基于块体单元法的岩石边坡安全系数研究     

汪卫明  李伟  陈胜宏 《岩土力学》2013,34(3):802-810

岩石边坡因其结构面数量众多、块体系统及其滑动方式复杂,给危险块体组合的搜索及其安全系数计算带来很大困难。基于块体单元法,对岩石边坡中的危险块体组合搜索及其安全系数的计算方法进行了研究。首先,在块体元强度折减计算的成果下,根据屈服面贯通理论提出搜索危险块体组合的新方法;然后,对安全系数计算方法进行研究,建议在位移突变判据下采用双线性交叉法计算安全系数;最后,进行了单面、双面和多面滑动以及复杂块体系统的算例分析,并与刚体极限平衡法计算结果进行了对比。结果表明,由于块体单元法考虑了力与力矩的平衡及结构面上应力的非均匀分布,其计算结果更准确。该方法有望广泛应用于复杂岩石边坡稳定分析。  相似文献   

节理分量式剪切本构模型及岩质边坡双安全系数研究     

宋东日  任伟中  黄诚  王安礼  张军 《岩土力学》2013,34(8):2143-2150

在法向荷载和切向荷载的作用下岩体节理的剪切应力由抗剪断效应、剪胀效应和摩擦效应所引起的三部分应力构成,但三个组成部分在节理的剪切过程中并不是同时发挥其最大作用。在详细分析边坡岩体节理工程地质特性的基础上,提出一种节理分量式剪切本构模型,主要特征为（1）体现了剪胀与剪切之间的耦合效应;（2）采用分量式表达,物理意义更明确;（3）每一分量采用简单函数,避免了总量式分段构造函数的不足。在节理分量式本构模型基础上,提出应用于岩质节理边坡的双安全系数的概念和求解原则,双安全系数能够较好地反映岩体节理剪切破坏直至残余强度的物理过程。最后,通过双安全系数算例明确了各个分量对于边坡稳定性的贡献。  相似文献   

考虑前期降雨过程的边坡稳定性分析   总被引：4，自引：0，他引：4  

唐栋  李典庆  周创兵  方国光 《岩土力学》2013,34(11):3239-3248

基于三峡库区实测降雨资料,研究了不同初始条件对不同土体边坡稳定性影响,建议了能够反映边坡含水状态的初始条件选取方法。在此基础上,采用非饱和渗流分析方法研究了前期降雨对不同土体边坡稳定性影响,以典型的砂土和黏土边坡为例初步探索了前期降雨对边坡稳定性影响规律。结果表明：初始条件对不同土体边坡稳定性影响不同;建议将多年平均降雨量对应的稳态渗流场作为初始条件进行非饱和渗流分析。边坡土体渗透系数越低,边坡稳定性受前期降雨的影响越大、影响时间也越长。砂土和黏土边坡稳定性分析时建议至少考虑15 d以上的前期降雨,对于砂土边坡还应根据这15 d前面5 d的降雨情况确定是否需要增加计算天数。短历时高强度前期降雨对砂土边坡稳定性影响更大,而长历时低强度前期降雨对黏土边坡稳定性影响更大。累积前期降雨量可以作为判断边坡最小安全系数出现时刻的依据。砂土边坡出现最小安全系数时刻与10 d累积前期降雨量最大的时刻较为吻合,而黏土边坡则与15 d累积前期降雨量最大的时刻较为吻合。  相似文献   

龙游石窟1～3号洞室稳定性分析及安全通道路线的选择   总被引：1，自引：0，他引：1  

高千  王靖  杨志法  张路青  祝介旺  郑舰  傅燕 《岩土力学》2009,30(9):2713-2721

龙游石窟是一个大型古地下洞室群,具有重要文物价值。但龙游石窟正面临着风化速度加快,围岩变形破坏越来越严重等问题。在洞室群内部设置安全通道的方法是保证旅游安全和实现洞室群长期保护的一个重要措施。为制定设计安全通道的合理方案,对洞室群分布区的变形破坏现象进行了现场地质调查,并根据调查结果重点分析了洞室群洞口区域、顶板、公共边墙和岩柱的变形破坏特征。并利用有限差分程序FLAC3D进行了数值计算分析,对安全通道所经过区域的洞室围岩稳定性进行了评价。在计算过程中,利用网格单元的安全系数计算方法对比分析了安全通道的不同设计方案,初步确定了龙游地下洞室群1～3号洞室安全通道的设计路线。  相似文献   

沉入式大圆筒码头稳定性有限元强度折减法分析     

王元战  蔡雅慧  王禹迟 《海洋工程》2013,31(2):1-10

由于作用荷载复杂,沉入式大圆筒码头结构设计计算需要考虑不利情况下的各种荷载组合,难以应用现有的有限元加载系数法进行稳定性分析。有限元强度折减法目前已广泛应用于土体边坡稳定性分析。沉入式大圆筒结构的抗滑、抗倾稳定性是靠地基土的嵌固作用来维持的,可通过弱化土体强度来实现对结构极限破坏状态的模拟。在此假设基础上,建立沉入式大圆筒码头稳定性分析的有限元强度折减法。结合某工程实例,利用有限元强度折减法分析沉入式大圆筒码头结构的稳定性。强度折减法只需对土体的强度进行弱化,操作方便,克服了加载系数法的缺点,适用于码头等作用荷载复杂的结构物稳定性分析。  相似文献   

岩土材料剪切破坏点安全系数的研究   总被引：1，自引：0，他引：1  

樊赟赟  王思敬  王恩志  刘晓丽 《岩土力学》2009,30(Z2):200-203

剪切破坏是岩土材料失效的一种主要的形式。针对这种形式强度安全考虑的点安全系数可以考察结构中各部分的安全情况,是结构安全分析的一种重要参考,尤其在由关键点控制的结构中显得尤为重要。摩尔库伦剪切破坏准则在岩土材料研究中被广泛应用,将基于该准则的点安全系数定义在三维广义Mohr空间中推广,得到了适用于不同剪切破坏失效准则的点安全系数定义,同时,在三维广义Mohr空间中推导,得到了岩土材料剪切破坏最小点安全系数的求解方法;最危险截面上偏应力和剪应力的关系,该最危险截面与最小点安全系数对应;以及在一定整体安全度下的失效条件。应用该定义及方法,可以研究判断不同岩土材料剪切破坏的安全情况,从而提高工程建设质量。  相似文献   

三维边坡稳定分析的有限元弹塑性迭代解法   总被引：1，自引：0，他引：1  

颜天佑  李同春  赵兰浩  季薇薇 《岩土力学》2009,30(10):3102-3108

针对已知滑动面的三维边坡稳定分析问题,在塑性力学上限定理的基础上,提出了求解安全系数的三维有限元弹塑性迭代解法。对于滑动面的非线性特性,采用常规的矩形（平面）或立方体（空间）单元来描述,应力则符合相关联流动法则的Mohr-Coulomb强度准则。通过对弹塑性增量理论中流动法则的分析,证明了当结构达到极限状态时,滑动面内切向应力的方向与滑体的主滑方向一致,说明最终以滑动面内的切向应力作为滑体滑动力的有效性。通过迭代的方式,逐步降低滑动面材料的抗剪参数,使边坡达到极限状态,不仅快速求得了滑动面的安全系数,且能够得到边坡在接近临界失稳状态时滑动面内切向应力的分布情况和边坡的变形规律,为边坡采取加固措施提供了参考依据。最后,以椭球面滑动和楔形滑动2个经典算例和工程实例,验证了该方法的有效性和正确性。  相似文献   

岩质隧洞支护结构设计计算方法探索   总被引：1，自引：0，他引：1  

杨臻  郑颖人  张红  王谦源  肖安保 《岩土力学》2009,30(Z1):148-154

依靠模型试验与力学计算,分析了隧洞破坏机制与型式,提出将基于有限元强度折减法求出的围岩安全系数作为稳定分析判据。现有各种围岩分类中都有一些标志围岩稳定性的标志性说明,在前人基础上,提出了各级岩体的稳定性标志,尤其提出了一种新的定量标志,即将隧洞在无衬砌情况下的围岩安全系数作为隧洞稳定性定量标志。由此,在给出的相应稳定安全系数基础上反算出各级岩体的强度参数,以提高强度参数的准确性。提出了岩质隧洞的设计计算方法,采用有限元强度折减法计算围岩安全系数,采用有限元法计算衬砌安全系数,并对青岛市某地下工程进行数值模拟,分别计算了围岩和衬砌的安全系数。初步建议岩体隧洞的设计标准：初期支护后,围岩安全系数不小于1.15～1.2,初衬的安全系数不小于1.3;二次支护后围岩安全系数高于1.25,衬砌的安全系数大于2.0～2.4,以确保隧洞在施工和运行过程中的安全。  相似文献   

土钉支护结构可靠度分析的电子表格法   总被引：1，自引：0，他引：1  

谭晓慧  王建国  冯敏杰  毕卫华 《岩土力学》2009,30(11):3447-3452

岩土工程中存在大量的不确定性,因此,进行土钉支护结构的可靠度分析是十分必要的。利用Excel的规划求解及VB编程功能,采用电子表格法,建立了适用于分层土体的电子表格计算模型,进行了土钉支护结构内部稳定的可靠度分析,得出了最小可靠指标及其相应的临界滑面位置。建立的电子表格模型由数据输入模块、土钉计算模块、土层计算模块、可靠指标计算模块及优化求解模块5部分组成。模型建立之后,只需改变电子表格中的输入数据,即可适用于不同土钉支护结构的可靠度分析。算例分析表明：方法正确,计算过程简单直观。它既可用于不同工况下土钉支护结构内部稳定的可靠度分析,也可简化为相应情况下的定值法分析。  相似文献   

汶川地震背后山滑坡稳定性与动力响应分析     

门妮 《国际地震动态》2016,(4):42-44

2008年5月12日,四川汶川发生了8.0级特大地震,这是新中国成立以来破坏性最强、波及范围最广、诱发地质灾害最严重的一次强烈地震。此次地震震撼了整个中国,引起了全世界的关注。在距离震中约250km,坐落于背后山古滑坡体前缘堆积体之上的汉源老县城,出现了比周边地区高出两度的烈度异常现象。如此高的烈度异常现象引起了广大科研人员和政府相关部门的高度关注。为了科学合理地解释汉源老县城高烈度异常的原因是否与背后山滑坡有关,并进一步探讨地震作用下边坡的稳定性及动力响应等问题,本文对背后山滑坡开展了与地震相关的一系列研究。本文的研究对推动这一领域的研究工作具有重要的理论和工程意义。本文系统地归纳、总结和评述了边坡稳定性的研究进展,对背后山滑坡的工程地质条件进行了详细的调查,整理和分析了汶川特大地震背后山滑坡科学考察的全部资料。在此基础上,通过有限元数值模拟,对背后山滑坡的共振特性,静、动力稳定性以及动力响应等进行了计算和分析研究,得到了若干有意义的结论,主要研究成果如下:(1)对汉源县的震害及背后山古滑坡进行了科学考察。在汶川特大地震发生后,防灾科技学院科考组在中国地震局的统一指挥下,负责汉源和北川的科考工作,对汉源县城背后山滑坡进行了野外调查,获得了地形地貌、地层岩性、地质构造等详细资料,揭示了背后山有古滑坡存在,圈定了古滑坡的边界范围,明确了古滑坡的活动期次、特征及现今稳定性状况。调查分析结果显示,汉源老县城位于背后山古滑坡体的前缘,但并未发现古滑坡整体复活的迹象,只在坡体后部出现了几条张性裂缝。(2)建立了背后山滑坡的地质模型、力学模型和有限元计算模型。选取典型的地质剖面,建立滑坡的地质模型、力学模型和计算模型,并制定了计算方案。提出4种安全系数的计算方法,对背后山滑坡的静力稳定性进行了计算和分析,得到静力安全系数为4.09。结果表明,在静力条件下,背后山滑坡是稳定的,同时为滑坡的地震稳定性分析提供了初始的静应力场。(3)分析了背后山滑坡的共振特性。分别通过ANSYS有限元模态分析和谐响应分析,得到了边坡体固有频率和振型,以及位移与频率的关系(共振曲线)。对比分析汉源县附近强震台站记录到的地震动卓越周期,我们发现,滑坡的固有周期与其基本相近。现场考察发现,汉源老县城坐落于背后山滑坡体前缘之上,由此分析认为,可能是由于滑坡体发生共振而导致了汶川地震时汉源老县城的高烈度异常。(4)计算和分析了背后山滑坡的地震稳定性。分别用拟静力法和有限元动力时程分析法计算了地震作用下滑坡的安全系数,重点是运用后一种方法进行计算、分析和评价。通过有限元动力时程分析,得到滑坡在地震作用下的安全系数时程曲线,通过分析给出了滑坡最小动力安全系数值为1.1,由此判断,滑坡整体是稳定的。对于边坡稳定性评价,本文提出可以根据安全系数最小值是否大于1,边坡关键点速度时程末段是否趋于零,以及在地震动时程末段位移、应力矢量场大小几个方面来判断滑坡的稳定性。在判断滑坡整体稳定的情况下,针对坡肩、坡脚等关键部位,提出从受力情况和振动速度两方面对其进行局部稳定性的分析和判断,并计算了关键点处的安全系数。计算和分析的结果表明,汶川地震中汉源县高烈度异常现象与滑坡滑动无关,但在坡肩附近以及坡体上部小范围内有轻度的拉张开裂,这与实际调查现象基本符合。(5)分析和讨论了背后山滑坡的动力响应,以及地震动三要素对边坡动力响应的影响。具体计算分析中,本文在坡面上、滑体内、滑面上、坡体内设置了32个监测点进行计算和分析。计算结果发现:在坡面附近,动力响应加速度峰值相较于输入地震动加速度峰值达到3倍以上,即PGA放大系数达到3以上。并且边坡体各点PGA放大系数在竖向上随高程增加而增大;沿坡体坡面方向从左至右,PGA放大系数逐渐增大后缓慢减小。坡体水平位移在竖向上随高程增加而增大;沿坡体坡面方向从左至右,位移逐渐减小。坡面陡坎对加速度、位移响应的突变效应很明显。分析地震动三要素对坡体动力响应的影响可以看出,加速度、位移动力响应的绝对量随输入地震波振幅增大呈明显的线性增长关系,但位移、加速度放大系数保持不变,它们不受振幅的影响,只取决于岩土体材料以及频谱特性。随着输入地震波频率的增大,坡面上各点的PGA放大系数减小,位移峰值随输入地震波频率的增大而减小。持时对坡体加速度峰值响应的影响不明显。综上所述,本文在背后山古滑坡工程地质条件调查的基础上,建立了地质模型、力学模型和计算模型。采用有限单元法对背后山滑坡进行静、动力稳定性分析、共振特性分析、动力响应分析等方面的研究是可行并且有效的。本文研究结果表明,背后山滑坡在汶川特大地震中并没有发生整体滑动,只是在坡肩附近小范围内产生轻微的拉张开裂。汉源县老县城高两度的烈度异常现象与背后山滑坡整体稳定性无关,与滑坡体共振产生剧烈振动有关,坡面的加速度放大效应非常明显。此外,本文认为,对于避免地震作用下边坡的失稳问题,可以通过分析边坡响应变化趋势、响应最明显的位置以及产生共振反应的频率段等相关特征给出相应的抗震措施。  相似文献