岩质边坡开挖卸荷岩体参数特征分析∗

岩质边坡的开挖卸荷过程直接决定工程施工的安全性,边坡变形特征分析及有效数值模拟方法的选取至关重要。基于卸荷岩体力学理论与方法,开展红砂岩试件的室内常规三轴与三轴卸荷试验,分析其变形特征、卸荷量与变形模量之间的关系以及强度参数的变化规律,结合有限单元法构建考虑卸荷作用的算例模型,探究考虑边坡开挖卸荷作用所引起的应力释放后的岩体劣化分区问题,以及边坡动态开挖卸荷下的变形分析。研究结果表明：①当卸荷量达70% 和临近破坏时,其变形模量分别降低了10% 和50% 左右;②岩样卸荷力学状态下粘聚力有所降低,内摩擦角有所增高;③依据边坡初始应力场与开挖后应力场的对比分析从而确定强、弱卸荷影响区,算例模型表明考虑卸荷作用后水平位移净增量计算结果为不考虑卸荷作用计算结果的4 倍左右,且其分步开挖支护效果显著,计算结果更加符合工程实际。研究成果可对边坡岩体开挖卸荷数值计算提供一定的指导意义。     

某水电站进水口边坡变形特征及稳定性评价

某水电站是澜沧江中、下游梯级开发的关键工程,其进水口高边坡地质条件复杂。通过对该电站进水口边坡的物质组成、结构特征、以及边坡开挖等因素的综合分析研究,阐述了其变形机理,说明此高边坡存在如下变形破坏形式:①楔形体滑动破坏;②扩展式的平面型塌滑和滑移型崩塌破坏;③卸荷松弛变形破坏。采用三维块体分析和有限元数值模拟,分析了这类边坡在开挖过程中的应力变形特征及其变化规律。     

开挖岩体边坡卸荷带宽度的计算方法

卸荷带的判别与计算,直接关系到岩体边坡的长期稳定性及致灾安全性.针对均质岩体边坡,采用弹性理论楔形体力学模型,提出了开挖岩体边坡力学模型,建立了开挖岩体边坡应力的计算方法;从开挖高度、开挖坡度、台阶宽度、岩体粘聚力、内摩擦角及岩体容重等方面,通过敏感性分析,探讨了开挖岩体边坡卸荷带宽度的变化规律,据此采用量纲分析法,建...     

边坡开挖卸荷条件下稳定性研究

在原始和卸荷两种不同的力学状态下，分析了边坡的稳定性。岩石边坡开挖为卸荷力学条件，采用卸荷岩体力学的方法分析边坡的位移变形比较符合实际。     

强度折减有限元法中边坡失稳的塑性区判据及其应用

将抗剪强度折减法基本概念、弹塑性有限元分析原理与计算结果图形实时显示技术相结合,提出了以广义塑性应变及塑性开展区作为边坡失稳的评判依据,并与以非线性迭代收敛条件作为失稳评判指标的强度折减有限元方法进行了对比。对于天然垂直边坡的算例数值分析表明,采用广义塑性应变与塑性开展区作为失稳判据可以比较准确地预测边坡潜在破坏面的形状与位置及相应的稳定安全系数,验证了这种失稳判据的合理性。对开挖边坡和开挖支护边坡的实例计算结果表明本文方法对于复杂的边坡稳定性分析是实用的。     

基于局部强度阶梯折减法的边坡渐进破坏研究∗

通过强度折减法获取边坡的潜在滑裂带是目前数值计算广泛使用的方法,研究边坡滑裂带形成的渐进过程及坡体内部土体的应力状态具有重要的理论意义和工程价值。基于边坡破坏的渐进性思想,针对均质边坡提出了一种局部强度阶梯折减的方法。该方法以屈服接近度(YAI)作为判别土体是否存在破损区的评价标准,将局部破损区按不同破损次序分配予不同的折减系数,利用通用软件ABAQUS对局部坡体进行强度折减计算,研究边坡渐进变形过程,直至边坡发生整体破坏。计算结果表明,坡体内部初始破损区参与了潜在滑裂面的形成过程,对边坡后期渐进变形具有贡献;有效解决了传统强度折减法潜在滑裂面上折减区和非折减区边界处的塑性应变值的跳跃性问题,合理地演化了边坡的渐进失稳进程。     

白鹤滩水电站岩质边坡微震活动特征研究*

白鹤滩水电站左岸边坡高陡,应力条件复杂,存在LS_(331)、LS_(337)、LS_(3319)层内错动带,F17断层等软弱结构面,施工期和运营期安全问题十分突出。为评价其左岸边坡开挖稳定性,利用微震监测系统对边坡微震活动进行实时监测,并分析微震活动的时空以及震级分布,揭示岩质边坡开挖扰动下的微震活动特性及其施工响应特征。结果表明:开挖强度越大,边坡损伤越大,微震活动越活跃;爆破后0.5h内应力急剧调整,微震活动频繁;震级分布在-1.6~0.4之间,爆破开挖诱发大量震级小能量低的微震事件,诱发边坡的渐进损伤;软弱结构面是微震事件的主要活动区域,具有发生破坏变形的可能性;左岸边坡岩石破裂以复合型破坏和剪切破坏为主,伴随少量拉伸破坏。该研究可为工程后续开挖和支护提供参考,为同类微震活动特性分析提供一定的借鉴。     

基于梁柱稳定理论的深埋隧洞岩爆破坏及孕育机理研究

深埋隧洞中岩爆轴向位置的确定以及破坏机理的研究是岩爆灾害预测和防治的理论基础。根据深埋长大隧洞围岩的结构、受力以及变形特点,建立了梁柱力学模型。在弹性范围内,运用力法,求解了该一次超静定梁柱的挠曲线方程和转角方程,得出了临界力的解析表达式。以锦屏II级水电站的松动圈实测数据为依据,给出了梁柱模型截面尺寸的确定方法,计算了围岩各部位存在稳定性问题的临界长度值以及达到临界稳定状态的特征长度值。最后,给出了深埋隧洞坑状岩爆的演化模型,分析了掌子面推进过程中,开挖卸荷、动力扰动等对于裂纹的萌生和扩展、围岩结构的形态和稳定性以及岩爆破坏模式的影响。     

进尺对浅埋隧道掌子面稳定性及变形受力影响

基于强度折减有限元法分析不同进尺对隧道掌子面稳定性和破坏形态的影响,研究不同进尺下掌子面变形形态、拱顶沉降特性、地表沉降槽形状,并揭示不同进尺下掌子面前方、进尺开挖段、支护段的应力传递路径、拱效应特征及应力演化过程。结果表明:进尺对稳定性的影响呈现非线性特征,整体上随着进尺的增大,稳定安全系数降低,塑性分布范围增大,位移影响范围增大,且从掌子面附近逐渐扩展到开挖段,位移矢量角呈现非线性增大,即竖向位移所占比重增加。掌子面前方及进尺开挖段均存在拱效应,竖向拱效应大于横向拱效应,水平拱效应最弱,应加强掌子面底部围岩的稳定和已支护段的强度;根据竖向应力距掌子面距离的不同,可以将其分为三个区段:掌子面附近为应力降低区,即卸荷区;掌子面前方一段距离为应力升高区,即应力承载区;掌子面较远处,为原岩应力区。     

高寒山区深切河谷碎裂松动岩体成因机制分析∗

以澜沧江某水电站坝址区碎裂松动岩体为研究对象,通过对岩质边坡现场调查,并运用 ANSYS 有限元软件模拟河谷演化和冻融循环过程,综合分析碎裂松动岩体的成因。调查结果表明,碎裂松动岩体的形成与区域赋存的地应力场、地层岩性、河谷演化及高原冻融风化有关。数值模拟揭示了河谷演化过程中边坡岩体持续经历主应力降低、剪应力增大的状态,应力释放而驱动边坡岩体结构面破裂,形成大量的卸荷拉张裂隙,初现“松动”特征;在大温差冻融循环作用下,原本存在裂隙面的岩体不断扩展延伸直至发生疲劳性损伤裂化。由此,总结了碎裂松动岩体的成因机制,该成果对高寒山区深切河谷碎裂松动岩体的形成机制提供依据。     

某水利枢纽工程泄洪排砂洞进口边坡稳定性监测分析

边坡的失稳破坏,都有一个从渐变到突变的发展过程,在破坏前会显示出一些即将破坏的征兆。通过安装精密的仪器对坡体的变形进行监测,则可能捕捉到破坏前坡体稳定性的异常信息,可以及时发现问题和采取措施进行处理。坡体的位移是观测的最主要、最直观的物理量;用应力观测检验坡体的支护效果,与变形监测对照分析还可验证监测成果的可靠性。某水利枢纽工程通过埋设3支多点位移计和2支锚索测力计,对裂隙发育、坡面破碎的泄洪排砂洞边坡施工过程中的变形进行了监测分析,监测成果表明泄洪排砂洞进口边坡目前是稳定的。     

不同承台形式斜直交替群桩⁃土⁃结构地震相互作用特性分析∗

为研究不同承台形式斜直交替群桩?土?结构在地震互相作用, 利用FLAC^3D有限差分软件作为研究工具，采用El Centro地震波作为动荷载。分别建立了斜直交替群桩?土?结构的低承台、高承台数值模型。并对地震作用下可液化土体的孔压比变化、桩基的受力与位移、桥墩顶部的位移进行分析研究。研究结果表明：在地震作用下,土层中孔隙水压力分布是自上而下逐渐增大。振动加速度峰值时部分土体由于发生剪胀孔压出现瞬时负值。砂土层中桩基中部区域容易产生液化现象。同一模型中，直桩的最大弯矩小于斜桩的最大弯矩。在低承台模型中，直桩和斜桩的最大水平位移均发生在桩基顶端，直桩的竖向位移沿埋深是一恒值，而斜桩的竖向位移沿埋深是变化的。在高承台模型中，斜桩的水平位移沿埋深不再是单调变化，最大值发生在砂土层中。高承台模型中斜桩和直桩的竖向位移和水平位移均明显大于低承台模型桩体。两个模型的桥墩顶部最大水平位移出现的时刻基本相同。     

给定整体坡率时岩质边坡开挖参数的研究

工程边坡的开挖往往都受到场地和征地条件的限制,因而给坡形的设计带来很大麻烦,而在选取边坡设计参数值时,大多是根据经验或者是采取工程地质比拟方法,缺乏理论依据,设计结果往往不理想。本文针对随机结构面的岩质边坡,从理论分析的角度出发,采用数值分析的方法,对比分析了在同样的整体坡率条件下,台阶平台宽度和台阶高度不同时边坡体的位移、应力和塑性区的变化情况,并充分考虑了边坡经过开挖后的稳定性和经济性,为合理的工程开挖提供理论依据。     

基于BOTDA的削坡作用下边坡破坏过程模型试验研究∗

在众多诱发滑坡的因素中,人工削坡引发的边坡失稳现象十分普遍。采用布里渊光时域分析技术(以下简称BOTDA 技术),通过模型试验和数值模拟分析,对削坡作用下的边坡变形机理及其演化过程进行了研究。由于传感光缆与土体之间的耦合性直接影响着监测结果的准确性,首先通过不同围压作用下的拉拔试验,掌握了传感光缆与土体耦合变形关系。然后,设计了坡顶加载试验模型,通过在水平向和竖直向植入传感光缆,实现对边坡模型在削坡作用下土体内部变形场的分布式监测。试验结果表明:水平和竖直向传感光缆监测到的应变异常区域与潜在滑动面位置相吻合,并被数值模拟所证实;在 BOTDA 监测数据的基础上提出了边坡模型水平特征最大应变值与安全系数之间的经验公式,对削坡作用下的边坡稳定性状态进行了评价,进而可对边坡失稳做出预警。     

大型复杂采空区空间结构演化规律研究

随着地下矿山开采活动的进行,采空区已成为影响矿山安全的主要隐患之一。以某铜锌矿为背景,利用VS150空区精密探测系统对采空区进行精密探测,采用VoidScan-Geomagic-3Dmine耦合技术,分别建立了研究时段与设计时段采空区三维精细模型,进而对比分析了采空区空间结构演化过程,采用3Dmine-Midas GTS NXFLAC~(3D)耦合的数值模拟技术,结合矿区实际生产情况对设计时段空区进行数值模拟分析,并对空区空间结构演化过程中位移场、应力场及塑性区进行系统的研究,确定了空区顶板及围岩的稳定程度,并进一步揭示了未来时段空区的演化趋势。数值模拟结果与现场实测工作结果相吻合,研究结果为采空区后续的安全治理提供了科学依据。     

渗流场对地铁隧道沉降与受力影响的流固耦合分析

地下水问题是富水地层地下结构设计与施工中普遍存在的问题。为探讨地下水流动对软岩地铁隧道的稳定性及衬砌支护受力的影响,根据流固耦合理论,采用三维快速拉格朗日有限差分方法,在不同地下水位及排水边界条件下,对开挖后洞室周边场地位移、应力场、孔隙水压力的分布情况进行了综合分析。结果显示,由渗流引起的渗透力一定程度上会增加隧道周边场地变形及衬砌应力。从围岩-支护结构共同作用的原理出发,验证了隧道开挖与支护结构设计时需要考虑渗流效应,反映了地下水确实对隧道稳定性有着重要影响。     

面板砂砾石坝异常状态渗流计算及稳定分析

运用非饱和土渗流与强度理论,把渗流计算的水力条件用于边坡稳定分析之中,对沟后面板砂砾石坝进行了渗流场分析与边坡稳定计算,得到一些新的结论,可补充以前相关的研究结果。计算结果表明:坝料填筑分离造成的渗透各向异性尽管使浸润线升高,但是由于水平排水能力的提高反而使坝体的孔隙水压力总体上降低,从而也就提高了边坡的抗滑稳定安全性;当顶部面板与坝体脱开并导致异常状态渗流时,坝体顶部有一饱和区并且渗流出逸点很高,但坝体中部仍未饱和,异常状态渗流增加的孔隙水压力有限,对坝坡的抗滑稳定影响也很小,因此,按照最高浸润线的位置确定孔隙水压力进行抗滑稳定计算会导致错误的结果;坝顶异常状态渗流增加的孔隙水压力并不会导致下游坝坡滑动失稳,而坝体顶部渗透破坏会导致局部坍塌,最终发生溃坝事故。     

抗滑桩施工中边坡稳定系数分析

采用连续介质快速拉格朗日差分分析方法,结合强度折减技术,设定解不收敛的破坏标准,来探讨抗滑桩施工过程中桩孔开挖对边坡稳定系数的影响这一三维问题.结合工程实例,模拟几种开挖顺序,结果表明合理的施工方案对边坡扰动甚微,而随意开挖桩孔可能使边坡失稳,且失稳时的位移不大,破坏征兆不明显,破坏更加突然,应特别注意.分析施工因素对边坡稳定系数的影响,特别是对处在极限状态下的边坡,十分必要.