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节理岩质边坡破坏过程的PFC2D数值模拟分析

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四川大学学报（工程科学版） 2010年第S1期42卷 70-75页

作者：李新坡何思明中国科学院山地灾害与地表过程重点实验室四川成都610041 中国科学院成都山地灾害与环境研究所四川成都610041

边坡破坏后的运动过程及运动距离预测可以为灾害危险性区划、风险评估等提供定量分析依据,可以为灾后重建规划以及地震区工程建设提供指导。节理岩质边坡的破坏和其后的运动过程非常复杂,没有理论方法可以对这一过程进行合理的描述,而... 详细信息

边坡破坏后的运动过程及运动距离预测可以为灾害危险性区划、风险评估等提供定量分析依据,可以为灾后重建规划以及地震区工程建设提供指导。节理岩质边坡的破坏和其后的运动过程非常复杂,没有理论方法可以对这一过程进行合理的描述,而数值模拟方法是研究这一问题的有效途径。采用颗粒流程序PFC2D对节理岩质边坡的破坏和运动过程进行了研究,分析了关键参数对结果的影响,得出了破坏后的堆积形状和最终的运动距离。研究结果表明,颗粒流程序不但可以描述岩石等连续介质,而且可以描述节理岩体以及碎屑等不连续介质,是研究岩质边坡破坏运动的有效方法。

关键词：节理岩质边坡运动距离 PFC2D

考虑平动–转动力学效应的露天矿山节理岩质边坡塑性极限分析

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岩石力学与工程学报 2018年第A02期37卷 4056-4068页

作者：李泽胡政刘文连胡高建杜时贵周宇昆明理工大学建筑工程学院云南昆明650500 中国有色金属工业昆明勘察设计研究院有限公司云南昆明650000 浙江大学海洋学院浙江舟山316000 浙江省岩石力学与地质灾害重点实验室浙江绍兴312000 中山市水利水电勘测设计咨询有限公司广东中山528400 武汉大学

露天矿山节理岩质边坡的失稳破坏一般同时包含平动和转动力学效应。本文将塑性极限分析理论、多自由度的刚性块体单元离散技术、拟静力法原理和数学规划方法结合起来,研究矿山节理岩质边坡平动滑移破坏或倾倒破坏时的稳定性。根据拟静... 详细信息

露天矿山节理岩质边坡的失稳破坏一般同时包含平动和转动力学效应。本文将塑性极限分析理论、多自由度的刚性块体单元离散技术、拟静力法原理和数学规划方法结合起来,研究矿山节理岩质边坡平动滑移破坏或倾倒破坏时的稳定性。根据拟静力法原理计算单元形心地震惯性力,以结构面的法向力、剪力、弯矩为决策变量,构建节理岩质边坡静力许可应力场,建立节理岩质边坡稳定性分析的下限法数学规划模型;同时以单元形心的平动速度、转动速度为决策变量,构建节理岩质边坡机动许可速度场,建立节理岩质边坡稳定性分析的上限法数学规划模型;最后运用优化算法求解这两个数学模型,获得节理岩质边坡安全系数的上、下限解和对应的破坏机构。

关键词：边坡工程节理岩质边坡稳定性刚性块体单元塑性极限分析拟静力法

基于结构面参数概率分布更新的节理岩质边坡可靠性分析

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岩土力学 2021年第9期42卷 2589-2599页

作者：蒋水华欧阳苏冯泽文康青黄劲松杨志刚南昌大学建筑工程学院江西南昌330031 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室湖北武汉430071

岩质边坡节理裂隙通常十分复杂且其分布具有较大的随机性,准确地模拟岩体随机裂隙网络对边坡稳定性分析至关重要,然而目前的模拟方法不能较好融合结构面露头实测数据。提出基于贝叶斯更新方法优化结构面几何和抗剪强度参数概率分布,修... 详细信息

岩质边坡节理裂隙通常十分复杂且其分布具有较大的随机性,准确地模拟岩体随机裂隙网络对边坡稳定性分析至关重要,然而目前的模拟方法不能较好融合结构面露头实测数据。提出基于贝叶斯更新方法优化结构面几何和抗剪强度参数概率分布,修正边坡岩体随机裂隙网络模型,其中将融合的结构面现场实测数据表征为样本分布。在此基础上,同时考虑结构面几何参数(倾角、迹长)和抗剪强度参数(内摩擦角、黏聚力)的不确定性,采用非侵入式随机有限元法进行节理岩质边坡可靠度分析。以小湾水电站左岸4号山梁边坡模型为例说明提出方法的有效性。结果表明:贝叶斯更新方法和解析解获得的结构面参数后验概率分布几乎一致,前者能够有效地融合现场实测数据降低对结构面参数不确定性的估计和优化参数概率分布,进而生成更贴近工程实际的边坡岩体裂隙网络模型和获得更客观的边坡可靠性分析结果。采用结构面参数后验信息生成边坡岩体裂隙网络模型和进行边坡可靠性分析,获得的后验失效概率显著低于边坡先验失效概率。

关键词：节理岩质边坡结构面几何参数随机裂隙网络贝叶斯更新可靠性分析

基于LiDAR技术的节理岩质边坡有限元分析

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岩石力学与工程学报 2013年第S2期32卷 3972-3978页

作者：宋杰胡辉 RAFIG Azzam 德国亚琛工业大学工程地质研究所德国亚琛52064

岩质边坡的稳定性主要受其优势结构面组控制。基于地面LiDAR扫描技术和模糊聚类分析对边坡岩体出露的结构面进行自动识别和统计分组,从而获得岩体主要结构面组的几何空间信息和空间位置信息。随后通过赤平投影方法能够较好地反映出各主... 详细信息

岩质边坡的稳定性主要受其优势结构面组控制。基于地面LiDAR扫描技术和模糊聚类分析对边坡岩体出露的结构面进行自动识别和统计分组,从而获得岩体主要结构面组的几何空间信息和空间位置信息。随后通过赤平投影方法能够较好地反映出各主要结构面组与边坡的空间位置关系,确定主控边坡稳定性的优势结构面组,为数值模型的构建提供依据。最后采用有限元强度折减法求得潜在滑裂面位置和相应的安全系数。分析结果表明,岩质边坡滑裂破坏主要沿着优势结构面方向扩展,边坡下部以沿结构面的剪切破坏为主,上部以拉伸破坏为主。

关键词：边坡工程节理岩质边坡三维激光扫描模糊聚类方法赤平投影分析有限元强度折减法

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节理岩质边坡随机块体搜索的一种简便方法

长江科学院院报 2013年第9期30卷 69-74页

作者：杨超徐光黎赖方军李志鹏中国地质大学(武汉)工程学院武汉430074

节理岩质边坡存在有大量由结构面和开挖坡面组合而成的随机块体。根据结构面和坡面的组合关系,将随机块体分为坡肩双面滑动、坡面双面滑动及坡面单面滑动3种类型,并运用"野外定性判断+赤平投影法"的方法综合确定边坡随机块体的类型。在... 详细信息

节理岩质边坡存在有大量由结构面和开挖坡面组合而成的随机块体。根据结构面和坡面的组合关系,将随机块体分为坡肩双面滑动、坡面双面滑动及坡面单面滑动3种类型,并运用"野外定性判断+赤平投影法"的方法综合确定边坡随机块体的类型。在详细的野外结构面采样的基础上,运用地质统计学与计算机技术随机生成三维结构面网络图。在前人关于生成结构面迹线图、搜寻封闭回路、搜索随机块体可能出现的最大区域、交点组合的基础上,提出通过对坡面迹线三角形进行随机块体类型匹配的方法,找出符合随机块体类型要求的迹线三角形,快速搜索出坡面随机块体。工程实例模拟结果亦证实了该方法的合理性,研究成果可为节理岩质边坡随机块体的形态描述、快速搜索提供一条新的思路与方法。

关键词：节理岩质边坡随机块体类型迹线三角形匹配块体搜索

节理岩质边坡结构面参数概率分布更新及可靠性分析

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节理岩质边坡结构面参数概率分布更新及可靠性分析

作者：欧阳苏南昌大学

学位级别：硕士

随着我国水利水电事业的迅猛发展和水电工程建设规模的扩大,节理岩质边坡稳定性问题已成为研究重点。节理岩质边坡中大量随机分布、断续发育的节理、裂隙和结构面,对边坡稳定性和工程安全有着重要影响。因此,建立精确的结构面网络模型,... 详细信息

随着我国水利水电事业的迅猛发展和水电工程建设规模的扩大,节理岩质边坡稳定性问题已成为研究重点。节理岩质边坡中大量随机分布、断续发育的节理、裂隙和结构面,对边坡稳定性和工程安全有着重要影响。因此,建立精确的结构面网络模型,开展节理岩质边坡可靠性研究具有十分重要的现实意义和工程应用价值。然而,目前节理岩质边坡可靠性研究中尚存在以下不足之处:(1)一般忽略了结构面几何参数不确定性的影响;(2)缺少描述结构面参数间互相关性的边坡可靠性研究;(3)缺少利用有限的结构面实测数据更新结构面参数概率分布。针对上述研究不足,本文开展了节理岩质边坡结构面参数概率分布更新及可靠性研究,具体研究工作和相关结论如下:(1)系统回顾了国内外关于节理岩质边坡结构面参数不确定性表征及可靠性研究进展,论述了目前结构面参数不确定性表征、结构面参数概率分布更新、结构面网络修正及节理岩质边坡可靠性研究现状,总结了当前研究存在的不足。(2)开发了一套基于Copula函数的结构面参数联合概率模型构建方法并予以程序实现,解译了结构面几何参数(如倾角和倾向)之间互相关性的影响,为获得贴近工程实际的结构面网络模型提供了一条有效的途径。(3)完善了基于贝叶斯理论的结构面参数概率分布更新方法,有效融合了有限的实测样本推断结构面参数后验联合概率分布。提出方法的计算精度和效率明显优于传统的参数概率分布推断方法,为推断有限数据条件下结构面参数概率分布提供一种有效的手段,在此基础上发展了节理岩质边坡结构面网络模型修正技术。(4)发展了基于多项式展开的节理岩质边坡可靠性分析方法,揭示了结构面几何参数与力学参数不确定性对节理岩质边坡可靠性的影响规律,克服了传统直接蒙特卡洛模拟方法求解低概率问题时计算量大的难题,为快速评价边坡可靠性提供了技术支撑。

关键词：节理岩质边坡可靠性分析结构面网络几何参数互相关性 Copula函数

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节理岩质边坡大变形仿真分析

节理岩质边坡大变形仿真分析

作者：杨瑞天津大学

学位级别：硕士

通过文献资料,本文阐述了国内外边坡稳定性分析方法,其中数值分析方法已经在边坡稳定性分析中得到了较快发展,明晰了边坡稳定性有限元分析的优势和发展趋势。在目前的边坡有限元分析中,通常都是基于线弹性小变形的理论假设,然而在很多... 详细信息

通过文献资料,本文阐述了国内外边坡稳定性分析方法,其中数值分析方法已经在边坡稳定性分析中得到了较快发展,明晰了边坡稳定性有限元分析的优势和发展趋势。在目前的边坡有限元分析中,通常都是基于线弹性小变形的理论假设,然而在很多的实际工程中,边坡岩土体位移和应变并不呈线性关系,若再用线性小变形理论进行有限元分析,结果将变得不准确或者是不合理。针对这一问题,论文采用弹塑性大变形有限元理论并结合强度折减法对边坡进行稳定性分析,该理论是以非线性几何场论为理论基础,满足岩土材料的非线性本构关系模型。论文首先从岩土体的弹塑性本构关系模型着手,介绍了修正的拉格朗日(Updated-Lagrangian)弹塑性大变形本构关系模型方程以及有限元方程的推导过程。然后阐述了有限元强度折减法,定义安全系数为塑性应变和强度折减系数曲线呈现陡变时对应的折减系数。运用ANSYS有限元程序的弹塑性大变形的分析功能,结合有限元强度折减法,模拟了边坡的塑性应变区从节理裂隙底部向坡脚以及从坡脚向节理裂隙逐渐交汇直至贯通的过程。结果显示边坡形成一个不规则的近似圆弧的塑性应变破坏贯通区域。论文对边坡开挖过程中坡体的塑性应变区发展以及位移、应力变化进行了分析。为了分析边坡在开挖加固过程中坡体以及锚索和喷射混凝土的变形和受力状况,对锚索的轴力以及喷射混凝土层的剪力和弯矩变化情况也通过图示给以说明。结果显示,在第二步开挖时较第一步开挖时锚索平均轴力增长60%左右,说明锚索在开挖时已经发挥作用。同时喷射混凝土的弯矩也有所增加,锚索和喷射混凝土的结合部位弯矩比较大,说明锚索和喷射混凝土起到整体加固的作用。最后得出,从弹塑性理论上分析,锚索和喷射混凝土具有限制岩体塑性应变、防止岩体松弛变形的作用。

关键词：节理岩质边坡弹塑性大变形理论强度折减法 ANSYS 开挖过程模拟

基于结构面网络模拟的节理岩质边坡可靠性分析

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工程地质学报 2014年第6期22卷 1221-1226页

作者：杨超徐光黎申艳军叶雪峰浙江省交通规划设计研究院杭州310006 中国地质大学(武汉)工程学院武汉430074 西安科技大学建筑与土木学院西安710054

在节理岩质边坡的稳定性分析中,往往很少考虑结构面的随机分布特征。结构面网络模拟能较好地模拟结构面的随机分布,因此,本文将结构面网络模拟应用于节理岩质边坡的稳定性分析中。首先,运用岩体结构面网络模拟技术,建立岩质边坡的结构... 详细信息

在节理岩质边坡的稳定性分析中,往往很少考虑结构面的随机分布特征。结构面网络模拟能较好地模拟结构面的随机分布,因此,本文将结构面网络模拟应用于节理岩质边坡的稳定性分析中。首先,运用岩体结构面网络模拟技术,建立岩质边坡的结构面网络模型。然后,将模拟的结果与有限元强度折减法相结合求取边坡的安全系数。最后,对边坡进行一定次数的结构面网络模拟并得到对应的安全系数,进而进行节理岩质边坡的可靠性分析。工程实例结果表明:(1)节理岩质边坡的稳定性主要受坡面附近结构面的数量及切割组合关系影响,结构面的数量越多,连通情况越好,则边坡稳定性安全系数越小;(2)该边坡的平均稳定性安全系数为3.06,失效概率为5%,表明该边坡有较高的可靠性,这与实际情况比较一致。本文的分析方法主要考虑了结构面的随机分布特征,能为节理岩质边坡的稳定性分析提供一条新的思路和方法。

关键词：节理岩质边坡结构面网络模拟强度折减法可靠性分析失效概率

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基于贝叶斯更新的节理岩质边坡可靠性分析

基于贝叶斯更新的节理岩质边坡可靠性分析

作者：冯泽文南昌大学

学位级别：硕士

随着我国水利水电、露天矿山、高速铁路和公路等基础工程建设规模的扩大,所需建设的边坡工程也愈来愈多,导致边坡稳定性问题日益突出。而自然界的天然边坡,特别是岩质边坡在岩石形成的过程中以及地质作用下会产生大量的节理和裂隙,这些... 详细信息

随着我国水利水电、露天矿山、高速铁路和公路等基础工程建设规模的扩大,所需建设的边坡工程也愈来愈多,导致边坡稳定性问题日益突出。而自然界的天然边坡,特别是岩质边坡在岩石形成的过程中以及地质作用下会产生大量的节理和裂隙,这些节理和裂隙的存在对于岩石边坡稳定性具有极其重要的影响。为此,本文针对现有的边坡稳定性分析方法计算精度和效率较低,有限实测资料条件下岩体随机裂隙网络模拟、同时考虑结构面几何参数和力学参数不确定性的节理岩质边坡可靠性分析难题,开展了较系统深入的研究,主要研究工作如下:(1)论述了贝叶斯更新的基本理论和方法,给出了通过卡方检验和K-S检验确定结构面参数概率分布类型的详细检验步骤,并总结了三种离散裂隙网络模型,讨论并系统的对比了这三种模型的优缺点,可为岩质边坡稳定性分析及边坡的可靠性更新提供重要的理论基础。(2)采用非侵入式随机有限元法进行节理岩质边坡可靠性分析,编写了Phase软件与MATLAB软件的接口程序,从而实现了裂隙材料参数赋值、边坡稳定性计算的自动化,解决了目前采用MCS方法计算节理岩质边坡可靠性分析的计算量大,计算效率低等难题,并以一实际库岸岩质边坡为例,计算出该岩质边坡不同工况下(天然工况、降雨工况和地震工况)的失效概率,为指导边坡工程加固提供了可靠的技术参考。(3)发展了一种可同时考虑节理几何参数及力学参数变异性的复杂节理岩质边坡可靠性分析方法,结合半因子实验设计和中心复合设计,通过方差分析识别出对边坡稳定性影响显著的结构面参数,构建了安全系数与结构面参数的响应面函数,为复杂节理岩质边坡可靠性分析计算提供了一条高效的途径。(4)提出采用贝叶斯更新方法优化结构面参数概率分布,并通过对比解析解和BUS方法求得的后验概率分布验证了贝叶斯更新方法的有效性,并应用于小湾水电站边坡案例,考虑了结构面几何参数和抗剪强度参数(黏聚力、内摩擦角)不确定性的影响,为获得更符合工程实际的岩体裂隙网络提供了一条可靠的途径。

关键词：节理岩质边坡裂隙网络模拟参数不确定性贝叶斯方法可靠性