加錨巖質邊坡穩(wěn)定性評價的極限分析上限法

第5卷第6期中國水運vol.5no.6 2007年6月chinawatertransportjune2007 收稿日期：2007-4-28 作者簡介：田文彪男（1983-）中國地質大學工程學院碩士研究生（430074） 赤平極射投影法在路塹巖質邊坡穩(wěn)定性評價中的應用 田文彪 摘要：本文通過對赤平極射投影的原理的介紹，結合邊坡巖體破壞的三個必要條件及滑動塊體的力學分析，對邊坡巖 體進行穩(wěn)定性分析，介紹了極限穩(wěn)定坡角的確定方法，并結合工程實例，證明了該方法在路塹巖質邊坡穩(wěn)定性評價中的 實用性。 關鍵詞：路塹邊坡穩(wěn)定坡角赤

該公路橋橋基區(qū)位于高山峽谷地區(qū),邊坡穩(wěn)定性評價問題尤為重要。本文選擇具有代表性的兩類典型地質剖面,巖土體分層和結構面切割控制滑移模式。設計了結構面不同切割厚度、不同剪出口位置和不同剪出角度等計算方案,對該區(qū)高陡邊坡的穩(wěn)定性進行了探討。根據計算得到的安全系數,確定了其最不利滑移模式。在此基礎上,對其自然狀態(tài)、自然+地震、飽水狀態(tài)和飽水+地震等工況下的穩(wěn)定性進行了計算分析,發(fā)現存在兩類典型最不利失穩(wěn)模式,即淺層滑移模式和結構面切割滑移模式。前者規(guī)模有限,危害不大;后者規(guī)模相對較大。對工程危害較大,建議對其作錨固和護面處理,也應對坡腳相對軟弱層作補強處理。

該邊坡主要由志留系龍馬溪組泥質砂巖和粉砂質泥巖與第四系洪坡積碎石土等構成，高邊坡為12型，文章某高邊坡的工程地質條件進行了分析，并結合穩(wěn)定性計算方對其提出了防治措施。

在巖質邊坡中,大多數的失穩(wěn)破壞主要受結構面控制,其基本破壞模式可分為3種:平面滑動、楔形體滑動和傾倒破壞.運動學分析在研究受結構面控制的巖質邊坡穩(wěn)定性中應用較為廣泛,它是一種利用立體投影與矢量代數理論,在赤平極射投影圖中初步確定邊坡穩(wěn)定性及破壞模式的方法.介紹了利用dips軟件進行邊坡運動學分析的方法,并以巴基斯坦某水電站廠房后邊坡為例,進行分析和探討.

應用極限平衡法,對首鋼水廠鐵礦邊坡的代表性剖面及優(yōu)化方案的各剖面進行穩(wěn)定性分析,分別得到了各種情況下各剖面的整體和局部最小安全系數,并得到以下結論:按照原設計境界開采,邊坡最小安全系數在震動情況下小于1.20,低于規(guī)范值,安全儲備不足,邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài),需對其剖面進行相應調整與優(yōu)化。優(yōu)化調整后穩(wěn)定性增強,邊坡達到允許安全系數要求,邊坡安全儲備充足。在此基礎上,應用強度折減法進行數值模擬,初始狀態(tài)下塑性區(qū)分布較淺;參數調整優(yōu)化之后,塑性區(qū)分布向坡底延伸,邊坡破壞方式可能由局部轉變成整體,邊坡可能發(fā)生整體性破壞。計算結果顯示,滑動面與極限平衡法相近,驗證了結果的合理性。

邊坡穩(wěn)定性問題一直是道路工程中的重點問題,而且邊坡一旦失穩(wěn),造成的損失和傷害不可估量,因此對它的監(jiān)測與研究工作勢在必行。文中結合邊坡地質條件,詳細分析了邊坡錨桿拉力的變化,使用多點位移計對邊坡的變形進行長期的跟蹤監(jiān)測,對錨桿應力計和多點位移計的監(jiān)測數據進行總結和反饋。分析結果表明:文中c邊坡的錨桿拉力及坡內多點位移均趨于穩(wěn)定,說明該邊坡整體上處于相對穩(wěn)定的狀態(tài),提出的錨桿設計方法是成功的。在3個斷面中,錨桿最大拉力為29kn,出現在雨季c2斷面c2c1錨桿；多點位移計最大位移為18.7mm,出現在雨季c2斷面c2d1孔深5m位置。c2斷面的坡頂位置在雨季最為危險,在雨季存在發(fā)生滑動的風險,應作為重點監(jiān)測對象。連續(xù)降雨對c邊坡的穩(wěn)定性有重要影響。降雨會增加c邊坡的錨桿拉力和坡內位移。隨著雨季結束,錨桿內力和坡內位移會逐漸下降并趨于穩(wěn)定。

以南票某邊坡為研究對象,采用傳遞系數法,對天然狀態(tài)下、暴雨狀態(tài)下和地震狀態(tài)下的邊坡穩(wěn)定性進行了計算分析,結果表明:邊坡在天然狀態(tài)下穩(wěn)定性安全系數為1.470;在暴雨工況下安全系數為1.293,在地震工況下,邊坡穩(wěn)定性安全系數與天然工況下的相差很小,該邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。

工程地處于灰?guī)r分布廣泛的貴州地區(qū)，基坑支護設計中常用到放坡開挖的巖質邊坡，本文通過對工程所在地巖質邊坡的穩(wěn)定性分析，能快速確定類似巖質邊坡的滑裂面，便于邊坡的支護設計，為類似工程邊坡的設計提供一定參考。

分析了地層巖性特征、巖體應力分布、水、地形地貌特征、坡形、外部動力荷載(如爆破荷載)、工程活動、時間和風化的影響等對層狀巖質邊坡穩(wěn)定性的影響,進而深入了解層狀巖質邊坡巖體穩(wěn)定性和變形失穩(wěn)的破壞機理,為井巷工程實踐提供指導。

巖質邊坡穩(wěn)定性的工程地質研究——本資料為巖質邊坡穩(wěn)定性的工程地質研究，共51頁。簡介：邊坡變形：指坡體只產生局部的位移和微破裂，巖塊只出現微量的變化，沒有顯著的剪切位移或滾動，因而邊坡不至引起整體失穩(wěn)。邊坡破壞：指坡體以一定的速度出現較大的...

在邊坡的勘察設計中,對邊坡穩(wěn)定性準確判斷是至關重要的一個環(huán)節(jié),一直以來,邊坡穩(wěn)定性的評價都得到了愈來愈多工程師和科研人員的重視。曾負責了《福建省某縣河濱北路員潭至參洋段市政道路(邊坡)工程巖土工程勘察報告》,在對該項目進行綜合分析,得出以下結論:巖質邊坡和土質邊坡的穩(wěn)定性評價存在孑然不同的方面,對于土質邊坡的穩(wěn)定性評價應采取定量計算的方法,得出穩(wěn)定性系數進行定量評價;對于巖質邊坡,主要考慮巖體節(jié)理裂隙的發(fā)育情況,查明各組巖體節(jié)理裂隙的傾向與傾角,與邊坡的走向及傾角進行對比,作出節(jié)理裂隙玫瑰花圖和赤平投影圖,從而定性的對邊坡穩(wěn)定性進行評價。

含軟弱結構面的巖質邊坡的穩(wěn)定性分析是工程中常見問題，常規(guī)將邊坡巖土體按均質處理顯然存在不妥。數值模擬中因能分別模擬巖體和結構面特性而具有獨特優(yōu)勢。基于flac3d有限差分分析程序，采用強度折減法模擬分析含一組結構面和兩組結構面的巖質邊坡的穩(wěn)定性，求出邊坡安全系數。計算結果表明結構面對巖質邊坡穩(wěn)定性具有重要影響，不同傾角產狀的結構面影響程度差異較大，但其中一或兩組結構面對邊坡穩(wěn)定性具有控制作用而具有明顯“優(yōu)勢”，為找出巖質邊坡的優(yōu)勢結構面并分析其穩(wěn)定性提供了一種思路。

邊坡穩(wěn)定性評價研究是土力學經典問題。為研究非均質邊坡穩(wěn)定性問題,以上限分析法為理論基礎,建立非均質邊坡分段對數螺旋線破壞機構。應用擬合多項式近似描述對數螺旋線,計算破壞機構外力功率和內能耗散率,應用設計的計算流程進行強度折減循環(huán)計算,使邊坡逐步過渡至極限平衡狀態(tài),確定邊坡安全系數。以某露天礦南幫邊坡為工程背景,經過反復強度折減,最終確定安全系數,通過變換初值的方式驗證計算流程的穩(wěn)定性,應用嚴格morgenstern-price法驗證計算結果的準確性。研究結果表明:該流程性能穩(wěn)定,不受初始值影響。相比于嚴格morgenstern-price法,二者安全系數計算結果偏差小于5%,可充分滿足工程實踐要求。同時,上限分析法求得的最危險滑面滿足速度分離關系,具有更強的工程參考價值。

邊坡穩(wěn)定性評價分析概述培訓講義——本資料為邊坡穩(wěn)定性評價分析概述培訓講義，共31頁，格式為ppt。工程概況：下列建筑邊坡應進行穩(wěn)定性評價：1、選作建筑場地的自然斜坡；2、由于開挖或填筑形成并需要進行穩(wěn)定性驗算的邊坡；3、施工期出現不利工況的邊坡；...

巖質邊坡穩(wěn)定性受到多種隨機性因素和不確定性因素綜合作用的影響,是影響邊坡工程安全的重要課題。隨著科學的發(fā)展和學者們對于巖質邊坡穩(wěn)定性認識的不斷進步,其發(fā)展逐漸由定性向定量方向發(fā)展,表現傳統(tǒng)研究方法逐步完善,新理論新方法不斷出現并得到應用。邊坡可靠性評價作為一門新學科,其研究方法手段正處于迅猛發(fā)展階段。本文對這些方法的發(fā)展做了簡要的總結,并提出了新的發(fā)展方向,為研究者提供參考。

邊坡穩(wěn)定性分析是一個涉及多因素、多層次的高度非線性系統(tǒng)。針對影響邊坡穩(wěn)定性因素的復雜性和不確定性等問題,通過正交試驗法和改進pca法相結合,在保留邊坡原始數據的基礎上對傳統(tǒng)pca法在數據標準化和處理指標因素在變異程度上的局限性進行改進,得出相應的邊坡穩(wěn)定性綜合評價模型,然后通過蒙特卡羅法對邊坡穩(wěn)定性進行評價。研究結果表明,改進pca法相對于傳統(tǒng)的pca法具有顯著的降維作用,主要表現為第一主成分方差貢獻率得到明顯提高,能夠更為合理的保存原始數據的信息,提取主成分個數更少,為后續(xù)計算綜合評價模型減少了工作量；通過邊坡穩(wěn)定性綜合評價模型不僅能夠計算出邊坡在不同水平因素組合下的安全系數,在水晶球軟件的幫助下還可以快速對其進行可靠度分析,具有一定的工程實用價值。

上限原理有限元法不僅可以得到邊坡的安全系數,還可以給出臨界滑動面,且擺脫了極限平衡法假設條件過多、過于剛性的缺點,具有更嚴謹的理論基礎,因此擁有更廣闊的應用前景。但是,對于巖質邊坡,由于其存在大量的節(jié)理面,造成應力不連續(xù),這給直接運用傳統(tǒng)的數值計算方法帶來了困難。其實,每組的節(jié)理面均表示在某一特定的方位上邊坡的材料特性比較差,只需在處理這些特定方位時,采用相應的軟弱節(jié)理面的材料特征即可,這樣便可有效地化解節(jié)理面難以模擬的缺陷。因此,基于傳統(tǒng)的上限有限元法,采用四邊形單元,通過對單元建立積分意義上的協(xié)調方程的弱形式,來得到可以調整單元內部速度場的線性化的協(xié)調方程,從而可以克服插值速度場為非線性的缺點。對于任意應力點,從空間方位出發(fā),將方位進行離散,建立并推導出了基于方位離散線性化的上限有限元法,該方法在考慮含多組節(jié)理面的巖質邊坡計算上有著更好的優(yōu)勢。兩個算例結果表明:該方法與傳統(tǒng)的上限有限元法一樣,可以穩(wěn)定地從極限解的上方收斂,滿足上限性質,且對于含多組節(jié)理面的巖質邊坡同樣有很好的收斂性。

邊坡的穩(wěn)定性評價是一個復雜的不確定系統(tǒng)問題。結合投影尋蹤算法、粒子群優(yōu)化算法和邏輯斯諦曲線函數,建立了邊坡穩(wěn)定性評價的粒子群優(yōu)化投影尋蹤模型(pso-pp)。該模型一方面利用粒子群算法(pso)優(yōu)化投影指標函數及邏輯斯諦曲線函數參數,確保了模型參數的準確性;另一方面利用邏輯斯諦曲線函數建立投影值與經驗等級之間的非線性關系。模型的測試結果顯示了良好的精度。將該模型應用到雅礱江錦屏一級水電站左岸邊坡的穩(wěn)定性分析中,實例分析結果與實際狀態(tài)吻合較好,表明該模型在邊坡穩(wěn)定性評價中的可行性和有效性。

以大平掌銅多金屬礦山為背景,利用ansys有限元軟件和強度折減法,研究了采場東部巖質邊坡的穩(wěn)定性。該數值分析方法較好地反映出了巖質邊坡受軟弱夾層及結構面控制的破壞機制。通過模擬,在僅考慮在自重應力的作用下,得出邊坡安全系數為1.0~1.05,說明邊坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài),需及時進行加固處理。

擬開挖巖質邊坡穩(wěn)定性分析及評價

通過實踐提出了一種巖質邊坡穩(wěn)定性綜合評價方法,分析影響邊坡穩(wěn)定性的九種評價因子及其量化方法,并用此方法對湖北省十堰地區(qū)的局部邊坡進行了評價,結果表明,本方法綜合性強,效果好,且簡便易行,對工程勘察和邊坡治理有較好的參考價值

某鋁廠坐落于\"5.12\"地震震中附近的漩口鎮(zhèn)圣音村岷江右岸,廠區(qū)內邊坡因\"5.12\"地震影響發(fā)生多處滑塌破壞或開裂變形,已造成較大的危害。文章以該鋁廠某邊坡為研究對象,分析了其工程地質條件,定性和定量相結合評價了其穩(wěn)定性,并結合實際情況提出了合理建議。