岩质高边坡开挖变形的三维离散单元法分析

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岩体动静力稳定分析的三维离散元数值模型

清华大学学报(自然科学版)18 20 1996年第36卷Journal of T singhua U niversity(Sci&T ech)第10期第98～104页　岩体动静力稳定分析的三维离散元数值模型3鲁　军,　张楚汉,　王光纶,　金　峰清华大学水利水电工程系,北京100084文　摘　离散单元法是一种适用于不连续岩体稳定分析的数值方法,可用于模拟岩体的大变形及系统的失稳破坏过程。

提出了一种可用于岩体动静力稳定分析的三维离散元模型的凸多面体角边修圆模式及接触关系检测算法,此法将接触区域分为角区域、边区域和面区域,采用分级检索。

对于接触刚度、阻尼系数、时步等参数作了讨论,同时建立了相应的动力学模型,并验证了振动台上的两刚块振动实验结果。

结果表明:计算所得的加速度、位移过程曲线与试验结果吻合较好。

该模型可分析在静力与动力作用下岩体的大变形失稳过程。

关键词　离散元;刚体动力学;岩体稳定分类号　TV35离散单元法是一种适用于不连续岩体稳定分析的数值方法[1,2],已经应用于岩土、矿山、地下工程等方面。

离散单元法的最大特点是允许单元之间的相对运动,不需要满足位移连续和变形协调条件,因此它可以模拟系统的大变形以及系统的破坏过程。

与二维离散单元法相比,三维离散单元法的重点在于岩体自动剖分及接触关系检测与动力学模型的建立。

目前,二维离散元模型已在我国岩石力学工程中得到了一定的应用,但三维离散元方法在国内未见到应用实例。

本文建立的三维刚性体离散元模型对多面体岩块进行了角边修圆,能较好地确定单元接触作用的方向。

用中心差分的动力松弛法求解静力问题,使得动静力分析统一在一个模型之中。

1　模型1.1　凸多面体接触关系分类及角边修圆处理在三维离散单元中,块体之间的接触关系可分为角面、角边、角角、边边、边面、面面6种接触模式,其中以角面、角边、角角、边边接触为4种基本模式。

而边面接触可以分解为边边或角面接触或两者之和。

边坡变形三维实体预测方法的研究

边坡变形三维实体预测方法的研究边坡变形是造成山体滑坡、崩塌等地质灾害的主要原因之一。

为了准确预测边坡的变形情况，提前采取有效的防灾措施，许多学者和工程师开始研究边坡变形的三维实体预测方法。

边坡变形的三维实体预测方法主要包括以下几个方面。

首先，需要对边坡进行详细的地质勘探和调查，获取边坡的地质、地质力学参数等相关数据。

其次，通过数学模型和计算方法来分析边坡的受力、变形机理等。

最后，结合实际监测数据，进行模型的验证和修正，得出准确的边坡变形预测结果。

在地质勘探和调查方面，可以采用钻孔、测斜仪、地震勘探等方法，获取边坡的地质结构、土层厚度、岩性、裂隙状况等信息。

这些信息对于后续的数学模型建立和计算分析至关重要。

在数学模型建立方面，可以采用有限元法、边界元法等方法，建立边坡的力学模型。

通过建立合适的边界条件和应力荷载，可以模拟边坡在不同工况下的受力情况。

同时，还需要考虑边坡的非线性特性、土体的本构模型等因素，以提高模型的准确性。

在模型验证和修正方面，可以利用现场监测数据，对模型进行验证。

通过对比实测数据和模型计算结果，可以评估模型的准确性，并进行修正。

同时，还可以利用敏感性分析和参数优化等方法，提高模型的精度和可靠性。

边坡变形三维实体预测方法的研究对于减灾防灾具有重要意义。

通过准确预测边坡变形情况，可以及时采取有效的防灾措施，保护人民的生命财产安全。

然而，需要注意的是，边坡变形预测是一个复杂的问题，涉及多个学科的知识和技术。

因此，需要进一步加强多学科的合作和交流，提高边坡变形预测方法的研究水平。

同时，还需要加强对地质环境的监测和研究，提高边坡变形预测的可靠性和准确性。

总之，边坡变形三维实体预测方法的研究是一个具有挑战性和实用价值的课题。

通过不断的理论研究和实践探索，相信在不久的将来能够开发出更加准确、可靠的边坡变形预测方法，为减灾防灾工作提供更好的技术支持。

数值分析在岩质高边坡设计中的应用探讨

数值分析在岩质高边坡设计中的应用探讨数值分析是一种利用数学方法和计算机技术进行分析和研究的方法，它在岩质高边坡设计中的应用越来越普遍。

本文将探讨数值分析在岩质高边坡设计中的应用，并对其优缺点进行评价。

一、数值分析在岩质高边坡设计中的应用1. 目前常用的数值分析方法目前在岩质高边坡设计中常用的数值分析方法有有限元法、有限差分法、边界元法和格点法等。

其中，有限元法是一种常见的数值分析方法，它是一种利用有限元离散化来近似求解连续介质力学问题的方法。

在岩质高边坡设计中，有限元法可以模拟边坡受力变形的过程，并通过数值计算得出边坡的稳定性和破坏模式。

2. 数值分析的优点数值分析在岩质高边坡设计中的应用具有以下优点：（1）可以模拟多种设计条件和不同工况下的边坡稳定性和破坏情况，得出最优设计方案；（2）可以分析各种复杂的力学问题，得出边坡的稳定性和破坏模式；（3）可以有效减少试验成本和风险，提高研究效率和准确性。

3. 数值分析的缺点数值分析在岩质高边坡设计中的应用也存在以下一些缺点：（1）数值模型的建立需要大量的观测数据和实验验证，建模时间长且建模精度受到数据采集和处理的影响；（2）数值模型的计算过程需要计算机进行大量的计算，并需要高性能的计算机和软件支持；（3）数值分析只能模拟静力学问题，难以考虑地震、动荷载等非静态荷载的影响。

二、数值分析在岩质高边坡设计中的案例1. 边坡稳定性分析数值分析可以通过建立边坡的数值模型，模拟边坡在不同工况下的变形和变形量，从而得出边坡的稳定性和破坏模式。

有限元法在岩质高边坡设计中的应用比较广泛，如没有偏心荷载条件下的岸坡稳定性分析、矿山采空区围岩稳定性分析等。

数值模拟计算可以模拟出岩体在荷载下发生的移动和变形，根据移动位移和变形量可以判断边坡失稳风险。

2. 边坡破坏机理分析数值分析可以模拟出复杂岩体的破坏机理，深入分析岩体破裂、滑移、崩落等破坏类型。

采用数值模拟分析方法可以结合实际地质情况，模拟出岩体顺向和逆向剪切断裂的特征，确定边坡的破坏模式和破坏机理。

离散单元法在岩土工程中的应用

离散单元法在岩土工程中的应用
离散单元法应用于岩土工程已经有了几十年的历史。

它是一种独立的、易于编程的力学分析方法，为岩土工程的结构地质分析以及整体稳定
性等问题提供了有效解决方案。

离散单元法可以将非对称和不定型的岩土体系拆分成一系列独立的体素，每个体素都可以通过应力/变形分析模型快速计算出来。

它能够更
加准确地反映实际体系的变化情况，因此在岩土工程中的应用非常广泛。

离散单元法用于岩土工程的重要运用之一是建模和计算地基承载能力。

它能够消除对体系内部构造及其对应应力分布的假设，以最准确的形
式表达计算模型中的构造变化状态。

此外，该方法还能够模拟设计或
模型试验中发生的物理现象，有助于深入研究影响体系力学性能的因素，从而更好地预测它们的变形、稳定性等。

此外，离散单元法也可以用于分析各种复杂的岩土体系的滑动稳定性，例如边坡体系、浅基坑成洞体系等。

通过将复杂体系划分成独立的体素，分析师可以模拟量化出各种构造的不稳定情况，从而可以更准确
地预测发生滑动的危险性，为有效的防止和控制滑动提供有力的技术
支持。

综上所述，离散单元法在岩土工程中有着广泛的应用，不仅能够准确
模拟岩土体系的变形和变形模式，还能够有效地预测和控制滑动等不
稳定性现象，从而使得岩土工程更安全、更可靠，发挥出应有的作用。

离散单元法在岩土工程中的应用

离散单元法在岩土工程中的应用
岩土工程是工程中常用的基础工程，是工程中地全面设计和施工的一个基本体系，一
般使用各种土壤类型，以及裁剪围堰等封堵方法来实现岩土工程中地基要求的两个基本要件：坚固性和安全性。

离散单元法(DEM)作为一种用于计算地形运动的计算机模拟技术，
在岩土工程中的应用正逐步得到推广和完善。

离散单元法能够实现全面的动力结构计算，是岩土工程分析和施工的重要工具，能帮
助岩土工程设计师快速预测地形的响应并进行适当的改良，从而节省时间和成本。

离散单
元法应用于岩土工程可以模拟各种响应，包括水文响应、岩土强度特性响应、岩土塑性响
应等，全面指导实际施工。

这一技术可以模拟面坡开挖、泥石流、水下施工、海湾机械疏
浚等场景，实现针对性的设计。

另外，离散单元法还能结合土地利用规划设计，分析开发的不同，甚至可以模拟建筑
物地基桩的埋深和山地开发的变形，全面预测施工后的稳定状况。

由于离散单元法可以模
拟复杂岩土工程，因此也可以用于复杂环境模拟，是系统分析和设计复杂环境的重要方法。

如利用离散单元法，可以模拟污染源的扩散，预测污染的范围和强度，今后设计相应的应
急处理措施，有效改善自然环境，保护资源。

离散单元法在岩土工程中的应用已经成熟，但也仍有不足之处，如难以预料的极端事
件等，其可靠性仍待进一步验证和发展。

岩土工程一直是重要的工程领域，离散单元法会
助力有效进行工程实践，提升工程质量，促进社会和谐稳定。

并且，在离散单元法的应用中，专业技术能力也变得越来越重要，需要专业的岩土工
程技术人员准确定义分析模型，及时的调整计算参数等，以求在实际工程中获得良好的效果。

岩土数值极限分析方法的发展与应用

岩土数值极限分析方法的发展与应用一、本文概述随着科学技术的不断进步和工程实践的日益深化，岩土工程的数值极限分析方法在工程安全评估、优化设计以及风险控制等方面发挥着越来越重要的作用。

本文旨在全面概述岩土数值极限分析方法的发展历程、现状以及未来趋势，并深入探讨其在各类岩土工程中的应用。

本文将首先回顾岩土数值极限分析方法的起源与发展，梳理其从早期的简单理论模型到现代复杂数值分析技术的演变过程。

接着，文章将重点介绍当前主流的数值极限分析方法，包括有限元法、有限差分法、离散元法等，并分析它们各自的优缺点和适用范围。

本文还将探讨岩土数值极限分析方法在岩土工程中的应用案例，如边坡稳定性分析、隧道开挖模拟、地下工程安全评估等，以展示其在实际工程中的重要作用。

本文将展望岩土数值极限分析方法的未来发展趋势，包括技术创新、方法优化、多学科交叉融合等方面，以期为相关领域的研究人员和实践工作者提供有益的参考和启示。

通过本文的阐述，希望能够推动岩土数值极限分析方法在岩土工程领域的进一步发展与应用。

二、岩土数值极限分析方法的发展历程岩土数值极限分析方法的发展历程可以追溯到20世纪中期，随着计算机技术的飞速发展和数值计算方法的不断创新，岩土数值极限分析逐渐成为一种重要的研究手段。

其发展过程大致可以分为以下几个阶段：初期探索阶段：在20世纪50至60年代，研究者开始尝试运用数值方法对岩土体的极限状态进行分析。

当时主要采用有限元法等基本的数值计算方法，对岩土体的应力、应变和位移等进行了初步的探索。

这一阶段的研究虽然较为基础，但为后续的发展奠定了坚实的基础。

方法发展阶段：随着计算机技术的不断进步和数值计算方法的日益成熟，岩土数值极限分析方法在20世纪70至80年代得到了快速发展。

研究者开始尝试运用更加复杂和精确的数值方法，如离散元法、边界元法、有限差分法等，对岩土体的力学特性、破坏模式和极限承载能力等进行了深入的研究。

这些方法的出现极大地丰富了岩土数值极限分析的手段，提高了分析的准确性和可靠性。

软岩路堑高边坡开挖支护过程的三维数值分析

第７第２卷期２１００年６月
长沙理工大学学报（自然科学版）
ＪｕｎｌｆｈｎｓａＵｉｒｉｆｃｎｅａｄＴｃｎｌｇ（ａｕａＳｉｃ）ｏｒａａｇｈｎｖｓｙｏｉｃｎｅｈｏｏｙＮｔｒｌｃｎｅｏＣｅｔＳｅｅ
摘
要：研究软岩边坡在施工过程中的变形以及稳定性，为以广西隆林至百色软岩高边坡为例，用大型岩运
土软件ＦＡＣＤ，边坡在开挖及锚固过程中岩体的位移场、力场及塑性区的变化情况进行仿真模拟和全Ｌ３对应面分析．究结果表明，坡在无支护条件下其局部安全性难以保证，研边整体安全性基本可以满足，坡在及时边支护条件下开挖可以满足安全性要求．关键词：岩高边坡；数值仿真；固效果软锚
ＦＵｎ — ｕｎ，Ｌａ— ｕ，ＩＨｏｇｙａＩＨｕｉＪＡＮＧｈｎ — ｎ。ｙＺｏｇｍｉｇ
（．ｃｏｌｆＴｒｆｉａｄＴｒｎｐｒａｉｎＥｎｉｅｒｎＣｈｎｓａＵｎｖｒｉｆＳｉｎｅａｄ１Ｓｈｏａｆｎａｓｏｔｔｇｎｅｉｇ，ａｇｈｉｅｓｔｏｃｃｎｏｃｏｙｅ
Ａｂｔａｔｓｒｃ：Ｔｏｓｕｈｆｒｔｏｎｄｓａｉｉｙｏｏｔｒｃａｓｓｏｕｉｘｃｖｔｏｔｄｙｔｅｄｅｏｍａｉｎａｔｂｌｔｆｓｆｏｋｍｓｌｐｅｄｒｎｇｅａａｉｎ，

离散元法在某层状岩质边坡中的应用

式中：ｋ一法向刚度系数。 “ 叠合 ”是计算时假设的一个量，将其乘上一个比例系数作为法向力。对于确定的法向力，可以增大ｋｎ的值、减少ｕ的值，而使二者的乘积等于相同的法向力。块体所受的剪切力与块体运动和加载的历史途径有关，所以宜用增量的形式来表达。设两块体之间的相对位移为△ ｕ，
１工程概况滑坡概况：滑坡自然坡度约３２。，＝ｌ８。，滑坡沿主滑方向长约１００ｍ，宽约１５０ｍ，滑体厚度约１３．５０ｍ，滑体面积约１．３５ ×１０４ｍ２，体积约１．３ ×１０ｌ１１３，滑坡地形陡，边界裂缝明显，平面上呈圈椅状。滑坡的岩土构成。根据地质调绘及钻探结果，自上而下分述如下：覆盖层：碎石土：褐、褐黄色，碎石成分为砂质泥岩风化碎块石，一般粒径为５０～１００ｍｍ，最大粒径可达１５０ｉｒｌｌｎ，上部含少量植物根系，结构稍密，场区均有分布，揭露厚度为
则
△ Ｆ・ △ ｕ。（３－（２）
式中：ｋＴｌ一节理的剪切刚度系数。０～ｌ０．８０ｍ。式（３．（１），（３．（２）所表示的力与位移的关系为弹性情况，基岩：为寒武系下统明心寺组（ ∈１ｍ）薄层状砂质泥岩，但在某些情况下弹性关系是不成立的，需要考虑破坏条件。根据风化程度分述如下：ｂ．运动方程一一牛顿第二定律全风化层：灰白、土黄、灰黄色，泥质结构，薄层状，岩根据牛顿第二定律来确定岩体质心的加速度和角加速度，质极软，节理、风化裂隙极发育，岩体破碎，呈碎裂结构，岩进而可以确定在时步△ ｔ内的速度、角速度、位移和转动量。芯呈士状、砂状。厚度为１．１０～ｌ０．８０Ｉｎ，场区均有分布。利用中心差分格式对上两式积分可得什 △ ｔ时间的块体强风化层：灰、灰白、浅灰色，夹弱风化团块，泥质结构，的位移和转角薄层状，岩质软，节理、风化裂隙极发育，岩体破碎，呈散体在每一个时步△ ｔ进行一次迭代，根据前一个时段迭代所结构，岩芯呈砂状、块状。厚度为０～８．４０ｍ，场区均有分布。得到的块体的位置，求出接触力，作为下一次迭代的出发点，２理论分析进而求出新位置。如此进行反复迭代直到平衡状态为止。滑坡现状：滑坡范围内地面裂缝明显，多集中在滑坡后缘，在运动方程中没有包括使问题收敛于稳定解所需要的粘性多为拉张裂缝，裂缝走向与滑动方向近于垂直，其中裂缝最大阻尼，为此需要引进粘性阻尼，以吸收动能，以免系统不停的宽度达２０ｃｍ，垂直位移０．１５～０．２０ｃｍ，长约６７ｍ；南侧裂振荡。缝多呈羽状排列，与滑动方向斜交，自北东向南西消失；滑区在离散元中一般采用质量阻尼或刚度阻尼来吸收系统的动中下部裂缝较少，多呈弧形状；坡口处挂网喷射混凝土后不久，能，当阻尼系统取值稍小于某一个临界值时，系统的振动将尽出现一条弧形裂缝，当前部荷载去除之后，该滑坡将可能产生可能快的速度消失，同时函数收敛于静态值。质量阻尼可以被滑动破坏，该滑坡属于缓倾层状岩质边坡。认为是一系列的粘性阻尼器通过各个块体的形心将各个块体连变形机理：该滑坡符合前面所讨论的缓倾坡的破坏机理。接起来，阻尼器产生与块体速度和质量成正比但与块体速度相当坡前荷载去除之后，边坡岩体将沿下伏软弱面向坡前临空方反的力，以减少块体的绝对运动；刚度阻尼是通过接触点阻止向滑移，并使滑移体拉裂解体。受已有软弱面控制的这类变形，刚体间相对运动的阻尼器。其进程取决于作为滑移面的软弱面的产状与特性。滑移面向临（２）选取参数见表３－１。空方向倾角大于岩层的内摩擦角，在成坡过程中一旦该面被揭表３ — １模拟参数表Ｔａｂ．３－１ＴｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｏｆｓｉｍｕＩａｔｅ露，上部坡面岩体临空，破坏了原坡体的平衡条件，上覆土层容重节粘聚力内摩擦角法向切向及全、强风化岩体失去支撑，坡后缘拉裂面一出现即迅速滑落，（ｋＮ／ｍ３）理（ｋＰａ）（。）刚度刚度这种滑动破坏发展为由坡前向顶缘逐步解体的块状滑坡，而且蠕变过程极为短暂。这也是典型的滑移一拉裂破坏。碎石土２０１ｌ０ｌ８５ ×１０ ’ ４．５ ×１０ ’ 破坏模式：该滑坡将会发生阶梯状的平面滑动破坏。全风化砂判别依据：依据文献［１】滑移一拉裂的判别公式进行判别。质泥岩２３２５０１８９ ×１０５ ×１０由工程概况可知：Ｌ＝１００ｍ，ｂ＝１５０ｍ，＝１８。，Ｃｌ＝３２。。弱风化砂

三维离散单元法及其在滑坡分析中的应用

三维离散单元法及其在滑坡分析中的应用＊Three-dimen sional discrete element method and itsapplication in lan dslide analysis焦玉勇　葛修润　刘泉声　冯树仁(中国科学院武汉岩土力学研究所,武汉,430071)文　摘　介绍了三维离散单元法的基本原理,编制了相应的C语言程序,并对具体的滑坡实例进行了模拟,发现计算结果与已有研究成果较为一致,表明三维离散单元法是一种可以动态模拟山地滑坡行为的比较适宜的数值方法。

关键词　三维离散单元法,滑坡,C程序中图法分类号　T U457作者简介　焦玉勇,男,1968年生,助理研究员,博士。

主要从事岩土力学数值方法研究。

J iao Y uyong　Ge X iurun　Liu Quansheng　Feng Shuren(I ns titu te of Rock an d Soil Mech anics,the Chinese Academy of Sciences,Wuh an,430071)Abstract　The f undament al of thr ee-dimensional discre te eleme nt me thod is intr oduced,a prac tical e xam ple of landslide i s sim ulat-ed with the C progr am developed by the auth ors,and some re asonable results consiste nt to the existing da ta are obtaine d.I t can be concluded that the thr ee-dim ensional discr ete element me thod is a suita ble method to dynamic ally simulate landslide.Key words　thr ee-dim ensional discr ete element me thod,landslide,C pr ogr am1　引言离散单元法是1971年美国学者Cundall提出的一种模拟岩土体非连续大变形的数值方法。

岩土力学与工程离散单元法

这段摘录展示了离散单元法在工程实践中的应用和价值。离散单元法的广泛应用证明了其在实际工程中的有效性和实用性，为工程领域的发展和进步做出了重要贡献。
《岩土力学与工程离散单元法》这本书通过深入剖析岩土力学的复杂性和离散单元法的原理及应用，为读者展现了一个全面而深入的知识体系。书中的精彩摘录只是其中的冰山一角，但足以让我们感受到这本书的魅力和价值。对于从事岩土工程研究和实践的人员来说，这本书无疑是一本宝贵的参考书籍。
目录分析
《岩土力学与工程离散单元法》是一本专注于岩土力学领域，特别是离散单元法（DEM）在岩土工程中的应用的书籍。通过对其目录的详细分析，我们可以对书中的内容结构、主题深度和广度有一个初步的了解。
目录的结构安排反映了作者的写作意图和书籍的逻辑框架。该书的目录首先介绍了岩土力学的基本概念和原理，包括岩土体的物理性质、力学特性以及岩土体在外部作用下的应力、应变和破坏行为。这些基础知识为后续章节中离散单元法的应用提供了必要的理论支撑。
目录还包含了关于离散单元法的发展趋势和前景展望的内容。这部分内容不仅总结了离散单元法在当前的研究和应用现状，还展望了未来可能的研究方向和应用领域，为读者提供了更深入的思考和研究方向。
《岩土力学与工程离散单元法》这本书的目录结构清晰、内容丰富，既包含了岩土力学的基础知识，又详细介绍了离散单元法的原理和应用，同时还展望了未来的发展趋势。这样的目录设计既方便读者快速了解书籍的整体框架和内容要点，也为读者深入学习和研究岩土力学与离散单元法提供了有力的支持。
在阅读这本书的过程中，我深受Cundall P. A.教授提出的离散单元法的启发。离散单元法通过模拟颗粒之间的相互作用和运动规律，能够准确地反映岩土材料在颗粒尺度上的力学特性。这种方法不仅适用于岩石块体力学问题的分析，而且可以广泛应用于土力学领域。

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°。

离散元法及其在岩土工程中的应用综述_王卫华

文章编号:1007-2993(2005)04-0177-05离散元法及其在岩土工程中的应用综述王卫华　李夕兵(中南大学资源与安全工程学院,湖南长沙　410083) 【摘　要】　离散元法是基于不连续性假设的数值方法,它特别适合于求解节理岩体中的非连续性问题。

在介绍离散元法基本原理的基础上,着重对离散元法在岩土工程领域的应用现状作了叙述和分析,并对其发展趋势进行了探讨。

【关键词】　离散元法;岩土工程;数值方法【中图分类号】　T B 115A Review on Fundamentals of Distinct Element Methodand Its Applications in Geotechnical EngineeringWang Weihua Li Xibing(School of Resources and Safe ty Engineering ,Central South U niversity ,Changsha Hunan 410083China )【Abstract 】　The Distinct Element M ethod (DEM )is a discontinuum -based numerical method especially applicable to solve the discontinuity problems in jointed rock mass .Firstly the fundamentals of DEM are introduced ,and then its applications in geo -technical engineering are summarzied emphatically ,and finally the development trends of DEM are discussed .【Key Words 】　Distinct Element M ethod ;geo -technical eng ineering ;numerical method0　引　言岩体是一种具有不连续性、非均质性、各向异性和非线性的天然地质体[1～3]。

岩质高边坡稳定性分析三维地质力学模型试验方法及应用[发明专利]

专利名称：岩质高边坡稳定性分析三维地质力学模型试验方法及应用
专利类型：发明专利
发明人：杨宝全,陈媛,陈建叶,董建华,张林,杨庚鑫,胡成秋,罗敏,刘子安,张芮瑜
申请号：CN201910678099.3
申请日：20190725
公开号：CN110362955A
公开日：
20191022
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明属于边坡稳定性测定技术领域，公开了一种岩质高边坡稳定性分析三维地质力学模型试验方法及应用，通过基于升温降强和抬升超载地质力学模型试验方法来评价岩质高边坡的稳定性，公开的方法包括试验的整个过程，即模型设计‑模型材料试验‑模型的制作‑量测系统安装‑模型试验的过程。

本发明可得到边坡变形分布特征、破坏过程和破坏机理，获得边坡整体稳定安全系数，从而来评价高边坡的整体稳定性。

最后将该方法应用于白鹤滩水电站左岸坝肩高边坡的稳定性研究中，获得该高边坡的初裂安全系数K＝1.030～1.058；极限安全系数K＝1.417～1.579，对边坡的整体稳定性做出了评价。

申请人：四川大学
地址：610065 四川省成都市武侯区一环路南一段24号
国籍：CN
代理机构：北京众合诚成知识产权代理有限公司
代理人：张鹏
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岩土力学与工程离散单元法

岩土力学与工程离散单元法岩土力学与工程离散单元法引言岩土力学与工程离散单元法是研究土壤和岩石力学性质以及工程结构行为的重要方法之一。

这种方法通过将土壤或岩石划分为离散的单元，以模拟其力学行为，可以更准确地分析和评估土壤和岩石的变形和破坏。

本文将从简单到复杂、由浅入深地介绍岩土力学与工程离散单元法的基本原理、应用领域和发展趋势。

1. 基本原理岩土力学与工程离散单元法的基本原理是将土壤或岩石划分为离散的单元，该方法的关键是通过数学模型和计算方法来模拟单元之间的相互作用和力学行为。

每个单元具有自己的力学特性和应力变形关系，通过计算每个单元的力学行为并综合所有单元的结果，可以得到整个土壤或岩石体系的力学响应。

离散单元法的主要特点是考虑了土壤或岩石的非均质性和非线性性，可以模拟土壤或岩石的各种力学行为，如弹性、塑性、破坏等。

离散单元法还可以考虑复杂的边界条件和加载方式，使得模拟结果更加真实和准确。

2. 应用领域岩土力学与工程离散单元法在土木工程领域具有广泛的应用。

以下是几个典型的应用领域：2.1 地基工程地基工程是岩土力学与工程离散单元法的重要应用领域之一。

通过离散单元法，可以模拟土壤的本构关系、变形特性和破坏机理，对地基工程进行稳定性分析、变形预测和破坏评估。

这对于选择合适的地基处理方法、设计土方工程和预测工程变形具有重要意义。

2.2 岩土工程岩土工程是另一个重要的应用领域。

离散单元法可以模拟岩石的力学行为和破坏模式，对岩石边坡稳定性、岩体固结、地下岩石开挖等问题进行分析和评估。

这对于岩土工程设计和施工的安全性和效益具有重要意义。

2.3 地震工程地震工程是离散单元法的又一个重要应用领域。

通过模拟岩土体在地震作用下的动力响应和地震破坏过程，可以评估地震对工程结构的影响和风险，并优化地震设计和抗震措施。

离散单元法在地震工程中的应用对于提高工程结构的抗震性能具有重要意义。

3. 发展趋势随着计算机技术的不断发展和计算能力的提高，岩土力学与工程离散单元法正朝着更加精确、高效和多尺度的方向发展。

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。

基于结构面网络模拟的岩质高边坡变形破坏模式离散元模拟

2.2 离散元模拟分析
天然状态下模型最终计算 50 万时步，边坡最大位移达 2cm，变形较小。降雨条件下，模型共计算 50 万时步，边坡的变形破坏过程如图 1 所示，模型迭代至 3 万时步时，最大位移为 3cm，主要变形发生在边坡的浅表层。
图 1 边坡变形位移云图（3 万时步）图 2 所示，模型计算至 20 万时步时，由于水的作用，岩体及结构面力学性质降低，缓倾坡外的结构面贯通，形成底滑面，使边坡具有产生滑动的潜在危险。浅表层部分碎裂岩体已经产生沿缓倾坡外的结构面产生了滑移，最大位移达 0.35m。
Doors & Windows
分析研究与探讨
基于结构面网络模拟的岩质高边坡变形破坏模式离散元模拟
邓社根沙荣华曹旖旎瞿生军
江苏省工程勘测研究院有限责任公司
摘要：结构面的分布在边坡分析中一直是一个难点，往往很少考虑结构面的随机分布特征，不符合客观实际。文章提出利用随机结构面网络模拟应用于边坡，以西藏右岸边坡为研究对象，对边坡变形破坏模式进行研究。根据结构面几何特征参数，采用边界固定法建立边坡随机网络模型，将网络模型与二维离散元软件 UDEC 相结合模拟边坡的变形破坏过程。实际工程模拟表明：①结构面网络模型对边坡中结构面的分布能够较为真实的模拟，较好的体现了结构面的随机分布特点；②边坡的变形破坏力学模式为“滑移—拉裂”，主要受控于结构面的数量及组合关系，结构面数量越多，连通情况越好，则越容易发生变形破坏，这与野外实际一致。③与传统 UDEC 边坡模拟相比，随机网络模拟的变形破坏过程更加符合实际，体现出了结构面间的随机组合形成边坡破坏路径。该方法可实现高边坡较为真实的模拟，变形破坏模式更为合理，为边坡稳定性分析提供了一种参考价值。

三维有限元强度折减法在岩质边坡稳定性分析的应用研究的开题报告

三维有限元强度折减法在岩质边坡稳定性分析的应用研究的开题报告一、选题背景岩质边坡的稳定性分析是岩土工程领域的重要研究方向之一。

随着计算机技术和数值模拟方法的不断进步，三维有限元法成为了岩质边坡稳定性分析的主流方法之一。

然而，三维有限元法在边坡分析中的应用受到了诸多因素的制约，例如计算量大、计算时间长等。

为了克服这些问题，学术界提出了强度折减法，即通过对模型中一些无关紧要的部分进行削减或简化，来减少计算量和计算时间。

强度折减法已经在岩石力学、煤岩岩体稳定性、深部岩体开挖等领域取得了较好的应用效果。

因此，本研究拟采用三维有限元强度折减法来分析岩质边坡的稳定性，探索强度折减法在岩质边坡分析中的应用效果。

二、研究内容及方法本研究的研究内容主要包括以下几个方面：1. 岩质边坡的稳定性分析方法探讨2. 三维有限元强度折减法的理论基础和原理分析3. 利用三维有限元软件建立岩质边坡模型并进行强度折减分析4. 分析不同折减方案对边坡稳定性的影响5. 分析岩质边坡的变形和破坏机制本研究采用文献调研和实验仿真相结合的研究方法。

首先，通过文献调研学习岩质边坡的稳定性分析方法和三维有限元强度折减法的理论基础。

然后，利用三维有限元软件建立岩质边坡模型，并对模型进行强度折减分析，观察不同折减方案对边坡稳定性的影响。

最后，分析岩质边坡的变形和破坏机制。

三、研究意义通过采用三维有限元强度折减法来分析岩质边坡的稳定性，可以有效减少计算量和计算时间，提高分析效率和精度。

同时，本研究可为岩质边坡稳定性分析提供新的思路和方法，对于岩土工程领域的理论研究和实际工程运用具有重要的意义。

四、预期成果本研究预期实现以下几个方面的成果：1. 探讨三维有限元强度折减法在岩质边坡稳定性分析中的应用原理和方法。

2. 建立合理的岩质边坡模型，并对模型进行强度折减分析。

3. 分析强度折减对边坡稳定性的影响，探索最优的折减方案。

4. 分析岩质边坡的变形和破坏机制，提供较为准确的预测和分析结果。

基于3D离散元的岩质边坡最大开挖角确定

基于3D离散元的岩质边坡最大开挖角确定刘顺昌;王亮清;陈志强【摘要】为解决岩质边坡最大开挖角确定的问题,利用3D离散元软件模拟边坡渐进开挖过程,探讨岩质边坡失稳的动态过程,从而确定岩质边坡的最大开挖角.以某水电坝址岩质边坡为例,对其进行数值模拟,结果所确定的最大边坡开挖角为47..数值分析表明,将47.作为无支护条件下的边坡开挖角是合理的,与运动学方法所确定的38.开挖角相比,更接近实际的极限情况.故用3D离散元确定节理岩质边坡的最大开挖角具有一定的实际应用价值,对边坡分级开挖,确定合理边坡开挖角具有一定的指导意义.【期刊名称】《人民长江》【年(卷),期】2012(043)021【总页数】3页(P36-38)【关键词】开挖角;三维离散元;渐进开挖;岩质边坡【作者】刘顺昌;王亮清;陈志强【作者单位】中国地质大学(武汉)工程学院,湖北武汉430074;中国地质大学(武汉)工程学院,湖北武汉430074;中国地质大学(武汉)工程学院,湖北武汉430074【正文语种】中文【中图分类】P642.2岩质边坡的稳定性主要受其内部软弱面的控制，对于结构面较发育的岩质边坡，其稳定性主要受结构面及其组合情况而定［1］。

目前在公路、铁路、大坝和矿山等工程边坡开挖中，确定边坡开挖角的主要方法是极限平衡法，其基本特点是，只考虑静力平衡条件和Mohr-Coulomb准则。

然而，在大多数情况下，边坡稳定问题是静不定的。

极限平衡法处理这个问题的对策是引入一些简化假定，使问题变得静定可解。

这种处理，对计算结果的精度损害并不大，却使计算工作大为简化，因而在工程中获得广泛应用［2-5］。

虽然极限平衡法应用较为广泛，但极限平衡法计算结果偏于保守，安全系数偏大且仅可用于分析具有少量节理切割的块体，对于强节理化岩体显得无能为力。

而三维离散元法(以下简称3DEC)可考虑岩块之间滑动、平移、转动和岩体断裂等复杂过程，具有宏观上的不连续性，可以较真实、动态地模拟边坡块体在开挖过程中应力、位移和变形状态的变化特征以及岩体破坏过程［6］。