上限有限元法節(jié)理巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析

應(yīng)用極限平衡法,對首鋼水廠鐵礦邊坡的代表性剖面及優(yōu)化方案的各剖面進行穩(wěn)定性分析,分別得到了各種情況下各剖面的整體和局部最小安全系數(shù),并得到以下結(jié)論:按照原設(shè)計境界開采,邊坡最小安全系數(shù)在震動情況下小于1.20,低于規(guī)范值,安全儲備不足,邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài),需對其剖面進行相應(yīng)調(diào)整與優(yōu)化。優(yōu)化調(diào)整后穩(wěn)定性增強,邊坡達到允許安全系數(shù)要求,邊坡安全儲備充足。在此基礎(chǔ)上,應(yīng)用強度折減法進行數(shù)值模擬,初始狀態(tài)下塑性區(qū)分布較淺;參數(shù)調(diào)整優(yōu)化之后,塑性區(qū)分布向坡底延伸,邊坡破壞方式可能由局部轉(zhuǎn)變成整體,邊坡可能發(fā)生整體性破壞。計算結(jié)果顯示,滑動面與極限平衡法相近,驗證了結(jié)果的合理性。

分析了地層巖性特征、巖體應(yīng)力分布、水、地形地貌特征、坡形、外部動力荷載(如爆破荷載)、工程活動、時間和風(fēng)化的影響等對層狀巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的影響,進而深入了解層狀巖質(zhì)邊坡巖體穩(wěn)定性和變形失穩(wěn)的破壞機理,為井巷工程實踐提供指導(dǎo)。

巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析中極限平衡法與有限元法的對比——根據(jù)工程實例,對一公路巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性采用極限平衡法與有限元法分別進行計算,對比二者之間的差異,分析產(chǎn)生差異的原因。在安全系數(shù)的選用上提出了建議。

傳統(tǒng)巖質(zhì)邊坡數(shù)值分析多是將邊坡概化成連續(xù)均質(zhì)體或離散剛性單元集合體,前者忽略了結(jié)構(gòu)面的影響,后者夸大了結(jié)構(gòu)面的控制效應(yīng),均難以反映真實邊坡巖體中結(jié)構(gòu)面存在、非貫通、隨機發(fā)育的特點。節(jié)理網(wǎng)絡(luò)有限元可以彌補這些方法的不足,通過結(jié)構(gòu)面模擬能高度還原邊坡結(jié)構(gòu)特征,在此基礎(chǔ)上的數(shù)值分析結(jié)果更加可靠；其優(yōu)勢是不僅能分析邊坡應(yīng)力、位移及塑性區(qū)等特征,還能給出穩(wěn)定性系數(shù)、分析變形破壞的演化模式及范圍。介紹了節(jié)理網(wǎng)絡(luò)有限元的基本原理及方法,以某花崗巖邊坡為例進行了具體運用。結(jié)果表明:該邊坡在天然及地震工況下穩(wěn)定性系數(shù)分別為1.57和1.46,處于整體穩(wěn)定狀態(tài)；淺表節(jié)理切割、強烈風(fēng)化的松動巖體穩(wěn)定性較差,易在外界因素誘發(fā)下發(fā)生滑移-拉裂式失穩(wěn)。實踐證明節(jié)理網(wǎng)絡(luò)有限元法為巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性研究提供了新的思路與方法。

針對弓長嶺露天鐵礦東幫節(jié)理巖體邊坡的結(jié)構(gòu)特征,使用3gsm三維巖體不接觸測量系統(tǒng),進行了結(jié)構(gòu)面調(diào)查及統(tǒng)計分析,獲取了結(jié)構(gòu)面傾向、結(jié)構(gòu)面傾角以及節(jié)理跡長、節(jié)理間距的詳細統(tǒng)計數(shù)據(jù).基于monte-carlo隨機模擬方法,使用結(jié)構(gòu)面網(wǎng)絡(luò)模擬的軟件fracsim3d,得到節(jié)理巖體的三維網(wǎng)絡(luò)模型.在建立的三維網(wǎng)絡(luò)模型基礎(chǔ)上,采用鉆孔取樣方法獲取節(jié)理巖體的巖體質(zhì)量指標(biāo)rqd,結(jié)合現(xiàn)場點荷載強度試驗,進而獲取rmr指標(biāo),基于hoek-brown經(jīng)驗方法得到節(jié)理巖體的抗剪強度參數(shù).通過fish語言編程實現(xiàn)了對復(fù)雜節(jié)理巖體的精細建模,采用離散元軟件udec對邊坡進行穩(wěn)定性分析.結(jié)果表明:邊坡整體處于穩(wěn)定狀態(tài),局部發(fā)生巖體變形,受順傾結(jié)構(gòu)面控制,邊坡頂部巖體沿結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生楔體破壞,局部散體區(qū)域出現(xiàn)掉塊現(xiàn)象.

公路建設(shè)在為交通提供便利的同時也會產(chǎn)生許多邊坡巖體,在公路附近的邊坡巖體是一類非常復(fù)雜的工程巖體,由于在形成邊坡時所產(chǎn)生的各種巖性的組合、原生的復(fù)雜結(jié)構(gòu)面以及在進行公路開發(fā)過程中所造成的擾動,使部分巖體受到卸荷以及風(fēng)化等作用的影響從而產(chǎn)生相應(yīng)的變形.本文以某公路某段巖質(zhì)邊坡為研究對象,采用數(shù)值模擬法(有限元強度折減法)對研究區(qū)某巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性進行分析,探討數(shù)值模擬法在巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析的應(yīng)用問題.

首先對巖質(zhì)邊坡進行巖體質(zhì)量分級,得出邊坡以ⅲ類圍巖為主。在此基礎(chǔ)上,采用有限單元法對該邊坡整體穩(wěn)定性進行分析。研究了天然與地震兩種工況下邊坡的應(yīng)力場和位移場的變化特征,進而定量評價邊坡的穩(wěn)定性。對該邊坡非線性有限元模型進行強度折減,獲得了邊坡安全系數(shù),在天然工況下為1.78,在地震工況下為1.69。巖體質(zhì)量分級、應(yīng)力分布、位移特征和強度折減法分析均表明該邊坡目前整體處于穩(wěn)定狀況。研究成果為巖質(zhì)邊坡的施工、除險加固提供了參考依據(jù)。

以大平掌銅多金屬礦山為背景,利用ansys有限元軟件和強度折減法,研究了采場東部巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性。該數(shù)值分析方法較好地反映出了巖質(zhì)邊坡受軟弱夾層及結(jié)構(gòu)面控制的破壞機制。通過模擬,在僅考慮在自重應(yīng)力的作用下,得出邊坡安全系數(shù)為1.0~1.05,說明邊坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài),需及時進行加固處理。

通過總結(jié)前人對邊坡的研究,分析目前國內(nèi)邊坡的研究現(xiàn)狀?；赼nsys有限元軟件,結(jié)合國內(nèi)某礦邊坡工程實例,通過強度折減法求解準(zhǔn)確的邊坡穩(wěn)定安全系數(shù);計算模型采用平面應(yīng)變摩爾-庫侖匹配d-p準(zhǔn)則,模型邊界設(shè)置約束條件,在穩(wěn)定系數(shù)等于2.86時,解不收斂且塑性區(qū)貫通至坡頂,此時邊坡發(fā)生滑坡,因此該邊坡的邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)應(yīng)該取2.85較為準(zhǔn)確且合理。

巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析方法及工程應(yīng)用

極射赤平投影法在巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析中的應(yīng)用

赤平極射投影法在巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析中的應(yīng)用

介紹了巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性研究的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀及常用穩(wěn)定性分析方法。結(jié)合工程實例,分別用極限平衡法和有限元數(shù)值法,綜合考慮兩種方法的優(yōu)缺點,對紅砂巖高陡邊坡進行全面的穩(wěn)定性分析,并針對性的提出經(jīng)濟合理的治理方案。

ｒｏａｄ?。澹睿纾椋睿澹澹颍椋睿?道路工程 ｗｅｓｔｅｒｎ?。悖瑁椋睿?ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｓｃｉｅｎｃｅ?。Γ簦澹悖瑁睿铮欤铮纾?西部交通科技 ２０１１年第１２期總第５３期５　 文章編號：１６７３－４８７４（２０１１）１２－０００５－００４ 赤平投影法在巖質(zhì)邊坡 穩(wěn)定性分析中的應(yīng)用 佘東梅，肖盛燮 （重慶交通大學(xué)防災(zāi)減災(zāi)工程研究所，重慶　４０００７４） 作者簡介 佘東梅（１９８５—），女， 四川隧寧人，主要從事 結(jié)構(gòu)防災(zāi)減災(zāi)研究工 作；肖盛燮（１９３７—）， 男，四川營川人，教授， 主要從事結(jié)構(gòu)防災(zāi)減 災(zāi)研究工作。 基金項目 國家自然科學(xué)基金項 目《基于災(zāi)變鏈?zhǔn)嚼碚?的多種災(zāi)害演化規(guī)律 探索》（５０８７９０９７） 摘　要：文章基于赤平極射投影法的發(fā)展歷程、概念、原理及相關(guān)應(yīng)用情況，對具體 工程實例的巖質(zhì)

赤平極射投影法在巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析中的初步應(yīng)用

巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性分析一直是巖土工程中的重要課題之一。綜述了巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析的現(xiàn)有方法及研究進展,對主要計算方法極限平衡法和有限元法做了詳細介紹,并聯(lián)合使用二者對某個具體工程進行了穩(wěn)定性分析。計算結(jié)果表明,采用有限元法和極限平衡兩種方法結(jié)合使用來評價巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性能是可行的,而對于復(fù)雜的巖質(zhì)邊坡,采用多種方法相互校核可以提高評價分析的準(zhǔn)確度,這也是今后的研究方向。

利用極限平衡法,對順層巖質(zhì)邊坡進行雙強度系數(shù)折減分析,提出了折減系數(shù)增幅比,根據(jù)增幅比確定抗剪強度折減原則,當(dāng)坡體達到極限狀態(tài)時確定其極限折減系數(shù)。分別以坡體的張拉裂縫深度和充水深度為單一變量,對比分析坡體穩(wěn)定性發(fā)生變化時內(nèi)摩擦角和黏聚力對其影響程度,最后根據(jù)雙強度折減分析中極限折減系數(shù)定義坡體權(quán)重安全系數(shù)。研究表明:雙強度折減法能夠考慮內(nèi)摩擦角和黏聚力對坡體的影響程度,對順層巖質(zhì)坡體進行雙參數(shù)折減分析,最終定義雙參數(shù)折減中內(nèi)摩擦角的折減系數(shù)值為坡體安全系數(shù),該結(jié)果更符合實際工程,能夠為同類問題提供參考。

巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性受到多種隨機性因素和不確定性因素綜合作用的影響,是影響邊坡工程安全的重要課題。隨著科學(xué)的發(fā)展和學(xué)者們對于巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性認識的不斷進步,其發(fā)展逐漸由定性向定量方向發(fā)展,表現(xiàn)傳統(tǒng)研究方法逐步完善,新理論新方法不斷出現(xiàn)并得到應(yīng)用。邊坡可靠性評價作為一門新學(xué)科,其研究方法手段正處于迅猛發(fā)展階段。本文對這些方法的發(fā)展做了簡要的總結(jié),并提出了新的發(fā)展方向,為研究者提供參考。

加錨巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性評價的極限分析上限法研究

巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析是巖土工程中的重要課題,巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性受到多種因素的影響,包括地質(zhì)條件、水文條件、人類活動等。巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性分析成果可為邊坡工程的加固設(shè)計提供依據(jù)。對巖質(zhì)邊坡進行了介紹,結(jié)合工程實例,對巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析辦法以及加固設(shè)計進行了詳細探究,以期為類似工程提供借鑒。

巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性評價以后判別其穩(wěn)定與否,如果其穩(wěn)定性無法滿足安全要求,則需釆取有效的支護或開挖措施對其進行加固處理。本文先對巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析方法進行探討,并在此基礎(chǔ)上結(jié)合具體工程就其綜合治理措施,談一下個人的觀點和認識,以供參考。

對優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面理論及其重要性進行闡述,并將其用于某一高陡巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定分析工作中。在充分分析相關(guān)工程地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上,確定在評測指標(biāo)上占據(jù)優(yōu)勢的結(jié)構(gòu)面。利用赤平投影圖分析各組優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面對邊坡穩(wěn)定性的影響程度,得到邊坡剖面相應(yīng)的控穩(wěn)優(yōu)勢面組合,并將該組合考慮到巖體穩(wěn)定性計算分析模型中。利用極限平衡分析軟件slide綜合評價該邊坡在優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面影響下的穩(wěn)定性,并以優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面為關(guān)鍵因素,提出相應(yīng)的治理措施建議。