二维边坡稳定性分析的最小势能法新解

针对最小势能法研究的不足,通过条块虚位移方向的静力平衡方程确定滑面上剪应力的解析解,构建了一种新的剪切势能计算模型.同时,提出了一种多地层边坡稳定性分析方法.算例结果表明:剪切势能对边坡稳定性系数会产生影响,使得计算结果更为合理;运用文中方法计算得到边坡稳定性系数与极限平衡法的结果较为一致,表明文中的计算方法是可行且合理的;文中多地层边坡的计算模型,考虑了土层滑面长度以及法向力对边坡抗剪强度的贡献,且计算简便,易于工程人员使用.     

边坡三维极限平衡法的通用形式

基于以下假定条件:(1) 稳定系数定义为材料的强度折减系数;(2) 土体为刚体,底滑面服从Mohr-Columb强度破坏准则;(3) 微条柱底部法向力dNz的作用点处于条柱底部中点;(4)滑面剪力与底滑面和xoz平面交线的夹角为θ。本文建立了边坡三维极限平衡法的通用形式,通过给定不同的限制条件,可分别得到三维普通条分法 、三维简化毕肖普法 、三维简化简布法 、三维Spencer法 等三维极限平衡的具体算法。     

确定边坡潜在滑面的块体理论方法及稳定性分析

基于复杂边坡一般由多种岩性组成,且其稳定性往往受岩体结构控制,加之边坡滑面的逐步形成特点,本文提出了采用块体理论确定复杂边坡滑面位置方法,并采用Sarma极限平衡法及其它滑面形状分析了某大型边坡工程的稳定性,验证了所提方法的正确性。     

时程稳定性系数确定的边坡逐孔起爆孔间微差降振时间

为了获得边坡逐孔爆破最佳降振微差时间，以某个实际边坡逐孔微差爆破施工现场为原型，先利用ANSYS建立二维静态模型，借助有限元折减法确定自然状态下的潜在滑动面和静态安全系数；基于已确定的二维潜在滑动面重新建立同尺寸同性质的三维逐孔微差爆破动态模型，利用LS-DYAN进行动力分析，整个过程分别设置同排3个炮孔0、17、25、42和65 ms等5种不同孔间微差起爆方式；同时，对该施工现场进行排、孔间（25 ms，17 ms）、（25 ms，25 ms）、（25 ms，42 ms）、（25 ms，65 ms）等4种微差时间控制的等比例相似小炮测振实验。提取模拟结果中3个炮孔同时起爆时滑面单元的应力数值代入极限平衡法计算公式，绘制了冲击载荷作用下边坡稳定性系数曲线，通过对曲线的理论分析发现，最佳降振微差时间约为48 ms；而三维数值模拟和测振实验结果均显示，孔间微差时间取42 ms时降振效果较佳。这说明，边坡稳定性系数曲线给出的微差时间与模拟和实验结果较为接近，可为今后边坡逐孔微差爆破降振研究提供参考。     

三维滑坡推力计算方法探讨

常规二维滑坡推力计算没有考虑其横向变化,导致设计过于保守,三维推力计算方法的提出则能体现滑坡推力的空间分布,解决二维存在的问题。本文在三维极限平衡法统一模型的基础上,建立了求解三维滑坡推力的统一公式。利用实例,通过二维推力计算与三维计算结果的对比分析,获得三维推力的横向分布函数,有效反映出三维滑坡推力的空间分布状态,所得三维滑坡推力应用于设计更合理。     

投影方向极值原理的滑裂面应力矢量极限平衡抗滑稳定计算理论

根据有限元成果的滑动面切向应力达到可用极限值的抗滑稳定极限平衡概念,建立投影方向极值原理单元滑面应力矢量极限平衡抗滑稳定计算理论模型,揭示不平衡虚拟耗散力、耗散能和极值条件方程的力学本质联系。根据投影极值方向平衡状态时的垂直方向还存在不平衡耗散力,提出复杂滑裂面极限平衡状态接近程度系数λ及矢量安全度系数K_λ评价抗滑稳定性能的最佳路径。通过边坡考题和坝基深层抗滑稳定算例的势能极值规律存在性和极值点的吻合度,证明了理论模型的合理可靠性。有限元应力矢量理论模型的建立及其安全度系数K_λ是极限平衡抗滑稳定计算理论发展的重要基础理论突破和全新理论研究成果。     

边坡稳定分析的虚功率法

基于有限元计算所得应力场的改进极限平衡法,对渗流与有效应力耦合作用强烈的边坡或地基的稳定性分析具有优势.本文提出了边坡稳定分析的虚功率法,即基于极限分析的上限定理,利用机动许可的组合刚体滑动机构和有限元应力场,用滑动机构的速度间断面上的抗滑力功率与滑动力功率的比值计算安全系数.通过分步优化方法,获得边坡给定滑动机制的稳定安全系数.对2个典型折线滑动机构的边坡案例进行了分析,比较了采用静力平衡应力场和静力许可应力场对安全系数的影响.指出基于土体线弹性本构模型所得的有效应力场计算的稳定安全系数,也是边坡稳定安全性的一个不错的度量.算例中本文计算所得的边坡稳定安全系数,与文献中推荐的答案很接近,其滑动机制与有限元强度折减法分析所得的滑动机制基本一致,安全系数也接近,表明本文提出的方法是合理的边坡稳定分析新方法,为边坡和地基的稳定性分析提供了新的选择.     

边坡稳定分析的虚功率法

基于有限元计算所得应力场的改进极限平衡法, 对渗流与有效应力耦合作用强烈的边坡或地基的稳定性分析具有优势. 本文提出了边坡稳定分析的虚功率法, 即基于极限分析的上限定理, 利用机动许可的组合刚体滑动机构和有限元应力场, 用滑动机构的速度间断面上的抗滑力功率与滑动力功率的比值计算安全系数. 通过分步优化方法, 获得边坡给定滑动机制的稳定安全系数. 对2个典型折线滑动机构的边坡案例进行了分析, 比较了采用静力平衡应力场和静力许可应力场对安全系数的影响. 指出基于土体线弹性本构模型所得的有效应力场计算的稳定安全系数, 也是边坡稳定安全性的一个不错的度量. 算例中本文计算所得的边坡稳定安全系数, 与文献中推荐的答案很接近, 其滑动机制与有限元强度折减法分析所得的滑动机制基本一致, 安全系数也接近, 表明本文提出的方法是合理的边坡稳定分析新方法, 为边坡和地基的稳定性分析提供了新的选择.      

小山水电站厂房高边坡岩体稳定性研究

本文采用块体极限平衡Sarma法和非线有限单元分析法对小山水电站厂房边坡岩体稳定性进行了分析研究。综合两种方法的计算成果分析, 厂房边坡岩体在自然状态下是基本稳定的, 整体安全系数均大于1.30, 但在边坡岩体内存在部分张应力区和塑性区。若考虑Ⅵ度地震, 厂房边坡岩体Sarma法和有限元计算的安全系数分别为1.18和1.16, 处于极限平衡状态。考虑到长期稳定边坡安全系数大于1.30的规范要求, 需进行一定的加固处理, 保障厂房安全运行。     

基于等效加速度的岩质边坡爆破动力稳定性

基于刚体极限平衡法及等效加速度计算方法,根据爆破振动峰值速度衰减规律和振动速度时程曲 线,以一定时间步长进行整个爆破过程不同时刻边坡稳定系数的分析,得到了相应爆破振动作用下的边坡动 力稳定性安全系数时程曲线。结果表明,基于等效加速度的边坡爆破动力稳定性分析,对稳定性较好的边坡, 爆破振动荷载作用下,稳定性安全系数一般降低2%~4%,振动主频率越高,则边坡稳定性系数越大,而常规 的折减系数法可能放大爆破振动对边坡稳定性的危害。     

稳定渗流条件下土坡稳定性分析的一种新方法

在提出随机角生成曲线滑动面方法的基础上,通过改变选定参数来搜索临界滑动面,对渗流作用下的不同土质边坡进行稳定性分析。 考虑渗流效应时,将土体视为三种土条划分情况,并进行受力分析,推导出简化Janbu法中土条的浮力和渗透力计算公式。同时,对实际渗流场做出合理简化,以便应用于计算机编程。算例对比分析表明: ①此方法计算出的最小安全系数与已有研究成果非常接近,得到的最危险滑动面也颇为相似,可证明本文方法的正确性; ②以非圆弧滑动面与圆弧滑动面计算出的最小安全系数相比,前者明显要小,建议在有渗流作用时应采用非圆弧滑动面; ③对两个不同水位下的均质土坡,以水位与坡高之比为参数对边坡状态进行分析时,结果表明随着地下水位的升高,边坡安全系数急剧下降,因而,渗流效应是边坡发生失稳的一个重要因素,工程实际中应特别注意边坡排水设施的设置。     

临界滑动场技术在排土场边坡设计中的应用

边坡临界滑动场技术是近年发展起来的一种边坡稳定性分析方法。它能准确快速确定多层介质、多台阶边坡任意形状的临界滑动面,全面评价边坡整体和局部稳定性。文章首先应用临界滑动场技术对原设计15°坡角时的龙桥排土场边坡进行临界滑动面搜寻,确定边坡整体安全系数为1.42,证明原设计的15°坡角取值过于保守。然后再应用临界滑动场技术的扩展方法进行反向分析,在给定安全系数为1.30的条件下,求得最佳设计坡角为17°。研究成果为将来矿山的排土工作提供指导,具有一定的工程实用性。     

框架预应力锚杆边坡支护结构的稳定性分析方法及其 应用

以边坡极限平衡理论及框架预应力锚杆边坡支护结构的圆弧滑动破坏模式为基础,在考虑框架、锚杆对土体边坡稳定性影响的情况下,基于圆弧滑动条分法的思想利用积分法建立了内部稳定性安全系数计算模型和最危险滑移面搜索模型。确定滑移面圆心坐标为几何控制参数,推导了安全系数计算模型中各变量与滑移面圆心坐标之间的函数关系式,从而获得了滑移面几何控制参数与内部稳定性安全系数之间的函数关系。利用网格法对框架预应力锚杆支护结构最危险滑移面的圆心坐标进行动态搜索和求解。最后采用Matlab语言编制了框架预应力锚杆边坡支护结构的稳定性分析程序,并结合工程实例进行了验算,讨论了此种方法的适用条件,结果表明该方法简明适用,较传统的经验分析方法更加合理。     

平面滑动型岩质边坡稳定性极限分析上限法

在极限分析理论框架体系的基础上,提出了平面滑动型岩质边坡极限分析上限法。该方法按照外力所做的功率等于内力所消耗的功率,即滑体处于极限状态时两功率相等的条件——虚功率方程,综合考虑作用在岩质边坡上的后缘裂缝静水压力、沿滑面扬压力、重力、水平地震作用力、锚固力等外力,按照强度折减法,推导得出了岩质边坡稳定性评价的极限分析上限解。锦屏一级水电站右岸泄洪洞引渠内侧工程边坡属于典型的多级台阶状岩质高边坡,该边坡岩体结构为层状结构,变形破坏模式为平面滑动。对引渠内侧岩质边坡稳定性分析结果表明,极限分析上限法对平面滑动型岩质边坡有较好的适用性。     

某边坡变形破坏机理的数值分析

某花岗岩矿岩土体主要有填土、粉质粘土、淤泥及淤泥质土、含泥中粗砂、粘土、残积砂质粘土,其下为花岗岩基岩。边坡最大高度75m,其中残积土层以上的土质边坡高度约50m。本文运用有限元强度折减法对该边坡的稳定性进行了研究,得出了潜在的破坏模式及各个滑动部分的安全系数。分析结果表明,本边坡存在3个潜在滑动面,其中两个为浅层滑动面,另一个为深层滑动面。两个浅层滑动面的稳定系数在1.13～1.17,处于临界状态。深层滑动面稳定性系数在1.29,目前尚处在相对稳定状态。根据分析结果,提出了如下加固措施:（1）对滑坡体进行削坡处理;（2）在其滑动面下方设置抗滑台阶;（3）采用预应力锚索框架梁结合肋柱进行加固处理。     

岩体边坡滑裂面随机搜索机理与工程应用——以黄河小浪底水库进口高边坡泻洪、发电、引水建筑物进口高边坡为例

本文运用随机搜索和破坏概率相结合的技术方法 ,以黄河小浪底水库进口高边坡引水建筑物咽喉工程为例 ,进行了滑动面的随机搜索和边坡的破坏概率分析 ,给出了不同条件下最危险滑面的最低位置和倾角以及边坡破坏概率最大时的荷载组合形式 ,指出 1:0 .2的台阶坡设计优于直立坡的设计。同时 ,为边坡加固的锚固长度和范围的确定提供了合理依据。     

基于新型蠕变仪下的泥岩力学参数时效性研究

岩石在蠕变的过程中其基本力学参数变形模量E、内聚力c和内摩擦角是随时间和应力逐渐弱化的。本文对现行蠕变设备特点进行分析,研制了一套新型的五联单轴蠕变仪,此仪器能够在相同的应力条件下同时进行5个试件的蠕变试验。并且使用该仪器对宝鸡市秦源煤矿泥岩的力学参数E、c、在蠕变试验中的弱化规律进行了研究。提出了把粘塑性应变作为泥岩力学参数弱化的指标,得出了泥岩E、c、随粘塑性应变呈指数衰减的函数关系,并计算了该泥岩破坏时的E、c、。对该泥岩E、c、和粘塑性应变的函数关系式进行了分析,得到了岩石E、c、和应力(σ)以及时间(t)的耦合函数方程,为后续岩石非定常本构模型的研究奠定了基础。
力学参数〓时效性〓蠕变仪〓蠕变试验          
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锦屏一级水电站引渠内侧自然边坡的稳定性

层状岩体顺层滑动但却存在反倾的后缘结构面的边坡稳定性研究尚未见到具体讨论。本文采用了数值模拟方法对锦屏一级水电站引渠内侧边坡的稳定性进行了分析,通过结构面参数折减法,求得该边坡稳定性系数为1.191,后端岩体对前端不稳定体不存在推力。通过数值分析方法和极限平衡法对结构面相关参数的敏感性进行了分析对比,对比表明采用参数折减法的数值分析方法结果可靠。本文为类似复杂岩体边坡稳定性判定提供参考。