岩质边坡稳定性分析中四个要点

单击此处编辑母版样式,单击此处编辑幻灯片母版样式,第二层,第三层,第四层,第五层,*,岩质边坡稳定性分析中的四个要点,李 宁,2008.12.4,1,潜在滑动面的确定,潜在滑动面的模拟,稳定性评价方法,预应力锚固效果分析与评价,目录,2,潜在滑动面的确定,要点一,3,1,滑动面的确定,土质边坡、破碎岩质边坡,最大剪应力等值线,刚体极限平衡法滑弧搜索法,岩质边坡,地质结构面,根据地质资料与经验，将可能形成潜在滑动面的软弱结构面进行连同，其中安全系数最小为可能潜在滑动面,次生滑动面,加固措施引起的新的危险滑动面,点安全度等值线,赤平投影法,4,潜在滑动面的模拟,要点二,5,1,滑动面的模拟,无滑动面的方法,Goodman,节理单元模型,Katona,内界面单元模型,无界面的方法,采用薄层实体单元模拟滑动面,弹簧单元,节点的接触对单元单元,二维G,oodman,单元模型,二维内界面单元模型,6,滑动面的模拟存在的问题,滑动面模拟的必要性问题,坡顶,滑移不连续变形,坡脚,剪出不连续变形,有界面、节理单元模拟滑动面,无滑动面,只能反映边坡的连续变形,7,无界面方法,有界面、节理单元模拟滑动面,坡顶,滑移不连续变形,坡脚,剪出不连续变形,用连续变形描述不连续变形,单元尺度容易产生畸形,8,Goodman,单元存在的问题,1、切向刚度与法向刚度很难测定，需试算多次,2、会发生相互嵌入现象，引起计算不收敛,缺点：,9,同一数量级的安全系数,Goodman,单元法向刚度与切向刚度比对边坡安全系数的影响,1、法向刚度与切向刚度在同一数量级时，安全系数的变化不大,10,不同数量级的安全系数,2、法向刚度与切向刚度不在同一数量级时，安全系数的变化较大，差一个数量级，安全系数大约差20,11,T=10时边坡位移矢量图,T=100时边坡位移矢量图,T=1时边坡位移矢量图,12,Katona,内界面单元模型,优势：,1、不需要确定节理、断层Kn、Ks，通过接触面两侧的模量变化来反映Kn的影响；,2、直接采用节理、断层的C、,值，摩尔,库仑定律确定接触面滑动、固定、分离等状态；,13,边坡稳定性评价方法,要点三,14,现有常见边坡稳定性分析方法,极限平衡方法,传统有限元方法（E,P）,有限元强度折减法,有限元超载法,15,基本假定,“精确”解析解,与工程实际不符,“精确”,求解的过程与方法,精确,基本假定,？,数学解析方法,刚塑性假定,同时破坏假定,不考虑滑床变形,无法考虑开挖,刚体极限平衡法,1.1 误差的由来,1 刚体极限平衡法的误差的由来,误差,16,1.2 刚体极限平衡法存在的不足,强度参数的选取,计算方法的局限,不符合“潘家铮极大值原理”,适用范围单一,评价方法单一,破坏标准的判定,破坏的标准是按照滑动面同时破坏而制定的，并没有考虑滑坡的渐进破坏,在计算中要么选取峰值强度，要么选取残余强度，没有考虑峰值强度向残余强度的变化,无法模拟边坡施工过程、开挖引起的二次应力场，加固措施、加固时机、渗流、地震等作用的影响,无法体现出滑面上的拉剪应力的传递与转移及滑体内部的内力调整，滑面将发挥最大抗滑能力的特性,只能模拟均质性较强的土质边坡，无法模拟真实岩质边坡的非均质、各向异性的性态以及连续变形与非连续变形的破坏模式,只能模拟均质性较强的土质边坡，无法模拟真实岩质边坡的非均质、各向异性的性态以及连续变形与非连续变形的破坏模式,17,1.3 有限元分析滑坡稳定性的优势,符合滑坡实际的破坏模式,引入塑性理论，随拉剪应力超限，强度参数由峰值强度向残余强度转化,符合潘家铮“极大值原理”，能反映滑坡破坏的内力与应力的调整,能够模拟各种性态的滑坡,均质性较强的土质滑坡；非均质、各向异性的岩质滑坡,评价方法全面,既能稳定性控制，又能整体、局部的变形控制,18,2 边坡稳定性分析方法的比较,2.1 传统有限元法（弹性,弹塑性分析）,滑动面的模拟界面单元、摩擦单元,通过有限元方法模拟真实条件下边坡的岩层、断层、风化层参数与工程性状，获得接近真实情况下的应力、变形等成果,安全系数界面单元、摩擦单元的分析成果,（法向应力与剪切应力成果）,弹性分析,弹塑性分析,不考虑拉应力,初级思想,19,2.2 有限元强度折减法,*临界滑动条件的,判定标准,、不收敛；、发散；、折减过程中位移曲线的突变点,*折减的内容,、所有结构面按同一比例同时折减?,；,、,只折减控制结构面,（K大于1.0的那个面),；,理想弹塑性,不计残余强度,，峰值强度=残余强度,弹塑性软化,计入残余强度,，残余强度峰值强度,c、f不同,*折减的过程,20,2.3 有限元超载法,*临界滑动条件的判定标准,、不收敛；、发散；、折减过程中位移曲线的突变点,理想弹塑性不计残余强度，峰值强度=残余强度,弹塑软化计入残余强度,*计算的过程,*超载的方式,21,滑面拉剪应力转移后的真实安全储备,在有限元分析中，当,滑动面,拉、剪应力超限时，荷载将向它周围进行转移。通过拉剪应力转移，边坡滑动面部分被拉开或发生滑移，只对未发生拉开和滑移的滑动面部分进行安全系数求解。,根据边坡使用目标，确立其安全使用界限,可分别根据边坡在使用过程中的主要失稳诱发因素分别进行“超载”计算，分别确定出边坡的极限水位、极限承重、极限开挖角度、极限地震烈度等界限值作为设计与管理的原则与指标,。,22,边坡开挖动态仿真设计与优化设计,在现场即时监测手段充分发达、计算机仿真技术、反演分析理论与方法长足进展后，可逐步模拟边坡的分布开挖过程，及其各开挖时段的坡体稳定性态，据此提出对边坡在空间上、时间上的最优加固与支护措施与安全储备的可靠度。,23,预应力锚固效果分析与评价,要点四,24,1,预应力锚索的工作机理,抗滑桩等被动加固措施,预应力锚索锚固等主动加固措施,被动加固措施,的工作机理,承剪阻滑,承担抗滑剪应力；,限制,变形,主动加固措施的工作机理,应力贡献,刚度贡献,主动提高滑面本身的抗剪能力,约束,变形； 使边坡的破坏由突变破坏变为延性破坏,25,2,预应力锚索模拟,常见的模拟方法,杆单元法,预应力锚索的研究,两点集中力法,边坡的预应力锚索加固研究,等效连续模型法,26,3,预应力锚索模拟存在问题,等效连续模型法,等效参数难以获得，控制其准确度与精度困难。,只承拉杆单元法,两点集中力法,只注意到,应力贡献,，仅能考虑回填注浆后的,约束变形,作用,只注意到,应力贡献,，未能考虑其,约束变形,的作用,27,4,新的模拟方法,集中力后续补偿张拉法,预应力施加阶段： 两点集中力,后续变形阶段：,集中力杆单元法,杆单元的激活时机模拟锚索的不同工作状态,28,新型杆单元法,Blot 杆单元,BOLT单元几何模型示意图,预应力施加阶段：锚索拉拔力；锚墩压力,后续变形阶段：将外锚头的虚实节点耦合,虚实节点,29,单根锚索的加固效果,30,地震工况下边坡位移场(锚索支护后）,地震工况下边坡位移场（不支护）,锦屏一级水电站左岸拱肩槽边坡,31,f5,Sl44-1,缓倾坡外结构面,上游边坡2-2 关键部位开挖至1810.0高程 预应力锚索张拉力,32,谢 谢！,33,