基于有限差分强度折减法黄延高速公路边坡稳定性分析

随着我国改革开放的不断深入和国家公路建设开发步伐的日趋加快，为了改善交通条件，促进经济的高速发展，我国近几年修筑了大量的高速公路。由于工程需要，高速公路修筑时往往会在一定程度上破坏或扰动原来较为稳定的岩石或土体结构而形成新的人工边坡。高速公路路基边坡稳定与否，直接影响公路能否正常使用。

高速公路的路基稳定是车辆出行和正常行驶的必要条件,然而,在路基开挖的过程中,很容易出现滑塌等问题。因此,对高速公路边坡的稳定性要进行严格分析,对非滑塌区部位也要进行严格审查,保证边坡的稳定性。文章对高速公路的边坡稳定性进行了具体分析,并探讨了其治理的方法和措施。

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。

将有限元强度折减法与abaqus软件相结合,充分运用abaqus软件强大的数据处理功能以及动态显示广义塑性应变和塑性区的开展情况,以此来判断边坡的整体稳定性。在abaqus软件实施有限元强度折减法的过程中,通过不断线性增大强度折减系数fr的大小,得到多组不同的抗剪强度参数cm和φm值的组合以及塑性区的开展情况。当塑性区趋于贯通且广义塑性应变和位移均发生突变时,则此时边坡处于临界破坏状态,对应的强度折减系数fr即为给定条件下的最小稳定安全系数。通过一个典型分层边坡的实例分析,表明该法可以准确求解安全系数和对应的滑动面位置,在复杂条件下的边坡稳定性分析中同样是简便实用的。

将破坏概率理论应用于边坡稳定性分析中,借助geo-slope程序,采用蒙特卡洛法(montecarlomethod),以janbu法为功能函数对黄延高速公路界子河边坡在自然状态和饱水状态下进行可靠性分析。计算结果表明,在自然状态条件下,该边坡的破坏概率为30.97%,在饱水状态条件下为100%。水是影响本边坡稳定性最不利的因素之一,应切实加强该边坡的防水措施。

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。

含软弱结构面的岩质边坡的稳定性分析是工程中常见问题，常规将边坡岩土体按均质处理显然存在不妥。数值模拟中因能分别模拟岩体和结构面特性而具有独特优势。基于flac3d有限差分分析程序，采用强度折减法模拟分析含一组结构面和两组结构面的岩质边坡的稳定性，求出边坡安全系数。计算结果表明结构面对岩质边坡稳定性具有重要影响，不同倾角产状的结构面影响程度差异较大，但其中一或两组结构面对边坡稳定性具有控制作用而具有明显“优势”，为找出岩质边坡的优势结构面并分析其稳定性提供了一种思路。

通过总结前人对边坡的研究,分析目前国内边坡的研究现状。基于ansys有限元软件,结合国内某矿边坡工程实例,通过强度折减法求解准确的边坡稳定安全系数;计算模型采用平面应变摩尔-库仑匹配d-p准则,模型边界设置约束条件,在稳定系数等于2.86时,解不收敛且塑性区贯通至坡顶,此时边坡发生滑坡,因此该边坡的边坡稳定安全系数应该取2.85较为准确且合理。

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。

针对贵州省乌木铺岩质高边坡,采用有限元强度折减法进行抗滑稳定性分析。由于该坡体内岩体天然特性不均匀,存在各种节理与结构面,而其稳定性则主要由节理与结构面所控制。根据该高边坡高、陡、险等特点,建立高边坡的变形破坏分析模型,综合采用有限元强度折减法和极限平衡法对其潜在变形破坏模式、高边坡稳定性等进行详细研究,对比分析两者分析结果,合理评价该高边坡的整体稳定性,并在此基础上提出高边坡加固方案。

文章结合某路堑高边坡工程,采用有限元方法建立高边坡平面应变模型并且进行强度折减,系统研究了影响高边坡稳定性的因素并对高边坡进行了初步设计。结果表明:强度折减法可以通过分析节点水平位移从而分析边坡的稳定性。

吴砦古城是一座\"悬崖上的抗金古城\"[1],有着悠久的历史文化,为加强古城文物古迹的保护,同时为了确保受古城高边坡威胁的居民的安全,利用基于有限元法的madisgts软件中的强度折减法,选取古城高边坡的典型地质剖面,在室内土工试验获取高边坡土体力学参数的基础上,通过高边坡稳定性抗剪强度参数反演,确定了卵石土的重度、粘聚力和内摩擦角等参数,进行了吴砦古城高边坡稳定性定量分析,经计算确定高边坡处欠稳定状态,并通过最大剪应变和有效塑性应变云图确定了潜在滑动面位置,为该高边坡的治理设计提供了有效数据,为治理方案的抉择提供了有力证据。

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。

针对雨后土体强度不断降低的情况,利用有限差分强度折减法,对边坡的稳定性进行了数值分析,将计算结果与监测数据进行了比较。分析表明:数值模拟路堤中潜在滑动面很好地吻合了由监测结果分析得出的滑动面,路堤的滑动从坡体后缘软弱面开始,逐渐展开贯通至整个滑动面。通过数值模拟结果和实际工程结果的对比,证明有限差分强度折减法在边坡稳定性分析中进行工程应用是可行的。

本文引用模糊数学的理论与方法,建立了二级模糊评判模型。结合陕西省某高速公路k230+900～k570+100段边坡实例,通过地质调查,总结了4类20项主要影响该边坡稳定性的因素,作为进行模糊综合评判的评价因子,并分为2个层次。利用对比法分别确定各个变量的隶属度,通过模糊评判模型计算得到了公路边坡稳定性的预测结果。计算结果表明该评价方法能更全而地考虑实际边坡问题的非确定性属性,评价分析结果与实际相吻合,对实际工程有一定的参考价值。

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。

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。

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。