复杂条件下岩质边坡施工过程数值模拟

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边坡治理施工方案

边坡治理施工方案
边坡治理施工方案
第1篇
边坡治理施工方案
一、项目背景
随着我国基础设施建设的快速发展,各类边坡工程在公路、铁路、矿山等领域广泛应用。然而,在边坡施工和使用过程中,由于地质条件复杂、施工技术不规范等原因,导致边坡稳定性问题日益突出。为确保人民群众生命财产安全,减少经济损失,提高边坡工程使用寿命,特制定本治理施工方案。
4.定期开展安全检查,消除安全隐患。
九、文明施工与环保
1.严格遵守国家和地方文明施工规定。
2.加强施工现场环境卫生管理,创造良好的施工环境。
3.落实环保措施,保护生态环境。
十、总结
本方案旨在规范边坡治理工程施工,确保工程安全、质量、环保等方面达到预期目标。在施工过程中,应严格执行本方案,并根据实际情况进行调整优化,为我国基础设施建设贡献力量。
三、治理原则
1.安全优先,确保边坡稳定。
2.科学规划,合理利用资源。
3.绿色施工,保护生态境。
4.质量为本,满足长期使用需求。
四、施工内容
1.边坡勘察与设计
2.边坡治理工程施工
3.边坡监测与维护
4.生态环境保护与修复
五、施工步骤
1.边坡勘察与设计
(1)收集相关资料:包括地形地貌、地质构造、岩土性质、水文地质等。
3.落实环保措施,保护生态环境。
十、总结
本边坡治理施工方案旨在规范工程实施,确保工程安全、质量、环保等方面达到预期目标。在施工过程中,应严格执行本方案,并根据实际情况进行调整优化,为我国基础设施建设贡献力量。同时,注重生态环境保护与修复,实现工程建设与生态环境的和谐共生。
3.锚固工程:采用预应力锚索、锚杆等工艺进行锚固。
4.混凝土工程:采用现场浇筑、预制安装等方法进行混凝土施工。

边坡稳定性有限元数值模拟研究

边坡稳定性有限元数值模拟研究

边坡稳定性有限元数值模拟研究【摘要】数值模拟是边坡稳定性分析评价常用的一种手段。

本章对渝黔高速公路k86+180~k86+470段路堑边坡进行了三维弹塑性有限元模拟,天然状态、饱水状态两种情况分别进行了计算模拟,得出采用弹塑性有限元法进行计算具有独特的优势。

【关键词】边坡;稳定性;有限元;模拟研究1.引言目前常用的数值计算方法主要为有限单元法、边界单元法、离散单元法等等。

其中,有限元法是目前发展最为迅速的方法,也是应用最为广泛的数值分析法小单元的集合代替一个复杂结构的方法。

在岩质边坡稳定性分析中,是将边坡体人为的离散成有限个单元(三角形单元、四边形单元、六面体单元等),这些单元通过边界上有限个点(节点)相连,并把作用于边坡体上的荷载以作用于节点的等效力代替,在这样的基础上来近似地分析边坡的应力和位移分布。

分析问题时,从这些小单元入手,将整个岩体的力学特性视为组成该岩体的各个小单元的总和,从而得到整个岩体的力学平衡关系。

每个单元,各以其自身的力学参数,如容重、弹性模量、泊松比、粘聚力、摩擦角等加以描述,可将每个单元视为均质的连续体,整个岩体用不同特性的单元加以离散化,这就能方便的处理岩体的非均匀性。

从转化的角度来看,有限元法实质上就是一种有限的近似模拟,是用相对有限的系统来模拟、逼近、描述和计算原型系统。

随着计算机计算功能的日益强大及有限元理论的不断成熟,在建筑、交通、水利、矿山、国防等岩土工程领域中,有限单元分析法都得到了十分广泛的应用,成为解决大型、复杂结构分析的强有力工具。

掌握了这个工具,过去不敢碰的一些结构分析难题现在已经成为常规问题,过去不得已采用的一些过于简陋的计算模型已经为更加符合工程实际的复杂模型所代替,过去依赖于实物或模型试验的一些复杂结构问题,现在都可以用数值模拟的方法来解决。

2.工程概况(1)地形地貌k86+180-k86+470段高边坡位于重庆市綦江县篆塘镇陶家村四社,场地为丘陵斜坡地貌区,坳沟发育,地貌特征受构造岩性影响显著。

岩土边坡中的滑坡机理分析

岩土边坡中的滑坡机理分析

岩土边坡中的滑坡机理分析岩土边坡是指由土壤和岩石组成的地理边坡,在自然因素或人为因素的影响下,可能产生滑坡现象。

滑坡是指岩土边坡因受到外力作用或内部条件改变而发生的整体或部分失稳、滑坡体沿着滑动面运动的现象。

对于岩土边坡的工程设计、施工和稳定性评估来说,准确分析滑坡机理是关键。

一、滑坡的成因滑坡的成因是多样的,主要包括以下几个方面:1. 外力因素:如降雨、地震、地下水位变化等,都可能导致岩土边坡发生滑坡。

降雨是引发滑坡最常见的外力因素,通过增加土壤的饱和度和减小土壤的抗剪强度,使得边坡产生失稳。

2. 地质因素:岩土边坡的地质结构和岩土性质是滑坡的重要因素。

例如,地层倾角大、岩土层之间存在较弱的剪切面或断层等,都会增加边坡发生滑坡的风险。

3. 工程因素:不合理的工程设计和施工操作也是引发滑坡的原因之一。

例如,边坡的过度挖掘、不合理的排水系统、不稳定的基础处理等会削弱边坡的稳定性,导致滑坡的发生。

二、滑坡的机理滑坡的机理主要包括土体力学和水文地质两个方面。

具体来说,可分为切割滑坡、流动滑坡和倒塌滑坡等几种类型。

1. 切割滑坡:主要由于外力作用下,边坡上部受到剪切力而形成的滑动面,导致边坡上部的土体被剥离下来,以切割面为边界滑动,使得边坡整体发生滑动。

2. 流动滑坡:主要是由于边坡中的饱和土体,在外力作用下失去抗剪强度,导致整个边坡土体以液态或半液态的形式流动。

3. 倒塌滑坡:主要由于边坡下部受到挤压力作用,产生强烈的压密变形,使得边坡土体沿着倾角较大的滑动面向下发生整体倒塌。

三、滑坡机理的分析方法为了准确分析岩土边坡中滑坡的机理,工程师通常采用以下几种分析方法:1. 古滑坡案例研究:通过对历史滑坡案例的研究,了解滑坡的成因和机理,并根据类似滑坡案例的特点提供指导性意见,为后续边坡设计和施工提供参考。

2. 地质勘察与岩土力学试验:在边坡工程前期,进行岩土力学试验和地质勘察,通过采样和取样等手段,获取边坡区域土壤和岩石的物理力学参数,用于分析边坡稳定性和滑坡机理等问题。

第九章 岩石力学的数值模拟分析

第九章 岩石力学的数值模拟分析

Betti互等 定理
解方程组
边界上划分单元
同上
离散单元 法
牛顿运动 定律
显式差分
按结构弱面分布特 征划分单元
岩石中硬以上,低应力水平, 大变形,岩体沿弱面发生非连
续性破坏
非连续变 形法
数值流形 法
拉各朗日 元法
最小势能 原理
最小势能 原理
牛顿运动 定律
解方程组
按主要结构弱面实 际情况划分单元
解方程组 全区域划分单元
在上面4种并行机中,COW和MPP具有类似的地方, 实际上,当前MPP和COW之间的界限正在逐渐模 糊。例如IBM SP格比远优于MPP,系统扩 充方便,网络连接形式多种多样,所以COW是发 展可扩放并行计算的主流趋势。
并行算法及并行程序开发 并行算法是区别于串行算法的另外一大类型的算法,它是适合于 各种并行计算机上求解问题和处理数据的算法。并行程序开发是 对给定算法构造并行程序的活动,它要求算法设计者和计算机系 统的体系结构的设计者进行广泛的交互。
并行程序的设计不仅编程困难,而且调试和分析更加困难。目前, 并行程序设计在各方面都处于一个初级阶段,它不支持一个成熟、 稳定和通用的并行程序开发环境。并行开发环境指的是软件环境, 它对并行计算的影响比一般串行机要大得多。软件对计算性能的 影响的差别可达几个数量级。并行开发环境包括两部分内容:操 作系统、通信平台、编译和调试工具以及性能测试软件等。其中 最主要的是操作系统和通信平台。可以用于并行计算的操作系统 主要有Windows(NT或者2000)和Unix,其中与Unix内核基 本相同的自由软件Linux在并行计算中占优绝对的统治地位,而 比较流行的通信平台有P4、PVM、Express、PARMACS和MPI 等。

基于离散元的岩质高边坡开挖支护数值模拟

基于离散元的岩质高边坡开挖支护数值模拟

收稿日期:20230508基金项目:江苏省政策引导类计划项目(B Y 2015002-05)㊂作者简介:丁 玎(1999),男,河南南阳人,硕士研究生㊂通讯作者:陈志坚(1963),男,福建福清人,教授,博士㊂第36卷第2期2024年 4月沈阳大学学报(自然科学版)J o u r n a l o f S h e n y a n g U n i v e r s i t y (N a t u r a l S c i e n c e )V o l .36,N o .2A pr .2024文章编号:2095-5456(2024)02-0163-08基于离散元的岩质高边坡开挖支护数值模拟丁 玎,陈志坚*(河海大学地球科学与工程学院,江苏南京 211100)摘 要:为分析岩质路堑高边坡的开挖支护对边坡变形破坏及边坡稳定性的影响,利用离散元数值模拟与原位监测相结合的方法,对开挖适时支护与开挖未支护两种工况进行比较,评价了锚杆支护的效果㊂结果表明:边坡开挖引起的竖向位移主要集中于开挖面中部;在相同开挖条件下,经适时支护后,边坡开挖面临空向水平位移最大值减小2.50c m ,安全系数提高8.62%,处于基本稳定状态;数值模拟结果与原位监测数据基本吻合,说明离散单元法对于分析岩质边坡稳定性问题的适用性㊂关 键 词:路堑边坡;数值模拟;离散单元法;现场监测;锚杆加固中图分类号:T U 457 文献标志码:A N u m e r i c a lS i m u l a t i o n o f H i g h R o c k S l o p e S u p p o r t U n d e r E x c a v a t i o nB a s e d o nD i s c r e t eE l e m e n tM e t h o dD I N GD i n g ,C HE NZ h i ji a n (S c h o o l o fE a r t hS c i e n c e s a n dE n g i n e e r i n g ,H o h a iU n i v e r s i t y ,N a n j i n g 211100,C h i n a )A b s t r a c t :I no r d e rt oa n a l y z et h ei m p a c to fe x c a v a t i o na n ds u p p o r to fh i g hr o c kc u t t i n g s l o p e so nt h es t a b i l i t y o fs l o p e ,t h et w oc o n d i t i o n s w e r ec o m p a r e d b e t w e e n e x c a v a t i o n w i t h o u t s u p p o r ta n dt i m e l y s u p p o r t e db y b o l t .T h ee f f e c to fb o l ts u p p o r t w a se v a l u a t e d t h r o u g h t h e m e t h o d o f c o m b i n i n g d i s c r e t e e l e m e n t n u m e r i c a l s i m u l a t i o n w i t h f i e l d m o n i t o r i n g .T h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h ev e r t i c a ld i s p l a c e m e n tc a u s e db y e x c a v a t i o n w a s m a i n l y c o n c e n t r a t e di n t h e m i d d l e o ft h e e x c a v a t i o nf a c e .U n d e rt h es a m e e x c a v a t i o n c o n d i t i o n s ,t h e m a x i m u m v a l u e o f t h e s l o p e e x c a v a t i o n f a c e s p a c e -f a c i n g h o r i z o n t a l d i s p l a c e m e n tw a s r e d u c e d b y 2.50c m ,a n d t h e s a f e t y f a c t o r o f c u t t i n g s l o p ew a s i n c r e a s e d b y 8.62%,i n d i c a t i n g t h a t t h e s l o p ew a s i nab a s i c a l l y s t a b l e s t a t e .I n a d d i t i o n ,t h e v a l i d i t y a n d c o r r e c t n e s so ft h en u m e r i c a ls i m u l a t i o nr e s u l t s w e r ev e r i f i e db y c o m p a r i n g w i t ht h ef i e l d m o n i t o r i n g d a t a ,w h i c hi n d i c a t e d t h e a p p l i c a b i l i t y o ft h e d i s c r e t e e l e m e n t m e t h o d f o r a n a l y z i n g t h e s t a b i l i t y o f r o c k y s l o p e .K e y w o r d s :c u t t i n g s l o p e ;n u m e r i c a l s i m u l a t i o n ;d i s c r e t e e l e m e n tm e t h o d ;f i e l dm o n i t o r i n g ;a n c h o r b o l t r e i n f o r c e m e n t随着我国公路网络的不断完善,在山区交通的修建过程中,由于工程地质条件的限制,不可避免地形成了数量众多的岩质高陡路堑边坡㊂人工开挖改变了天然边坡的边界条件与载荷条件,致使边坡内部应力重新分布,造成局部区域应力集中进而影响边坡稳定性㊂边坡从变形至失稳破坏是一个渐进的过程[12],具有一定规律的演变过程,但边坡变形缓慢,难以凭借工程经验判断边坡变形演变情况,故通常对边坡进行现场监测,及时掌握边坡内部变形趋势,采取相关措施进行加固,达到避免边坡发生失稳破坏的目的㊂现场监测[3]作为评价边坡稳定性的有效手段,为边坡施工期治理提供可靠的依据与建议,通过分析监测数据及时采取有针对性的加固措施,降低边坡失稳所带来的损失㊂边坡开挖引起的滑动破坏㊁崩塌等边坡失稳问题严重威胁人们的生命财产安全,引发了大量学者的关注与研究㊂梁靖等[4]基于现场调查和监测结果分析,揭示了边坡变形破坏特征,定性评价了边坡稳定性;彭绍才等[5]通过分析乌东德水电站施工期的监测成果,揭示了边坡发生变形的原因,进一步评价了边坡的稳定性㊂但现场监测只能采集到特定测点的位移㊁应力等,利用数值模拟可以对任意点进行位移㊁应力分析,故数值模拟通常与现场监测相补充㊂梁远禄等[6]利用A N S Y S 有限元软件对路堑边坡分级开挖进行了模拟,分析了逐级开挖各阶段的位移与剪应变变化,阐述了边坡开挖后采取适时支护措施的必要性;闫强等[7]采用有限元法对及时支护和未及时支护两种工况进行了模拟,分析了两种不同支护方式下边坡开挖稳定性变化特征,探究了开挖支护时序对边坡稳定性的影响;吴江鹏等[8]利用有限差分法模拟了边坡在降雨条件下的开挖过程,与现场调查相结合,探究了边坡在开挖扰动及降雨工况下的失稳破坏机理;D o u 等[9]基于有限元强度折减法分析了土质路堑高边坡在开挖与降雨条件下的破坏机理,对不同的加固方案效果进行了比较,结果表明适时加固可以降低开挖扰动对边坡稳定性的不利影响;周子涵等[10]利用有限差分法研究了边坡在开挖扰动作用影响下的系统能量变化㊁稳定性变化和失稳破坏机制;相较于土质边坡,岩质边坡内部赋存的大量结构面对边坡稳定性起控制作用㊂因此,在进行数值模拟时不适合将节理岩体视作各向同性材料,宜采取离散单元法进行模拟与分析㊂黄俊辉等[11]利用二维离散元软件模拟了多级边坡的开挖过程,将模拟结果与现场监测数据对比,评价了边坡开挖稳定性,分析了开挖稳定性的影响因素;罗沙等[12]借助颗粒离散元法,从微观角度探究了应力水平㊁裂隙密度等因素对于开挖卸荷作用下边坡稳定性的影响;徐奴文等[13]利用二维离散元软件模拟了顺层岩质边坡的开挖卸荷过程,揭示了顺层岩质边坡的变形失稳机制,根据模拟结果提出加固措施建议,对于同类型工程具有良好的借鉴意义㊂随着计算机技术的发展,三维离散元法逐渐走入学者们的视野㊂单仁亮等[14]通过三维离散元软件(3D E C )模拟了岩质边坡开挖过程,根据模拟结果提出了边坡支护方案,评价了支护后边坡的稳定性;倪勇等[15]利用3D E C 建立了辽宁建兴高速公路某段路堑边坡离散元模型,模拟了该路堑边坡的开挖过程,依据数值模拟结果确定失稳块体的位置,为边坡支护设计提供了依据㊂图1 路堑边坡的开挖坡率F i g .1 E x c a v a t i o n s l o p e r a t eo f t h ec u t t i n g s l o pe 鉴于此,本文依托连云港东疏港高速公路路堑边坡,采用3D E C 软件建立具有起伏地形的天然边坡三维模型,对边坡开挖未支护工况与开挖适时支护工况进行模拟,结合原位监测数据,评价了边坡支护效果与边坡稳定性,为相似工程背景下的研究提供借鉴㊂1 工程背景1.1 工程概况连云港东疏港高速公路起自连云港南侧港区进港道路,穿越后云台山,向南经中云台山,跨242省道与连徐高速公路相连,全长约13k m ㊂线路采用明挖方式横穿中云台山,进而在高速公路两侧均形成了高陡岩质路堑边坡㊂其中,东坡最大开挖深度超200m ,属1级边坡工程,相较于西坡,坡度更陡㊁开挖级数更多,在开挖扰动工况下更易发生边坡失稳,故选择东坡为研究对象㊂该边坡总体走向为N E~S W 方向(52.5ʎ~232.5ʎ),开挖段路线全长1050m ,路基设计标高为15~17m ㊂实际边坡工程中,边坡按单级坡高10m ,单级坡角55ʎ,分20级自上而下逐级开挖并进行支护㊂各级平台除第5㊁9㊁13㊁15级外,宽度均为3m ,总体坡角为42.4ʎ㊂边坡开挖坡率及各级台阶宽度的具体布置如图1所示㊂461沈阳大学学报(自然科学版) 第36卷1.2 工程地质条件由地质地面调绘㊁钻探㊁现场试验及物探成果形成的工程地质剖面图(图2)可知:边坡岩体岩性单一,基岩为前震旦系海洲群云台组变粒岩,以肉色白云钠长变粒岩为主,具变斑状及变余晶屑塑性岩屑结构,似片麻状构造;主要矿物成分为长石㊁石英㊁云母等;其软化系数为0.84~0.90,为硬质岩㊂图2 路堑边坡工程地质剖面图F i g .2G e o l o g i c a l p r o f i l em a p o f t h ec u t t i n g s l o pe 边坡岩体以块状结构为主,岩体中主要发育走向为N N E ㊁N E ㊁NWW 及N E E 向的结构面㊂其中,片理面为主要结构面,总体倾向东南,产状为150ʎø30ʎ~110ʎø20ʎ,对边坡工程地质性质影响较大㊂坡内有数条绿泥石片岩发育,产状为N E 40ʎ~60ʎ/S Eø10ʎ~30ʎ,自西南至东北方向贯穿东坡,缓倾向坡内㊂主要矿物为绿泥石,抗压强度较低,试验测得软化系数为0.4~0.6,为易软化岩,在地下水活动较频繁地段岩体强度变化大,抗风化能力差㊂2 离散元数值模拟连云港东疏港高速公路路堑边坡内部结构面较为发育,边坡岩体在大规模开挖过程中可能沿结构面产生错动与滑移,因此要求数值模型允许块体转动乃至脱离,有限单元法㊁有限差分法对于结构面的模拟具有一定局限性㊂为确保数值模拟的合理性,本文采用3D E C 软件对该边坡开挖与支护过程进行模拟,为边坡施工期稳定性分析提供依据㊂图3 天然边坡离散元模型F i g .3 D i s c r e t ee l e m e n tm o d e l o f n a t u r a l s l o pe 2.1 天然边坡模型建立综合考虑,连云港东疏港高速公路路堑边坡的实际地质情况与勘察报告,建立具有起伏地形的可视化天然边坡三维数值模型如图3所示㊂模型尺寸为500mˑ250mˑ255m ,取边坡底部高程为-50m ㊂依据地质勘探资料及岩体风化程度,将边坡从上至下分强风化变粒岩㊁中风化变粒岩和微风化变粒岩㊂由于边坡控制性结构面间距小㊁数量多的特点,本文主要对绿泥石片岩及其两侧陡倾结构面进行模拟,将绿泥石片岩夹层简化为厚度2m 的软弱夹层㊂地下水作为边坡重要控稳因素之一,为模拟天然边坡内部地下水准静态分布情况,体现其对于边坡的影响,基于施工期地下水监测数据,选取各测点历史最高水位作为模型在该点的地下水位㊂根据边坡岩土体材料特性,模拟计算采用摩尔库伦屈服条件的弹塑性模型;3D E C 中采用接触摩擦型节理模拟接触关系,服从库伦滑移破坏准则,结构面采用库伦滑移模型进行计算[16],以自重应力作为初始应力㊂同时,模型对底部进行位移约束,坡顶和坡面为自由表面㊂数值计算中所需的体积模量K 561第2期 丁 玎等:基于离散元的岩质高边坡开挖支护数值模拟与剪切模量G 可按式(1)和式(2)进行取值[17],相关岩体与结构面力学参数根据试验和相关规范确定,如表1㊁表2所示㊂K =E 3(1-2μ),(1)G =E 2(1+μ)㊂(2)式中:E 为弹性模量,M P a ;μ为泊松比㊂表1 边坡岩体物理力学参数T a b l e1 P h y s i c a l a n dm e c h a n i c a l p a r a m e t e r s o f s l o pe r o c km a s s 岩 性密度/(k g ㊃m -3)天然密度饱和密度弹性模量/M P a 摩擦角/(ʎ)黏聚力/M P a 泊松比强风化变粒岩205021601300270.150.35中风化变粒岩230024103650330.450.30微风化变粒岩2650274021500551.550.23绿泥石片岩 179019901250250.090.37表2 结构面物理力学参数T a b l e2 P h y s i c a l a n dm e c h a n i c a l p a r a m e t e r s o f s t r u c t u r a l pl a n e 结构面类型黏聚力/M P a 摩擦角/(ʎ)法向刚度/G P a 剪切刚度/G P a 陡倾结构面0.05282.801.20软弱夹层 0.02160.330.112.2 数值模拟结果分析基于天然边坡模型,由开挖底面与坡面共同确定开挖区域,进行20级边坡逐级开挖模拟㊂由于边坡开挖级数较多,本文以边坡开挖模拟完成后的应力场㊁位移场及加固后的锚杆受力状态为着手点进行分析㊂为直观展示边坡开挖所引起的边坡变形,在开挖模拟开始前将自重平衡所产生的边坡变形量清除,模拟所得结果即为开挖引起的变形量㊂2.2.1 边坡开挖未支护工况边坡模拟开挖完成后位移情况如图4所示,开挖引起的回弹变形主要集中在软弱夹层以下的开挖平台中部区域㊂竖直向位移在坡面上呈现同心圆状,由54平台中部向四周扩散;随着高程降低,岩体内部弹性势能得到释放,竖向回弹位移随之增大;竖直向位移最大值出现在14平台中部,为8.68c m ㊂临空向位移随着高程降低,呈现出先增大后减小的趋势,154平台以上坡体向坡内产生变形,最大值为0.63c m ㊂随着开挖施工的进行,边坡临空向约束作用逐渐减弱,开始向临空面方向发生变形,在绿泥石片岩夹层附近达到最大值5.10c m ㊂由于绿泥石片岩夹层与陡倾结构面的存在,最小主应力在软弱夹层处发生应力陡增与应力集中现象,使得绿泥片岩区域附近的岩体在开挖完成后,沿软弱夹层结构面产生较大的临空向位移㊂利用强度折减法计算边坡开挖未支护工况下的安全储备系数F s =1.03,根据规范规定[18],此时边坡处于欠稳定状态㊂(a)竖直向位移场(b)临空向位移场图4 未支护工况下的边坡位移场F i g .4 S l o p ed i s p l a c e m e n t f i e l d u n d e r u n s u p p o r t e dc o n d i t i o n 661沈阳大学学报(自然科学版) 第36卷边坡应力主要由自重应力场控制,故边坡内部主应力方向与自重应力方向相一致㊂随着开挖量的不断增加㊁开挖高程不断降低,边坡内部最大主应力不断调整㊂在桩号K 10+50处取边坡典型剖面,该剖面应力场如图5所示㊂根据图5(a )可知:134平台以上最大主应力等值线分布近水平;134平台以下最大主应力等值线近似平行于开挖坡面㊂最大主应力的最大值存在于坡体底部,约为5096.10k P a ;最小值出现在坡顶,约为50.39k P a ,符合一般应力场分布规律㊂由图5(b )可知:最小主应力等值线分布受到软弱结构面影响,在绿泥石片岩软弱夹层处出现应力集中现象,最大值约为1630.90k P a ;边坡开挖坡面附近的最小主应力值为1.00~3.00k P a㊂(a )最大主应力(b)最小主应力图5 边坡K 10+50剖面的应力场F i g .5 T h es t r e s s f i e l da t t h eK 10+50s e c t i o no f t h es l o p e 2.2.2 边坡开挖适时支护工况边坡经大规模开挖后由岩体卸荷回弹产生的变形较大,同时在绿泥石片岩夹层附近产生较大的位移量与塑性变形,边坡处于欠稳定状态,因此有必要采取加固措施对边坡进行适时加固支护㊂实际边坡加固工程中,根据设计要求及岩性确定锚固深度,采用规格分别为Ф20mmˑ4m ㊁Ф20mmˑ6m ㊁Ф25mmˑ8m 的普通砂浆锚杆进行新奥法施工㊂在模拟中,对锚杆布置进行简化,利用3D E C 软件自带的f i s h 语言编制锚杆自动施加程序,进行全坡面锚杆支护,依据实际工况在各开挖坡面布置对应规格参数的锚杆㊂图6 锚杆轴力等值线云图F i g .6 C o n t o u r d i a g r a mo f a x i a l f o r c e 锚杆支护工况下的锚杆受力情况如图6所示,锚杆受力集中在坡顶至软弱夹层附近,锚杆轴力自坡顶向下逐渐增大㊂锚杆轴力在软弱夹层处最大,为11.43k N ㊂锚杆轴力较大值的分布情况与软弱夹层在开挖坡面上的出露情况相一致,这是由于绿泥石片岩夹层岩体性质较差,在开挖过程中发生应力集中现象,施加锚杆后抑制了其产生变形,故锚杆轴力相应增大㊂此外,锚杆轴力自边坡内部向坡面逐渐增大,主要原因是开挖扰动所导致的边坡变形大部分发生在人工坡面开挖处,坡内所受影响逐渐减小,使得锚杆轴力主要作用在开挖面附近的一定深度岩体范围内㊂锚杆支护工况下的边坡位移场如图7所示,在边坡开挖适时支护工况下的位移等值线云图分布规律与开挖未支护工况类似;边坡南侧位移量较北侧位移量大;锚杆通过抑制结构面所切割岩板间的相互滑动减小了边坡的临空向变形,临空方向位移在软弱夹层处较大,最大位移量相较于未支护工况减少了2.50c m ,开挖及时支护工况下的边坡安全储备系数F s =1.12,边坡处于基本稳定状态㊂模拟结果表明,在边坡开挖后适时进行锚杆支护,使边坡开挖面附近岩体的临空向位移变幅减小,体现了锚杆支护的加固作用,边坡稳定安全系数增大说明采取适时加固措施可以有效提高边坡开挖后的稳定性㊂761第2期 丁 玎等:基于离散元的岩质高边坡开挖支护数值模拟(a)竖直向位移场(b)临空向位移场图7 锚杆支护工况下的边坡位移场F i g .7 S l o p ed i s p l a c e m e n t f i e l d u n d e r b o l t s u p p o r t c o n d i t i o n 2.3 边坡原位监测数据与模拟结果对比分析为及时掌握边坡内部变形趋势,确保边坡工程的稳定性,该边坡自施工期起便开始布设包括滑动式测斜仪㊁多点位移计和渗压计在内的大量现场监测仪器,多种监测手段并施,对岩坡内水平位移㊁锚杆轴力㊁地下水渗透压力等进行监测,形成了完备的边坡安全监测系统㊂其中,通过钻孔测斜仪测定坡体内不同垂直深度的水平位移,为边坡治理与稳定性评价提供可靠依据㊂原位监测作为边坡稳定性评价的有效手段,将其与数值模拟相结合可以更好地阐述边坡变形机制㊂本文选取194平台观测孔L 194与134平台南部观测孔L 1342施工期及部分运营期的测斜监测数据进行分析,选取测斜孔所在位置模型剖面,沿测斜孔方向间隔0.5m 设置监测点,以测斜孔底为不动点,计算监测点与测斜孔底部的相对位移,将监测点的相对位移值与现场监测数据对比,据此验证数值模型的合理性㊂L 194观测孔现场监测数据及模型剖面如图8所示㊂监测数据显示,测斜孔顶部相对于底部产生了向坡内的水平位移,最大值为3.50mm ,位移值呈现出顶大底小的特征㊂这是由于水平位移监测略滞后于边坡开挖,致使观测孔附近岩体基本完成了卸荷变形,故该观测孔范围内岩体产生的水平位移变幅较小㊂模拟结果显示测斜孔顶部相对于底部向坡内产生了2.90mm 的水平位移,与监测数据相差0.60mm ,二者基本吻合㊂(a )L 194测孔剖面位移云图(b )L 194测孔监测数据图8 194平台测孔的模型剖面及监测数据F i g .8 194p l a t f o r mb o r e h o l em o d e l p r o f i l ea n dm o n i t o r i n g d a t a 134平台观测孔实测数据及数值模型剖面见图9㊂监测数据显示,该测孔顶部相对于底部产生的水平位移较小,在测斜孔中下部测点水平位移产生的增幅最大值为5.0mm ,向临空面方向产生了11.60mm 位移,这是由于该区域绿泥石片岩夹层所致,突变位移方向与夹层反倾方向一致㊂与L 194观测孔不同,该测孔水平位移呈现出先增大后减小的变化趋势,自孔顶至位移突变处向坡外运动,而后随着深度增加向坡内产生位移㊂主要原因为134平台测斜孔位于该边坡南侧,靠近废弃采石场使得该处岩体两面临空,岩体松动和爆破开挖所致裂隙较为发育,加之岩体较为破碎,故使得该测孔处岩体剪切变形和蠕变更为严重,从而产生向坡外变形的趋势㊂由L 1342测孔所在剖面的水平位移云图显示,观测顶部临空方向位移值为8.30mm ,由于受绿泥石片岩夹层影响,随着测孔深度的增加水平位移值861沈阳大学学报(自然科学版) 第36卷也随之增加,在软弱夹层处位移值达到了12.10mm ,随后突变至7.60mm ,观测孔底部位移为4.80mm ㊂测斜孔顶部相对于测斜孔底部产生了临空向变形,相对位移量呈现出测孔两端位移小中间大的特征,与实际监测数据所反应的特征一致㊂(a )L 1342测孔剖面位移云图(b )L 1342测孔监测数据图9 134平台测孔的模型剖面及监测数据F i g .9 134p l a t f o r mb o r e h o l em o d e l p r o f i l ea n dm o n i t o r i n g d a t a 3 结 论本文采用离散单元法建立了连云港东疏港高速公路路堑边坡三维数值模型,对开挖未支护㊁开挖适时支护两种工况进行了模拟,分析了两种工况下边坡位移场㊁应力分布㊁锚杆轴力与边坡变形情况,与现场监测数据进行了对比,得出了以下结论:1)连云港东疏港高速公路路堑边坡位移场分布规律主要受边坡岩性㊁开挖范围和软弱夹层分布的影响㊂由卸荷回弹引起的边坡竖向位移主要集中在开挖面的中部㊂2)在相同的开挖条件下,开挖后采取适时支护措施使边坡开挖面临空向最大水平位移减少了2.50c m ,提升了边坡人工开挖面临空向水平位移的协调性㊂3)边坡支护后临空向位移减小,支护工况下的安全系数为1.12,相较于未支护工况下的安全系数1.03提高了8.62%,边坡处于基本稳定状态㊂绿泥石片岩夹层处受压剪作用,产生变形较大,建议在路堑边坡运营期加强对该区域的监测㊂4)模拟结果与实际监测数据基本吻合,验证了模型的合理性与正确性,为工程背景相近的边坡稳定性分析提供了参考依据㊂参考文献:[1]康佳辉,刘晓辉,张永彬,等.基于R F P A 3D 不同加载方法的边坡渐进破坏分析[J ].西华大学学报(自然科学版),2021,40(4):99107.K A N GJH ,L I U X H ,Z H A N G YB ,e t a l .P r o g r e s s i v e f a i l u r e a n a l y s i s o f s l o p e b a s e do nd i f f e r e n t l o a d i n g RF P A 3D m e t h o d s [J ].J o u r n a l o fX i h u aU n i v e r s i t y (N a t u r a l S c i e n c eE d i t i o n ),2021,40(4):99107.[2]吕金星,韩磊,陈辉,等.胜利露天矿边坡工程渐进性破坏分析研究[J ].煤炭工程,2020,52(9):126129.L Y UJX ,HA N L ,C H E N H ,e ta l .A n a l y s i sa n dr e s e a r c ho n p r o g r e s s i v ef a i l u r eo fs l o p e i nS h e n g l io p e n -p i t m i n e [J ].C o a l E n g i n e e r i n g ,2020,52(9):126129.[3]WA N G Y Q ,Z H A N GSB ,C H E NLL ,e t a l .F i e l dm o n i t o r i n g o nd e f o r m a t i o no f h i g h r o c k s l o p e d u r i n g h i g h w a y co 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g i n e e r i n g:G B50330-2013[S].B e i j i n g:C h i n aA r c h i t e c t u r e&B u i l d i n g P r e s s,2014.ʌ责任编辑:赵炬ɔ。

边坡稳定分析方法综述

边坡稳定分析方法综述

Construction & Decoration148 建筑与装饰2022年3月下 边坡稳定分析方法综述刘琦中铁二十一局集团有限公司 甘肃 兰州 730000摘 要 边坡工程是个十分复杂的系统性工程,其稳定性对于人类的生命财产有重大意义。

如何在复杂地质条件下分析边坡的稳定性历来是学术界和工程界极为关注的课题。

因此,本文从定性分析、定量分析和非确定性三方面进行分析,层次分明地概述了边坡稳定分析方法,综合评述了各自的优缺点,对边坡稳定分析的发展做出展望。

关键词 边坡稳定;定性分析;定量分析;非确定性分析 Overview of Slope Stability Analysis MethodsLiu QiChina Railway 21st Bureau Group Co., Ltd., Lanzhou 730000, Gansu Province, ChinaAbstract Slope engineering is a very complex and systematic engineering, and its stability is of great significance to human life and property. How to analyze slope stability under complex geological conditions has always been a topic of great concern in academic and engineering fields. Therefore, this article analyzes this issue from three aspects: qualitative analysis, quantitative analysis and non-determinancy analysis, clearly outlines the slope stability analysis methods, comprehensively reviews their advantages and disadvantages, and makes a prospect for the development of slope stability analysis.Key words slope stability; qualitative analysis; quantitative analysis; non-determinancy analysis引言我国是一个多山的国家,随着国民经济的发展,工商业及民用建筑剧增,许多工程边坡的分析方法不断产生。

岩质边坡稳定性分析及变形预测研究的开题报告

岩质边坡稳定性分析及变形预测研究的开题报告

岩质边坡稳定性分析及变形预测研究的开题报告一、选题背景岩质边坡在自然界和工程实践中普遍存在,其稳定性和变形特征研究对于工程建设和生态保护都具有重要意义。

岩质边坡的失稳和变形会导致土石流、崩塌等灾害,给人类的生命和财产带来严重威胁。

因此,深入研究岩质边坡的稳定性和变形特征,寻找有效的防止和治理手段,具有重大的理论和现实意义。

二、研究内容本研究旨在通过对岩质边坡失稳机理、变形特征、危险性评价等方面的分析研究,提出一种基于数值模拟的岩质边坡稳定性预测方法,并针对不同情况下的变形特点,探索合理的岩质边坡整治和防治措施。

具体来说,本研究主要包括以下内容:1.岩质边坡失稳机理分析:归纳总结岩质边坡失稳发生的基本机理,探讨各种因素对岩质边坡稳定性的影响,建立相应的理论模型。

2.岩质边坡变形特征分析:对不同类型的岩质边坡进行监测观测,针对不同情况下的岩质边坡变形特点进行分析,归纳总结其变形机理及规律。

3.岩质边坡稳定性数值模拟:建立基于数值模拟的岩质边坡稳定性预测方法,选择合适的数值方法和软件工具,对不同情况下的岩质边坡稳定性进行数值模拟分析。

4.岩质边坡整治与防治措施:根据岩质边坡的不同变形特征和稳定情况,探索适宜的岩质边坡整治方法和防治措施,提出科学合理的岩质边坡防治方案。

三、研究意义本研究旨在深入探究岩质边坡的稳定性和变形规律,为工程建设和生态保护提供科学的参考意见。

研究成果将为岩质边坡工程设计和施工提供重要的技术支撑,为做好岩质边坡治理和防治工作提供可靠的依据。

四、研究方法本研究采用综合研究方法,结合野外调查、实验室测试、数值模拟等手段,对岩质边坡的稳定性和变形特征进行分析和研究。

具体来说,采用现代数值模拟技术,利用有限元、边界元、松弛网格等数值分析方法,分析岩质边坡在不同情况下的稳定性和变形特征,对岩质边坡的稳定性预测和工程治理提供科学依据。

五、预期成果本研究预期取得如下成果:1.深入掌握岩质边坡的失稳机理和变形规律,提出相应的理论模型。

基于卸荷岩体力学的顺倾岩质边坡开挖变形数值模拟

基于卸荷岩体力学的顺倾岩质边坡开挖变形数值模拟
公 路 与 汽 运
总 第 1 5期 4
H ih y g wa s& Au o tv t mo i e App ia i n lc to s
19 2
基 于卸 荷 岩 体 力学 的顺 倾岩 质 边 坡 开 挖 变 形 数值 模 拟
梁霄 ,李振存
(I 南省 炎 汝 高速 公路 建设 开 发 有 限公 司 ,湖 南 株 洲 1湖 4 20 ; . 沙 理 工 大 学 交 通运 输 工程 学 院 ,湖 南 长 沙 15 0 2 长 4 0 7) 10 6
( )岩 体本 构关 系 劣化趋 势 明 显 。随着 卸 荷 的 3 进 行 , 体 的变形 模量 也在 不 断降低 , 岩 当岩体 中的拉 应 力接 近其抗 拉 强度 时 , 荷模 量就 接近 于零 , 卸 这与 加 载力 学条件 下 的本构 关 系有本 质 的不 同 。研 究表
明, 卸荷 岩体 的变 形 模 量 降低 与卸 荷 量 有 很 密切 的
摘 要 : 倾 岩 质 边 坡 开 挖 变形 一 直是 土木 工程 建设 者 所 关 注 的 问题 。 文 中 以 卸荷 岩 体 力 学 为 顺
基 础 , 用 通 用 有 限 元 软 件 AD NA, 用 Mo r o lmb模 型 模 拟 岩 体 、 触 单 元 模 拟 结 构 面 的 采 I 运 h —C u o 接 非 线性 力 学性 状 、 元 生死 的特 性 模 拟 边 坡 开挖 卸荷 过 程 , 顺 倾 岩 质 边 坡 开 挖 变形 进 行 计 算 ; 单 对 通 过 边 坡 现 场 开挖 位 移监 测进 行 验 证 , 现 数 值 计 算 结 果 与 现 场 监 测 结 果 吻 合 较 好 , 明 采 用 卸 荷 发 说 岩体 力 学 对岩 体进 行 开 挖 有 限 元 数 值 模 拟 是 可取 的 。

pfc岩石边坡算例

pfc岩石边坡算例

PFC(Particle Flow Code)是一款基于颗粒动力学的岩土工程数值模拟软件,适用于分析岩石边坡稳定性、滑坡等现象。

以下是一个简单的PFC岩石边坡算例,以演示如何使用PFC进行岩石边坡稳定性分析:1. 创建模型参数:- 设定模型尺寸(如:长200m,高100m,厚50m);- 定义岩体材料参数(如:弹性模量E=100GPa,泊松比ν=0.25);- 设定边坡角度α(如:30°);- 输入边坡表面粗糙度系数γ(如:0.7);- 设定地震参数(如:地震加速度a=0.1g,地震频率f=1Hz)。

2. 生成网格:- 采用块体网格划分方法,将模型划分为边长为1m的网格;- 在边坡区域,根据边坡角度和网格尺寸,设定倾斜网格以模拟边坡的形状。

3. 设定边界条件:- 在模型底部施加固定边界条件,限制垂直和水平位移;- 在模型顶部施加自由边界条件,允许垂直位移,但限制水平位移;- 在边坡表面施加滑动边界条件,限制垂直位移,并设定摩擦系数。

4. 计算初始应力:- 采用弹性力学原理,计算模型在自重作用下的初始应力场;- 考虑地震作用,计算地震应力场。

5. 运行模拟:- 采用动态松弛法,模拟边坡在自重和地震作用下的稳定性;- 观察边坡块体的位移、应力分布和塑性变形情况;- 分析边坡稳定性的影响因素,如岩体参数、边坡角度、地震等。

6. 分析结果:- 评估边坡稳定性,得出安全系数;- 根据模拟结果,优化设计方案,如调整边坡角度、加固措施等。

需要注意的是,这里的算例仅供参考,实际应用中可能需要根据具体工程背景和需求进行调整。

同时,PFC软件具有丰富的参数设置和灵活的计算功能,可以根据需要进行更为详细的分析。

地震荷载下反倾层状岩质边坡倾倒变形破坏规律及数值模拟研究

地震荷载下反倾层状岩质边坡倾倒变形破坏规律及数值模拟研究

地震荷载下反倾层状岩质边坡倾倒变形破坏规律及数值模拟研究随着地震活动的加强,边坡变形破坏问题日益受到重视,而反倾层状岩质边坡的变形破坏问题是工程重大的安全隐患。

为了对反倾层状岩质边坡的变形破坏规律有更深入的了解,本文以地震荷载下反倾层状岩质边坡倾倒变形破坏规律为研究目标,结合数值模拟分析技术,研究反倾层状岩质边坡的变形破坏特点,构建的边坡变形破坏的数学模型,探讨了反倾层状岩质边坡变形破坏规律及其机制。

一、反倾层状岩质边坡的基本特性反倾层状岩质边坡是指由反倾型岩层所组成的单面边坡,比较常见于孤立山脚或峰顶,具有极强的抗剪切能力,形成较大的地层破坏及崩塌,唯独反倾层状岩质边坡在构造上有较大的不稳定性,经受地震荷载作用,会发生变形破坏,因此引起了一系列的安全隐患。

二、反倾层状岩质边坡变形破坏特点反倾层状岩质边坡在受地震荷载作用时,会发生较大的变形破坏,主要表现为边坡下部出现大片滑移,上部变形破坏加剧,沿反倾层大面积错移变形,形成长体状块状倾倒破坏,且变形破坏区域大小依据受力状态及反倾层构造参数有所区别。

三、数值模拟计算针对反倾层状岩质边坡的变形破坏,本文采用数值模拟的方法,建立集体三维有限元模型,通过变形有限元分析,分析反倾层状岩质边坡在不同荷载作用下变形破坏特性。

计算结果表明,边坡受地震荷载作用时,反倾层下部会发生大片滑移,随着荷载作用的加剧,滑移量会逐渐增大,长体状块状变形装入的深度也会出现相应的变化趋势,滑移量及变形破坏的深度都会受反倾层构造参数的影响。

四、反倾层状岩质边坡变形破坏规律及机制探讨根据数值模拟分析结果,反倾层状岩质边坡在受地震荷载作用时,主要表现为边坡下部出现大片滑移,上部变形破坏加剧,沿反倾层大面积错移变形,形成长体状块状倾倒破坏等特征;而其变形破坏规律主要受反倾层构造参数及受力情况影响。

由此可以推断,如果可以控制反倾层构造参数及受力状态,则可以有效避免反倾层状岩质边坡的变形破坏,进而达到安全可靠的边坡稳定性。

高边坡治理实体有限元数值模拟及方案比选

高边坡治理实体有限元数值模拟及方案比选

0引言对于土质边坡高度大于20m 、小于100m 或岩质边坡高度大于30m 、小于100m 的边坡,其边坡高度因素会对边坡稳定性产生重要影响,边坡防护加固工程需进行专项设计,这些边坡工程被称为高边坡工程。

高边坡治理在公路、市政及房建工程中广泛存在,边坡稳定性一旦遭到破坏,将造成巨大的生命和财产损失。

因此,高边坡治理成为影响工程顺利开展的重要环节。

由于项目存在高风险性,设计时应对高边坡治理的多个方案进行综合论证。

国内学者针对高边坡治理进行了大量研究。

王恭先[1]对滑坡性质及治理方案进行深入研究,提出确定防治方案应考虑的4个因素和不同类型滑坡的治理方案,为预防及处理高边坡和路堤填方引起的“工程滑坡”提供了参考。

石广斌等[2]根据边坡崩塌后揭露的地质构造特性,分析高边坡的崩塌机理,并在此基础上拟定加固方案,用极限平衡法对锚索锚固力进行优化,用二维接触非线性有限元法分析边坡岩体与混凝土框架之间的相互作用,不仅提高了边坡岩体的安全度,而且获得了良好的经济效益。

目前,针对边坡治理大多采用二维有限元分析法,对于场地及边坡形式简单的施工场景,尚能较好地满足工程安全性的要求。

但是,当场地、边坡形式及荷载的空间关系相对复杂时,二维有限元分析法则存在局限性,难以真实地模拟现场实际情况。

本文介绍的工程项目的岩质边坡高度为30m ,在其上修建12.8m 的填土边坡及支挡结构,由于周边有道路及学生宿舍,空间关系复杂,安全性要求较高。

为更准确地模拟该高边坡工程的治理方案,本文建立实体有限元模型,分析各方案的安全性及经济性,从而确定最合适的方案,并通过监测结果验证有限元模拟的正确性。

1工程概况及治理方案设计本工程位于云南昭通某中学南侧场地(如图1所示),场地东南角分别为2级高边坡及深沟谷,宿舍(5层)紧邻第二级边坡,最短平面距离约8m ,因此工程对边坡稳定性及位移的要求非常高。

第一级边坡坡顶标高为1742.00m ,第二级边坡坡顶标高为1754.80m 。

数值模拟分析在有色金属矿山爆破安全中的应用综述

数值模拟分析在有色金属矿山爆破安全中的应用综述

管理及其他M anagement and other数值模拟分析在有色金属矿山爆破安全中的应用综述曾华姣摘要:随着国民经济和计算机模拟技术的迅猛发展,爆破工程在各行各业的应用越来越广泛,随之产生的爆破震动、粉尘、冲击波等安全问题也日趋严峻,为了更好的解决其面临的问题和挑战,工程专家、研究学者将数值模拟分析技术应用到爆破行业中。

本文通过分析国内外有色金属矿山爆破、数值模拟技术的发展现状,研究数值模拟在有色金属矿山爆破中的爆破震动、爆破粉尘、爆破冲击波、爆破设计、超深等的应用情况,并总结数值模拟方法在有色金属矿山爆破安全中的应用优势及局限,供同行参考。

关键词:数值模拟;有色金属矿山;爆破安全;应用综述爆破工程就是利用炸药爆炸释放的能量,对周围介质进行抛掷破坏,达到特定工程目的的作用。

近几十年来,随着国家经济的高速发展,有色金属矿山对爆破工程的依赖越来越严重,其面临的新问题越来越多,面对的挑战越来越严峻,导致的诸如爆破地震、粉尘、环境破坏、坍塌失稳等问题也越来越严重,面对新挑战、新问题,传统的材料设备、研究方法、实施手段也跟不上时代的步伐,爆破行业在设备、炸药、爆破器材、方法、技术的改革势在必行。

在爆破行业改革如火如荼、发展日新月异的同时,计算机科学技术也在突飞猛进的发展,在信息化高速发展的大数据时代,随着计算机模拟技术的出现,很多工程专家、研究学者将目光放到了数值模拟上来。

数值模拟是通过计算机对具体问题利用图像直观展示出来,解决工程中存在的问题。

很多专家学者通过模拟研究,很好地解决了有色金属矿山工程项目中存在的复杂问题,比如在井下爆破中,通过利用数值模拟分析爆破时对围岩产生的应力的研究,大大降低了因爆破带来的围岩失稳问题;比如在露天爆破工程中,通过对爆破地震波的模拟分析,保护了项目周边的建筑物构筑物,降低了扰民问题;再比如通过对堵塞的模拟研究,使得爆破产生的有毒有害气体极大降低,保护了环境等。

数值模拟在有色金属矿山爆破工程中的应用,给行业带来了极大的好处,当然由于其存在的局限性,也带来了相应的问题,如何让数值模拟更好的服务于有色金属矿山爆破行业,是爆破行业今后发展的一大方向。

某路堑岩质高边坡稳定性的三维动态仿真模拟及其优化治理

某路堑岩质高边坡稳定性的三维动态仿真模拟及其优化治理

某路堑岩质高边坡稳定性的三维动态仿真模拟及其优化治理摘要:在高速公路建设过程中,路堑岩质高边坡稳定性问题日益凸现了出来。

采用离散化的数值模拟技术来模拟分析该类高边坡的稳定性并据此提出合理、经济的防护治理措施是目前解决这一难题的有效途径之一。

本论文结合京珠高速公路某路堑边坡,利用FLAC3D三维动态仿真模拟分析了该边坡第二次滑塌过程及形态,并用以指导其治理变更设计,取得了较好的工程治理效果。

关键词:岩质高边坡稳定性三维动态仿真治理措施当高速公路穿越丘陵地区时,开山所产生的路堑岩质高边坡稳定性问题日益凸现。

在路堑岩质高边坡形成后,其稳定性受坡角、坡形及不利结构面组合形式的影响,易产生坡面变形,甚至失稳破坏。

然而影响边坡岩体稳定性的各因素之间的相互作用及其对边坡稳定性的影响程度和影响形式目前都无法采用解析的方法进行定量求解,采用数值模拟技术来分析评价该类高边坡的稳定性并据此提出经济合理、技术可行的支挡措施是解决这一难题的有效途径之一。

1 工程地质条件京珠高速公路湖北大悟段属丘陵地貌地区,第四系覆盖少而薄,基岩主要为元古界红安群变质岩。

其中K34段位于寰水河左岸谷坡地带,山坡较陡,坡度较大。

线路附近山顶高程141.2~147.7m,寰水河底高程51m左右,天然坡高90~96m。

该段斜坡因兴修公路和开采石料,坡形较为复杂,呈陡缓相间,但整体看上陡下缓,平均坡角30°~40°,上部较陡处达45°~60°。

斜坡结构属逆向坡。

斜坡在长期侵蚀剥蚀作用下,因卸荷回弹岩体松胀破裂,致使地应力释放。

据经验类比,坡体卸荷带深大于30m。

K34段层片理倾向150°~180°,倾角上陡下缓,斜坡上部倾角25°~36°,中下部为42°~53°。

K34段节理裂隙较发育,其中频数较多的有以下4组:(1)倾向266°~286°,倾角63°~73°;(2)倾向224°~240°,倾角24°~38°;(3)倾向98°~124°,倾角78°~80°;(4)倾向350°~24°,倾角44°~53°。

公路边坡工程的开挖全过程的有限元仿真

公路边坡工程的开挖全过程的有限元仿真

公路边坡工程的开挖全过程的有限元仿真摘要:近几年随着国家基本建设力度的加大和西部大开发的进行,高等级公路修建在我国方兴未艾,尤其是高速公路建设工程中所遇到的岩质边坡稳定性问题也相应地增多。

由于公路路线一般较长,经过的地形、地质条件比较复杂,边坡的稳定性是保证道路正常运行的关键,因此一直以来是公路建设中的一个值得关注的问题。

因此,研究边坡的稳定性,对于如何预防边坡失稳,以及对失稳边坡进行治理,具有非常重要的现实意义。

本文主要运用数值模拟技术对公路边坡建立有限元模型,模拟了公路边坡的应力和位移分布情况,并进一步分析边坡坡度及边坡形式对边坡本身稳定性的影响。

关键词:力学边坡稳定性分析数值模拟有限元分析1 公路边坡稳定性分析在传统的力学分析中我们知道边坡稳定性分析([1] [2])是和土压力研究和地基承载力研究一起发展起来的。

18世纪,库仑提出了计算土压力的方法,宣告了土力学科的诞生。

而朗肯在以墙后土体各点处于极限平衡状态的基础上为依据,找到了计算主动土与被动土压力的途径,而后推广到地基承载力和边坡稳定性分析中,进而形成了一套体系,就是我们常见的极限平衡法。

极限平衡法是以摩尔~库仑强度准则基础建立起来的,其关系式如下:为了揭示开挖过程的边坡稳定性,采用有限单元法进行不同状况下的数值模拟。

因主要考虑静态自重作用下的边坡受力及变形情况,因此采用位移法对不同形态的边坡作数值分析。

通过数值计算,分别对开挖过程边坡的稳定情况从水平位移、竖向位移、及各个方向的应力大小等方向进行评价,本文主要分析研究了传统的挡土墙对边坡的稳定的影响。

为了便于对计算结果的统一分析,必须对土质、受力条件、基本参数等做必要的简化([3] [4])。

2 公路边坡建模分析该公路高边坡的断面图如图1所示,图中Ⅰ、Ⅱ表示地层的围岩类别(其参数弹性模量GPa,泊松比,容重kN/m3分别为1.2和2.2,0.47和0.37,17和20)。

工程的防护体系由A、B、C、D、E五部分构成。

高边坡稳定及变形机理的数值模拟分析

高边坡稳定及变形机理的数值模拟分析

收稿日期:2004203210・岩土工程・高边坡稳定及变形机理的数值模拟分析陈玉祥1,王 霞1,刘少伟2(1油气藏地质及开发工程国家重点实验室(西南石油学院),四川成都,610500;2中国矿业大学(北京校区)资源与安全工程学院,北京,100083) 摘 要:通过对京珠高速公路某高边坡地质背景的详细分析,指出了边坡现状及存在的问题。

利用有限元方法建立边坡有限元地质力学模型,以现场调查资料为边界条件进行计算,结果以图形方式输出。

通过模拟分析边坡开挖过程中的应力场、位移场及塑性区分布情况,重点考察采用不同支护方案时第2排桩的变形和位移发展过程,研究开挖过程中边坡的变形破坏机理,为弄清事故原因,制定合理的边坡治理方案提供理论依据。

关键词:数值模拟;计算模型;边坡;治理方案 中图分类号:U41815+2 文献标识码:A 文章编号:100226029(2004)0520036203 数值模拟计算作为一种岩土力学状态分析的工具,已为学术界和工程界所广泛接受。

它主要用于岩土工程中分析区域力学性质、变形机理以及对研究区域各种力学性质的反演[1]。

应用这种方法,可以方便有效地显示被模拟区域或岩体的各种性质,包括位移场、应力场和变形场。

通过现场实际地质资料调查,建立地质力学模型,合理变换力学参数,进行数值模拟计算,得到不同方案的区域边坡各种力学性质的图形数据和文本数据,进而可弄清边坡产生破坏的机理,为制定边坡的合理加固方案提供依据。

我们在对京珠某高速公路高边坡进行数值模拟分析时,采用东北大学研制开发的RFPA2D 有限元软件[2]。

该软件充分考虑了岩石破裂过程中伴随的非线性和非均匀性等特点,在计算时认为当单元应力达到破坏的准则时发生破坏,对破坏单元进行刚度退化处理,可以以连续介质力学方法处理物理非连续介质问题。

1 边坡现状与地质背景京珠高速公路某高边坡原设计为六级平台、七级斜坡,一级和四级平台处设有两排抗滑桩,抗滑桩中间加挡板。

基于数值模拟的南京市某边坡稳定性分析及治理方案设计

基于数值模拟的南京市某边坡稳定性分析及治理方案设计

基于数值模拟的南京市某边坡稳定性分析及治理方案设计发布时间:2022-09-20T08:05:34.576Z 来源:《建筑创作》2022年第4期第2月作者:史建勇[导读] 以南京市某边坡为研究对象,根据边坡的地质特征,分析了边坡的失稳机理。

史建勇中煤长江生态环境科技有限公司江苏南京 210000摘要:以南京市某边坡为研究对象,根据边坡的地质特征,分析了边坡的失稳机理。

并基于有限元软件,建立边坡数值计算模型,模拟边坡在天然状态、降雨及地震工况下的稳定性。

首先,在天然状态和降雨工况下,计算得到边坡的安全稳定系数分别为1.05和0.98,说明边坡处于欠稳定、不稳定状态,且降雨可以降低边坡的稳定性。

同时对比分析了不同组合工况下边坡的稳定性和动力响应。

结果表明,在降雨和地震的共同作用下,指出边坡可能发生滑坡的薄弱位置,提出治理方案与措施,为同类工程提供参考。

关键词:边坡;失稳机理;数值模拟;稳定性分析;锚杆;挡土墙Stability analysis and treatment scheme design of a slope in Nanjing based on numerical simulation Shi JianyongChina Coal Changjiang Ecological Environment Technology Co.Ltd Nanjing, Jiangsu 210000 Abstract: The paper takes a slope in Nanjing as the research object. According to the geological characteristics of the slope, the instability mechanism of the slope is analyzed. And based on finite element software, a numerical calculation model is established to simulate the stability of the slope under natural conditions, rainfall and earthquake conditions. First, under the natural state and rainfall conditions, the calculated safety and stability coefficients of the slope are 1.05 and 0.98, respectively.The results indicate that the slope is in an unstable state, and rainfall can reduce the stability of the slope. At the same time, the stability and dynamic response of the slope under different combined working conditions are compared and analyzed. The results show that, under the combined action of rainfall and earthquake, the weak position of the slope where landslides may occur is pointed out, and the treatment plan and measures are put forward which provides reference for similar projects.Keywords: slope; failure mechanism; numerical simulation; stability analysis; anchor; retaining wall0 引言随着城市建设的高速发展,工程建设中遇到边坡的数量和规模日益增多,其相关地质灾害也给工程建设、周边居民的生活和财产造成巨大的影响。

地下工程的边坡稳定性分析与防控

地下工程的边坡稳定性分析与防控

地下工程的边坡稳定性分析与防控地下工程边坡稳定性是指地下工程的边坡在施工和使用过程中是否能够维持稳定的性能。

对于地下工程来说,边坡稳定性分析和防控是十分重要的,它直接关系到工程的安全性和持久性。

本文将从地下工程边坡稳定性的分析方法、常见失稳机制以及防控措施等几个方面进行讨论。

一、分析方法地下工程的边坡稳定性分析可以采用多种方法,常见的有经验法、力学方法和数值模拟等。

经验法是依靠经验总结来进行稳定性分析,具有简单、快捷的特点,适用于一些复杂度较低的工程。

力学方法是利用力学原理对边坡进行力学分析,包括切平衡法、极限平衡法、有限元法等,适用于复杂的岩土体结构。

数值模拟法是利用计算机对边坡进行模拟和分析,能够考虑不同因素的综合作用,是目前较为先进的分析方法。

二、常见失稳机制地下工程边坡的失稳机制多种多样,常见的有滑移、倾覆和变形等。

滑移是指边坡在承受外力作用下产生水平位移的现象,主要受到坡度和地下水位等因素影响。

倾覆是指边坡发生沿垂直于坡面方向的翻倒现象,主要受到土壤强度、坡面几何形状等因素影响。

变形是指边坡在施工和使用过程中发生形状或体积的变化,主要受到岩土体的力学特性和工程质量等因素影响。

了解常见的失稳机制有助于我们针对性地采取防控措施。

三、防控措施为了保障地下工程的边坡稳定性,需要采取一系列的防控措施。

首先,要进行完善的勘察设计工作,充分了解边坡的地质地貌特征、地下水情况和岩土体力学性质等,为后续的分析和防控提供准确的数据基础。

其次,要根据边坡的特点采取相应的加固措施,如加设护坡、设置排水系统和加固土体等。

同时,还需要进行定期检测和监测工作,及时发现并处理潜在的问题。

在进行地下工程边坡稳定性分析和防控时,还需要综合考虑工程的投资成本和效益收益。

有时在边坡稳定性的分析中,可能会出现在一定范围内接受一定的风险的情况。

这时,需要确定目标风险水平,并在合理的范围内采取相应的安全预防措施。

总之,地下工程边坡稳定性的分析和防控是确保地下工程安全和可持续发展的重要环节。

深挖岩质边坡有限元数值模拟

深挖岩质边坡有限元数值模拟

深挖岩质边坡有限元数值模拟
秦浩;陆阳;闫振;张华
【期刊名称】《四川建筑》
【年(卷),期】2006(026)001
【摘要】以西攀高速公路K132+560深挖岩质边坡为例,利用有限单元法研究了断层破碎带穿过岩质边坡的稳定性,同时比较了分5级开挖和一坡到底开挖两种方案的效果,得出了比较符合实际的结论.
【总页数】2页(P74-75)
【作者】秦浩;陆阳;闫振;张华
【作者单位】西南交通大学土木工程学院,四川成都,610031;西南交通大学土木工程学院,四川成都,610031;西南交通大学土木工程学院,四川成都,610031;西南交通大学土木工程学院,四川成都,610031
【正文语种】中文
【中图分类】U213.1
【相关文献】
1.抗滑桩不同加固部位对岩质边坡稳定性影响研究——以某含软弱夹层的岩质边坡为例 [J], 马志勇
2.岩质边坡分析方法讨论及基于颗粒流方法的岩质边坡破坏案例分析 [J], 牛冠超;夏峰;
3.基于弹塑性有限元的深挖路堑碎裂岩质边坡稳定性分析 [J], 秦浩;陈千寻;张华
4.冰劈作用对加剧微裂隙岩质边坡破坏性的机制研究
——以红原气候及地质条件下的岩质边坡冰劈为例 [J], 彭辉
5.岩质边坡稳定性有限元数值模拟分析 [J], 陈全明;任光明;张海平;王军;唐尧因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。

边坡稳定性分析的数值模拟

边坡稳定性分析的数值模拟

1・FLAC 数值模拟上机题计算模型分别如图1、2、3所示,边坡倾角分别为30。

、45 °、60。

,岩土体参数为:密度p 二2500 kg/n?,弹性模量E = 1 x 108 Pa,泊松比卩二0.3,抗拉强度ct 二0.8 x 106 Pa,内聚力C 二4.2x 104 pa ,摩擦角 17°,膨胀角△二 20°。

试用FLAC/软件建立单位厚度的计算模型,并进行网格剖分,参数赋值,设定合理的边界条件,利 用FLAC 3D 软件分别计算不同坡角情况下边坡的稳定性,并进行结果分析。

附换算公式:331 kN/m = 100 kg/m剪切弹性模量:图1倾角为30。

的边坡(•单位:、m ))F 图2倾角为45 ’的边坡(单位:m )9X ---------------------------------------------------1 __________ 109__________图3倾角为60」的边坡(单位:m )实例分析:1)坡角为30。

时的边坡情况:25.36■4010Q4048.452体积弹性模豊FLAC3D 3.00Se!tif>as: Mcoe< Perspectr/e 16:5O 15 Sal JLH07 2008Center:Elation:X: 5.000^001X: o ooo 丫:Y: 0.000Z 3-OOOe^OOl z:o.oa)D«: 2.77564002Mag.: iAro : 22.500eerier:Roialion X: 5 (X064001 X: o ooo Y: i.COOe*000 Y: 0.000Z 3.000e.001 Z: 0.000 DiSl:2-775e^ OOMaa,:1Ang: 22500计算代码(模式)new ;开始一个新的分析gen zone brick pO 0 0 0 pl 100 0 0 p2 0 2 0 p3 0 0 40 &size 50 1 10 gen zone brick &;生成下面的矩形,沿x、y、z二房向分为50, 1,10分pO 40 0 40 p1 100 0 40 p2 40 2 40 p3 74.64 0 60 &p4 100 2 40 p5 74.64 2 60 p6 100 0 60 p7 100 2 60 &size 30 1 10;生成上面的梯形,沿X 、y、z二房向分为30,1,10分fix z range z -0.1 0.1fix x range x -0.1 0.1fix x range x 99.9 100.1fix y range y -0.1 0.1fix y range y 1.9 2.1model mohrprop coh=4.2e4 ten=8e5 fric=17;固定模型底面;固定模型左面;固定模型右面;固定模型前面;固定模型后面;库伦摩尔模型;力学参数赋值ini den s=2500set gra=0,0,-9.8prop bulk 8.3e7 shear 3.85e7 ini zvel 0ini xdisp 0 ydisp 0 zdisp 0 plot create slope ;重力设置乂方向初始速度为°X y Z方向初始位移为仓IJ 建一个斜坡添加坐标轴plot add axes plot add block plot show solve fos file slope3dfos.sav associated强度折减法求解FLAC3D 3.0 025701 M 8ei Per spec ttv e22:14 18 sal Jun 07 2006SurfaceM 啣ac ■ O OOOe. 000Velocityf/ ac im im - 4.906e 007Lines ty e图4网格剖分图图5速度矢量图FLAC3D 3.00 Step 2570i Mo<3e< Perspective 22:l7:l7SalJun07 200er L A u u n.uu$top 2S701 M odd Per spectrv e 222036SalJ un 07 2038Cemer: Rotation:XrS OOOe-OOl X: 0.000Y: 1.0004000 Y: 0.000Z: 30006.001 Z: 0830«: 2.77564002 Mag. 1。

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第3 期
周 鹏等 复杂条件下岩质边坡施工过程数值模拟

1 工 程地 质 条 件
11 工程 地质 概况 .
工程为 1 栋高 9 .m的住宅建筑 , 9 5 位于重庆市渝 中区龙家湾。场地处于一凹形阶梯状斜坡地带 , 基岩
整体性好 , 裂隙不发育 。基坑西南侧开挖线外 6 m处有一条石挡墙 , 高约 6 。挡墙顶部为高约 8 m m的斜
F g 2 T p c l l p e t n p a eo o t — e t o sr c in st i . y ia o e s ci ln f u h w s n tu t ie s o s c o
2 边 坡开挖数值模拟 与结果 分析
21 数值分析模型的选取 . 由于该段边坡长度较大 , 可简化为二维平 面应变问题模拟计算 采用图3 , 所示模型简图对开挖过程
中图分类 号 : U 5 T 47
文献标 志码 : A
Nu rc l i l t no o sr ci n P o e sfr c l p n e mp i ae o d t n me a mu ai f n t t r c s kS o e u d r i S o C u o o Ro Co l t d C n i o s c i
图4 L C 计算模型 F A
F g 4 Co u a in d l f L ’ i. mp tt a mo e AC 。 ol oF









块 体 及 网格 单 元 采 用 摩 尔 一 伦 模 库
表 1 边 坡 岩 体 力学 参 数
Ta . Me h n c c o s f lp b 1 c a isf t r o e a os
重点分析开挖后边坡的稳定性及坡体位移场。
图 1 场地西南侧平面 图( 单位 : m)
F g 1 S u h w s l n f o sr c in st i . o t — e t a eo n tu t i p c o e
图2 场地西南侧边坡典型剖面图( 单位 : m)
第 2 卷第 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 8 期
2 1年 5 02 月








Vo . 8No 3 I2 . M a 0 2 v2 1
J OURNALOFLOG S I AL E I T C NGI NEE NG VERST RI UNI I Y
文 章 编 号 :6 2—7 4 (0 2 0 —0 0 17 8 3 2 1) 3 0 6—0 5
di1. 9 9 .sn 17 o:0 3 6 ̄ i . 6 2—7 4 . 0 2 0 . 0 s 8 32 1 . 30 2
复杂条件下岩质边坡施工过程数值模拟
周 鹏, 吴曙光 , 朱博 莉
( 重庆 大 学 土木 工程 学院 , 庆 4 04 ) 重 00 5 摘 要 为 研 究基 坑 开挖 时的 变形 、 定性 及 对坡 顶 建 筑物 的 影 响 , 实际工 程 为 稳 以
坡 , 度 约 6 。距 斜 坡顶 部 约 2m处 即为 一 栋 8 高 的 宿舍 楼 , 面 图如 图 1 坡 0, 层 平 所示 。斜 坡 岩体 主要 由泥岩
和砂岩构成 , 现状稳定 。根据设计标高开挖整平后 , 此处边坡分两阶, 上阶开挖高度为 5 下阶开挖高度 m,
为 1.n, 要 由部 分 中风 化 、 风化 基 岩及 填 土层 构 成 , 45 l主 强 岩层 倾 角 1。属 于 顺层 边坡 。此段边 坡 对研究 7,
涉及坡顶紧邻建筑物的边坡工程具有代表意义 , 在工程施工过程中应给予足够重视。
12 稳定 性分 析 .
西南 侧边 坡 直立 开 挖后 呈上 下 两阶 , 其典 型 剖面 如 图 2 所示 。钻 探揭示 , 岩层 内部有 中风 化泥 岩和砂
岩交替存在的较弱夹层 , 由于此软弱夹层 的存在可能影响边坡开挖后的稳定性 , 需对此处边坡进行稳定
性分析。采用传递系数法计算稳定性系数 。按《 工程地质勘察报告》 建议 , 岩体重度取 2 .k /。软弱夹 6 m, 2N
层抗剪强度指标 c5 P , 1o =0 a k = 8 。经计算 , 上阶边坡稳定性系数为 1 3 , . 5下阶边坡稳定性系数为 1 2 , 1 . 9 1
均 处 于 欠稳 定 状 态 , 得 到支 护 。为 了避 免边 坡 开 挖对 坡 顶 已有 宿 舍楼 和条石 挡 墙造 成 的不 利 影 响 , 需 需
例 , 用 数值 模拟 分析 方 法 , 运 对含 有 软 弱 夹层 的顺 层 岩质 基 坑 边坡 在 直 立开挖 与 支护过
程 中的位移场、 应力场及对坡顶建筑物影响进行 了动 态模拟分析。研 究结果表明 : 开挖 过 程 中, 体 卸荷 引起 变形 , 岩 支护 结构 可 以限制 变形 的发 展 , 开挖 面 处岩体 失 去原 有 限制
w ih l a s t i h t n i t s r a n t et p o e so e a d n a h x a ai n s ra e L r e h a te s t a r d c si h c e d h g sl sr sa e si f h lp n e r e e c v t u f c . a g rs e rsr s tp o u e n o e e e h o t t o h t esr cu ef c c e e t e d e e i g o o ee c v t n Af re c v to ,h t s e t i i gwal sa l h d i e h t t r a e i r a swi t e p n n f l p x a a i . t x a ai n t esr sn a r an n l t b i e n t u n s hh s o e e r e e s h u p rso ed s i a e ,n eu e e e t me t p e r t h po o e p e lp isp t s a d t n v n s t e n p a sa et f l p . h l a t o s
杂 条件 下岩 质边坡 直立 开 挖与 支护 过程数 值模 拟分 析 。
收 稿 日期 :020— 6 2 1— 2 1 基金项 目: 中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(DZ 1 000 ; C JR0 02)长江学者和创新团队发展计划资助项目( T05 2 I 14 ) R 作 者简 介 : 鹏, 硕士生, 周 男, 主要从事岩土工程研究。
Z HOU P n W U S u g a g Z e g, h , u n , HU B - ol i
( o eeo iiE gne n , h n qn nv r t, h n qn 0 0 5 C ia C l g Cvl n ier g C o g igU i s y C o g ig 0 4 , hn ) l f i ei 4
发生卸荷回弹 , 使得边坡顶部 和靠近开挖 面处 出现拉 应力集 中区, 层状岩体的软弱夹层 处会 产生较 大的剪应 力, 并随着开挖加深 而增大; 开挖后边坡顶部 已建挡墙附近应力消
散 , 顶 产生 不均 匀沉 降。 坡 关键 词 岩质 边坡 ; 开挖 ; 支护 ; 数值 模 拟 ; 弱 夹层 软
Ab ta t T x lr h e o ma in a d sa i t f o n ain p tso e a d t eri f e c n t e b i i g tt e t p o sr c o e p o e t e d f r t n t b l y o u d t i l p n h i n u n e o h u l n s a h o f o i f o l d so e d rn x a a in, r ci a n i e r g i n lz d t u rc l i lt h ip a e n n h te s f l fr c lp u g e c v t i o a p a t l e gn e i sa ay e o n me al smu a e t e d s l c me t d t e sr s ed o o k c n i y a i so e c n an n o t n el y rd r g e c v t n a d s p otn r c s , n h i fu n e n t e b i i g t h o fso e l p o t i i g s f i t r e u n x a ai n u p r g p o e s a d t e ri l e c so h u l n sa e t p o l p . a i o i n d t T e r s l h w a u n x a ai n,h e d o e d f r t n, ih i a s d b e u la i go c s , a elmi d h e u t s o t t r ge c v t s h di o t et n f h e o ma i wh c c u e yt n o d n f k ma s c n b t r t o s h o r i e w t u p ri g me s r sb i gt k n Un o d n e o n c u si s n t e fc f h x a ai n b c u e o srci n o t i s p o n a u e en e . l a i g r b u d o c r n ma si a e o e e c v t e a s f e t t sl s , h t a h t o r i o
Ke w r s r c l p e c v t n s p o ; u rc i l t n s f i t r y r y o d o k so e; x a ai ; u p r n me i a smu ai ; o t n e l e o t l o a
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