佛顶宫矿坑边坡三维静动力有限元模拟分析研究

对国内首个既有矿坑地下空间开发项目的佛顶宫边坡进行了三维有限元研究,分别对静力和地震这两种工况进行了模拟。结果表明:削坡或锚索(杆)加固后,最大位移均发生在坡顶、坡面填土、残积土和强风化岩处;最大应力均发生在坡内,最大剪应力发生在各坡脚和岩土交界面处;加速度响应随着边坡高度方向呈放大趋势,表层土体加速度响应明显放大;极限状态下,广义塑性应变区集中在坡顶、坡面处。静力工况下,锚索(杆)加固工况相对于无支护工况,边坡最大位移减小11.9%~28.4%,最大应力减小5.6%~67.1%,安全系数提高了34.5%,说明锚索(杆)加固效果显著。地震相对静力支护工况,最大位移增大3.03~19.73倍,主应力增大6.5%~146.7%,最大剪应力增大168.4%~474.6%,安全系数减小0.6%~23.1%。大震相对于小震支护工况下,坡面加速度峰值及放大倍数分别增大15.04~27.00倍、1.44~1.93倍。对矿坑南北、东西方向施加地震计算的结果显示:前者动位移、动应力均较后者大,安全系数较后者小,说明矿坑长轴方向施加地震较短轴方向不利。     

边坡开挖支护时序有限元分析

为研究公路改扩建工程边坡稳定性的影响因素, 寻求科学的支护方法, 以柳州至南宁高速K1456+800处左侧改扩建边坡为研究对象, 利用ANSYS建立了有限元数值模型, 选择未及时支护和及时支护2种支护方式, 模拟计算了改扩建工程中6级边坡开挖过程中坡体的剪应变增量及水平、竖向位移增量; 为定量分析2种支护条件下边坡开挖过程中位移及应力的变化趋势, 选取了6个特殊节点进行监测, 主要监测内容包括测点的位移(包括水平位移和竖向位移)以及主应力(包括最大主应力和最小主应力)随开挖时步的变化情况。分析结果表明: 无论是否及时支护, 每步剪应变增量最大值均位于坡脚, 但及时支护时, 分布面积及数值较未及时支护时小, 边坡发生失稳的可能性较低; 随着开挖推进, 水平位移增量先减小后小幅增大, 竖向位移增量先急剧增大后缓慢减小, 及时支护下各测点最终位移较未及时支护情况要小; 未及时支护时最终开挖安全系数接近1.0, 及时支护后每步安全系数均大幅提高, 基本大于1.35。综上所述, 及时支护能够有效减小边坡剪切应力, 限制水平与竖向位移, 降低整体应力水平, 提高边坡安全系数, 显著改善坡体稳定性。      

某工程岩质边坡支护方案数值模拟分析

以某工程岩质边坡为研究对象,基于Midas/GTS有限元软件研究了重力式挡墙法、全长粘结型锚杆支护法以及预应力锚杆法三种方案下的边坡稳定性。结果表明:初始状态边坡存在潜在的圆弧状的表层滑动带,最大塑性应变值为4. 97×10-2,位于强风化石灰岩夹板岩与中风化石灰岩夹板岩交界处;最大水平位移值为42. 02mm,初始稳定性系数为1. 08。三种支护方案下边坡最大塑性应变值分别减小至6. 70×10-3、1. 07×10-3、2. 73×10-4,最大水平位移分别减小至25. 40mm、10. 72mm、2. 56mm,稳定性系数分别增至1. 16、1. 36、1. 58。模拟结果表明预应力锚杆支护方案对边坡整体稳定性的提升最为明显,预应力锚杆支护为最优方案。     

顺层岩质边坡溃屈型破坏探讨

顺层边坡溃屈破坏是一种存在于岩质边坡的特殊破坏模式,首先对这种破坏模式的力学原理进行了探讨,得出了产生此破坏模式的前提条件,即:存在外倾结构面;结构面倾角较陡,大于或等于坡角;坡脚岩体强度较差。结合一典型的岩质边坡开挖工程实例,运用离散元数值分析方法,得到了边坡发生此破坏模式的变形、应力特征以及具体的破坏过程。结果表明:边坡坡脚的剪应力随着边坡开挖的深度增加而增大;当其剪应力未超过坡脚岩体的抗剪强度时,边坡变形主要以开挖的卸荷回弹为主,边坡处于稳定状态;当开挖深度使得坡脚剪应力超过坡脚岩体的抗剪强度时,坡脚岩体首先产生屈服变形,发生较大的位移,从而为坡体中上部岩体提供了沿结构面下滑的空间,边坡发生垮塌。数值分析结果与理论分析得到了很好的验证。     

某偏压隧道边坡开挖稳定分析与加固处理

针对存在偏压隧道的某在建公路边坡因切坡施工的影响问题,采用FLAC3D分析其稳定性。首先通过对存在隧道的原状边坡进行开挖数值模拟计算,根据计算所得水平位移和剪应力、应变张量分布特征,分析其潜在滑动面和隧道围岩受拉影响区,确定其加固范围。并进一步分析了锚索加固处理措施的效用,计算结果表明:采用锚索加固设计,边坡坡脚和坡面的受力变形均可得到明显改善,隧道围岩拉应力区域显著减小,稳定性大为提高。     

锚索抗滑桩在大型滑坡体中的安全性评价

边坡开挖过程中,采用桩锚结构加固边坡可以很好的提高边坡的稳定性,减小坡体的位移,阻断塑性区的发展,防止滑坡的发生。结合渝黔铁路的工程实例,采用ABAQUS有限元软件,分析了某边坡施工过程中采用锚索抗滑桩的加固效果。结果发现当设置桩锚结构时,可以很大程度上减小坡体的水平位移、竖向位移和阻断塑性区的贯通,极大的提高边坡开挖时的稳定性。     

某软岩大断面隧道微台阶法开挖围岩变形特性研究

为了提高大断面隧道施工安全性,以某软岩大断面隧道开挖支护为对象,利用FLAC 3D有限元分析软件,模拟分析了某大断面隧道在微台阶开挖法下隧道围岩变形特性,研究得到上台阶开挖完成后围岩塑性区分布情况、掌子面位移分布情况,对比下一进尺完成后得到围岩等效塑性区大小及位置变化情况;并通过在模型中布设相应监测点,分析开挖过程中的围岩位移变化情况,得到拱顶沉降、拱腰水平位移变化规律以及最大变形值,分析结果表明微台阶法在该软岩大断面隧道开挖过程对围岩变形的控制效果较好。     

降雨条件下明挖隧道回填土的堆载稳定性分析

对于覆土明挖隧道,回填土的堆载稳定性是评价隧道整体稳定性的关键指标之一。以徐州某临坡明挖隧道为研究对象,通过MIDAS GTS NX软件建立隧道回填土边坡计算模型,计算开挖隧道结构与坡脚所处不同距离时,施工隧道上覆盖填埋土体厚度、降雨环境等条件影响下的覆盖土体边坡位移量。计算表明,距离坡脚较远处开挖隧道,边坡水平位移量较大,且在坡脚和坡顶处的竖向位移较大;随着人工填土厚度的增加,边坡的水平位移和竖向位移皆变大;降雨后土体在水平和竖直方向的位移皆变大。工程中应重视雨季施工回填土堆载的稳定性监测,做好相应预防措施。     

基于温度-应力耦合效应的冻土高边坡稳定特性分析

以京新高速某季节性冻土高边坡为背景,通过考虑伴有相变的瞬态温度场与应力场耦合,运用有限元分析软件ANSYS,分别模拟研究了含水率、温度、坡率、有无护坡等因素对边坡位移场、应力场和温度场的影响,并通过比较边坡安全系数的大小,判断各因素对边坡稳定性的影响。计算结果表明:边坡稳定性与含水率、坡率、边坡高度呈负相关,即数值越大稳定性越低;而温度作为影响季冻区边坡稳定的重要外部条件,当负温值位于-10℃以上时,各个指标对其敏感度较高,随着温度的进一步降低,各指标对温度的灵敏度逐渐减小;此外,施作护坡可有效地减小边坡的最大位移和冻结深度,增强其稳定性。     

不同结构面倾角对深埋隧道开挖方法的影响规律研究

某深埋公路隧道地质条件复杂,围岩软硬交替,且具有高地应力特点,施工过程中多处出现挤压掉快、支护结构扭曲等现象,对隧道施工安全造成严重威胁。结合隧道施工过程,利用有限差分软件FLAC3D对隧道围岩稳定性进行数值模拟分析,对比分析不同结构面倾角下全断面法和下导洞超前开挖法模拟计算结果。结果表明:结构面倾角对软弱围岩区位移和塑性区分布特征影响较大,坚硬围岩区影响较小;两种开挖方法下隧道周边位移和塑性区分布特征基本一致,所得结论可为同类隧道的设计、施工和研究提供参考。     

砂卵石地层深基坑开挖数值模拟研究

为研究砂卵石地层深基坑开挖过程中基坑土体及支护结构的受力变形特性,运用MIDAS GTS NX软件建立有限元模型,选用修正摩尔库伦屈服准则,基于基坑开挖及支护施作过程开展数值模拟分析,获得基坑土体的位移、应力分布特征及支护结构内力特性.结果表明:随着分层开挖深度的增加,坑底隆起不断增加,灌注桩身水平位移最大值点下移,右侧桩水平位移最大值较左侧桩大;土层的塑性状态区主要分布于基坑两侧及坑底局部范围,呈左右对称分布现象,从地表呈滑弧至基坑底部;支护结构设计时,立柱埋入坑底段应配置抗拉构件,第一道内支撑两端及其跨中处弯矩达到最大,应重点配置抗弯构件.     

某路堑高边坡抗滑桩支护参数优化分析

为了优化某路堑高边坡抗滑桩支护条件下的支护参数,本文基于Midas/GTS有限元软件对抗滑桩设置位置、长度及间距进行分析研究。结果表明：该高边坡抗滑桩最优设置位置为二级边坡处,边坡安全系数最高为1.28,此时边坡的最大总位移、水平位移及竖直位移最小;随着抗滑桩长度增大,边坡位移均减小,安全系数增大,增至20 m后变化速度均有所放缓,因此抗滑桩最优长度选取20 m。随着抗滑桩间距增大,边坡位移均增大,边坡安全系数减小,且变化幅度均有所放大;抗滑桩间距为4 m时,边坡位移及安全系数均较好,因此抗滑桩的最优间距选取4 m。     

低山丘陵区高速公路路堑高边坡稳定性分析

低山丘陵区域修建高速公路,路堑高边坡时有发生,其稳定性一直是工程界关注的热点问题。基于此考虑,依托低山丘陵区某高速公路路堑式路基工程实例,首先借助现场测试侧向位移和竖向沉降数据,分析边坡支护结构的位移变化规律;借助有限元分析软件ABAQUS,建立路堑式路基边坡三维数值模型,结合边坡稳定性分析的强度折减理论,对边坡的安全储备进行计算。研究结果表明:低山丘陵区路堑式高边坡采用坡底挡土墙和坡面肋拱式面墙后集成支护方案后,边坡变形整体较小,安全系数达2.9,证明护坡结构能够满足高速公路路堑式高边坡整体稳定性设计要求。研究成果能够为类似工程实践提供参考依据。     

某路堑边坡支护方案模拟及优化分析

以某高速公路为项目背景，利用有限元软件模拟分析了锚拉式抗滑桩支护边坡的稳定性和桩身水平位移的变化情况，在此基础上对原方案中出现的桩身位移情况进行了方案优化。研究结果表明，边坡的潜在滑动面位于粉质黏土层，预应力锚索抗滑桩对边坡的稳定性提高了38.5%，但桩前土开挖后边坡稳定性下降。优化方案综合考虑初始方案中的水平位移和稳定系数的情况，优化了锚索抗滑桩的设置位置，在保证边坡稳定性的前提下，较好地降低了桩身的水平位移值和弯矩值。     

考虑抗滑桩及挡土墙支护结构影响的降雨诱导边坡失稳模型试验研究

在无支护和有支护(加设抗滑桩及挡土墙)的条件下开展了降雨对边坡稳定性影响的模型试验研究。以实际工程边坡为原型,在常规重力1 g条件下设计了试验模型。试验结果表明:在有支挡结构条件下,降雨对坡体竖向和水平位移的影响均很小,表明支挡结构对边坡坡面位移的限制作用明显。通过比较降雨对坡面和内部位移的影响,发现坡面位移变化远大于内部位移变化,加设支挡结构以后坡体变形主要是雨水对坡面的冲刷造成的。     

喷锚网技术在公路施工管理中的应用

喷锚网支护是靠锚杆、钢筋网和混凝土层共同工作来提高边坡岩土的结构强度和抗变形刚度,减小岩(土)体侧向变形,增强边坡的整体稳定性。主要适用于岩性较差、强度较低、易于风化的岩石边坡;或虽为坚硬岩层,但风化严重、节理发育、易受自然力影响、导致大面积碎落,以及局部小型崩塌、落石的岩质边坡;或岩质边坡因爆破施工,造成大量超爆、破坏范围深入边坡内部,路堑边坡岩石破碎松散、极易发生落石、崩塌的边坡防护。对喷锚支护施工工艺进行论述,并结合工程实际,对施工中应注意的事项进行了分析。     

复杂空间形态边坡的稳定性分析

为合理评价复杂空间形态边坡的稳定性,基于边坡的三维点安全系数,利用三维数值模拟,提出了边坡稳定性的三步点安全系数计算方法.首先,采用强度折减法降低边坡体的抗剪强度指标,使边坡处于临界状态或者大变形状态,计算边坡临界状态的位移场;其次,设置实际的边坡岩土体物理力学参数,计算当前状态应力场;最后,综合临界状态位移场和当前状态应力场,计算边坡的点安全系数.将此方法应用于贵州贞丰煤电厂运煤道路高边坡工程,计算结果表明:未加固边坡的整体安全系数虽大于设计值1.35,但坡脚局部稳定性系数小于设计值;按照点安全系数分布规律对该高边坡的下部两级边坡采用锚杆加固,确定坡脚锚杆加固的范围为下部两级边坡,锚杆加固深度为坡面以下8 m,锚杆间距为2.0 m,锚杆直径为25 mm,锚杆加固后,边坡的局部稳定性得到显著改善,坡体点安全系数均大于1.35.      

土质路堑边坡稳定性与锚杆支护计算分析

基于Morgenstern-Price边坡稳定性分析方法,采用Geostudio岩土工程分析软件对某土质路堑边坡稳定性进行了分析,计算出边坡安全系数并给出潜在滑动面位置,并针对其边坡安全系数较小的情况给出采用锚杆支护的处置方法,并对采用锚杆支护后的边坡进行了稳定性分析,对比支护前后特征土条的受力状况与各土条抗剪力分布状况,给出锚杆支护边坡的内在原理,对实际施工有一定的指导意义。     

锚喷网支护在高速公路边坡防护中的应用

锚网喷支护是提高边坡结构强度和抗变形刚度,减小岩体侧向变形,达到增强边坡整体稳定性的技术.结合河北省某高速公路施工的工程实践,介绍锚喷网支护的设计方案、材料要求、施工工艺和技术措施,以及现场质量管理和检验问题,对指导实际工作具有一定的意义.     

某二元结构高边坡加固效果对比分析研究

在分析原始边坡天然和暴雨状态下的边坡稳定性和塑性区分布的基础上,利用Midas有限元分析软件分析了锚杆支护和抗滑桩方案对边坡稳定性的支护效果。研究结果表明,锚杆支护下边坡的安全系数由原来的1.137提高到了2.084,抗滑桩支护下的边坡天然工况下的安全系数为1.627,比边坡的原始安全系数提高了41.2%;最后从施工和工程经济性等角度对两种支护方案进行了对比,提出了主动支护措施与被动支护措施结合的支护建议。