强度折减法吴砦古城高边坡稳定性分析

由于有限元强度折减法十分贴近工程设计，在路堑边坡稳定分析中具有较强的应用前景。本文对s216线公路路堑高边坡采用强度折减法进行有限元数值模拟分析，为高边坡的加固方案提出了建议。

结合蒙新高速公路岩质高边坡设计上采用的一些方案,针对工程实例进行总结,为今后此类问题的工程设计,提供一定的借鉴参考。

新疆某大型水电站存在高140～340m的厂房后岩石高边坡,边坡的稳定性直接影响厂房的选址及安全评价。文中在通过测绘及平硐勘探等基础地质工作分析研究基础上,确定了控制边坡的结构面特征;通过岩石(体)和主要结构面的室内试验及现场原位抗剪试验研究成果分析,获得了重要的岩体及结构面的力学参数;采用刚体极限平衡法和有限元法对不同工况下的边坡稳定性进行了分析计算,为边坡治理决策提供了科学依据。

西南山区山高坡陡,地质条件复杂,公路、铁路及水电建设将不可避免地形成大量的岩石高边坡,其稳定性常成为工程所关注的重点。针对山区某岩石高边坡工程,采用弹塑性有限元方法并结合工程地质分析,研究了高边坡在开挖、降雨、地震等多种组合工况下的稳定性,并给出了开挖松动区范围,为工程设计提供了参考。

考虑到实际工程边坡稳定位移监测的重要性,以及强度折减法稳定性分析方法在对强度参数折减的同时,未能兼顾到变形参数随强度折减变化的影响,基于变形参数弹性模量和泊松比折减原理,结合flac3d有限差分软件,对某在建高速公路边坡稳定性进行分析,建立不同折减系数下对应边坡位移关系。

在室内岩石力学试验和现场边坡调查的基础上,通过霍克布朗强度折减法获取了边坡岩体的力学参数,以midas-nx建立了某铜钼露天矿的三维分析模型,并用flac3d5.0对模型7个剖面的边坡稳定性情况进行了分析。计算结果表明,该矿边坡的最大位移分呈现出先增大后减小、露天坑两侧位移小、中部位移大的总体特点,剪应力呈先增大后逐渐减小的总体特征,最大位移与剪应力出现在露天坑中部区域。采用flac软件内置的强度折减法对边坡的安全系数进行了分析计算,计算结果表明,当折减系数从1.24变为1.25时,计算结果不收敛,最终确定露天边坡的安全系数为1.24,边坡处于稳定状态。

基于强度折减法,运用有限元分析软件adina建立非均质多级边坡计算模型并进行数值模拟。结合边坡各计算工况的安全系数和塑性区范围,分析了边坡级数、平台宽度以及单级坡率等因素对边坡稳定性的影响。结果表明:增加边坡级数、平台宽度或放缓坡率可有效提高边坡的稳定性;增加边坡级数和放缓下级边坡坡率,可将边坡整体破坏分解为局部破坏;边坡平台设在中下部对边坡稳定性更有利;若改变单个平台宽度或单级坡率,增加下部平台宽度和降低下级边坡坡率对提高边坡稳定性更显著。

强度折减法是边坡稳定性分析中重要的方法之一,在岩土工程领域应用广泛.为分析边坡土层性质对其稳定性影响,基于强度折减法采用有限元软件对不同土层条件下公路边坡稳定性进行研究.结果表明,随强度参数内摩擦角和黏聚力降低,边坡稳定性逐渐降低,且边坡稳定性对内摩擦角变化更为敏感.

阐述了有限元强度折减法的基本原理,利用强度折减法对尾矿坝进行了边坡稳定计算,同时通过简化毕肖普法和瑞典圆弧法对其结果进行了对比分析,证明基于有限元理论的强度折减法的计算结果是可信的,其安全系数值可以作为定量判断的依据。

为了评价某山坡露天矿边坡的稳定性,应用有限差分强度折减法,对该矿山人工边坡的稳定性进行了计算分析,并与传统的极限平衡法的计算结果进行了对比。结果表明,由于有限差分强度折减法克服了极限平衡法未能考虑材料本构关系的不足,因而更能实际的模拟边坡计算模型,更客观的分析边坡的稳定状态,求得的边坡安全系数更为合理。

将有限元强度折减法应用于边坡稳定分析中,探讨了该方法的基本原理、安全系数的定义、屈服准则和失稳判据等。采用强度折减法对某边坡进行稳定性分析,并与传统极限平衡法求得的安全系数进行对比。计算结果表明,采用塑性区贯通或特征点位移突变为失稳判据确定的安全系数与传统极限平衡法的计算结果很接近,表明有限元强度折减法能够满足工程应用。建议在有限元强度折减法中联合采用塑性区贯通和特征点位移突变作为边坡的失稳判据。

结合某公路边坡实例，运用大型有限元软件midas/gts建立边坡的平面应变二维模型，基于有限元强度折减法，对锚杆加固前后的边坡稳定性进行了研究，主要分析了锚杆加固前后边坡塑性破坏区以及安全系数的变化；同时着重讨论了锚固长度、锚杆间距、倾角等因素对边坡整体稳定性的影响，对影响边坡整体稳定性的因素进行了敏感性研究，分析了各因素与边坡安全系数之间的规律。

首先对利用有限差分强度折减法判断边坡失稳的准则进行了分析,以某拟建水电站坝头岩石高边坡变形体为实例,在现场勘察的基础上,利用flac3d数值模拟对该高边坡蓄水前后的稳定性进行了分析,并利用强度折减法求出安全系数。结果表明,实例高边坡在蓄水前后整体上处于稳定,另外验证了利用有限差分强度折减法可以定量地解决岩体边坡的稳定问题。

基于动态和整体强度折减法,运用ansys、flac3d构建模型,对西南某岩质边坡不同工况下的稳定性进行动态分析。结果表明,坡体易沿泥岩、砂岩层内节理裂隙产生滑坡等地质灾害;整体强度折减法得出的塑性区域过大,与实际情况不符,动态强度折减法得出的塑性区域与实际情况相符;坡体在自然条件下较为稳定,但在降雨条件下边坡安全系数小于极限值,有发生失稳的危险。

使用有限元分析软件abaqus,并结合强度折减法,对边坡稳定性进行了研究。研究结果表明:当边坡加固时,边坡的整体稳定性得到了明显的提高；在运用abaqus和强度折减法模拟分析边坡稳定性时,模型的建立、网格的划分密度、单元类型的选取及材料模型的选用等对计算结果都有影响；边坡失稳判据的选用原则及其判据是否存在统一性,值得进一步研究。

利用极限平衡法,对顺层岩质边坡进行双强度系数折减分析,提出了折减系数增幅比,根据增幅比确定抗剪强度折减原则,当坡体达到极限状态时确定其极限折减系数。分别以坡体的张拉裂缝深度和充水深度为单一变量,对比分析坡体稳定性发生变化时内摩擦角和黏聚力对其影响程度,最后根据双强度折减分析中极限折减系数定义坡体权重安全系数。研究表明:双强度折减法能够考虑内摩擦角和黏聚力对坡体的影响程度,对顺层岩质坡体进行双参数折减分析,最终定义双参数折减中内摩擦角的折减系数值为坡体安全系数,该结果更符合实际工程,能够为同类问题提供参考。

结合工程算例,采用强度折减有限元法,对边坡治理前后的稳定性进行了分析。结果表明,有限元强度折减法能更加直观的得到坡体的实际破坏形式,求得的边坡稳定系数更接近边坡的实际稳定状态,显示出其在边坡稳定性分析中的一定优势。

工程上常采用极限平衡法分析边坡的安全稳定性,但由于极限平衡法的局限性,使得计算结果只能反映边坡安全系数的大小,不能确定边坡在施工各个阶段的变形稳定情况,因此以永宁高速公路边坡为研究对象,通过plaxis有限元强度折减法对边坡施工过程中可能产生的变形、位移进行模拟分析,得到分步施工状况下,施工各阶段边坡的变形图以及整体的安全系数,并将结果与极限平衡法计算结果进行对比分析。结果表明:边坡的安全系数随着坡体的逐级开挖会不断降低,需及时进行支护加固,强度折减法所确定的边坡最终滑动面形状与极限平衡法计算结果较为一致,且安全系数差值仅为3%,从而也验证了强度折减法对于分步施工边坡安全稳定性分析的适用性与正确性。

工程上常采用极限平衡法分析边坡的安全稳定性,但由于极限平衡法的局限性,使得计算结果只能反映边坡安全系数的大小,不能确定边坡在施工各个阶段的变形稳定情况,因此以永宁高速公路边坡为研究对象,通过plaxis有限元强度折减法对边坡施工过程中可能产生的变形、位移进行模拟分析,得到分步施工状况下,施工各阶段边坡的变形图以及整体的安全系数,并将结果与极限平衡法计算结果进行对比分析.结果表明:边坡的安全系数随着坡体的逐级开挖会不断降低,需及时进行支护加固,强度折减法所确定的边坡最终滑动面形状与极限平衡法计算结果较为一致,且安全系数差值仅为3％,从而也验证了强度折减法对于分步施工边坡安全稳定性分析的适用性与正确性.

针对山西某高填土边坡稳定性进行分析,利用zsoil有限元软件,基于强度折减法对该场地高填土边坡4个典型剖面进行稳定性计算,并与传统极限平衡法计算结果进行对比分析。结果表明：有限元软件作为边坡稳定性分析的辅助工具,可有效提高边坡稳定性分析结果的可靠性,特别适用于难以确定滑裂面形状和位置的边坡,基于有限元的边坡稳定性计算结果与传统极限平衡法相差不大,两种方法得到的滑裂面的形状和位置基本吻合,利用该软件进行高填土边坡稳定性分析是可靠的.

基于abaqus软件在岩土分析计算中的应用,采用强度折减法讨论了忽略剪胀角的均质边坡和考虑软弱夹下卧层二种工况下某边坡的安全系数。结果表明:随着折减系数的不断增大并达到某一数值时,边坡内塑性应变自坡底向坡顶贯通,边坡达到极限状态,此时的折减系数即为安全系数;有限元强度折减法对边坡稳定性分析具有良好的适用性;采用强度折减法无须预先假设滑动面位置。

目前关于动力作用下边坡稳定性的分析方法仍存在一些不足之处,如动力问题按静力处理、未充分考虑加载地震波的动力效应、仅考虑剪切破坏、未考虑边坡滑动面形成的渐进破坏过程等。鉴于此,本文同时考虑坡体拉剪强度参数的折减及边坡渐进破坏的过程,结合动力有限元强度折减法原理及边坡动力失稳判据,从监测点位移及加速度突变、计算数值收敛性及拉剪破坏面贯通情况3个方面,确定边坡的动力稳定安全系数及拉剪破坏面。结果表明:动力有限元强度折减法能够定量有效地进行地震作用下岩质边坡稳定性评价,并充分反映了边坡渐进破坏过程,其结果可为地震作用下岩质边坡的抗震设计及动力稳定性分析提供参考。