岩质边坡稳定性分析中的四个要点

岩质边坡稳定性分析中的四个要点第一页，共三十三页，2022年，8月28日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第二页，共三十三页，2022年，8月28日潜在滑动面的确定要点一第三页，共三十三页，2022年，8月28日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第四页，共三十三页，2022年，8月28日潜在滑动面的模拟要点二第五页，共三十三页，2022年，8月28日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Goodman单元模型二维内界面单元模型第六页，共三十三页，2022年，8月28日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第七页，共三十三页，2022年，8月28日无界面方法有界面、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第八页，共三十三页，2022年，8月28日

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：第九页，共三十三页，2022年，8月28日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第十页，共三十三页，2022年，8月28日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﹪第十一页，共三十三页，2022年，8月28日T=10时边坡位移矢量图T=100时边坡位移矢量图T=1时边坡位移矢量图第十二页，共三十三页，2022年，8月28日

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、Φ值，摩尔—库仑定律确定接触面滑动、固定、分离等状态；第十三页，共三十三页，2022年，8月28日边坡稳定性评价方法要点三第十四页，共三十三页，2022年，8月28日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第十五页，共三十三页，2022年，8月28日基本假定“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第十六页，共三十三页，2022年，8月28日1.2刚体极限平衡法存在的不足②强度参数的选取③计算方法的局限④不符合“潘家铮极大值原理”⑤适用范围单一⑥评价方法单一①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

第十七页，共三十三页，2022年，8月28日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、局部的变形控制第十八页，共三十三页，2022年，8月28日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）①弹性分析②弹塑性分析不考虑拉应力初级思想第十九页，共三十三页，2022年，8月28日2.2有限元强度折减法*临界滑动条件的判定标准①、不收敛；②、发散；③、折减过程中位移曲线的突变点*折减的内容①

、所有结构面按同一比例同时折减?；②、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*折减的过程第二十页，共三十三页，2022年，8月28日2.3有限元超载法*临界滑动条件的判定标准①、不收敛；②、发散；③、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*超载的方式第二十一页，共三十三页，2022年，8月28日

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。第二十二页，共三十三页，2022年，8月28日

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。第二十三页，共三十三页，2022年，8月28日预应力锚固效果分析与评价要点四第二十四页，共三十三页，2022年，8月28日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第二十五页，共三十三页，2022年，8月28日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第二十六页，共三十三页，2022年，8月28日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第二十七页，共三十三页，2022年，8月28日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第二十八页，共三十三页，2022年，8月28日新型杆单元法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第二十九页，共三十三页，2022年，8月28日

单根锚索的加固效果

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