随机土石混合体地层构造方法及其应用

基于数字图像技术及离散傅里叶变换理论,通过Matlab编制程序,实现了自然块石二维轮廓的识别、离散与重构.结合分形理论,设计了一种可根据指定块石粒径、含石率以及分形维数生成土石混合体地层模型的便捷方法.在此基础上建立了土石混合地层数值模型,并针对隧道施工过程中的地层变形特性进行了探究.计算结果表明:相比于传统均质模型,土石混合模型能够反映地层中块石对隧道掌子面挤出位移和地表沉降的影响,更真实地呈现土石混合体地层中围岩土体的变形规律;与均质模型中所描述的规则单一的塑性区不同,土石混合地层中,隧道掌子面后的塑性区发展存在明显的"绕石效应",其扩展路径更为复杂、多元,且滑动带的路径明显延长,一定程度上增加隧道施工扰动的影响范围.     

边坡临界滑动面与临界可靠度滑动面对比分析

针对2个典型均质土坡,采用不平衡推力法计算滑动面的安全系数,从而构建了边坡可靠度分析的功能函数,随机产生一系列潜在可行滑动面;假定了不同的强度变异参数,分别利用蒙特卡罗法计算其可靠度指标,并与其确定性分析的安全系数进行了对比.研究结果表明：当滑动面的安全系数与其可靠度指标存在显著的单调对应关系时,临界滑动面与临界可靠度滑动面基本重合;而当两者之间不存在显著的单调对应关系时,临界滑动面与临界可靠度滑动面存在显著区别,对于均质土坡,两者的可靠度指标相差10%左右,而对于两层土坡而言,二者的可靠度指标相差高达70%.     

土石混杂高边坡稳定性分析数值方法研究

基于整体强度折减法和局部强度折减法的边坡稳定性分析数值方法,只能获得单一的边坡安全系数和边坡在临界失稳状态下的位移数值参考值.为了掌握边坡的变形破坏过程和稳定性情况,通过FLAC3D中的Extrusion功能和自定义程序,实现对折减区域、强度折减计算精度、强度折减范围的控制,使强度折减法更加契合土石混杂高边坡在实际工程状况下坡体的稳定性分析.以鄂西山区高速公路典型土石混杂高边坡为研究对象,通过建立边坡的三维数值模型,根据实际工况调整边坡的计算强度折减范围,实现对土石混杂高边坡的稳定性分析,所获得分析结果与实际边坡工程监测数据相吻合.计算结果表明,该方法合理反映了土石混杂边坡在施工的各个阶段的变形破坏特征及滑动面存在区域,相比较与传统的稳定性分析方法可更好的量化边坡变形破坏状态,研究成果可为土石混杂边坡的稳定性分析提供有效参考.     

地下水位变化对某边坡稳定性影响的分析

为了更加清楚地了解地下水对边坡稳定性的影响,基于强度折减法,运用FLAC 3D软件对某非均质土质边坡进行了数值模拟分析,计算土质边坡的安全系数,找出边坡的可能滑动面,考虑在地下水的影响下边坡安全系数的变化。结果表明:在不考虑地下水作用时,边坡稳定性较好,安全系数为1.551;地下水位升高后,会对边坡稳定性产生较大影响,安全系数从1.551下降至1.168,需要对此边坡进行支护以提高边坡稳定性。     

库区水位下降作用下非饱和土坡稳定性分析

针对库区及河道沿岸岸堤和边坡由于水力作用侵蚀和水位变动形成折线形土坡,影响边坡稳定性的问题,基于卢宁提出的非饱和有效应力理论,运用极限平衡方法,采用对数螺旋滑动面建立的平衡方程求解安全系数,开展了土坡不同几何参数和土性参数下水位变动对边坡稳定性影响的变化规律研究.通过对比非饱和与饱和土边坡安全系数计算结果,进一步揭示参数反演中不应忽略非饱和吸力作用对边坡稳定的贡献,分析水位缓降与骤降不同工况下可以得到危险水位高度,对指导工程有一定参考价值.     

采空区对边坡稳定性的影响

采空区对地下开采与露天开采转换过程中的边坡稳定性存在一定的影响。为了研究空区对边坡稳定性的影响规律,利用强度折减法分析多种情况下边坡的稳定性。研究结果表明:空区在坡脚附近,边坡的安全系数降低达20%左右;边坡中部的空区对边坡的稳定性影响取决于空区几何中心相对于滑动面水平位置,空区几何中心在滑动带内将引起边坡稳定性增加,空区几何中心在滑动带外将引起边坡稳定性减小;空区在边坡脚下部时,在距边坡脚水平距离一定范围内,空区会引起滑坡体体积增大,边坡安全系数降低;在距边坡脚水平距离某一范围内的空区,由于自身顶板松动区的出现导致边坡体的下滑力降低,使边坡的安全系数增加;同一高度的空区,距坡面水平距离的不同会引起边坡滑动面位置发生改变;空区几何中心距离滑动面超过一定距离后,边坡的稳定性不再受空区的影响。该规律对地下开采与露天开采转换过程中的边坡工程施工具有一定的实践指导意义。     

局部超载下土坡稳定影响因素敏感性分析及破坏机理研究

为研究坡顶超载下边坡破坏机理及各因素对边坡稳定性的影响程度,结合典型边坡实例建立非线性有限元数值模型,采用强度折减法分别计算8种影响因素作用下的安全系数,并对各因素敏感度进行单因素分析、正交试验极差分析及方差分析。结果表明:局部超载下,坡率对边坡稳定性影响最为显著,而超载宽度影响最微弱;土坡安全系数随内摩擦角、粘聚力、土体容重呈线性变化,与超载离坡肩的距离、坡率、坡高大致呈抛物线变化趋势,与超载值呈非线性变化;3种分析方法在确定各因素敏感度排序上具有较好地一致性,方差分析结果离散度最大,效果最佳。超载下和仅在自重下土坡失稳破坏机理有所不同:自重下坡脚处最先出现塑性区,此后塑性区由坡脚处向上延伸扩展至坡顶,进而引发边坡失稳破坏;而超载下坡脚和超载区域下的土体几乎同时出现塑性区,此后塑性区从坡脚和超载区域同时扩展直至贯通,最终导致失稳破坏。     

基于有限元折减强度法与极限平衡法结合的岩质边坡稳定性分析

 基于露天矿岩质边坡的稳定性分析及边坡角优化的需要,提出采用有限元折减强度法与极限平衡法相结合的方法对露天岩质边坡进行稳定分析,并对算例中的最终边坡角进行了优化。该方法首先利用有限元折减强度法计算出边坡内部塑性区,并假定塑性区为边坡潜在的滑动面,从而能够确定滑动面的倾角范围。此后再以此滑动面倾角范围为分析起点,结合极限平衡理论计算出在不同边坡角下的边坡安全系数。通过绘制安全系数随边坡角的变化曲线,即可找出满足安全阈值的最优边坡角。最后,采用该方法对兰伯特角铁矿中部矿区上盘边坡角进行了优化,证明了该方法的可行性。     

基于强度折减理论的加筋土边坡稳定性分析

结合有限元软件ABAQUS和强度折减理论,通过对均质路堤边坡进行数值模拟,分别对土质边坡以及加筋土边坡进行敏感性分析,研究了边坡的几何参数、土体强度和刚度、筋材埋置深度和间距以及长度对边坡稳定性的影响.结果表明:土体黏聚力对边坡安全系数影响最为显著,其次是土体的内摩擦角、边坡比、筋材的长度和间距;筋材铺设在潜在滑移面,即素土边坡塑性破坏区域,能够很好地限制坡体的滑移,有效提高边坡的稳定性.     

地层结构效应对沿海航道岸坡稳定性影响分析

地层结构效应对于边坡稳定性研究意义重大。本文对舟山某航道边坡进行数值模拟,对均质土体边坡和不同地层结构边坡利用ABAQUS软件计算安全系数,通过位移和塑性贯通区位置进行对比稳定性,对不同地层结构边坡分别考虑在重力、水流力作用下岸坡稳定性情况并进行对比。结果表明:在安全系数、位移和塑性贯通区方面,不同地层结构边坡强于均质土体边坡;水流力作用致使安全系数大于自重情况下,不同地层结构效应对岸坡稳定性的研究是必要的,也便于在工程中应用推广。     

某堆积体边坡滑面的强度参数反演研究

通过现有的资料分析,某堆积体边坡可能的破坏模式为覆盖层内部的滑动或沿滑动带的深层滑动.根据地勘资料、室内试验数据和边坡安全系数的计算方法,对边坡的岩土体力学强度参数进行反演分析.计算结果表明:建立准确的计算模型并采用参数反演所得出的结果客观、合理,通过对其他剖面的稳定性计算更进一步地验证了所得结果的合理性,为类似工程的稳定性分析以及强度参数的反演计算提供了参考依据.     

土坡稳定性的几何参数回归分析

土坡的稳定性受土坡几何参数的影响,通过Fellenius法、Bishop法、Janbu法以及Morgenstern-Price法计算出土坡模型的相应安全系数,并进行回归分析,得到边坡稳定性与几何参数相关的回归方程。     

基于颗粒离散元的土石混合体直剪试验模拟研究

土石混合体是一种由高强度块石和低强度土体组成的非连续非均质材料,力学性质受土体、块石及土石接触面三者共同控制.本文为研究块石含量及土体性质对混合体力学特征及变形破坏形态的影响,利用颗粒离散元理论和PFC~(2D)程序,生成了可描述块石非规则形态的团粒(clump)结构,建立了土石混合体直剪试验离散元模型,以室内直剪试验结果作为细观参数标定依据,对不同含石量、不同黏结强度的混合体进行直剪试验模拟.结果表明:直剪试验模拟结果与实际试验结果基本相符,证明了块石随机模型与细观参数的可靠性;随含石量增加,混合体抗剪强度增加,应力峰值强度对应剪切位移减小;高含石量条件下,黏聚力上升至峰值后骤降,在块石逐渐主导地位后重新上升;试样剪切面凹凸不平,剪胀现象更为明显;随黏结强度增加,剪切应力峰值及其对应位移增大,高黏结强度下应力曲线波动和剪胀性更为明显.     

抗滑桩加固边坡稳定性及影响因素的有限元分析

通过Fortran95语言编制边坡在抗滑桩加固情况下的稳定性程序(FPS),并与商业软件FLAC3D的计算结果进行对比,以验证程序的正确性及优越性;然后,通过抗滑桩支护参数对边坡稳定性的影响进行分析.研究结果表明:(1)当桩长较小时,抗滑桩设置在边坡中下部对稳定性最有利,当桩长较大时,抗滑桩设置在边坡中间对稳定性最有利;(2)桩长对于边坡安全系数的影响程度与抗滑桩布置的位置有关,当抗滑桩位于坡顶或者坡脚时,桩长的变化对于安全系数的影响很小;而抗滑桩位于边坡坡面中央时,在桩的长度达到临界桩长之前,边坡的安全系数与桩长呈显著的线性关系;(3)随着桩长的不断增大,潜在滑动面逐渐向边坡内部移动,破坏模式由浅层滑动变为深层滑动,安全系数也不断增大;但当桩长达到一定程度后,边坡的临界滑动面转移到临坡面位置.     

地震效应下三维高边坡稳定性失效的图表描述

自然界中的土坡滑动失稳常具有三维体型特征,提出基于极限分析上限定理的边坡三维稳定性分析方法.引入刚塑性体的三维旋转破坏机制,并对原有旋转机制进行优化处理,采用强度储备安全系数,通过虚功率平衡方程求得边坡临界高度或临界稳定系数.将分析计算结果用稳定系数表表示,根据边坡的强度参数和坡比查稳定系数表可以方便的求出某一边坡的安全系数,避免了求解安全系数的迭代计算过程.对于地震荷载下边坡的稳定性,将地震荷载拟化为不变的惯性力,采用传统的条分法与极限分析(上限)法进行了分析对比,求解的安全系数在合理的范围之内.     

均质土坡渐进性破坏分析及变分法验证

采用有限元软件ABAQUS构建了均质土坡二维有限元分析模型,动态模拟了土坡的塑性区发展及其渐进破坏过程,自动搜索出潜在滑动面.以变分法为基础,研究平面应变状态下边坡稳定的平衡方程,求解出最危险滑动面的函数表达式,并与数值模拟结果进行了对比验证.研究结果表明:随着折减系数Fr的不断增加,土坡自稳能力不断降低,破损区域不断发展延伸,当破裂面完全贯通时,边坡接近极限破坏状态,完成渐进性破坏.由强度折减法确定的土坡最危险滑裂面与采用变分法计算的解析结果趋势大致相同,均为圆弧形滑裂面.     

基于Hoek-Brown准则点安全系数的边坡稳定性分析

为了采用Hoek-Brown准则分析边坡各部位的稳定程度,通过理论分析,推导Hoek-Brown参数表征的点安全系数(Fp)函数;利用FLAC3D软件建立边坡数值计算模型,编制相应Hoek-Brown点安全系数程序,分析材料参数和应力变化的影响.研究结果表明:采用自编程序计算的Fp≤1区域与采用FLAC3D软件计算的塑性区分布范围大致相同,并且点安全系数的判定标准能够表征各单元的破坏程度,优于塑性区判定标准;随着单元损伤程度的加大,点安全系数Fp逐渐减小;随着地质强度指标GSI增大,Fp逐渐增大,两者之间的关系符合3次多项式分布;Fp随完整岩石的单轴压缩强度σci的增大而增大;最大主应力σ1增大引起Fp逐渐减小,两者表现出显著的双曲线分布规律;Fp随最小主应力σ3的增大而增大,这与工程实际情况相符.     

降雨雨型和强度对土边坡稳定性影响分析

自然界绝大多数滑坡都是在降雨期间发生的.研究降雨诱发滑坡机制具有十分重要的意义.选取南京板桥河某堤段边坡,利用SLOPE/W和SEEP/W耦合进行土坡稳定性分析.通过建立不同降雨雨型和降雨强度影响下的土坡仿真模型, 并对暂态渗流场进行相应的数值计算,分析了不同降雨雨型和强度对土坡稳定性的影响.计算结果分析表明:(1)边坡安全系数随降雨雨型的变化而变化;(2)降雨持时相同,边坡安全系数随降雨强度增大而降低;(3)只有经过一定的降雨持时,安全系数才会明显变化.     

一种非条分法的均质土坡及均质地基土坡稳定安全系数新算法

针对均质土坡及均质地基土坡,提出了一种非条分法的稳定安全系数新算法.基于极限平衡原理,通过引入描述圆弧滑动面函数的三个自变量,以滑动体整体为研究对象并以其为积分域,建立积分形式的极限平衡方程,推导了稳定安全系数的计算公式,编制了计算程序并通过均质土坡和均质地基土坡两个算例将该方法与条分法的结果进行了对比,结果表明与严格条分的Spencer法、Morgenstern-Price法的偏差为0.68%.最后和条分法进行了对比探讨.     

边坡整体和局部失稳的风险研究

边坡失稳可分为整体滑动和局部失稳两种情况,传统分析计算方法多通过单一的安全系数来衡量边坡失稳的风险,难以充分考虑不同边坡的破坏风险。针对边坡问题的复杂性,提出非均质边坡和岩质边坡的失稳风险应通过由整体安全系数和局部安全系数组成的区间来衡量,并采用强度折减的方法和数值程序进行具体的安全系数计算。通过边坡实例研究表明,所提出的方法能充分反映边坡发生不同程度破坏的可能性,得到的安全系数区间更加可靠。