基于有限元强度折减法的地震区三维边坡稳定性分析

结合工程实例,采用有限元强度折减法对地震区三维边坡进行静力和拟静力分析,探讨了该方法的基本原理、屈服准则和失稳判据等。在采用有限元软件ANSYS求得三维边坡安全系数的基础上,对边坡的稳定性进行了评价;同时与传统极限平衡方法、二维有限元法所得的安全系数进行对比。结果表明:有限元强度折减法应用于地震区三维边坡稳定性分析是可行的。     

基于ANSYS的边坡稳定性分析

基于ANSYS的岩土分析计算能通过强度折减使系统达到不稳定状态。使用ANSYS对某一边坡进行稳定性分析,结果表明：随着折减系数的不断增大并达到某一数值时,边坡内塑性应变自坡底向坡顶贯通,边坡达到极限状态,此时的折减系数即为安全系数,有限元强度折减法对边坡稳定性分析具有良好的适用性。     

土质高边坡在饱和状态下的稳定性分析

土质高边坡在重力式挡土墙作为支护条件下处于稳定状态,然而,一旦经历长时间强降水作用,高边坡土体便处于饱和状态,安全系数必然降低,严重时发生滑坡事故[1].为了防止事故的发生,提前预知边坡的稳定性状况,研究土体内某一点应力变化,推导出应变值和稳定性系数.利用ANSYS模型与理论计算对比,得出最小稳定系数即安全系数,结合现场实测水平位移数据对边坡稳定性进行判定.结果表明,在饱和作用下,土体内部抗剪强度指标减小,稳定性降低,水平位移变大.     

基于ANSYS的有限元强度折减法求边坡安全系数

介绍了一种基于有限元的强度折减法的边坡稳定性分析方法,讨论了该方法的基本原理、安全系数的物理意义、屈服准则和流动法则的选用及边坡破坏的判据等。算例通过不断减小边坡强度参数黏聚力和内摩擦角,得到新的一组黏聚力和内摩擦角,再输入软件计算至不收敛,此时的折减系数就是边坡的安全系数。计算结果显示,用ANSYS计算边坡的安全系数有一定的实用性和可靠性。     

炭质页岩边坡合理开挖施工工艺研究

炭质页岩路堑边坡的坡体结构较为复杂.为了得到合理开挖施工工艺,利用FLAC3 D软件对边坡以不同开挖坡比、不同分级开挖高度下稳定性情况进行数值模拟,研究表明:随着边坡开挖施工,边坡安全系数越来越小;边坡每级开挖深度为10 m时,边坡安全系数最大.     

考虑土体参数空间变异性的边坡极限平衡法求解

为考察土体参数空间变异性条件下极限平衡法用于求解边坡稳定问题的适应性,用极限平衡法计算了边坡截面的稳定性.采用K-L方法确定边坡土体的空间样本取值,生成空间随机场;用瑞典圆弧法、简化Bishop法、Morgenstern-Price法和Spencer法对边坡截面的安全系数进行了计算比较.此外,对一个边坡的概率失稳进行了分析.计算结果表明:简化Bishop法、Morgenstern-Price法和Spencer法得到的安全系数值非常接近,总体上比瑞典圆弧法的计算结果好;对于圆弧滑面边坡,为简化求解,可用简化Bishop方法代替Morgenstern-Price方法;同时用边坡安全系数和破坏概率2个指标,能使边坡安全评价更具定量化表述.      

基于Drucker-Prager系列准则的边坡安全系数计算方法

探讨了基于DP(Drucker-Prager)准则的边坡安全系数的计算方法。ANSYS有限元软件采用的岩土材料屈服准则为莫尔-库仑六边形外接圆DP准则,对均质边坡,可先求出外接圆DP准则条件下的安全系数,然后利用安全系数转换公式计算出各DP准则条件下的安全系数。对于具有多层土体的边坡,先通过调整各层土体的c,φ值,以实现DP系列准则间的相互转换,再计算得到各DP准则条件下的安全系数。通过算例验证了所提出的方法的可行性。     

基于拟静力法的土质边坡地震稳定性影响因素分析

分析了地震力的偏角及边坡的几何和物理特征对土质边坡地震稳定性的影响,探讨了不同分析方法计算得到的安全系数的差异.结果表明:当地震力与边坡的主滑方向一致时,此时对应的安全系数最小;内摩擦角较内聚力对边坡的地震稳定性的影响更加显著;不同的分析方法得到的安全系数各异,在工程实践中建议采用Janbu法来分析边坡的地震稳定性.     

强度折减法在路基边坡的应用

阐述了强度折减边坡稳定性分析方法的基本原理,以某路基边坡工程为例,对边坡稳定性分析方法进行了应用分析,并研究了边坡高度和坡度对边坡稳定性的影响,得出安全系数与边坡高度和坡度的关系.     

基于空间效应的弃渣场边坡稳定性方法探讨

弃渣场常见于基础设施的建设过程中,影响其边坡稳定的因素众多,其中坡面凹凸形态、滑体端部效应以及坡体走向等空间效应因素对边坡稳定性的影响尤为显著. 为了研究坡体走向对边坡稳定性的影响,针对走向为折线形（弃渣场上下区域走向存在夹角）的某核电厂弃渣场,探讨了其边坡稳定性分析方法. 通过现场地质调查和区域划分,借助ANSYS建立三维模型,利用FLAC3D强度折减法分析稳定性和潜在破坏机制,以此研究弃渣场走向夹角对其潜在破坏机制的影响,最后提出考虑走向夹角因素的不平衡推力法,并展开走向夹角和边坡倾角对弃渣场边坡稳定性影响的分析. 研究结果表明:走向夹角影响弃渣场边坡应力场的分布形式和力的传递能力,走向夹角越大其稳定性越好,走向夹角超过60° 时边坡安全系数明显提高;坡顶区域倾角越大,坡脚区域倾角越小时,其安全系数提升幅度随走向夹角的增大而显著提高. 研究成果可为类似折线形走向边坡的稳定性分析和治理设计提供参考.      

基于熵权-灰关联法的岩质开挖边坡安全评价模型

根据边坡稳定性评价体系, 选取边坡岩体质量评分、边坡开挖方法调整系数、高度修正系数、结构面调整系数、结构面调整值5个评价指标反映边坡的整体稳定性, 并作为安全评价模型的序列变量; 建立了熵权-灰关联安全评价模型, 将目标边坡作为系统特征序列, 12处岩质边坡作为相关因素序列, 评价了京沪高速改扩建工程沿线典型岩质边坡的安全性, 并提出工程建议; 采用FLAC3D仿真软件, 分析了不同阶段机械开挖和不同炮孔处静力爆破条件下边坡的稳定性变化规律, 以验证安全评价模型的准确性。分析结果表明: 边坡稳定性评价指标可较好地反映边坡的稳定性特征; 熵权-灰关联安全评价模型充分发挥了灰关联法在小样本数据分析的优点, 且由熵权法计算的指标权重改善了传统灰关联分析中由专家打分或平均赋权的缺陷, 使评价结果更加客观; 三级边坡和一级边坡的开挖使边坡K593+260~K593+555的安全系数分别降至1.01和1.00, 和上一级边坡相比降幅分别为34.8%、9.1%, 说明缓倾顺层岩质边坡的开挖会使岩层沿结构面滑动, 使边坡失稳; 瞬时动荷载和荷载积累效应控制静力爆破条件下边坡的稳定性, 瞬时动荷载的出现使边坡安全系数下降了7.7%, 荷载积累效应的消散使安全系数平均回升3.6%, 说明爆破对边坡的松动作用明显, 荷载积累的消散使边坡的稳定性提升。      

强震对路基边坡毁灭性破坏的演化极限机制

强震产生的地震波会对路基边坡造成巨大的破坏,严重摧毁道路、阻碍救援。基于这种具有强大破坏性的自然灾害,建立"地震波效应—地震力作用于边坡体—演化极限"形成的波动袭击链,根据地震波效应和地震力作用分析地震波致灾机理和路基边坡严重破坏的地质灾害形成机理,最终得出路基边坡发生破坏的演化极限,给出演化极限的判剧条件,运用于工程实例。     

关键块体失稳表征系数与岩坡稳定性评价

建立了一种关键块体判别方法, 实现了岩坡整体稳定性的准定量化评价; 综合考虑关键块体的几何特性和受力特征, 定义了关键块体失稳表征系数; 利用团队自主研发的GeoSMA-3D平台, 开发出基于失稳表征系数的关键块体搜索模块, 可视化了包括块体搜索、可移动块体判断、关键块体确定、块体失稳和滑落的关键块体失稳全过程; 引入层次分析法, 利用关键块体失稳表征系数计算出各关键块体的权重, 应用关键块体的安全系数及其计算权重, 联合确定了岩坡稳定性表征安全系数, 应用关键块体信息定量表征了岩坡的整体稳定性; 提出了一种考虑岩体结构面和关键块体的岩坡稳定性评价方法; 以辽宁省建昌岩坡工程为例, 应用该方法进行了关键块体的确定和可视化再现, 判断了岩坡的整体稳定性, 并与数值流形元法(NMM) 的模拟结果和现场实测结果进行了对比分析, 以验证应用关键块体表征岩坡稳定性评价方法的可行性和适用性。研究结果表明: 控制该岩坡稳定性的关键块体有6个, 基于所提出方法计算的岩坡稳定性表征安全系数为0.566 9 (不稳定岩坡), 与现场监测数据所得结果的相对误差为7.066%;在NMM模拟结果中, 采用安全系数法确定的最不利关键块体的滑落没有引起岩坡失稳, 而基于所提出方法确定的最不利关键块体的滑落导致了岩坡的整体失稳, 因此, 同时考虑关键块体体积和安全系数2个因素的岩坡稳定性评价方法更合理, 基于层次分析法, 应用关键块体信息表征的岩坡稳定性与工程实际吻合。      

边坡地震稳定性完全动力分析法

拟静力法和动力有限元安全系数时程分析法在评价地震动作用下边坡的稳定性时具有一定的局限性,拟静力法在分析边坡地震稳定性时无法反映边坡的动力特性,动力有限元安全系数时程分析法将动力问题转化成静力问题,只是在一定程度上考虑了边坡的动力响应.与拟静力法和动力有限元时程分析法相比,完全动力分析法在应用强度折减法的基础上考虑了边坡...     

坡形和加筋措施对地震响应影响的振动台模型实验研究

实施边坡工程地震性态控制设计方法的关键是揭示边坡土性、坡形对基岩地震动参数传递影响的规律。利用大型振动台分别进行了层状土与边坡模型的振动台对比实验、素土与铺设加筋材料的振动台对比实验。实验发现,与层状土对比,具有临空面的边坡对地震加速度峰值放大系数可增加约30%;素土与铺设加筋材料的层状土实验相比,后者对加速度峰值放大系数则可减小约20%;此外,还对地震作用下模型的动力特性进行了探讨,发现同一模型在重复实验后,土体损伤导致模型自振频率降低,此时土体对地震波表现出更强的放大效应。     

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.      

岩质边坡动力失稳机制及数值模拟研究

在分析岩质边坡动力破坏机制的基础上,采用FLAC3D方法,建立了四川震区理县至小金公路工程中豹子嘴岩质边坡三维数值模型.以永久位移作为评价指标,在对四川5.12汶川MS8.0大地震中理县地震台实测地震波校正的基础上,对该岩质边坡在地震荷载作用下的动力稳定性进行了数值模拟.计算结果表明,该岩质边坡在地震荷载作用下并未出现明显的拉应力区,主要以＂压-剪＂破坏模式为主,由于边坡内部分布的应力并不大,该边坡总体上仍为较稳定边坡;在地震荷载作用下,边坡位移呈现出明显的分层现象,位移分布总体上呈现由坡内向坡外、由坡底向坡顶逐步增大的趋势.考虑到地震动力作用下边坡的永久位移偏大,且边坡坡脚处出现了应力集中,应增设SNS主动防护网及矮脚墙进行防护.     

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。      

地震边坡稳定分析方法综述

根据地震对边坡的作用不同 ,地震边坡失稳分为 :惯性失稳和衰减失稳 .惯性失稳的分析方法有拟静力法、Newmark滑块分析法、有限元方法及概率分析法等 .而衰减失稳的分析方法有流动破坏分析法和变形破坏分析法等 .本文对这些分析方法的发展、应用及特点进行了综述 ,提出了地震边坡分析中主要研究内容、存在的问题及发展趋势