稳定性分析(稳定性分析块体应力位移)「稳定性 力学」

边坡稳定性是指边坡岩、土体在一定坡高和坡角条件下的稳定程度。
边坡稳定性分析是边坡设计、边坡稳定状态判别、边坡加固与治理的重要决策依据。
不稳定的天然斜坡和设计坡角过大的人工边坡,在岩、土体重力,水压力,振动力以及其他外力作用下,常发生滑动或崩塌破坏。
大规模的边坡岩、土体破坏能引起交通中断,建筑物倒塌,江河堵塞,水库淤填,给人民生命财产带来巨大损失。
1、边坡分类1)按成因分类:可分为人工边坡和自然边坡;2)按地层岩性分类:可分为土质边坡和岩质边坡。
a:按岩层结构分为:层状结构边坡、块状结构边坡、网状结构边坡;b:按岩层倾向与坡向的关系分为:顺向边坡、反向边坡、直立边坡。
3)按使用年限分类:可分为永久性边坡和临时性边坡。
2、影响边坡稳定性的因素边坡破坏的类型很多,常见的是崩塌和滑坡。
崩塌:陡坡前缘部分岩、土体突然与母体分离,翻滚跳动崩坠崖底或塌落而下的过程和现象,称为崩塌。
滑坡:边坡部分岩、土体沿着先前存在的地质界面,或新形成的剪切破坏面向下滑动的过程和现象,称为滑坡。
在边坡破坏中,滑坡是最常见,危害最严重的一类。
所有的边坡失稳,均涉及到边坡岩、土体在剪切应力作用下的破坏。
因此,影响剪切应力和岩、土体抗剪强度的因素,都影响边坡的稳定性。
例如,构成边坡岩、土体的工程地质性质及其变化;边坡中断层、层面、不整合面等不连续面的产状与坡面倾向、倾角之间的关系;边坡尺寸和形态的改变;坡脚遭受水的侵蚀或人工开挖;边坡上天然或人工加载;边坡岩、土体中地下水位的升降,以及地震和爆破引起的瞬时振动等,均会在一定程度上改变边坡的稳定性。
3、边坡稳定性评价方法边坡稳定性安全系数是边坡稳定性的一个定量评价概念,从数值上讲是指沿假定滑裂面的抗滑力与滑动力的比值。
当该比值大于1时,坡体稳定;等于1时,坡体处于极限平衡状态;小于1时,边坡即发生破坏。
设边坡的高为H,展宽为B,边坡系数=B/H,如果这个边坡稳定了,就是这个系数为此点边坡稳定系数。
在《建筑边坡工程技术规范》GB50330-2013中,边坡稳定性安全系数的规范标准为下表:安全等级一级边坡二级边坡三级边坡一般工况安全系数1.351.301.25地震工况安全系数1.151.101.05临时工况安全系数1.251.201.15评价边坡稳定性的常用方法有下列4类:1)定性分析法。
通过对边坡的尺寸和坡形、边坡的地质结构、所处的地质环境、形成的地质历史、变形破坏形迹,以及影响其稳定性的各种因素的研究,判断边坡演变阶段和稳定状况。
2)极限平衡分析法。
把可能滑动的岩、土体假定为刚体,通过分析可能滑动面,并把滑动面上的应力简化为均匀分布,进而计算出边坡的稳定性系数。
3)数值分析法。
利用有限单元分析法,先计算出边坡位移场和应力场,然后利用岩、土体强度准则,计算出各单元与可能滑动面的稳定性系数。
4)工程地质类比法。
将所研究边坡或拟设计的人工边坡与已经研究过的或已有经验的边坡进行类比,以评价其稳定性,并提出合理的坡高和坡角。
4、边坡稳定性分析方法1)工程地质类比法工程地质类比法,又称工程地质比拟法,属于定性分析,其内容有历史分析法、因素类比法、类型比较法和边坡评比法等。
该方法主要通过工程地质勘察,首先对工程地质条件进行分析。
如对有关地层岩性、地质构造、地形地貌等因素进行综合调查、分类,对已有的边坡破坏现象进行广泛的调查研究,了解其成因、影响因素、发展规律等;并分析研究工程地质因素的相似性和差异性;然后结合所要研究的边坡进行对比,得出稳定性分析和评价。
其优点是综合考虑各种影响边坡稳定的因素,迅速地对边坡稳定性及其发展趋势作出估计和预测;缺点是类比条件因地而异,经验性强,没有数量界限。
在地质条件复杂地区、勘测工作的初期、缺乏资料时,都常使用工程地质类比法,对边坡稳定性进行分区并作出相应的定性评价,因此,需要有丰富实践经验的地质工作者,才能掌握好这种方法。
2)边坡稳定性图解法在边被稳定性分析中,常使用各种图解法,它是属于定性的方法,其优点是简单、直观、快速;缺点是带有一定的经验性和概念性。
因此图解法常常用于规划阶段,或初步分析边坡稳定之用。
用图解法分析,发现有问题的边坡应用计算验证。
图解法分为诺模图法和赤平投影图法,诺模图法利用诺模图来表征与边坡有关参数之间的定量关系,从而求出边坡稳定性系数、稳定坡角和极限坡高,主要应用于具有圆弧性破坏面的滑坡;赤平投影图法利用赤平投影的原理,通过作图直观地反映出边坡破坏的边界,确定失稳岩土体的规模形态及其可能变形滑动方向等,从而对边坡稳定程度作出初步分析,并为力学计算提供基础,它主要用于岩质边坡的稳定性分析。
3)块体单元法块体单元法介于刚体极限平衡法和有限元法之间,兼有两者的优点,工作量小,特别适用于如裂隙岩体那样的非连续介质问题,且块体元的应力精度与位移精度一致,因此按位移和应力求出的稳定安全系数比较接近。
块体单元法以块体形心处的刚体位移作为基本未知量,即用分片的刚体位移模式逼近实际位移场,在块体单元之间设“缝”单元,反映结构的物理性质。
根据虚功原理求出各块体形心处的刚体位移后,由缝单元两侧块体的相对位移确定缝面的变形和应力。
块体单元法既保证了各块条的力和力矩的平衡,又考虑了它们的变形。
而且,块体单元法可以反映非连续面两侧位移和应力可能不连续的特点,还提高了应力精度,使稳定安全系数的计算更为可靠,因此,块体单元法特别适用于具有软弱结构面岩体的稳定分析。
除了上述方法外,随着BIM技术在工程全过程中的应用逐渐深入,设计和施工单位在水利水电、铁路、公路、矿山等工程项目动工前,会提前利用岩土工程有限元分析软件Soilvision进行坡面稳定性,以解决边坡稳定性和其他岩土问题。
下面,我们一起详细了解下SoilVision的具体功能。
软件介绍SoilVision是一款岩土工程和地质环境分析软件包,提供了二维和三维岩土工程的全面解决方案,是行业领先的知名极限平衡边坡稳定分析软件,可以用以分析各种简单或复杂的岩土问题。
SoilVision可通过在土堤、露天矿坑、河堤、路堤和防洪堤的土壤和岩石坡面稳定性方面对土壤结构执行数字建模和分析,解决复杂问题。
SoilVision既用于基本设计,也用于高级非饱和分析,广泛用于在采矿行业中进行大型土壤结构工程的设计和评估。
软件功能1.三维的数值模拟解决方案简单的二维模型并不能完全反映三维模型下的各类问题,如区域内的渗流问题、路堤问题。
特别是中国区用户,很多大型的工程需要用到三维模型,更为直观,也更有说服力。
2.先进的边坡稳定性分析功能使用SVSLOPE软件,用户可以更完整的分析各类边坡稳定性方面遇到的问题,确定性分析、概率分析以及基于应力条件下的极限平衡分析。
新增护道稳定性分析排水沟、微型桩和锚的稳定性分析3.领先的模型耦合分析可以实现多个过程之间的完全耦合计算,水、气、热三相耦合(垃圾填埋场设计)、固体废弃物的渗流、以及其他方向的耦合。
4.三维岩土工程问题分析、可视化及二维切片功能SVDESIGNER能够帮助用户快速的建立复杂的三维几何模型;二维的切片功能可以让用户快捷的从模型中提取二维切片用于SVFLUX分析。
5.大变形及移动网格用更新拉格朗日方法实现大变形问题的应力应变分析。
6.网格自动生成及自适应自动网格生成和自适应功能大大提高了模型的稳定性,准确性和收敛性。
7.空间变化的材料参数材料参数随着空间位置的改变而不同,可以根据空间位置来定义材料参数,SVSLOPE和SVFLUX中可以应用这一功能。
8.各软件集成度高各个软件高度集成功能,可以分析更为复杂的耦合性问题,如降雨会导致边坡失稳等问题。
9.综合的概率分析有限元分析软件包和边坡稳定分析软件包可以实现蒙特卡罗、APEM和其它类型的概率分析。
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