指标越低,降雨强度越大,降雨持续时间越长,失效概率越大,可靠性指标越低。     

地震作用下库水位变化坝坡稳定性数值模拟

为探究地震作用引起库水位变化下坝坡渗透稳定性变化规律,利用Geostudio软件对三峡库区某边坡进行数值模拟,得到安全系数及Newmark位移变化曲线。计算结果表明,库水位水平越高,边坡安全系数越低,Newmark位移越大,最小安全系数的出现相对于地震的峰值加速度时刻有较大的滞后性;库水位骤降下,边坡安全系数随着库水位水平的逐渐下降,呈现先增大后减小的规律,库水位下降速率越大,边坡在库水位骤降与地震耦合情况下的最小稳定系数越小,最大Newmark位移也越大;边坡安全系数随着库水位水平的逐渐上升,呈现先减小后增大的规律,边坡在地震下的最大Newmark位移在库水位高程下降至157m之前呈现不断上升趋势。     

库水位骤降偶遇地震作用下黏土心墙坝渗透及抗震稳定性分析

利用岩土软件Geostudio,根据非饱和渗流原理,以四方井水利枢纽中的黏土心墙土石坝为背景,分析了库水位骤降偶遇地震作用下黏土心墙土石坝上下游坝坡渗流特性及抗震稳定性。计算结果表明:库水位下降速率越大,上游坝坡的孔压力变化越剧烈,安全稳定系数越小;监测点位置越高,孔压越难以达到稳定值。对于下游坝坡而言,孔压力变化相对平缓,监测点距离地下水位越远,孔压越难以稳定,孔压力响应库水位骤降的时间越长;库水位骤降至死水位情况下发生地震时,库水位骤降速率越大,上游坝坡安全系数越小,Newmark位移越大。下游坝坡的安全系数对于骤降速率不敏感,安全系数基本一致,Newmark位移非常接近。研究成果可为实际工程管理运行提供一定的参考。     

不同类型降雨联合库水位骤降黏土心墙坝坝坡渗透稳定数值模拟研究

针对降雨发生在库水位骤降不同时刻下的土石坝坝坡渗透稳定性研究较少的问题,基于宜春市温汤河四方井水利枢纽工程黏土心墙坝的实测数据,利用有限元软件Geostudio软件对降雨发生在库水位骤降不停时刻下的上下游坝坡渗透稳定性规律进行数值模拟,得到不同监测点的孔压变化及上下游坝坡的安全系数变化规律。结果表明,上游坝坡处的监测点孔压变化对不同类型降雨不敏感,下游坝坡处监测点不同类型降雨下孔压变化差异较大,降雨发生在库水位下降的不同时刻下孔压均有一个大幅上升的过程;上游坝坡降雨发生在库水位骤降时刻越后,最小安全系数越小,而下游坝坡安全系数在降雨时刻则有个突然下降的过程,研究结果为认识黏土心墙坝在降雨发生在库水位骤降不同时刻下的边坡渗透稳定性规律提供了一定的参考。     

水库水位升降对边坡稳定性影响分析

为研究水库水位升降对水库边坡的稳定性影响,基于ABAQUS有限元软件并结合相关工程,模拟不同水位升降工况对水库边坡的孔隙水压力和安全系数的影响。结果表明,孔隙水压力会随着水库水位的下降而下降。对于顶部观察点来说,水位下降的速度对孔压变化的影响差别不大;对于中部观察点和底部观察点来说,水位下降得越快,孔压也就下降得越快。反之,当水位上升时,3个观察点的孔压会持续升高,顶部观察点受水位上升速度影响较低;水位下降时,水库边坡的安全系数会随时间先降低后升高,水位下降的速度越大,安全系数下降的越快。反之,当水位上升时,边坡的安全系数会先升高后降低,水位上升的速度越大,安全系数上升得越快。水库水位升降对水位线以下的土体孔隙水压力的影响较大,对水位线以上的孔压影响较小,水位升降对水库边坡的孔压和安全系数的影响规律是正好相反的。     

库水位骤降偶遇地震作用下黏土心墙坝抗震稳定性分析

利用岩土软件Geostudio,根据非饱和渗流原理,以某水利枢纽中的黏土心墙土石坝为例,分析库水位骤降偶遇地震作用下黏土心墙土石坝上游坝坡渗流特性及抗震稳定性。计算结果表明,库水位下降速率越大,上游坝坡的孔压力变化越剧烈,安全稳定系数越小;监测点位置越高,孔压越难以达到稳定值。库水位骤降至死水位情况下发生地震时,库水位骤降速率越大,上游坝坡安全系数越小,Newmark位移越大。研究成果可为实际工程管理运行提供一定的参考。     

水位骤降对下伏隧道堤防安全影响研究

建立了考虑水位骤降条件下的下伏隧道堤防模型,依托湘江某下伏隧道堤防工程,基于堤防边坡渗流原理,结合有限元应力计算,探讨了不同水位骤降速率下的浸润线情况,计算了堤防安全系数。研究结果表明:湘江水位骤降速率越快,浸润线变化范围越大,浸润线变化范围与水位降落速率成正比;湘江水位骤降速度在3 m/d^4 m/d,水位降到28.8 m时,堤岸失去稳定;水位骤降并非整个过程中堤岸均处于失稳状态,而是水位降至某高度后堤岸失稳,骤降速率增快对堤防安全系数有一定负面作用。研究结果对隧道下穿堤防建设具有一定指导意义。     

汽车荷载与河水耦合作用下公路边坡应力应变分析

为研究汽车荷载与河水位变化耦合作用下顺层岩质公路边坡的稳定性,基于有限元渗流基本理论,采用有限元软件PLAXIS,分析了河水下降过程中边坡岩体的应力应变特征及稳定性变化趋势。结果表明,边坡剪应变分布范围受前期降水影响较小,受后期降水影响相对较大,边坡表层塑性点范围随水位下降呈现先减小后增大的变化趋势;公路边坡稳定安全系数随水位下降呈现先增大后减小的变化趋势,当水面高程降到580 m时安全系数最大为1.38;前期降水导致公路平台位移变形明显,后期降水时变形趋于稳定。     

基于降雨、库水位联合作用的滑坡渗透稳定性分析

为了进一步研究库水位与降雨联合情况下滑坡体渗流特性以及稳定性的规律,根据非饱和渗流原理,利用Geostudio 2007软件,对某滑坡体库水位骤降与降雨联合作用工况进行了渗流特性以及稳定性分析。结果表明:库水位下降速率越大,降雨强度越大,降雨持时越长,滑坡体稳定系数越小;距离岸坡较远的滑坡体内部孔压变化存在一个"滞后"现象,距离岸坡越近,孔压变化幅度越大。库水位骤降对不同监测点的孔压有一个影响时间,上部、中部和下部监测点影响时间分别为360 d、150 d和100 d。降雨影响了滑坡体内部瞬时孔压变化,而对整体的孔压变化影响较小。降雨发生在库水位骤降过程中而非库水位下降开始时刻或结束时刻时容易导致滑坡体失稳。研究成果为研究在库水位和降雨联合作用下的滑坡机理提供一定的参考。     

Hoek-Brown准则参数对边坡稳定性影响的敏感性分析

Hoek-Brown经验强度准则具有能够反应岩体的固有特点和非线性破坏特征,解释低应力、拉应力区及最小主应力对强度的影响等特点,已成为岩体工程中应用最广泛的准则之一。但是,在确定Hoek-Brown准则参数时主观因素影响较大。分析了Hoek-Brown准则中完整岩石经验常数mi、完整岩体单轴抗压强度σci、地质强度指标GSI、岩体弱化因子D等参数对内摩擦角φ、粘聚力c以及边坡安全系数F影响的敏感性,以期对Hoek-Brown准则参数取值提供帮助。     

库水位骤降下某均质坝除险加固后稳定性态评价

为研究库水位骤降对水库均质坝稳定性态的影响,基于非饱和渗流有限元理论,采用Geo-Studio软件计算某大坝在整治后不同库水位下降速率时的安全性态,得到坝体渗流场、坝坡安全系数及最不利滑裂面。计算结果表明,坝内渗流场的变化滞后于库水位的下降时间;库水位下降速率越大,浸润线最高点越高,上游坝坡稳定性越差;上游坝坡在初期降水时安全系数随时间的推移减小明显,在降水后期安全系数随时间推移减小不明显;库水位下降速率和库水位高程对大坝上下游坝坡滑裂面位置没有影响。计算成果为整治后水库的合理运行和管理提供了科学依据。     

基于Hoek-Brown极限平衡理论下的边坡稳定敏感性分析

研究Hoek-Brown准则中表征岩体性能的不同参数对边坡稳定性的影响,介绍了Hoek-Brown准则与极限平衡法相结合的边坡安全系数计算方法,结合灰关联度理论,利用Geo-slope软件中的Slope/w模块,结合岩体单轴抗压强度σ_(ci)、岩体性状m_i、地质强度指标GSI,以及岩体扰动因子D四个参数对某岩质边坡进行了单因素敏感性分析。结果表明:岩体的单轴抗压强度和地质强度指标是影响岩质边坡稳定的关键因素。灰关联度法简单方便,可直观准确地获取主要因素和次要因素,能广泛应用于边坡稳定性分析中,为量化边坡稳定敏感性分析提供了一种有效的方法。     

考虑蒸发效应的不同非饱和参数下边坡温湿耦合稳定性分析

为研究不同非饱和参数对考虑蒸发效应的边坡的温度、湿度及其稳定性的影响,以广西南宁某边坡为研究对象,利用Geo-studio软件进行有限元计算,得到边坡内部不同监测点孔压、体积含水率、温度及边坡安全系数变化规律。结果表明,降雨过程中孔压呈现不断增大的趋势;体积含水率在降雨过程中先急剧上升,后缓慢上升;边坡内部温度变化趋势与气候条件下的温度变化较为一致;安全系数随降雨呈现逐渐下降的趋势。     

木河桥水库面板坝缺陷渗透稳定性数值模拟研究

为研究木河桥水库面板坝不同缺陷在库水位变动工况下的上下游坝坡渗透稳定性规律,利用Geo-studio软件进行数值模拟,得到缺陷面板坝的坝后浸润线高程、渗漏量及稳定性变化规律。研究结果表明,库水位高程越高,面板坝坝后浸润线高程越高,坝体的渗漏量越大,上游坝坡安全系数越大,下游坝坡安全系数越小;库水位骤降速率越大,最小安全系数出现的时刻越早,最小安全系数也越小;一旦面板发生缺陷,面板坝后的浸润线及渗漏量会出现较大的增长,安全系数下降幅度也较大,缺陷高程越高,面板坝后浸润线高程及渗漏量越大,安全系数也越小。     

木桥河水库面板坝缺陷渗透稳定性数值模拟研究

为研究木桥河水库面板坝不同缺陷在库水位变动工况下的上下游坝坡渗透稳定性规律,利用Geo-studio软件进行了数值模拟,得到了缺陷面板坝的坝后浸润线高程、渗漏量及稳定性变化规律,结果表明:库水位高程越高,面板坝坝后浸润线高程越高;坝体渗漏量越大,上游坝坡安全系数越大,下游坝坡安全系数越小;库水位骤降速率越大,最小安全系数出现的时刻越早,最小安全系数也越小;一旦面板发生缺陷,面板坝后的浸润线及渗漏量会出现较大增长,安全系数下降幅度也较大,缺陷高程越高,面板坝后浸润线高程及渗漏量越大,安全系数也越小。     

三峡水库消落带斜坡岩体劣化过程地质强度指标研究

三峡库区消落带岩体劣化研究多针对室内岩样,难以应用到现场岸坡稳定性分析评价中。本文开展了水库实际运行状态下原位跨孔声波测试和井下电视,获取了不同深度下岩体物理力学参数,改进了GSI系统对岸坡劣化带岩体的描述,拓展了广义Hoek-Brown(H-B)准则在劣化带岩体强度动态评价中的应用,得出主要结论如下:广义H-B准则可以评估、描述原位岸坡岩体强度,结合水位循环消落原位跨孔声波测速,改进并构建了GSI量化取值方法;GSI结合广义H-B准则得到的特征深度强度包线表明,三轴受压应力状态可以提高岩体强度,且可明显抑制岩体劣化;脆-延转换线σ1=4σ3计算的H-B准则适用范围表明GSI系统对岩体劣化评价有宽泛的适用性,且随着GSI下降适用范围下降;通过指数回归构建了考虑劣化过程的GSI(t)、Erm(t)时效曲线,并基于GSI(t)解得不同深度结构面处二、三维强度劣化包线。强度劣化包线显示表层结构面的劣化敏感性高于深层,且表层受劣化影响H-B准则适用范围下降最明显;结合多层面GSI(t)曲线可得三维结构面GSI(t,h)时空函数。这种基于消落带原位跨孔声波的GSI(t)时效函数以及二、三维结构面强度劣化包线分析方法为岸坡岩体劣化评估、稳定性分析和工程治理提供了更加科学合理的新途径。     

库水位骤降作用下库岸滑坡形成机理研究

库水位骤降严重威胁着库岸边坡的稳定。基于饱和-非饱和土理论,采用渗流有限元法和稳定计算的Bishop法和Janbu法,计算确定不同水位骤降工况下渗流场及安全系数的演化情况。结果表明:库水位骤降会严重降低边坡的稳定系数,随着库水位下降速率的增大,稳定系数降低更多,此外,稳定系数随着库水位的逐渐平稳而上升。根据计算结果可以得出库水位诱发库岸滑坡的机理主要体现在孔隙水压激增及累积效应、渗流拖拽、渗透破坏效应、应力集中及转移效应。