力学_几何参数对土质边坡稳定的敏感性分析_刘立鹏
几何参数和强度参数对边坡三维稳定性的影响
几何参数和强度参数对边坡三维稳定性的影响宋维胜;李江腾【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2013(044)004【摘要】The three-dimensional numerical model of slope was founded by FLAC3D software, changing the ratio of width to height WIH, slope angle, friction angle and cohesion of geotechnical material to calculate the factor of safety of slope by the strength reduction method. The results show that with the increase of WIH, the factor of safety of slope decreases obviously to a constant value. If W/H>6, the slope problem can be simplified to plane strain problem. With the decrease of the ratio of width to height, the three-dimensional effect of slope is more obvious, if W/H<3, the three-dimensional effect of slope cannot be neglected. Under the same WIH, the differences between three-dimensional results and two-dimensional results are larger with lower slope angle, indicating the more obvious three-dimensional effect of slope. With the increase of friction angle, the three-dimensional effect of slope gradually becomes smaller, and the failure mode of slope changes from deep slipping to shallow slipping. With the increase of cohesion, the three-dimensional effect of slope becomes more obvious, and the failure mode of slope changes from shallow slipping mode to the deep slipping mode, inclination of slip suface becomes slower.%利用FLAC3D软件建立边坡的三维数值模型,分别改变边坡宽高比、边坡角、岩土体内摩擦角和黏结力,采用强度折减法计算边坡安全系数.研究结果表明:随着宽高比W/H的增大,边坡安全系数明显减小,并趋于一定值;当W/H ＞6,边坡问题可简化为平面应变问题；宽高比越小,边坡的三维效应越突出；当W/H＜3时,边坡三维的效应不能忽视；当坡角越小时,在相同宽高比下,稳定系数偏差越大,即边坡的三维效应越明显；随着内摩擦角的增大,边坡的三维效应逐渐减弱,且边坡滑动由深层滑动转变为浅层滑动；边坡三维效应随着黏结力的增大而增大,边坡滑动由浅层滑动转变为深层滑动,滑动面越来越缓.【总页数】5页(P1634-1638)【作者】宋维胜;李江腾【作者单位】湖南张家界市水利局,湖南张家界,427000;中南大学资源与安全工程学院,湖南长沙,410083【正文语种】中文【中图分类】TU457【相关文献】1.断层力学与几何参数对岩质边坡稳定性的影响 [J], 和大钊;胡斌;姚文敏;李华舟;毛元静2.结构面强度参数对层状边坡稳定性影响的三维分析 [J], 卢敦华;曲艳伟;何忠明;彭文祥;周莲君3.不同试验因素获得强度参数对黄土边坡稳定性的影响 [J], 籍延青4.抗剪强度参数对库岸堆积碎石土边坡稳定性影响的实验研究 [J], 夏长城5.土体强度参数对临时土质边坡稳定性影响的研究 [J], 高刚因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于PFC2D岩质边坡稳定性分析的强度折减法
基于PFC2D岩质边坡稳定性分析的强度折减法王培涛;杨天鸿;朱立凯;刘洪磊【摘要】基于颗粒流离散单元法,将强度折减法引入到边坡稳定性研究中,可以解决应用连续变形分析方法研究存在的缺陷.取特定平均不平衡力比率作为边坡失稳与否判断准则,将颗粒间粘结强度及摩擦系数进行折减,以边坡岩体出现失稳破坏且断裂面贯通作为失稳判断准则,一方面能够对边坡局部危险区域予以定性预测,另一方面监测边坡变形到破坏的失稳过程,最终定量分析边坡稳定性.结合黑山铁矿现场边坡稳定研究实例,分别研究了边坡开挖扰动前后的边坡变形特征,得到开挖前后边坡安全系数分别为1.803和1.183,与预期结论一致.【期刊名称】《东北大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2013(034)001【总页数】4页(P127-130)【关键词】PFC2D;离散元法;岩质边坡稳定性;强度折减法;数值模拟【作者】王培涛;杨天鸿;朱立凯;刘洪磊【作者单位】东北大学资源与土木工程学院,辽宁沈阳110819;东北大学资源与土木工程学院,辽宁沈阳110819;煤炭科学研究总院沈阳研究院,辽宁沈阳110016;东北大学资源与土木工程学院,辽宁沈阳110819【正文语种】中文【中图分类】TP274强度折减方法自Zienkiewicz 提出以来，引起了国内外学者的关注和研究［1-4］.利用有限元强度折减法研究边坡稳定性可以有效地分析边坡强度储备情况和边坡大型滑移趋势.然而，从边坡工程滑坡失稳破坏的机理分析可知，边坡岩体的变形与破坏是边坡发展演化过程中两个不同的阶段，变形属量变阶段，而破坏则是质变阶段，它们形成一个累进性变形破坏过程.由于连续变形方法自身特点限制，无法对该过程进行分析，非连续变形分析方法能够方便地实现边坡变形从量变到质变的全过程，因此利用非连续变形分析方法研究边坡稳定性具有重要意义.目前，以颗粒流离散单元方法为代表的非连续变形方法在国内获得了推广，多应用于散体流动方面［5］，在边坡稳定性定量评价方面尚不成熟.周建等［6］将强度折减法引入颗粒流离散单元，对土坡安全系数的评价作了尝试性研究，得到了与有限元软件分析相似的结果，为颗粒流离散单元强度折减法在边坡领域的应用开辟了新途径.基于文献［6］的思想，本文通过FISH 二次开发进一步研究了颗粒流的强度折减法，对边坡变形到破坏失稳的过程进行监测，通过安全系数定量表征边坡稳定性，得到了边坡强度储备信息，实现了边坡局部破坏特征及破坏后边坡整体稳定特征的研究.1 强度折减法实现原理1.1 边坡安全系数的定义材料的细观断裂形式或表现为颗粒内部引起滑移的剪切断裂，或表现为沿着颗粒内部的作用键分离开的劈理，亦或为颗粒间从滑移到分离.采用离散元法分析岩质材料，细观颗粒的粘结方式一般采用平行键连接模型(见图1)［7］，该粘结键相当于颗粒骨料间的含有一定力学属性的胶结物，因此该模型可以抗拉、抗剪、抗弯，可以更好地反映材料破坏特性.图1 平行键连接原理Fig.1 Parallel bonding logic of PFC2D细观颗粒的平行粘结强度p，包括法向连接强度pn和切向连接强度ps；颗粒间摩擦系数f 的大小，是决定边坡离散系统稳定的内在因素.在从大到小不断调整这些参数值过程中，存在一组临界参数，当时，边坡发生失稳.此时以模型初始条件下连接强度(或者摩擦系数)与临界连接强度(或临界摩擦系数)的比值作为边坡安全系数，定义为1.2 颗粒流离散元强度折减法基本原理该方法不需要假定滑裂面位置，直接从细观上定义颗粒之间的接触关系，其计算过程是边坡内部材料自身求得稳定状态的调整过程，不要求变形协调、位移连续，通过可视化直接描述边坡的滑移、倾倒、裂缝的扩展过程，以及滑动面的几何形状和位置.基于PFC 内嵌FISH 编程语言，编写了边坡强度折减法程序，图2 为程序流程图.图2 安全系数求解流程Fig.2 Flow chart for solution of safety factor本文选取黄金分割点作为强度折减法的折减比例，该比例较二分法能够加快边坡强度折减计算.临界判断准则选择不平衡力收敛准则，通过统计平均不平衡力与颗粒间接触力的比值作为失稳判据之一.迭代过程中，颗粒间接触断裂事件会进行记录，并作为判断破裂面是否贯通的判据.表1 列出了模型单纯向上或向下折减的安全系数值.为防止边坡极稳状态下连续折减的情况出现，程序限定一个上限和下限的差值，当两值差小于该值，则迭代结束，当前安全系数即为边坡的稳定性系数，本文以安全系数上、下限差值小于0.02 为计算终止条件之一.2 数值模型与计算方案选取黑山铁矿某工况实例，建立计算模型见图3.其中，模型长度585 m，高度420 m，从边坡眉线920 m 至坑底650 m 标高为270 m.台阶高度24 m，工作平台宽度11 m.模型两端边界水平位移约束，底部Y 方向位移约束，只考虑岩体自重作用力，研究开挖的矿体位于650～698 m 水平.表1 强度折减安全系数Table 1 Reduction factors for each reduction step图3 黑山铁矿西边坡剖面图Fig.3 Profile of western slope in Heishan metal mine应用颗粒流软件研究模型力学性质，主要定义颗粒密度、粒径分布、基本颗粒形状及颗粒基本细观属性.目前还没有有效的方法确定细观颗粒参数与宏观属性的定量对应关系，应用最多的是通过双轴压缩试验和巴西盘拉伸试验不断调整细观参数与宏观特性，最终匹配得到合理的细观参数［8］.该过程不作为本文研究重点，仅列出本文的颗粒流细观参数，见表2.通过计算进路工程布置前后两个状态下边坡的稳定情况，对应力、位移进行了监测，并给出了安全系数指标，对比两个工况来分析强度折减法的适用性.3 结果分析与讨论3.1 布置进路前结果及分析结合图3，由图4应力场变化云图可以看出，770 m 台阶与坡面连接处发生应力集中；随着折减进行，770 m 及以上逐渐呈现应力集中带，模型未发生失稳破坏.在本模型计算中，整个迭代过程一共进行了4 次，模型未发生大的滑移或者倾倒现象，最终得到的安全系数为1.803，说明此状态下边坡稳定.表2 用于表征岩体的细观计算参数Table 2 Micro-parameters used to represent rock mass图4 开挖前边坡应力场随折减过程变化Fig.4 Stress field changes of the intact slope with reduction process3.2 布置进路后结果及分析建立开挖模型如图5 所示.主要于662，674，686 m 水平矿体位置垂直矿体走向长度进行巷道开挖.图6 是开挖后边坡应力场变化情况，在原边坡岩体中布置进路后，被开挖岩体原先所承受的应力会转移到周围岩体，造成局部岩体应力集中(图6a).围岩的应力集中程度超过其承载能力，就要发生变形、断裂，甚至大规模崩塌.折减过程中，空区上方发生明显应力集中逐渐扩展到边坡内部(图6c)，最终形成一条圆弧状的贯通应力集中带(图6d).图5 进路工程布置后计算模型Fig.5 General assembly of the PFCmodel after excavation图6 开挖后边坡模型应力场变化Fig.6 Stress field changes of the excaved slope图7 边坡破裂面贯通Fig.7 Slope failure with the coalescence of fractures边坡开挖后，呈现出局部破坏和整体滑移的变形趋势.颗粒间平均不平衡力与平均颗粒接触力的比值由最小的1.85 ×10-3 增加到5.20 ×10-3，模型失稳力急剧增加；由664 m 水平进路顶板的拉应力集中逐渐发展为顶板冒落，最终发展到从722 m 水平开始整体失稳垮落，颗粒连接键断裂带贯通至临空面(图7)，此时边坡失稳，边坡安全系数为1.183.3.3 分析与讨论通过对比边坡开挖扰动前后的稳定性状态，分析扰动前后边坡的变形破坏结果，然后计算得到边坡的稳定安全系数，发现边坡的安全系数由开挖前的1.803 降到开挖扰动后的1.183，安全系数降低，与预期结论一致.由于工程稳定判断本身有很多不确定性因素的影响，不同国家、行业的专家都有自己接受的安全系数标准.不同的计算方法和折减手段都直接影响安全系数的取值.基于离散单元的强度折减法虽然可以给出边坡稳定性的定量指标，但是与实际工程稳定的定性对应关系需要以后进一步验证.4 结论1)通过定义安全系数并选择一定的失稳判断准则，编写了基于颗粒流离散元的强度折减法，实现了边坡安全系数的定量化判定.2)基于黑山露天铁矿某边坡工况，计算了边坡未扰动和开挖扰动两种情况下边坡的安全系数，发现扰动前边坡安全系数为1.803，扰动后安全系数降为1.183，与预期结论一致.3)本文提出的强度折减法所得安全系数与工程实际的强度储备对应关系尚未进行验证，需要进一步研究.参考文献：【相关文献】［1］Xu Q J，Yin H L，Cao X F，et al.A temperature-driven strength reduction method for slope stability analysis［J］.Mechanics Research Communications，2009，36(2):224 -231.［2］Wei W B，Cheng Y M.Strength reduction analysis for slope reinforced with one row of piles ［J］.Computers and Geotechnics，2009，36(7):1176 -1185.［3］Jiang Q Q.Strength reduction method for slope based on a ubiquitous-joint criterion and its application［J］.Mining Science and Technology(China)，2009，19(4):452 -456. ［4］Fu W X，Liao Y.Non-linear shear strength reduction technique in slope stability calculation［J］.Computers and Geotechnics，2010，37(3):288 -298.［5］Yang T H，Wang P T，Yu Q L，et al.Effects of lateral opening angle on ore-drawing in pillarless sublevel caving based on PFC2D［C］//International Symposium on Geomechanics and Geotechnics:From Micro to Macro.Shanghai，2010:649 -654.［6］周建，王家全，曾远，等.颗粒流强度折减法和重力增加法的边坡安全系数研究［J］.岩土力学，2009，30(6):1549 -1554.(Zhou Jian，Wang Jia-quan，Zeng Yuan，et al.Slope safety factor by methods of particle flow code strength reduction and gravity increase［J］.Rock and Soil Mechanics，2009，30(6):1549 -1554.)［7］Cho N，Martin C D，Sego D C.A clumped particle model for rock［J］.International Journal of Rock Mechanics ＆ Mining Sciences，2007，44(7):997 -1010.［8］Yoon J S.Application of experimental design and optimization to PFC model calibration in uniaxial compression simulation［J］.International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences，2007，44(6):871 -889.。
边坡稳定性影响因素及其敏感性分析
般来说 ， 可靠 性方法分析和计算边坡稳定性 问题时 ， 需要考虑两种不确定 因素 ， 一种是 由于计算
一
态产 生 变化 ， 这 是 形 成 边坡 以及 边 坡 变 形 的外 部 因
素。其中， 内部 因素包括以下几点 ： 边坡岩体或者土
过程 中各项参数离散 引起的不确定性 ， 一种是边坡 内部 以及 各种 外部 因素 对边 坡稳 定性 的影 响所 引发
针对这种情况 ， 文章运用有限元数值模拟技术 ， 利用 Ｆ Ｌ Ａ Ｃ 如 软件强大的计算功能， 为使模 拟结果更 加明显可靠 ， 计算岩质边坡 在坡顶前缘特定的荷载 作用下坡体内的应力分布特征 ， 并选用合适 的评价 指标 ， 以定量的变化数值来说 明坡体 内各参数 的变
ｌ Ｏ ８
（ 西北 民族大学 ， 甘肃 兰州 ７ ３ ０ １ ２ ４ ） 摘 要： 基 于滑坡的工程实际 ， 运用 Ｆ Ｌ Ａ Ｃ ’ 。 有 限差分数值计算 软件对滑坡进 行 了数 值仿真 模拟 ， 在此基 础上研 究了
影 响边坡稳定 的因素 ， 并对数值计算 中的两个重要 参数 内摩擦 角和凝 聚力 进行了敏感性分析 。 关键 词 ： Ｆ Ｌ Ａ Ｃ 如； 边坡 ； 敏感性
无论 是 在施 工 阶段 还 是 在 运 营 阶段 ， 公 路 岩质
件强大的计算功能 ， 并选用合适的评价指标 ， 以定量
的变 化 数值 来说 明坡 体 内各 参数 的变 化对 边坡 稳定 性 所 造 成 的影 响 ， 进 而确 定 岩 质 边坡 的 稳 定 性对 各
边坡都会受到各种地质营力 和人工活动 的作用 ， 影 响其稳定性的 因素很 多 ： 比如水 的作用 、 风化 的影 响、 气候的改变 以及岩坡本 身岩性及地质构造的差 异等等 ， 它们的共 同作用使 得各 因素对边坡稳定性 的影响复杂， 影响程度难 以确定 ， 特别是当各种因素 问相互影响时就更加难 以明确其具体的影响范围和 程度。所以， 在现有的条件 下弄清楚各个因素对岩 坡的具体影响范畴就显得尤为重要 ， 在此基础上 ， 才
断层几何参数对岩质边坡稳定的敏感性分析
ISSN 1671-2900 采矿技术 第20卷 第5期 2020年9月CN 43-1347/TD Mining Technology，Vol.20，No.5 Sep. 2020断层几何参数对岩质边坡稳定的敏感性分析*陈权川1，朱爱军1,2，李兰1，田翻1，陈建行1(1.贵州大学土木工程学院，贵州贵阳550025；2.贵阳建筑勘察设计有限公司，贵州贵阳550009)摘要:以某露天矿边坡为例，结合FLAC3D内置强度折减法与数理统计方法探讨了断层几何参数对边坡稳定性影响的敏感程度。
利用极差法和单因素敏感性分析，选取断层厚度、断距、断层倾角以及相对临空面距离4个因素进行4因素4水平的边坡稳定性正交试验，结果表明，断层几何参数对边坡稳定性影响顺序为：倾角＞相对临空面距离＞断距＞断层厚度。
研究成果可为含断层岩质边坡的稳定性分析和支护设计提供有效的理论指导。
关键词:断层;正交试验;极差分析;敏感性分析;安全系数0 引 言天然岩体经历漫长的地质演变后，内部往往会形成大量复杂且具有空间几何特征的结构面，包括岩层层面、节理裂隙、软弱夹层以及断层等。
断层的存在破坏了岩体的完整性和力学不连续性，其物理力学性质较完整岩体差。
经研究表明，工程建设中，断层的存在直接影响了边坡的安全性，由于其特殊的空间展布情况，组合类型多样，破坏模式较为复杂，一直成为地质工作者和工程界研究的重难点。
大量学者对此展开了一系列研究，曹兰柱[1-2]等以露天矿边坡为工程背景，运用FLAC3D模拟分析得出了含断层边坡的变形破坏机理并揭示了复合边坡稳定性随断层和边坡相对空间位置不同的变化规律。
杨继红[3]等采用数值模拟研究了某含二级结构面的坝体边坡的变形破坏模式，指出断层空间展布对边坡变形与稳定性起主导因素。
王东[4-5]等基于理论指导和数值软件，阐明了断层空间位置对顺倾层状边坡变形破坏模式与稳定性的影响。
陈凤阳[6]等对比分析了不同断层倾角对顺倾层状边坡的稳定性影响并探讨了该类边坡的变形破坏规律。
土质边坡稳定影响因素的敏感性分析
土质 边坡 稳定 影 响 因素 的敏 感 性 分 析
钟 学梅 ， 付 成华术， 何
（ 西华大学
欢， 赵
川
６ １ ０ ０ ３ ９ ）
能 源与 动 力 工程 学院 ， 成都
摘要 ： 为确定各 个因素对边坡稳 定性的影响程度 ， 以一均质土质边坡 为例 ， 选取 土容 重、 粘 聚力、 内摩 擦 角、 地 下水位 、 坡 比为 试验 因素 ， 运 用单 因素分析 法和 多因素正交试验 法分析 各 个影 响 因素的敏 感性。采 用极 限平衡 法计 算不 同试验 方案下边 坡 的稳 定安全 系数 。 以安全 系数为试验指标 ， 对试 验结果进 行极差 分析 。结 果表 明： 单 因素分析 法和 多 因素 正交试验 法得到 的
ｎ ａ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｈｅ ｔ ｅ ｘ ｅ ｒ ｐ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ．Ｉ ｔ ｓ ｈ ｏ ｗｅ ｄ ｔ ｈ ａ ｔ ｈｅ ｔ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｗｅ ｒ ｅ ｂ ｓｉ ａ ｃ ｌｌ ａ ｙ ｉ ｄ ｅ ｎ ｉ ｔ ｃ ａ ｌ ｗｉ ｈ ｔ ｓ ｉ ｎｇ ｌ ｅ ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｎ ａ ａ ｌｙ ｓ ｉ ｓ ｎｄ ａ ｍｕ ｌ ｔ ｉ — ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｏ ｒ ｔ ｈ ｏ ｇ ｏ ｎ ｌ ａ ｅ ｘ ｅｒ ｐ ｉｍｅ ｎ ｔ ， ｓ ｌ ｏ ｅ ｐ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ Ｗａ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｌ ａ ｒ ｇ ｅ ｓ ｔ ｅｎ ｓ ｓ ｉ ｔ ｉ ｖ ｉ ｔ ｙ，ｔ ｈｅ ｎ ｆ ｏ ｌ ｌ ｏ ｗｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎ ｌ ａ ｆ ｒ ｉ ｃ ｉｏ ｔ ｎ ｎ ｇ ａ ｌ ｅ、 ｃ ｏ ｈ ｅ ｓ ｉ ｖ ｅ ｏｒ ｆ ｃ ｅ、 ｓ ｅ ｖ ｅ ｒ ｅ，ａ ｎｄ ｈｅ ｔ ｉ ｎ ｍ ｉ ｍａ ｌ ｓ ｅ ｎ ｓ ｉ ｉｖ ｔ ｉ ｔ ｙ ｗａ ｓ ｈｅ ｔ ｕ ｎｄ ｅ ｒ ｇ ｒ ｏ ｕｎ ｄ ｗａ ｔ ｅ ｒ ｌ ｅ ｖ ｅ ｌ ，ｍｕ ｌ ｉ— ｔ ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｏ ｒ ｔ ｈ ｏ ｇ ｏ ｎ ｌ ａ ｅ ｘ ｅｒ ｐ ｉｍｅ ｎ ｔ ｗａ ｓ ｍｏ ｒ ｅ ｒ ｅ ｓｏ ａ ｎ ａ ｂ ｌ ｅ ｈａ ｔ ｎ ｈｅ ｔ ｎａ ａ ｌｙ ｓ ｉ ｓ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ｓ ｉ ｎ ｇ ｌ ｅ ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ．
土质路堤高边坡稳定性及力学参数分析
土质路堤高边坡稳定性及力学参数分析郭立华【摘要】为确定某道路工程土质路堤高边坡的稳定性状态,采用Midas有限元分析软件对该填土高边坡在天然状况下的边坡内应力及位移分布进行了数值分析,并结合极限平衡方法,计算出天然工况下该路堤边坡每个土条在最危险滑动面上的安全系数与土条力学参数的变化关系.研究结果表明:该边坡很可能在中部产生坡面凸出和坡面剥落破坏,且具有沿着圆弧面产生滑移破坏的特征.靠近坡顶位置土体的安全系数最大,土条底部的法向应力、抗剪应力、剪应力、内摩擦角从坡顶到坡脚均表现为先增大后减小的变化趋势,土条底部的黏聚力则变化不大.该路堤边坡的稳定性安全系数较小,不符合规范中的安全设计要求,需采取工程加固措施.研究成果为该边坡工程提供了良好的施工指导.【期刊名称】《湖北理工学院学报》【年(卷),期】2018(034)002【总页数】6页(P48-52,63)【关键词】土质路堤;高边坡;稳定性;数值分析;力学参数【作者】郭立华【作者单位】山西省交通科学研究院,山西太原030006【正文语种】中文【中图分类】U416.1边坡的稳定性问题一直是工程中需要重视的一项工作，尤其是人工修筑的土质路堤高边坡的稳定性问题。
在填土性质、修筑方法、外界荷载及环境影响等多重因素的作用下，土质路堤边坡的破坏机制将更为复杂。
因此，针对这类土质路堤高边坡，研究土质路堤高边坡稳定性将对解决边坡稳定性问题具有重要的价值。
随着高边坡这类特殊工程问题的涌现，相关的研究理论得到了发展和充实，分析方法也逐步从定性及不确定性分析向定量和确定性发展。
其中，定性分析方法主要以工程类比法和图解法为主[1-2]，定量分析主要以刚体极限平衡分析法、极限分析法及数值分析法为主[3-5]。
在定量分析中，数值分析法可以对形状不规则以及土体材料非均质的边坡进行分析，同时使土体的“应力-应变”关系满足合适的本构关系，受力情况较为严格地满足平衡方程及内力作用关系，并逐步成为目前较为主流的一种分析方法。
边坡稳定性分析范文
边坡稳定性分析范文首先，确定边坡的几何形状、岩土物理力学参数和边坡下方地层情况非常重要。
边坡的几何形状和大小直接影响到边坡的稳定性，岩土物理力学参数是进行力学分析的基础，而边坡下方地层情况则对边坡的稳定性有重要影响。
其次，建立边坡的力学模型是进行边坡稳定性分析的关键步骤。
力学模型可以是二维平面模型，也可以是三维空间模型，其选择应根据实际情况和分析目的来确定。
一般来说，二维平面模型适用于较简单的边坡，而三维空间模型适用于较复杂的边坡。
然后，确定荷载条件和边界条件是进行稳定性分析的基础。
荷载条件包括自重、附加荷载（如雨水、地下水等）和地震作用等，边界条件包括边坡上部和下部的约束情况。
荷载条件和边界条件的合理确定对于分析结果的准确性和可靠性非常重要。
稳定性分析是边坡稳定性分析的核心内容，也是最关键的步骤之一、常用的稳定性分析方法包括平衡法、极限平衡法、有限元法等。
平衡法是最简单也是最基本的稳定性分析方法，它假设边坡在稳定状态下满足力学平衡条件，通过比较剪切抗力和剪切力矩之间的关系来评估边坡的稳定性。
极限平衡法是在平衡法的基础上引入潜在滑移面，通过比较潜在滑移面上的剪切抗力和剪切力矩之间的关系来评估边坡的稳定性。
有限元法是一种数值分析方法，通过离散化边坡为有限个单元，并在每个单元内求解力学平衡方程来分析边坡的稳定性。
最后，根据分析结果确定相应的加固措施是边坡稳定性分析的最终目的。
根据边坡的具体情况和不同的加固要求，可以采取不同的加固措施，如加宽边坡、设置挡土墙、增加护坡等。
加固措施的选择应综合考虑边坡的稳定性和经济性。
总之，边坡稳定性分析是对地表或岩石边坡进行稳定性评估和分析的一项重要工作。
通过准确地评估和分析边坡的稳定性，我们能够确定边坡的安全系数，并采取相应的加固措施，以确保边坡的安全运行和保护环境的稳定。
黄土力学参数对边坡稳定性的影响
［ ８ ｊ 张旭辉 ， 龚 晓南， 徐日 庆． 边坡稳定性影响 因素敏感性正交法计 算分析［ Ｊ ］ ． 中国公路学报 ， ２ ０ ０ ３ （ １ ６ ） ： ３ ６— ３ ９ ．
著 。而土体 的压缩 模量 Ｅ、泊 松 比 对黄 土土坡 稳定 性影
２ ０ １ ９ 卜１ ８ １ ７
０是导致黄土边 坡失 稳破 坏 的主 导 因素 ，所 以在进 行黄 土
边坡稳定分析乃 至工程 治理 的过程 中 ，通 过现场试 验 以及
室 内试验来对土体重度 粘聚力 Ｃ、内摩擦角 ‘ ｐ 进行 准确 合理的取值是极 为重 要 的。同时 ，在边 坡工 程治理 的过 程 中 ，如果能提高 土体 的粘聚力 ｃ、内摩擦 角 的影 响 ，不
失为一种科学 、理想的措施 。
槲ｌ ６
ｌ ５ ｌ ４ １ ３ ｌ ２ ｌ
３ 结
论
依托实际工程 ，通 过有 限元数 值分 析 ，开展 了不 同土
安全系数 Ｆ ｓ 安全系数 Ｆ ｓ
体力学参数对边 坡稳 定性 影响 的研究 ，得 出边 坡稳定 性 随
图 ３ 稳 定 系数 随 重度 变化 关 系 图 ４ 稳 定 系数 随 粘 聚 力 变化 关 系
筑工业出版社 ， １ ９ ９ ７ ． ［ ６ ］ 刘立鹏 ， 于洪杰 ， 陈奇． 力学 、 几 何参数对 土质边坡 稳定 的敏感
图 ７ 稳 定 系数 随压缩模 量变化 关 系 图 ８ 稳 定 系数 随泊松 比变化 关 系
从 图 ３— ８可知 ：在 影响黄土边坡稳 定安全 系数 的诸 多 土体强度参数 中 ，边 坡稳定性随着土体 重度 、土坡坡角 ０
２ ０ １ ３ 年 总第 ５期 第 ３ ９卷 第１ ７ ５期
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第22卷2008年第3期6月岩土工程技术Geotechnical Engineering T echniqueVo l122No13Jun,2008文章编号:1007-2993(2008)03-0123-04力学、几何参数对土质边坡稳定的敏感性分析刘立鹏1于红杰2陈奇1(11中国地质大学(北京)工程技术学院,北京100083;21漯河职业技术学院,河南漯河462000)=摘要>基于FL A C2D有限差分软件,采用强度折减法求解不同条件下的48个土质边坡的稳定系数。
采用灰色系统理论中的灰色关联分析方法,对边坡稳定进行敏感性分析,通过建立边坡的灰关联数据矩阵,并对数据矩阵进行无量纲化处理,计算出各影响因素变化与边坡稳定系数之间的灰关联系数和灰关联度,从而确定各因素对土质边坡稳定系数变化的敏感性大小。
结果表明,土体的粘聚力、重度、内摩擦角对边坡稳定性的影响最为敏感,剪胀角、坡角、坡高的影响次之,为实际边坡工程的合理有效设计及边坡治理提供了参考依据。
=关键词>边坡稳定性;影响因素;强度折减理论;灰色关联分析;FL A C2D;=中图分类号>T U413162Sensibility Analysis of Soil Slope Stability on Mechanical andGeometrical ParameterLiu Lipeng1Yu Hong jie2Chen Qi1(11Scho ol of Engineering and T echnolo gy,China U niver sity o f Geosciences,Beijing100083;21Luohe V ocatio na l T echno lo gy Co llege,Luohe H enan462000China)=Abstract>Based on the FL A C2D finite difference softw are,str eng th r eduction theo ry has been used to gained the st abi-l ity factor of the48soil slo pes under the different conditions.G rey Co rr elatio n Analysis M ethod of the Gr ey System T heor y is em ployed to analyze the sensitiv ities of facto r influencing slo pe stability.T he mat rix of cor relation dat a is set up,t he elements of w hich ar e then tr ansfor med to dimensionless par ameters.T he g rey cor relativ e facto rs and gr ey cor relat ive deg rees which re-spect to the influencing facto r and the slo pe stability factor are computed,and the sensible facto rs influence slope stability ar e deter mined.T he results show that t he cohesion o f the so il,the density and the internal fr iction ang le are the most sensitive fac-to rs to the slope stability,and the dilatancy ang le,slope angle and the slope heig ht a re t aken second place,w hich prov ide a ref-er ence to the r easo nably and effectively design o f the actual slope wo rks.=Key Words>slope stability;influencing factor;shear strength r eduction theor y;G rey Co rrelatio n A naly sis M et ho d; FL A C2D0引言边坡工程中,影响边坡稳定的因素较多,主要有地形地貌、岩土体性质、地下水、地震、人类工程活动等[1-3]。
这些因素一部分是确定的,但大部分具有随机性、可变性等不确定的特点。
影响边坡稳定的各因素对边坡失稳破坏的贡献率是不同的,有的影响较大,有的则较小,即对边坡失稳的敏感性不同。
边坡稳定影响因素的敏感性分析,是指定量地分析影响边坡稳定的各因素与边坡稳定系数之间的相关性,即分析各因素的变化对于边坡稳定系数的影响,通过可克服边坡影响因素的复杂性、模糊性和可变性的敏感性分析,找出导致边坡失稳的主导因素。
目前,关于边坡稳定影响因素的敏感性研究,许多学者作了大量的工作[4-7],取得了不少成果。
但对各因素敏感性分析结果却存在一定的差异,如文献[4]中认为土体内摩擦角为主要影响因素,粘聚力及地下水以及高度次之;文献[5]中认为土质边坡破坏形式沿某一圆弧滑移破坏时(包括线形滑动破坏)最重要的影响因素为坡高和坡角,在排除边坡线形破基金项目:中国博士后科学基金(2005038355);中国地质大学(北京)科学技术基金(2007019)作者简介:刘立鹏,1983年生,男,汉族,安徽六安人,硕士,主要从事工程地质方面的研究工作。
E-mail:icy sto ne_2003@163.com124岩土工程技术2008年第3期坏的特殊情况后,最重要的影响参数是粘聚力和坡角;文献[6]中认为参数的敏感性由大到小为粘聚力、内摩擦角;文献[7]中认为参数敏感性由大到小为粘聚力、重度、内摩擦角。
作者认为导致分析结果的不同,主要是由于文献中所采用对应各不同影响因素求得边坡稳定系数的方法的不同所造成的。
传统求解土质边坡稳定系数的软件中,主要是在假设滑动圆弧的前提下,采用极限平衡法理论,对所划分的岩土体条块进行力的平衡或力矩平衡的求解,进而求得边坡的稳定系数,没有考虑到土体变形等问题对于边坡稳定性的影响。
FLAC2D有限差分软件较好地克服了这些缺点,已广泛地应用于边坡稳定分析中。
文章中基于FLAC2D有限差分软件,采用强度折减法对某一土质边坡求解稳定系数,然后将其中的一个影响因素在基准值附近变化,同时保持其他因素水平不变,计算出该因素不同取值条件下的边坡稳定系数。
按照同样的方法,再计算出其他影响因素变化时所对应的稳定系数值。
最后利用灰色系统理论中灰色相关联分析,得到影响边坡稳定因素的关联序,比较敏感性大小,进而得到影响土质边坡稳定的主导及次要因素。
1强度折减法的计算原理111强度折减法的基本原理1975年,Zienkiew icz等首次在土工弹塑性有限元数值分析中提出了抗剪强度折减系数概念[8]。
抗剪强度折减系数定义为:在外荷载保持不变的情况下,边坡内土体所发挥的最大抗剪强度与外荷载在边坡内所产生的实际剪应力之比。
将岩土材料的抗剪强度c、U值同时除以一个折减系数F tr ial,得到一组新的抗剪强度值c c、U c,将其作为新的力学参数带入有限元中进行试算,当边坡土体符合给定的临界破坏状态判定条件时,所对应的折减系数F tr ial被称为边坡的最小稳定系数F s。
其中,参数c c、U c分别由式(1)、式(2)求得,而弹性模量E、泊松比L在计算中假设为定值,不随c、U的改变而变化。
c c=cF trial(1)U c=arctan tan UF trial(2)112屈服准则影响土坡稳定的关键因素是土体的抗剪强度,当剪切面上的最大剪应力达到了土体所能承受的破坏极限时,土坡将发生失稳破坏。
此处岩土体的本构关系采用理想弹塑性模型,屈服准则为M ohr) Coulom b屈服准则:f=AFI1+J2=kF(3)A=23sin U23P(9-sin2U)(4)k=63c co s U23P(9-sin2U)(5)式中:U为内摩擦角,(b);c为粘聚力,kPa;I1为应力张量的第一不变量;J2为应力偏张量的第二不变量;系数A、k与岩土材料强度c、U有关。
2灰色关联分析的基本原理和方法灰色系统理论由中国学者邓聚龙教授于1982年创立,是一种研究少数据、贫信息不确定性问题的新方法[9]。
灰色关联分析是灰色系统理论的一个组成部分,弥补了采用回归分析、方差分析及主成分分析等数理统计方法中需要大量原始数据、样本服从某个典型的概率分布等不足之处,根据序列曲线几何形状的相似程度来判断变化因素(比较因素)与参考因素之间的关联性(以关联度表示),关联度越大,表明比较因素与参考因素的相关性越强。
具体步骤是:首先将影响边坡稳定性的因素定义为比较列X, X=[X1,X2,,,X m]T,相应的边坡稳定系数作为参考列Y,Y=[Y1,Y2,,,Y m]T。
然后对各序列进行数据无量纲化,使得序列具备可比性,最后求得灰关联系数矩阵与灰关联度[4]。
211比较列矩阵与参考列矩阵的定义首先以影响边坡稳定性的各因素(如粘聚力c、内摩擦角U、剪胀角X、土体重度C、坡角H、坡高h 等)定义比较列XX=x1(1),x1(n)s sx m(1),x m(n)(6)相应边坡稳定系数参考列YY=y1(1),y1(n)s sy m(1),y m(n)(7)式中:m为影响边坡稳定因素数目;n为各因素变化值数目。
刘立鹏等:力学、几何参数对土质边坡稳定的敏感性分析125212 矩阵的无量纲化由于比较列X 及相应参考列Y 中的各量纲不同且可能相差较大,无法进行直接比较,故需对原始数据作处理转换,使得具有可比性,即需进行矩阵的无量纲化。
文章中采用区间相对值化法对数据矩阵进行无量纲化,处理后上式(6)、式(7)变为X i c =[X i c (1),X i c (2),,,X i c (n)](8)Y i c (1)=[Y i c (1),Y i c (2),,,Y i c (n)](9)式中:X i c (j )=X i (j )-min X i (j )m ax j X i (j )- min j X i (j );Y i c (j )=Y i (j )-m in Y i (j )m ax jY i (j )-m in jY i (j )。