岩质边坡稳定性中的四个要点分析.ppt

岩质边坡稳定性分析中的四个要点 李 宁 西安理工大学岩土工程研究所 2008.12.4 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 1 刚体极限平衡法的误差的由来 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） 2.2 有限元强度折减法 2.3 有限元超载法 * * 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 潜在滑动面的确定 要点一 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 潜在滑动面的模拟 要点二 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 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 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 ◇ 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： 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 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﹪ 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 ◇ 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； 边坡稳定性评价方法 要点三 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 误差 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 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 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 *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,