范文一:岩土边坡地震稳定性分析研究评述
第25卷第1期
2005年2月地 震 工 程 与 工 程 振 动EARTHQUAKEENGINEERINGANDENGINEERINGVIBRATIONVol.25,No.1Feb.2005 文章编号:100021301(2005)0120164208
岩土边坡地震稳定性分析研究评述
刘红帅,薄景山,刘德东
(中国地震局工程力学研究所,黑龙江哈尔滨150080)
摘要:回顾了岩土边坡地震稳定性分析研究中的若干重要问题的研究进展,包括边坡岩土体地震反应
分析方法、边坡岩土体的动力特性和强度准则及参数测试、边坡地震失稳机理与失稳位置、边坡地震
稳定性评价指标与安全标准、边坡地震动输入和边坡地震稳定性评价指标的计算精度,还作了简要评
述,指出存在的问题并提出今后的研究方向。
关键词:岩土边坡;地震稳定性分析;研究进展
中图分类号:P315.98 文献标识码:A
Reviewonstudyofseismicstabilityanalysisofrock2soilslopes
LiuHongshuai,BoJingshan,LiuDedong
(InstituteofEngineeringMechanics,ChinaEarthquakeAdministration,Harbin150080,China)
Abstract:Slopefailureinducedbyearthquakeisoneofthemostpopularearthquakegeologicaldisasters.Thestate2of2the2artadvancementofseveralimportantproblemsinseismicstabilityanalysisofrock2soilslopesisreviewed,in2cludinganalysismethodofseismicresponse,dynamicproperties,strengthcriteria,parametertesting,failuremech2anismandfailurelocation,seismicstabilityevaluationindexandsafetystandard,earthquakeinputandcomputationaccuracyofseismicstabilityevaluationindex,andconciseremarksaremade.Then,existingproblemsarepointedoutandthestudyproblems,whichneedtobedoneinfuture,aresuggested.Especially,theeffectsofthegroundmotioninputsonseismicstabilityanalysisofrock2soilslopesareofgreatimportance,butthestudyonthemisrare,soweshouldstudythempreferentially.
Keywords:rock2soilslope;seismicstabilityanalysis;studyadvancement
引言
大量的震害调查结果表明,地震诱发的边坡滑动是主要的地震地质灾害类型之一。在山区和丘陵地带,地震诱发的滑坡往往具有分布广、数量多和危害大的特点。例如,1994年发生在美国Northridge的6.5级地震,触发了面积超过10km的11000处滑坡,经济损失高达300亿美元
242[1];1973年发生于四川省炉霍境内[2]的7.9级地震触发了各种规模滑坡137处,滑坡面积达90km,死亡人数2175人。边坡失稳所造成的
[3~6]灾害令人触目惊心,边坡地震稳定性分析已成为岩土工程界和地震工程界的重要课题之一。
我国是一个多山的国家,山地面积约占国土面积的2/3,这就从客观上决定了我国有大量的自然边坡。我国正处于快速发展时期,大量的水电枢纽、公路、铁路及矿山等工程的建设会出现很多高边坡问题,诸如“南水北调”工程等。同时,我国地处世界上两条最活跃的地震带之间,东有太平洋地震带,西有喜马拉雅山收稿日期:2004-10-15
作者简介:刘红帅(1975-),男,副研究员,博士研究生,主要从事岩土边坡稳定性评价与地震安全性评价研究.
[7]-地中海地震带。我国强震分布广,破坏性地震几乎遍布各省,其中西部地区地震活动强,频度高。近年
来的地震活动表明我国地震活动正趋于活跃,再加上对边坡地震稳定性分析研究还不深入,没有比较成熟可靠的评价方法与标准可遵循,这一点从抗震规范的有关条文能够体现出来。地震边坡所引起的灾害的严重性与独特的自然地理环境密切相关,更与人类的经济发展与分布状态、工程布局密切相关。随着我国西部大开发的不断进行,大量的工程活动将会降低已有的自然边坡的稳定状态,同时会增加大量新的人工边坡。这些边坡的稳定与否,直接关系到工程本身的安全。若重大工程的边坡发生破坏,将有可能威胁到大城市、大企业及若干人的生命财产的安全,其损失将是十分巨大的。此外,边坡的静力稳定性分析,特别是土质边坡的稳定性分析已经趋于成熟,但是岩土边坡的地震稳定性分析刚刚起步,因此,岩土边坡地震稳定性分析的研究更为迫切和重要。
经查阅大量文献,除了边坡的工程地质勘察外,本文将岩土边坡地震稳定性分析的研究内容大致归纳为:(1)边坡地震反应分析方法的研究,即如何在边坡岩土体中考虑地震动作用;(2)边坡岩土体的动力特性和强度准则及参数测试的研究,这是实现边坡地震反应分析数值模拟的关键,与(1)共同构成了边坡地震稳定性分析的基础;(3)边坡地震失稳机理与失稳位置的研究,即边坡地震稳定性分析的关键;(4)边坡地震稳定性评价方法,即边坡地震稳定性分析的核心;(5)边坡地震稳定性评价指标与安全标准的研究,即工程应用的标准;(6)边坡输入地震动的研究;(7)边坡地震稳定性评价指标的计算精度,即边坡地震稳定性评价指标的可靠性等。关于边坡地震稳定性评价方法,作者还将另文详尽论述。
本文就所掌握的资料从以上六个方面综述相关的研究进展,并指出其中存在的问题,提出今后的研究方向。
1 岩土边坡地震稳定性分析研究进展
边坡岩土体地震反应分析方法
边坡地震反应是指地震所引起的边坡反应,它包括地震动在边坡中引起的加速度、速度、位移和内力等。边坡地震反应分析远比静力分析复杂得多,因为边坡的地震反应不仅与边坡岩土体的动力特性有关,而且与输入地震动的特性密切相关。然而,地震动具有很大的随机性,很难对其进行准确的预测,对边坡岩土体的动力特性的研究主要集中在周期荷载上,事实上,岩土体的动力特性与应力路径密切相关,关于真实地震动1.1作用下的岩土体动力特性的研究刚刚开始。
从考察地震动作用下的边坡地震反应的物理现象出发,以能够体现真实地震动作用下的边坡岩土体的动力行为的物理本质为目标,以数学力学和计算工具的发展为前提,国内外学者们逐渐发展了多种方法,大致可以分为拟静力法、滑块分析法、概率分析方法、数值分析方法和试验法5大类。从这5大类分析方法来看,前3种假设与实际相差较大,难以较真实地反映地震动作用下边坡岩土体的行为;后两者较接近实际,能够比较真实模拟边坡在地震动作用过程中的动力特征和破坏机理,必将成为未来边坡地震反应分析的主流。鉴于此,本文仅对数值分析方法和试验法作简要的论述。
[8~9][10][11][12]目前,所采用的数值计算法主要有有限元法、有限差分法、快速拉格朗日元法、边界元法离
[13][14][15][16][17]散元法、刚体弹簧元法、非连续变形分析方法、界面元法和流形元等。根据各种数值分析方法的出发点及原理可知,有限元法、有限差分法、边界元法和拉格朗日元法主要适用于看作连续介质及含少量不连续界面的边坡;离散元法、非连续变形法、刚体弹簧元法主要适用于看作不连续介质的边坡;流行元和界面元对于看作连续介质和不连续介质的边坡都适合。国内外常采用的数值分析方法有有限元法、离散元法和快速拉格朗日元法。
[18]有限元是最早应用于岩土边坡动力分析的。自从Clough和Chopra采用有限元分析土坝的地震反应
以来,有限元法已经在岩土边坡地震反应分析中获得了广泛应用和发展。有限元发展的初期,用线弹性模型表示土的应力应变关系,采用振型叠加法求解运动方程,以后,许多学者从本构模型、计算方法方面不断
[19]加以改进。具体而言,计算功能已从最早的线性总应力方法,逐步发展为基于非线性有限元基础上的有
效应力动力分析方法和采用复杂弹塑性模型并考虑岩土体与水耦合作用的动力分析方法,从只能分析一维问题发展到能够分析二维、三维问题,从只能分析饱和土体发展到能够分析多相非饱和土体。本构模型从早期的线弹性模型发展为粘弹性模型、弹塑性模型、边界面模型、内时模型和结构性模型等。计算方法发展很
[18]
快,发展了振型叠加法、复反应分析法、行波法和子结构法等。有限元不断发展的过程中,也出现了相应的计算程序,其中具代表性的有加州大学Berkeley分校地震工程中心的QUAD-4和LUSH等,吴世明对有关的计算程序作了较为系统的总结。值得指出的是,以上方法和程序基本是基于土体小变形发展起来的,而针对岩体进行专门研究的较少。
现有的动力有限元也存在一些自身难以克服的缺点,例如不能很好地模拟结构的多个间断面上可能出现的错位、滑移和脱开,存在应力精度低于位移精度及不能模拟大变形等缺陷,还有在非线性分析时,由于有限元位移获得的应力精度比位移精度低,应力判据的不准可能导致非线性解的漂移等。
尽管有限元在某种程度上对地震过程中可能出现的某些破坏现象(如液化大变形、大滑移、滚落、大应变等)难以作出合理的估计,但有限元从小变形角度上能够较好地考虑地震过程中复杂地形、岩土体的非线性、非均质性、弹塑性及岩土体的孔隙水等因素的影响,能够深入分析岩土体的自振特性及岩土体各部分的动力反应,并且已积累了丰富的经验,因此有限元法已成为岩土工程动力分析中最重要的分析方法之一。
离散元法是Cundall首先把介质看作为不连续块体,基于牛顿第二运动定律提出的。Cundall建立的离散元方法体系以时间步长为变量,对每一块体的运动方法进行显式积分求得系统的响应;通过引入阻尼防止非物理振荡,块体内部的弹塑性变形由块体内部的有限差分网格求出;通过动态的方法求得系统的准静态
[22][23]解。因此,离散元法也非常适合于求解节理岩体的动力响应。Bardet、陶连金等学者先后将离散元用
于岩体动力问题。离散元法虽然弥补了有限单元法的某些不足,能够模拟边坡随时间的准大变形甚至完全破坏的过程,但由于它的基本假设是介质为不连续块体,因此,不能将其应用于连续介质。尽管在工程分析中获得了一些应用,但其所需的参数法向及切向弹簧刚度的测定是非常困难的,因此所得的结果通常是定性的。
[24]快速拉格朗日法采用差分技术引入时间因素和采用滑移线技术实现了从连续介质小变形到大变形
的分析模拟,同时又避免了有限元与离散元不能有机统一的矛盾,采用了与有限元类似的基本假设(连续介质),计算岩土体的应力场和变形场,但又可以计算离散元才能计算的岩体沿某一软弱面滑动和随时间的延续变形逐渐增大的大变形问题,还可以模拟非线性材料的物理不稳定等。因此它基本上同时具备了有限元和离散元两者的主要功能,它和有限元同样具有不能模拟含多个不连续界面的岩土体问题。该方法在岩土
[25][26]力学中得到应用始于美国ITASCA咨询公司,他们目前已推出实用的商业化软件FLAC3D,祁生文用
其进行了边坡动力响应分析。该方法在岩土工程中的应用正在日益流行。
其它的数值分析方法如非连续变形方法(DDA)、流形元法(NMM)和边界元等及各种方法的耦合方法,限于篇幅,在此不予介绍。
除了数值计算方法外,试验法也是非常重要的手段之一。试验法,在满足相似律的条件下,能够较真实直观地反映岩土边坡的薄弱环节及渐进破坏机理和稳定性程度,便于直接判断边坡的地震稳定性,同时也是对各种数值模拟结果的检验和对照。从所掌握的资料来看,试验法基本上采用振动台模拟试验进行物理模拟,离心机试验用于边坡动力稳定性研究的报道很少见到。王思敬最早通过振动模拟试验探索了岩石块
[28]体运动时单一滑动面的摩擦特性等,取得了一些有重要价值的研究成果。王存玉在二滩拱坝动力模型试
验中发现,岩石边坡对地震加速度不仅存在竖向的放大作用,而且还存在水平向的放大作用。清华大学研究过龙羊峡和二滩工程坝肩岩石动力特性及地震反应加速度,对库岸边坡进行了有限元动力计算和模型试
[29][30]验。翟阳等采用单一频率的振动对土坝边坡进行了振动台试验,并分析了振动条件下边坡对土坝抗滑稳定性的影响,给出了边坡与破坏加速度的关系式。张平等对岩石边坡的平面滑动进行了简化模型的
[32]系列振动台动力试验,并提出了边坡动力残余位移的累积计算公式。Wartman对粘土边坡也进行过振动
台试验研究,基于Newmark滑块分析法进行了位移计算。针对岩质边坡动力稳定性研究所进行的试验仅限于单一平直滑动面、小尺度和单一频率的地震动输入,而复杂滑动面、大尺度和采用真实的地震动输入的大型振动台试验尚未见报道。
1.2 地震动作用下边坡岩土体的动力特性、强度准则及参数测试[31][27][21][20]
地震动作用下边坡岩土体的动力特性,主要是指岩土体的本构模型,即通常所说的岩土体的动态应力应变关系,是计算边坡地震反应和研究边坡失稳机理等所必需的基础资料。地震作用下的岩土体本构模型是极其复杂的,它在不同的荷载条件、岩土材料及排水条件下会表现出极不相同的动本构特性,从本质上说,岩土体的动本构模型是岩土体自身与其所处的环境在地震作用下相互作用的综合反映。由于岩土体及地震动
的复杂性,因此力图建立一个“万能”的本构模型是不现实的,切实可行的思路是在定性地掌握了工程岩土体在具体的地震环境下的地震动作用可能发生的动力行为的基础上,“抓住主要矛盾,忽略次要矛盾”,建立能够反映主要特征的动本构模型。
为此,国内外学者进行了大量的研究工作,取得了大量有价值的研究成果。关于土的动本构模型大致可
[33]分为2类:(1)依据弹性元件、粘性元件及塑性元件组合串联或并联而成的机械模型理论;(2)基于各向
[34][35][36]异性运动硬化的塑性模型。孔亮等、李亮等已对土体的动本构关系作过总结评述,袁晓铭等给出了
常规土类的动剪切模量比和阻尼比参数,供计算选用,在此不再赘述;关于岩体的动本构关系方面,根据作者查阅到国内外的文献,目前开展最多的是爆破作用下或冲击荷载作用下的岩体动本构关系的研究,地震作用下岩体的动本构关系的研究未见报道。下面对地震作用下的岩体动本构关系研究相关的内容作简要综述。
[37,38][39,40]目前,对于岩体基本上采用线性粘弹性模型或线性弹性模型来表示其地震作用下的动力行
为,忽略了地震作用下的非线性行为。尽管岩体本身的复杂性(相对土体而言)和地震动的随机性等使得岩体动本构关系的研究变得更加困难,但是仍有些学者从理论上和试验上探讨研究了岩体的动力特性,这些为
[41~43](2002,2002,2003)先后从理论上对岩体的动力岩体动本构关系的研究奠定了基础。例如,戚承志等
[44][45][46][47]特性进行了探讨;李宁等席道瑛等、葛修润等、马春德等及其他学者通过室内试验研究了周期荷
载作用下岩体的动力特性,得到了一些重要的结论。但是,采用真实地震动时程作用下岩体的动力特性的研究尚未见报道,关于岩体地震作用下的动力本构关系研究尚属空白。
强度理论是判断岩土体在复杂应力状态下是否破坏的理论,包括屈服准则和破坏准则。强度理论研究对变形本构理论的发展具有重大意义,因为其表达式通常是应力空间中的极限面,从极限面可以退化为相
[49]应的屈服面,而屈服面方程是建立岩土体材料弹塑性本构关系所必需的。从1773年库仑提出的“摩擦”
[50]准则以来,许多学者对此进行了大量的研究工作,提出了若干屈服准则和破坏准则,但是强度问题是非常
[51]复杂的,要想提供一个单独的理论有效地应用到各种结构材料上是不可能的。已有研究结果表明,采用
[52]不合适的强度理论甚至可以导致完全不正确的结果。岩土工程中常采用的有摩尔-库仑(Mohr2Coulomb)
[53]准则、德鲁克-普拉格(Drucker2Prager)准则和辛克维奇-潘迪(Zienkiewicz2Pande)准则,还有我国俞茂宏
提出的统一强度理论等。已有的研究表明,德鲁克-普拉格准则不能反映不同应力角的子午线的差别,
[55]与岩石性质和实验结果不符。值得指出的是,岩土体的强度理论要根据具体岩土体的变形机理来选择。
材料强度与荷载作用方式和时间密切相关。现在所采用动力作用下的强度理论是直接引用静力学的范围内建立起来的强度准则,未能考虑地震动作用时间内的动力屈服破坏特性,可喜的是已有学者已经开始了这方
[56]面的研究。
本构模型参数及强度准则参数的确定合理与否对模拟与预测岩土体的稳定和变形是至关重要的。其参数的确定要依靠高精度的试验仪器和合理的试验方法。所用的试验仪器有动三轴和共振柱等,所采用的试
[57]验方法根据长期积累所得,有些已纳入到有关规范。随着人们对岩土体在地震动作用下的动力行为认识
的不断深入及其力学、机械等相关学科的不断发展,新的更可靠的本构模型及其试验仪器、试验方法将会不断出现。
1.3 边坡地震失稳机理与失稳位置
岩土边坡地震失稳机理是岩土边坡地震稳定性评价与治理的关键。所谓岩土边坡地震失稳机理是指地震作用下直接引起岩土边坡破坏的主要原因。地震对边坡稳定性的影响表现为累积效应和触发效应2个方面。前者主要表现为地震作用引起边坡岩土体塑性破坏和孔隙水压力累积上升等,后者主要表现为地震作用诱发边坡的软弱层触变软化、砂层液化以及处于临界状态的边坡瞬间失稳等。
[59]李天池对地震滑坡的机制进行了归纳和概括,将其分为2大类:同发型滑坡的机制和后发型滑坡的
机制。前者主要指地震惯性力和孔隙水压力两者作用;后者主要指地震时斜坡上产生的弧形裂缝,为地下水
[60]的入渗提供了通道,视为后发型滑坡的先导。L.Kramer在其专著中把地震边坡失稳概括为惯性失稳和弱
化失稳两大类。祁生文等对地震边坡失稳进行了归纳,指出地震边坡失稳是由于地震惯性力的作用以及地震产生的超孔隙水压力迅速增大和累积作用这两个方面造成的。从已有的认识来看,比较公认的看法是地震惯性力和孔隙水压力是导致边坡地震失稳的两大根本原因。就后发型滑坡而言,笔者认为,这不适宜划分为地震边坡失稳机理类型,因为后发型滑坡在地震作用下只是导致地质条件劣化,并未直接发生失稳,其失稳的直接原因是地下水的作用所引起的。不同的边坡具有不同的地质结构及构造,决定了不同的破坏类
[61][58][54][48]
型,因此,导致边坡动力失稳的主导因素也不同。一般来讲,塑性流动失稳破坏是孔隙水压力的累积作用起主导作用;崩塌型、层体弯折型则是地震惯性力起决定作用;对于滑动型破坏则视具体条件而定[61]。其滑动
[61]型破坏的边坡的失稳破坏并不是瞬间便发生整体破坏,而是一个由局部破坏以至贯通形成滑面的过程,
目前地震作用下的边坡渐进破坏失稳机理的数值模拟并不多见。
就地震作用下边坡失稳的位置(通常所指的滑动面)而言,文[61]对边坡的工程地质模型及其可能的变形破坏形式做了归纳总结,分为2类:(1)受明显控制性结构面的边坡;(2)无明显结构面控制的边坡。对于前者,通常是指存在软弱夹层的岩体边坡,可以通过系统的工程地质勘察和监测来确定
常采用优化算法以每一计算时步的安全系数最小为目标搜索确定,比如0.618法
从计算结果看,最危险滑动面的位置在地震动作用过程中是比较稳定的
1.4 边坡地震稳定性评价指标与安全标准[65,66][64][63];对于后者,通[65]和虎克-捷夫法等,。
边坡稳定性是一个整体的概念,实际上,岩土体内部总会或多或少出现剪切破坏或者产生过大变形,甚至出现局部塌落[26]。只要这些破坏被限制在较小的局部范围内,对边坡岩土体整体稳定性影响甚微,岩土
[67]体仍然处于稳定状态,因此岩土体的稳定性评价不可以用点上的指标。边坡地震稳评价评价指标是用于
表征和评价岩土边坡地震稳定性的,评价指标选取得合理与否在于是否能够合理地体现边坡整体稳定性程度,这是选取评价指标的原则。在这方面国内外尚无统一的认识,目前所采用的评价指标有安全系数和永久位移2类,哪个指标更合适尚无定论。笔者认为,边坡的稳定性评价指标是采用安全系数还是永久位移,要根据边坡失稳后所产生的后果而定。例如,三峡永久船闸处的边坡要保证边坡地震永久变形控制在一定范围内才能不影响船闸的正常使用,这时用永久位移来评价边坡的稳定性比较恰当;而距离永久船闸处很远的边坡即使在地震过程中发生了几米的永久位移,但在地震停止后仍能处于稳定状态,不造成涌浪堵江,这时用稳定性系数似乎更合适些。
目前安全系数在我国工程中应用得最广泛,下面只对安全系数方面作一总结。对于安全系数通常有三
[68]种判据:(1)基于强度判据的安全系数;(2)基于某一变形量的安全系数;(3)基于能量观点的安全系数。对于整体剪切问题,安全系数Fs可表达为抗滑力与下滑力之比,通常用下式来定义
Fs=T[cA+(N-μA)tan<>
式中T为滑面上的滑动力,c为滑动面的粘聚力,A为滑动面的面积,N为滑动面上的法向力,μ为滑动面上的孔隙水压力,<>
[64][72]提出了用[73]动力等效值法来确定边坡安全系数。刘汉龙等提出了最小平均安全系数作为评价指标。薄景山提出
了用平均安全系数作为评价指标。国外鲜有此方面的报道。目前所提出的几种指标中,最小动力安全系数最安全,但边坡瞬间小于某一安全系数,不一定失稳,因此用最小动力安全系数显然是不合适的;平均安全系数可能会高估边坡的整体稳定性,给工程留下潜在的危害;关于用动力等效值法确定安全系数和最小平均安全系数有待商榷,且缺乏明显的物理意义,并未与工程风险相联系。
边坡地震稳定性评价安全标准是指工程中所期望达到的边坡地震稳定性程度,其标准越高,工程造价越高,与研究的深入程度有关,研究越深入,标准越低。由于研究时间短,经验少,故尚无此方面的标准。
1.5 边坡地震动输入
岩土边坡的地震稳定性与边坡所遭受的地震动特性密切相关,而边坡所遭受的地震动与所在范围内的区域地震地质、地震活动背景等因素有密切关系(属于工程地震学研究领域)。现在的研究所采用的输入
[71][65][70]有:(1)采用基于规范要求的人工波;(2)采用规则的简谐波;(3)直接采用已有的强震记录或基于
强震记录进行调整的地震波[73][26];(4)基于工程地震学原理所得的人工合成地震波。从工程地震学的角度看,输入地震动的影响主要体现在:(1)输入界面;(2)地震动入射角度;(3)地震动峰值、频谱和持时;(4)基
[74]底地震动时空差异性,比如行波效应等;(5)最不利地震动的选择等。以往的研究多集中在垂直入射上,
且只对几条记录进行分析,Scott等[38]系统研究了斜入射对斜坡地震反应的影响,但未明确给出对边坡地震稳定性的影响。这方面的研究刚刚开始,有许多问题待深入研究。
1.6 边坡地震稳定性评价指标的计算精度
边坡地震稳定性评价指标计算过程中涉及的每个因素都会对计算结果的精度有影响,具体涉及的因素主要包括:(1)数值方法自身引入的误差,具体有单元类型及位移模式、网格划分、边界范围及不同的边界条件等;(2)岩土体材料特性,比如屈服准则和流动准则等。已有的研究多集中在有限元法引入的误差上,取得了一些有价值的研究成果,例如,王自法
土体材料参数影响的研究很少见。[75]对多种人工边界的计算精度等进行了详细的研究;周正华[76]研究了单元几何形状畸变对动力有限元计算精度的影响,关于其它数值方法这方面的研究很少见。关于岩
2 需要解决的问题和今后的发展方向
从前面的论述可以发现,岩土边坡地震稳定性问题是一个跨学科的交叉课题,它不仅是工程地质学、岩土工程学的重要研究内容,同时也是地震工程学的重要研究内容。由于跨学科的缘故,增加了岩土边坡地震稳定性分析研究的难度,导致边坡地震稳定性分析研究很不成熟。目前,关于边坡地震稳定性分析的研究仍然存在以下几方面的不足和需要解决的问题:
(1)就边坡地震反应分析方法而言,尽管已有的方法能够从宏观上模拟边坡的地震反应,但已有的数值方法分析多在划分好的尺寸较大的网格上进行,难以真实地模拟地震作用下岩土体塑性破坏过程、不连续面的黏结、滑移和张开行为,建议开展基于大变形理论且能够同时模拟岩土体破裂、固液耦合作用、液化、流滑等地震过程中出现的各种劣化行为的数值方法。
(2)对于试验法而言,国内外仅展开了极少的、且较为简单的试验,我国西部高烈度区的重大工程(比如说金沙江溪洛渡水利枢纽工程)尚未经受强震的考验,已有的数值方法由于受岩土体本构模型等的限制难以对工程边坡地震反应做出较为准确的估计,建议结合具体工程背景开展大型振动台试验和离心机试验,为准确预测边坡地震稳定性、验证数值方法的合理性提供可靠的依据。
(3)就岩土体动力本构模型而言,以往的研究基本上集中在土体,已发展了几种相对成熟的本构模型,广泛应用于工程,但基本上是建立在周期荷载基础上的,不能很好模拟地震作用下土体弹塑性行为,远不能够满足工程的需要,而岩体的动力本构模型几乎处于空白,因此应大力开展地震作用下的岩土材料的动力本构模型。
(4)本构模型的建立是与强度准则密切相关的。已有的强度准则是基于静力学建立起来的,不能真实地反映动力作用下岩土体的屈服破坏特性,因此应开展能够反映岩土材料动力破坏特性的强度准则的研究。岩土本构模型的确定及所需参数的测试离不开试验仪器和理论上的指导,反过来,试验仪器为模拟岩土体所处的力学环境和数据测试提供了平台。现有的仪器尚不能较好地模拟复杂的受力环境,这也限制了岩土本构模型的发展,因此应继续研制能够模拟岩土体复杂受力状态的新型试验仪器。
(5)就边坡地震失稳机理和失稳位置而言,失稳机理已经有了定性的解释,但关于边坡动力渐进破坏的失稳过程,尚缺乏试验和数值模拟方面的成果。应开展这方面的研究,为边坡震害的预测与防治提供依据;就失稳位置而言,已有成果初步解决了这一问题,但计算结果是否符合实际尚需进一步验证。
(6)就边坡地震稳定性评价指标而言,已有学者提出了几个指标,但都缺乏明显的物理意义,并未与工程风险相联系。应大力开展这方面的研究,为边坡稳定性评价提供可靠的指标。就边坡地震稳定性和安全性而言,尚无此方面的标准。应大力开展此方面的研究,尽快制定标准,为工程安全提供保障。
(7)关于岩土边坡地震动输入方面,研究刚刚起步,有很多问题需要深入研究。
(8)对于边坡地震稳定性评价指标计算精度而言,以往的研究基本上集中在有限元法引入的误差方面,仍有待进一步研究,关于边坡岩土体材料参数的研究很少见,应大力开展。这方面的研究对提高计算结果的可靠性是必不可少的。
参考文献:
[1] MarioParise,RandallWJibson.Aseismiclandslidesusceptibilityratingofgeologicunitsbasedonanalysisofcharacteristicsoflandslidestrig2
geredbythe17January,1994Northridge,Californiaearthquake[J].EngineeringGeology,2000,58(3/4):251~270.
[2] 杨全忠.西藏滑坡地质灾害及防治对策[J].中国地质灾害与防治学报,2002,13(1):94~97.
[3] 李宁,程国栋,谢定义.西部大开发中的岩土力学问题[J].岩土工程学报,2001,23(3):268~272.
[4] 黄理兴,陈奕柏.我国岩石动力学研究状况与发展[J].岩石力学与工程学报,2003,22(11):1881~1886.
[5] 李海波,蒋会军,赵坚,等.动荷载作用下岩体工程安全的几个问题[J].岩石力学与工程学报,2003,22(11):1887~1891.
[6] 胡聿贤.地震安全性评价技术教程[M].北京:地震出版社,1999.
[7] 时振梁,王健,张晓东.中国地震活动性分区特征[J].地震学报,1995,17(1):20~24.
[8] 薄景山,徐国栋,景立平.土边坡地震反应及其动力稳定性分析[J].地震工程与工程振动,2001,21(2):116~120.
[9] 陈玲玲,陈敏中,钱胜国.岩质陡高边坡地震动力稳定分析[J].长江科学院院报,2004,21(1):35~35.
[10] ScottAAshford,NicholasSitar,JohnLysmer,etal.Topographiceffectsontheseismicresponseofsteepslopes[J].BulletinoftheSeismological
SocietyofAmerica.1997,87(3):701~709.
[11] 刘春玲,祁生文,童立强,等.利用FLAC3D分析某边坡地震稳定性[J].岩石力学与工程学报,2004,23(16):2730~2733.
[12] 许谨,郑书英.边界元法分析边坡动态稳定性[J].西北建筑工程学院学报(自然科学版),2000,17(4):72~75.
[13] ZhangChunhan,OAPekau,JinFeng,etal.Applicationofdistinctelementmethodindynamicanalysisofhighrockslopesandblockystruc2
tures[J].SoilDynamicsandEarthquakeEngineering,1997,16(6):385~394.
[14] 张建海,范景伟,何江达.用刚体弹簧元求解边坡、坝基动力安全系数[J].岩石力学与工程学报,1999,18(4):387~391.
[15] 刘君,孔宪京.卫生填埋场复合边坡地震稳定性和永久变形分析[J].岩土力学,2004,25(5):778~782.
[16] 卓家寿,章青.不连续介质力学问题的界面元法[M].北京:科学出版社,2000.
[17] 石根华.数值流形方法与非连续变形分析[M].北京:清华大学出版社,1997.
[18]CloughRW,ChopraAK.Earthquakestressanalysisinearthdams[J].J.Engrg.Mech.,ASCE1966.92.EM2:197~211.
[19] 谢康和,周健.岩土工程有限元分析理论与应用[M].北京:科学出版社,2000.
[20] 吴世明.土动力学[M].北京:中国建筑工业出版社,2000.
[21] CundallPA.Acomputermodelforsimulatingprogressive,largescalemovementinblockyrocksystem[A].Symp.ofInt.SocietyofRock
Meth,[C].Nancy,France,1971:11~18.
[22] Jean2PierreBardet,ScottRF.Seismicstabilityoffracturerockmasseswiththedistinctelementmethod[A].26thU.S.Symp.RockMech.
[C].RapidCity,1985:139~149.
[23] 陶连金,苏生瑞,张倬元.节理岩体边坡的动力稳定性分析[J].工程地质学报,2001,9(1):32~38.
[24] 黄润秋,许强,陶连金,等.地质灾害过程模拟和过程控制研究[M].北京:科学出版社,2002.
[25] ItascaConsultingGroupInc.FLAC-3Dfast.Iagrangiananalysisofcontinuain3dimensionversion2.0[R].USA:ItascaConsultingGroupInc.,
1997.
[26] 祁生文.边坡动力响应分析及应用研究[D].北京:中国科学院地质与地球物理研究所,2002.
[27] 王思敬.岩石边坡动态稳定性的初步探讨[J].地质科学,1977,(4):372~376.
[28] 王存玉.地震条件下二滩水库岸坡稳定性研究[A].岩体工程地质力学问题(七)[C].北京:科学出版社,1987.
[29] 何蕴龙,陆述远.岩石边坡地震作用近似计算方法[J].岩土工程学报,1998,20(2):66~68.
[30] 翟阳,韩国城.边坡对土坝稳定影响的振动台模型试验研究[J].烟台大学学报(自然科学与工程技术版),1996(4):67~71.
[31] 张平,吴德伦.动荷载下边坡滑动的试验研究[J].重庆建筑大学学报,1997,19(2):80~86.
[32] WartmanJ,RiemerMF,BrayJD,etal.Newmarkanalysesofashakingtableslopestabilityexperiment[A].Proc.,GeotechniaclEarthquake
EngingineeringandSoilDynamicsⅢ,ASCE,GeotechnicalSpecialPublicationNo.75[C].Seattle,1998.778~789.
[33] 郑颖人,沈珠江,龚晓南.广义塑性力学-岩土塑性力学原理[M].北京:中国建筑工业出版社,2002.
[34] 孔亮,王燕昌,郑颖人.土体动本构模型研究评述[J].宁夏大学学报(自然科学版),2002,22(1):17~22.
[35] 李亮,赵成刚.饱和土体动力本构模型研究进展[J].世界地震工程,2004,20(1):138~148.
[36] 袁晓铭,孙锐,孙静,等.常规土类动剪切模量比和阻尼比试验研究[J].地震工程与工程振动,2002,20(4):133~139.
[37] ScottAAshford,NicholasSitar,JohnLysmer,etal.Topographiceffectsontheseismicresponseofsteepslopes[J].BulletinoftheSeismological
SocietyofAmerica,1997,87(3):701~709.
[38] ScottAAshford,NicholasSitar.Analysisoftopographicamplificationofinclinedshearwavesinasteepcoastalbluff[J].BulletinoftheSeismo2
logicalSocietyofAmerica,1997,87(3):692~700.
[39] 钱胜国,陆秋蓉.长江三峡船闸高边坡地震稳定性分析[R].武汉:长江科学院科研报告,1991.
[40] 何蕴龙,陆述远.岩石边坡地震作用近似计算方法[J].岩土工程学报,1998,20(2):66~68.
[41] 戚承志,苗启松,钱七虎.考虑强度-应变率依赖性的岩石弹塑性动力模型[J].世界地震工程,2002,18(3):52~56.
[42] 戚承志,钱七虎.关于岩石的剥离破坏过程及混合破坏准则[J].世界地震工程,2002,18(4):55~61.
[43] 戚承志,钱七虎.岩石等脆性材料动力强度依赖应变率的物理机制[J].岩石力学与工程学报,2003,22(2):177~181.
[44] 李宁,陈文玲,张平.动荷作用下裂隙岩体介质的变形性质[J].岩石力学与工程学报,2001,20(1):74~78.
[45] 席道瑛,刘斌,田象燕.饱和岩石的各向异性及非线性黏弹性响应[J].地球物理学报,2002,45(1):109~118.
[46] 葛修润,蒋宇,卢允德,等.周期荷载作用下岩石疲劳变形特性试验研究[J].岩石力学与工程学报,2003,22(10):1581~1585.
[47] 马春德,李夕兵,史雁平.用低周疲劳加载实现中等应变速率下岩石动态破坏的新方法[J].矿业研究与开发,2004,24(1):11~13.
[48] 沈珠江.理论土力学[M].北京:中国水利水电出版社,2000.
[49] 薛守义,刘汉东.岩体工程学科性质透视[M].郑州:黄河水利出版社,2002.
[50] 郑颖人,沈珠江,龚晓南.岩土塑性力学原理[M].北京:中国建筑工业出版社,2002.
[51] TimoshentoSP.Historyofstrengthofmaterials[M].NewYork:McGraw2Hill,1953.
[52] 俞茂宏,吉嶺充俊,范文,等.岩土工程结构强度理论研究[A].中国岩石力学与工程学会第七次学术大会论文集[C].北京:中国科学技
术出版社,2002:27~32.
[53] 潘昌实.隧道力学数值方法[M].北京:中国铁道出版社,1995.
[54] 俞茂宏,咎月稳,范文,等.20世纪岩石强度理论的发展[J].岩石力学与工程学报,2000,19(5):545~550.
[55] 咎月稳,吉嶺充俊,俞茂宏,等.岩石强度理论与岩石强度试验的关系[A].中国岩石力学与工程学会第七次学术大会论文集[C].北京:
中国科学技术出版社,2002:117~120.
[56] 戚承志,赵跃堂,郭志昆,等.材料时间性破坏准则及其内在联系[J].世界地震工程,2002,18(2):56~60.
[57] GB/T50269-97,地基动力特性测试规范[S].
[58] 张倬元,王士天,王兰生.工程地质分析原理[M].北京:地质出版社,1993.
[59] 李天池.地震与滑坡的关系及地震滑坡预测的探讨(节录)[A].滑坡文集(第二集)[C].北京:人民铁道出版社,1979:127~132.
[60] StevenL.Kramer.GeotechnicalEarthquakeEngineering[M].NewJersey:Prentice2HallInc.,U.S.A,1996.
[61] 祁生文,伍法权,刘春玲,等.地震边坡稳定性的工程地质分析[J].岩石力学与工程学报,2004,23(16):2792~2797.
[62] 李守义,吕生龙,张长喜.某工程边坡蠕滑机理与监测资料分析[J].石力学与工程学报,1998,17(2):133~139.
[63] 李功伯,谢建清.滑坡稳定性分析与工程治理[M].北京:地震出版社,1997.
[64] 刘汉龙,费康,高玉峰.边坡地震稳定性时程分析方法[J].岩土力学,2003,24(4):553~556.
[65] 唐洪祥,邵龙潭.地震动力作用下有限元土石坝边坡稳定性分析[J].岩石力学与工程学报,2004,23(8):1318~1324.
[66] **敏,柯瀚,凌道盛.城市垃圾填埋体的动力特性及地震响应[J].土木工程学报,2002,35(3):66~72.
[67] 薛守义.岩体边坡动力稳定性研究[D].北京:中国科学院地质与地球物理研究所,1989.
[68] 刘小丽,周德培.岩土边坡系统稳定性评价初探[J].岩石力学与工程学报,2002,21(9):1378~1382.
[69] 张建海,范景伟,何江达.用刚体弹簧元法求解边坡、坝基动力安全系数[J].岩石力学与工程学报,1999,18(4):387~391.
[70] 张伯艳,陈厚群,杜修力,等.拱坝坝肩抗震稳定分析[J].水利学报,2000,(11):55~59.
[71] 苏超,李俊宏,任青文.有限单元法在高拱坝坝肩动力稳定分析中的应用[J].河海大学学报(自然科学版),2003,31(2):144~147.
[72] 赵剑明,陈宁,常亚屏.地震作用下土石坝边坡抗滑稳定性分析[A].李永盛,高广运主编.环境岩土工程理论与实践[C].上海:同济大
学出版社,2002.239~243.
[73] 薄景山.三峡重庆库区区域滑坡灾害的综合研究报告[R].哈尔滨:中国地震局工程力学研究所,2003.
[74] 翟长海.最不利设计地震动的研究[D].哈尔滨:中国地震局工程力学研究所,2002.
[75] 王自法.人工边界的比较与研究[D].哈尔滨:中国地震局工程力学研究所,1989.
[76] 周正华.单元几何形状畸变对动力有限元计算精度的影响[R].哈尔滨:中国地震局工程力学研究所,2001.
范文二:岩土高边坡稳定性分析与检测
西南石油大学
本科生课程考试试卷
姓 名 许正瑜 学 号 0909010223 专 业 土木工程 专业方向 岩土工程 学 院 土木工程与建筑学院 任课教师 张伯虎
考试课程《岩土工程最新动态》 考试时间 2013.03 考试方法
论文提交 考试成绩
土木工程与建筑学院
高边坡工程稳定性分析与检测 许正瑜,0909010223
(西南石油大学,土木工程与建筑学院,成都,610500)
摘要:在高边坡工程地质问题中,通过传统对一般性边坡稳定性研究所取得的各项分析理论和工程经验,再结合新理论与计算机科学技术和创新性性思维对高边坡稳定性问题进行研究,并且在研究方法(数值模拟技术、模型实验方法)和高边坡的非线性动力学、控制变形、动力响应、检测方面取得了诸多创新性成果。通过这些理论,成功完成了近几十年来许多具有世界性影响性的高边坡典型性大工程,也推动着我国在高边坡这领域不断前行以迎接更多挑战。
关键词:一般性边坡;高边坡;稳定性分析;高边坡检测
1 引 言
边坡是自然或人工形成的斜坡,是人类工程活动中最基本的地质环境之一,同样也是建设工程中最为常见的工程形势之一,如露天开挖出水利水电工程斜坡、铁路公路修建时形成的路基边坡和路边边坡、房屋建筑周围边坡和基础施工中形成的基坑边坡。然而,绝大多数的边坡在多种因素的影响下却是不稳定的,比如在岩土的性质、岩层的构造与结构、水文地质条件、地貌因数、风化作用、地震等因素的影响下,边坡往往会以滑坡、滑塌、崩塌、沉陷、剥落、泥石流等破坏形式(如表1)1对人们的生命生活财产造成严重的损失,甚至是毁灭行的灾难。随着经济的发展和人们对边【】
坡的重视程度不断提高,边坡工程研究理论建立在土力学和岩石力学的基础上便应允而生且不断取得理论成果,同时在科技和机械的发展前提下,边坡工程施工技术也向多元化、经济化、实用化方向发展。此工程主旨在通过工程技术手段对各种边坡进行人为干预,从而提高边坡整体稳定性。(如图1,图2)
表1岩质边坡破坏形式
图1边坡图示图2边坡工程加固图示
边坡工程的发展可以说既是在人们工程事例中不断探索,也伴随着科技和科学水平的发展而发展。在二战前后,传统边坡问题只属于土力学研究范畴,边坡稳定性分析方法主要借鉴土力学的研究成果,如20世纪初出现的圆弧滑动法和Bishop条分法,主要建立在刚塑行模型基础上的古典法,然而现代土力学致力于土力学真实破坏过程的理论研究。20世纪60年代,随着各大型工程的建设,促使人们对岩石力学稳定性进行研究,人们也认识到边坡稳定行分析的重要性,便形成了60年代刚体极限平衡法以及结构面力学特性对岩体滑动的影响研究。20世纪80年代后,随着计算机的发展,各种数值计算方法被广泛应用到边坡研究中,从而出现了半定量分析阶段。在90年代,边坡研究随着各种理论的结合进入现代边坡工程学阶段,这些理论如:工程地质学、现代岩体力学、现代数学、系统工程学、现代概论、模糊数学、突变理论、分形理论等等理论。总而言之,边坡工程的发展可表述为五个阶段,借助古典土力学的稳定性分析阶段、50年代偏重于稳定性技术与分析的地质历史分析阶段、60年代考虑时效过程的稳定性分析阶段、80年代后期以数值模拟型实验为主的半定量分析阶段和90年代以后的现代边坡工程学阶段【2】。
岩土高陡边坡(如图3,图4)稳定性问题是我们现在岩土工程四大热门研究焦点(区域性稳定性问题与岩土体动力稳定性问题、高陡边坡与滑坡问题、深埋长隧洞问题、人地协调发展与生态环境建设【3】)中较为突出的热点。20世纪80年代以来,随着我们经济地快速发展,从各方面极强烈的刺激了我们资源和能源的开发和利用,相应的交通系统、城市建设工程、构筑物工程的需求级别也越发严格,且作为一个正处在发展中国家的中国,大型工程数量越发更多,规模越大,比如:举世闻名的三峡工程以及各种大型水利水电工程、西南山区交通铁路公路工程、地下空间工程等等,边坡小则百余米,高则上千米。在这样的条件下,加上我国独特的地形地貌地质条件,为了满足各大工程的关键工程技术问题需要,人们不得不对岩石高陡边坡稳定性加强研究,所以它成为一门热门的工程地质研究课题必然趋势。
高陡边坡的重要性在工程建设中体现的凌厉精致,这和它的作用精密相关。在大型工程建设中,高陡边坡不但归属于工程建设环境的一部分,因为在工程建设期间,不得不对工程周围复杂环境如山坡、峡谷、河流等地形进行人为的技术干预,迫使环境成为一个不稳定性岩体,而高边坡技术就是对其施工,使其出于稳定安全状态。而且高边坡通常也会起到工程施工气到承载荷载和搭接设施的作用。由此看来,高边坡不但是一门热点理论,同样也是工程地质问题和施工技术中的难点课题。
图3高边坡图例图4高边坡工程图例
2 一般边坡稳定性分析
2.1 边坡稳定性分析理论方法
(1)边坡稳定性历史成因分析方法
边坡的稳定性成因分析方法既是研究边坡的形成历史情况和边坡所处的自然地质
环境、变形破坏环境、边坡物质组成,和影响边坡稳定性的各因素与关系,从而对边坡的演变阶段和稳定性状况进行分析和评价。
黄润秋系统总结分析了20世纪以来中国的大型滑坡及其发生机理【4】,认为中国大陆大型滑坡发育的根本原因之一是具有复杂的地形地貌特征:中国的大型滑坡绝大多数发生在环青藏高原东侧大陆地形第一个坡降带范围和二级台地上。他指出,中国的大型滑坡通常具有复杂的生成机制,并把中国大型滑坡发生的岩土介质划分为三种主要类型,即岩质滑坡、土层滑坡和松散堆积层滑坡。大型滑坡的发生是一个复杂的地质—力学过程,或者说是一个实效过程。这个过程的发生是以滑动面的贯穿过程为主线的,滑动面的形成及贯穿往往具有累进性破坏的特征。(2)大型滑坡发生的地质—力学模式包括以下的典型类型:即滑移--拉剪--剪断“三段式”模式、“挡墙溃决”模式,近水平岩层的“平推式”模式、反倾岩层大规模倾倒变形模式、顺倾岩层的蠕滑--剪断模式等。每一类模式都具有其对应的岩体结构条件和特定的变形破坏演变过程。实践结果表明,查明边坡变形破坏的地质力学模式是滑坡地质灾害防治的基础。(3)大型岩质滑坡的发生一般都伴随有滑动面上“锁固段”的突发脆性破坏。锁固段在岩质边坡的变形控制盒稳定性机制中具有重要的地位,也是边坡地质灾害评价与控制的关键。
(2)边坡稳定性数值方法
目前对边坡稳定性分析已从单一方法走向多种方法相互对比、验证的评价阶段,例如,利用极限平衡方法和有限元的强度折减法相结合的评价方法;
同时,还可以结合其他方法进行综合评价,以
追求分析结合的客观、可靠。另一个进展趋势是,计算方法逐步拓展到三维空间,如朱大勇、郑宏分别与他们的协作者从各自角度通过对滑面正应力进行修正后,建立满足6个平衡方程的安全系数显示表达式,大大地推动了三维边坡极限平衡理论发展,在国际上已产生较大的影响。同时二人分别将上述方法应用到工程实践中并取得良好的效果。 冯夏庭基于上述的多种智能方法,并结合数值分析和工程地质的综合分析,逐渐建立了水电工程高陡边坡和大型滑坡群的岩体力学参数反演方法、稳定性的时空预测和动态反馈分析智能方法,加固措施优化方法以及这些方法的综合集成智能方法,分别成功地进行了龙滩水电站左岸高坡、糯扎渡水电站坝址高边坡和福建八尺门滑坡群的稳定性分析和控制措施优化,完成了原岩应力场的识别、泥板岩体蠕变参数的智能反演、开挖期与长期稳定性智能分析,建立了基于三维地层信息、施工信息、检测信息管理以及边坡安全性评价的综合集成智能系统【5】。建立了基于设计安全系数及破坏模式的边坡水电工程高边坡开挖过程的动态变形检测预警方法和稳定性的智能动态方法与设计优化方法,并对糯扎渡水电站坝址高边坡开挖期和长期稳定性的智能分析、消力塘边坡的预警与动态设计优化,确保该边坡的稳定施工。
3DslopeGIS是集数据获取、三维建模、分析研究、预测预警、模拟仿真、工程应对措施于一体的边坡稳定性评价系统,它融合传统实用的极限平衡法则和信息技术,走在了边路三维稳定性评价发展的前沿,为工程建设提供一个可操作的、强有力的科学技术支撑。谢谟文、蔡美峰提出了“信息边坡工程学的”概念,在他们的著作《信息边坡工程学得理论与实践》中,讲最新的GIS等信息技术与边坡稳定性分析的力学方法相结合,将传统的力学分析方法向先信息化、可视化及时空四维化转换,形成了一个新兴的研究领域--信息边坡工程学。3DSlopGIS已经成功应用于国内外数十项相关岩土工程,取得了大量的应用成果
(3)边坡模型的试验方法
边坡模型试验研究方面,张嘎等提出一种确定离心模型试验过程中边坡的应力场和位移场及其变化过程的方法,并将物理测量和数值模拟相结合,采用离心场非接触位移测量技术测量出边坡的位移场,再通过数值模拟和反演分析等途径算出边坡的应力场。该方法已成功用于多个边坡离心模型试验中的应力位移场的确定,表明了该方法可以较好地得出离心模型实验过程中边坡的应力和位移场。 徐嘉谟提出了一种模拟在自重体积力作用条件下的光弹性软材料小模型物理模拟方法。引入激光(或白光)散斑法施测微小位移(可小到几十微米)矢量场的技术,可以使模型更加小型化(高度可降至10cm左右)。采用竖直铸成的无初始应变能、“记忆”固化压力的模板制作的小模型模拟方法,模拟露天开挖引起的位移场,可以避免高坡段和坑外地面上升的现象出现。这种实验方法,无论在岩石力学原理上,还是在物理模拟的理论和技术上,都具有原创性。
2.2 边坡稳定性分析规范计算方法【1】【6】。
(1)下列建筑边坡应进行稳定性评价
①选作建筑场地的自然斜坡
②由于开挖或填筑形成并需要进行稳定性验算的边坡
③施工期出现不利工况的边坡
④使用条件发生变化的边坡
综上所述,边坡稳定性评价应在充分查明工程地质条件基础上,根据边坡岩土类型和结构,综合采用工程地质类比法和刚体极限平衡计算法进行。同时,在进行计算之前,应该根据边坡水文地质、工程地质、岩体结构特征以及已经出现的额变形破环迹象,对边坡的可能破坏形式和边坡稳定性状态做出定性判断,确定边坡破坏的边界范围、边坡破坏的地质模型,对边坡破坏趋势做出判断。
(2)边坡稳定性计算方法,根据边坡类型可按下列原则确定:
①土质边坡和较大规模的破碎结构岩质边坡易采用圆弧滑动法计算;
②对可能产生平面滑动的边坡宜采用平面滑动法计算;
③对可能产生折现滑动的边坡宜采用折线滑动法计算;
④对结构复杂的岩质边坡,可配合采用赤平极射投影法和实体比例投影法计算;
⑤对边坡破坏机制复杂时,宜结合数值分析法分析;
(3)圆弧滑动法中,边坡稳定性系数计算方法
(4)平面滑动法中,边坡稳定性系数计算:
(5)折线滑动法中,边坡稳定性系数计算:
如果存在多个滑动面的边坡,应分别对各种可能的滑动面组合进行稳定性计算分析,并取最小稳定性系数作为边坡稳定性系数。对多级滑动面的边坡,应分别对各级滑动面进行稳定性计算分析。
2.3 边坡稳定性评价【1】
边坡工程稳定性验算时,其稳定性系数均不应小于下表中规定的稳定安全系数的要求,否则应对边坡进行处理(如表 2)。
表2边坡稳定安全系数
3 高陡边坡稳定性分析
3.1高边坡的新认识
(1)对于高边坡,人们认识到高边坡是一种特殊地质土,正确认识到它的内部变形作用机理对高边坡稳定性分析有至关重要的意义。岩石高坡并不是静止的,它是一个出于动态变化的地质体,这个过程是伴随着时间而随时发生着变形。
(2)岩石高边坡是一种内部极其复杂的结构体,如果用传统的均匀介质土力学理论来分析和控制高边坡是不妥当的。所以,在对高边坡进行稳定性研究时,必须重视岩体总体结构的研究,重视岩体内部结构和滑动面之间的关系。
(3)高边坡的研究不能只局限于强度稳定性研究,同时也应考虑到变形稳定性问题。在高岩土边坡的演变过程中,处在不同阶段的边坡所处的变形状态是不同的。所以在岩石高边坡的稳定性评论中应该贯彻变形稳定性评价的思想。
(4)岩土高边坡的控制应注重在变形控制上。在边坡的演变过程中,最明显的变化便是高边坡的外在和内部的变形,特别是高边坡内部的变形,就像边坡内在的“内伤”,随着时间的进展,这些内伤很容易向高边坡滑动面转移,一旦在滑动面处积累了大量的变形作用,高边坡便容易出现整体失稳现象。
3.2 高边坡取得的部分新成果【7】
(1)数值模拟技术在此课题上的广泛实用。一方面数值模拟技术本身的发展为高边坡变形与强度稳定性分析提供了强有力的工具,三维数值模拟技术得到了广泛的应用。随着计算机技术的发展,以有限单元法为基础的数值模拟技术在90年代中期突破了计算机内存和算法上的限制,
使得开展适
用于高边坡稳定性分析的大规模科学计算 成为可能。
(2)岩石高边坡的动力响应研究。高边坡的动力响应是高地震烈度区一个必须引起重视的问题。通过动力有限元发现岩石边坡的地震动力系数并不随坡高增高而单调增大,当坡高约100m时,坡顶动力放大系数达到最大值;坡高超过100m动力系数反而有所降低。
(3)高边坡系统非线性动力学研究。20世纪90年代,随着非线性科学的兴起,这一研究复杂系统的理论在许多领域迅速得到应用,这也促使人们思考边坡系统的非线性行为,并开始了这一新理论在工程地质学领域的应用。典型的成果包括岩石边坡滑动面累进性破坏过程的自组织临界过程描述,从而从理论上很好的刻画了岩石边坡滑动面的形成和破坏机理,也依此建立了基于自组织临界的滑动面扩展损伤判据和失稳前兆识别判据。但由于客观地质体的复杂性和理论模型的局限性,非线性理论的应用还是一个值得进一步探索的领域。
4 高陡边坡稳定性安全检测
边坡治理工程是一个系统工程,受工程地质、雨水天气以及工程施工的影响较大。对于一些高危边坡。在处理过程中进行动态监测是必要的。尤其在雨季期间。由于边坡的稳定性受水的影响很大,更应加强观测。笔者介绍的边坡监测实践表明,做好监测工作不仅可准确预报边坡的稳定性。而且还可以更好的正确指导施工。
4.1 边坡检测的基本内容
边坡特殊检测的具体内容应根据边坡的等级、地质及支护结构的特点进行考虑,通常可以建立地表和深部相结合的综合立体检测网,并与长期监测相结合。边坡检测方法一般包括:地表大地变形检测、地表裂缝位错检测、地面倾斜检测、裂缝多点位移检测、边坡深部位移检测、地下水检测,孔隙水压力检测、边坡地应力检测等。(如表 3)
表 3边坡检测基本内容
(1)边坡的变形检测
①地表大地变形检测是边坡检测中常用的方法。地表位移检测则是在稳定的地段测量标准(基准点),在被测量的地段上设置若干个检测点(观测标桩)或设置有传感器的检测点,用仪器定期检测测点和基准点的位移变化或用无线边坡检测系统进行检测。测量的内容包括边坡体水平位移、垂直位移以及变化速率。
②边坡表面张性裂缝的出现和发展,往往是边坡岩土体即将失稳破坏的前兆讯号,因此裂缝一旦出现,必须对其进行检测。检测的内容包括裂缝的拉开速度和两端扩展情况,如果速度突然增大或裂缝外侧岩土体出现显著的垂直下降位移或转动,预示着边坡即将失稳破坏。
③边坡深部位移检测是检测边坡体整体变形的重要方法,测量的主要内容是观测边坡岩土体内部的蠕变,预测滑动控制。
(2)边坡应力检测
①边坡内部应力检测可通过压力盒测滑带承重阻滑受力和支挡结构(如抗滑桩等)受力,以了解边坡体传递给支挡工程的压力以及支护结构的可靠性。
②边坡地应力检测主要是针对大型岩石边坡工程,为了了解边坡地应力或在施工过程中地应力变化而进行的一项重要检测工作。地应力检测包括绝对应力测量和地应力变化检测。
③在边坡应力检测中除了边坡内部应力、结构应力检测外,对于边坡锚固力的检测也是一项极其重要的检测内容。边坡锚杆锚索的拉力的变化时边坡荷载变化的直接反映。测量的主要内容包括边坡锚固应力测试和锚索预应力损失的量测。
(3)边坡地下水
采用地下水位计、万用表、地下水动态检测仪等观测。在边坡工程的孔隙水压力是评价和预测边坡稳定性得一个重要因素,因此需要在现场埋设仪器进行观测,孔隙水压力的观测点的布置视边坡工程的具体情况确定。一般原则是将多个仪器分别埋于不同观测点的不同深度处,形成一个观测剖面以观测孔隙水压力的空间分布。
(4)岩层破碎带检测
利用高频电磁脉冲的反射、高密度电阻率法等对地下目的体及地质现象进行探测的一种高效浅层勘探方法。以探测边坡破碎度的存在位置、破碎程度。
4.2 边坡稳定性检测系统
(1)检测系统简介
边坡稳定性检测系统的主要内容是通过先进的监测仪器、设备、数据传输等技术构成的整体系统,对边坡的地质、地形、地下水、降雨情况以及边坡是否滑动等特性进行检测,进而提供边坡灾害的预警及治理根据。
边坡稳定性检测系统对边坡安装相应的传感器、GPS监测系统,同时进行组网,系统以光纤通讯或无线通讯与管理部门的监控计算机相连,在中心监控室进行监测,以达到全天候远程实时监控的目的。通过数据分析后可以得出边坡结构随时间的变化状况。
(2)检测系统组成 边坡稳定性检测系统由边坡安全监测数据采集子系统、数据通信子系统、监控中心数据分析子系统三部分构成。系统提高了矿山生产的安全水平和矿山数字化建设的步伐。(如图5)
图5检测系统构成图示说明
4.3 高边坡检测方法(外观法和内测法)
边坡监测方法大体上可分为两大类:外观法和内观法【7】,两类监测方法各有其适用范围和优缺点。从方法选择上的技术进步表现在:①从以前的单纯依靠外观法搞边坡监测发展为内、外观结合与优势互补;②为及时发现坡体的稳定性异常迹象,在施工初期更多地采用了内观法;③坡体位移较大、稳定性异常时,以外观法作为了监控与临滑预报的主要手段。 外观法以坡体表面位移为观测对象,其中精密大地测量技术最为成熟、精度最高,是目前广泛使用的最有效的外观方法。大地测量法的技术进步表现在工作效率和观测精度的提高:①仪器与测量技术方面从早期采用经纬仪、水准仪和测距仪发展到使用电子经纬仪、全站式速测仪,目前更进一步采用了具有目标自动识别功能的测量机器人,使依靠人眼的光学测量转变为计算机控制的自动测量,不仅减小了工作强度,也大大地降低了观测误差;②仪器的进步、计算技术的发展及平差理论的深入,不仅使坡体变形观测的误差满足了工程需要(毫米级),同时数据处理时间大大缩短;③自动化测量与快速数据处理的实现,使边坡变形的实时动态观测成为可能,为滑坡险情的预测预报提供了强有力的技术支持。另外,在外观法中新技术的发展如GPS测量技术、近景摄影测量和INSAR干涉雷达测量等,在近年也取得了明显的进步,其中GPS测量技术由于观测精度的不断提高,目前逐步进入实用阶段,有较乐观的发展前景。
内观法是将仪器埋入坡体内部,监测坡体在工程实施过程中的各种物理量的变化的方法。内观法仍以最直观的物理量―坡体变形作为主要的观测对象,但内观法可探测坡体内部的变形分布,观测精度较高(可达0.01~0.1mm),资料规律性较好,易于实现自动化,故内观法发展较快,目前成为边坡监测中的主要手段。 内观法在我国从80年代开始,其主要的技术成就表现在:①仪器从引进、解剖、消化、试制到完善,已发展为系列产品,填补了技术空白;②仪器观测精度不断提高,从80年代的科研试用已转化为生产实用;③监测方法与手段的多样性,便于监测成果的相互印证与综合分析,如变形观测常用的仪器有:多点位移计、倾斜仪、测缝计、沉降仪、收敛计等,另可对影响坡体变形的相关因子和环境因素进行观测,如水位、渗压、应力变化、降雨、地温、地声、振动等,便于分析坡体变形的原因;④研制了监控支护结构运行状态的仪器,如锚索应力计、锚杆测力计、土压力盒等,可与设计计算对比分析;⑤自动化监测系统的研制与应用。
5 高陡边坡代表工程
链子崖“五万方”高边坡工程
链子崖危岩体位于湖北省秭归县新滩镇长江南岸,兵书宝剑峡的出口处,与新滩滑坡隔江对峙,距三峡大坝仅27Km。其峡口段河谷深切、岸壁陡峭、水深流急,为川江航道的咽喉地段。它与黄崖老崩滑体、新滩滑坡及其隐患区共同构成长江西陵峡崩塌隐患区。该区历史上曾发生崩塌滑坡14次,1985年的新滩大滑坡将新滩古镇推入江中,停航12天。
链子崖危岩体北端危岩高耸百米以上,俯视长江,T8—T12缝段200余万立方米危岩(图6),一旦在地震、暴雨、久雨等因素作用下,产生崩塌滑坡,将会造成碍航,甚至堵江断航的严重后果,为此,20世纪90年代中期国家决定对其进行加固处理。 链子崖危岩体防治工程的目的是改善危岩体的稳定状况,防止崩滑体入江造成危害。而其中水马门“五万方”危岩体的治理是T8—T12危岩体工程的重点。“五万方”危岩体为T11、T12及R203软层所切割的三角块体。岩性以坚硬的厚层块状灰岩为主,前缘临空,位于长江南岸,形成高约60~80m的陡壁。设计采用地表截排水、地下(煤层采空区)设承重阻滑键、临空面锚固的综合加固方案。锚固方案选用3000KN、2000KN、1000KN三种锚索规格(见图6)。3000KN分布于高程150m以下,共50根,承担总锚固力的1/2。2000KN分布于高程160m之下,共48根,约承担总锚固力的1/3。1000KN锚索65根,承担剩余的锚固力。
图6此岩体边坡工程锚固布置图
6 结语
自20世纪80年代以来,在中国快速的经济发展和独特具有的地质条件下,高边坡已经成为一个相当具有中国工程特色的工程地质问题。随着一系列具有代表性高边坡重大工程的成功完成,中国在高边坡稳定性分析、破坏机理、边坡后期检测、施工等方面也取得了举世瞩目的成果,从而也奠定了中国在这一领域的国际先进水品。然而,我们必须清楚认识到高边坡和一般性边坡的各项差异之处,不管是在勘察、稳定性分析、边坡工程设计、施工、检测等方面,都应特别考虑到高边坡的特殊岩体结构和受力特性而对待。随着中国未来各项大工程地不断出现,高边坡问题将一直存在,并且以高边坡的复杂性、各异性等等,必将给工程带来一定的阻碍,所以,加强高边坡课题研究是我国一项持久的任务和挑战。
参考文献(References):
[1] 重庆市建设委员会.GB 50330 – 2002 建筑边坡工程技术规范.[S] . 北京:中国建筑工业出版社,2002
[2] 夏元友好、朱瑞赓、李新平. 边坡稳定性研究综述与展望[R]. 金属矿山,1995
[3] 土木工程网. 当前工程地质四大热点. [OL]. http://www.civilcn.com/yantu/ytlw/1314840634150027.html,2011,1(9)
[4] 黄润秋. 中国西南岩石高边坡的主要特征及其演化[J]. 地球科学发展,2005,20(3):292-297
[5] 徐嘉谟、李晓、韩贝传. 成岩地质体的初始应变能状态及其对开挖引起位移场的影响[J]. 岩石力学与工程学报,2006,25(12):
2467-2474.
[6] 陈祖煜. 关于“边坡稳定性的三维极限平衡分析方法及应用”的讨论[J]. 岩土工程学报,2001,23(1):127-129.
[7] 黄润秋. 岩石高边坡工程研究[D]. 成都理工大学,2011
范文三:岩土工程边坡的稳定性分析与设计
岩土工程边坡的稳定性分析与设计
摘要:对于岩土边坡,国内很多部门一直还在按照单一的地质勘察、分析设计、实际施工的思路,这实际是一种静态的设计施工过程,是不完善的,并不能对施工过程中出现的变化情况作出分析,其不确定性因素带来的缺陷是明显的。本文对岩土工程边坡的稳定性分析与设计进行了阐述。
关键词:岩土工程边坡的稳定性分析与设计
一、边坡稳定性的影响因素
1、地质构造。地质构造因素主要是指边坡地段的褶皱形态、岩层产状、断层和节理裂隙的发育程度以及新构造运动的特点等。通常在区域构造复杂、褶皱强烈、断层众多、岩体裂隙发育、新构造运动比较活跃的地区,往往岩体破碎、沟谷深切,较大规模的崩塌、滑坡极易发生。
2、岩体结构。不同结构的岩体物理力学性质差别很大,边坡变形破坏的性质也不同。
3、风化作用。边坡岩体长期暴露在地表,受到水文、气象变化的影响,逐渐产生物理和化学风化作用,出现各种不良现象。当边坡岩体遭受风化作用后,边坡的稳定性大大降低。
4、地下水。处于水下的透水边坡将承受水的浮托力的作用,使坡体的有效重力减轻; 水流冲刷岩坡,可使坡脚出现临空面,上部岩体失去支撑,导致边坡失稳。
5、边坡形态。边坡形态通常指边坡的高度、坡度、平面形状及周边的临空条件等。一般来说,坡高越大,坡度越陡,对稳定性越不利。
6、其他作用。此外,人类的工程作用、气象条件、植被生长状况等因素也会影响边坡的稳定性。
二、岩土工程边坡稳定性分析的方法
范文四:岩土边坡稳定性动态分析
岩土边坡稳定性动态分析
【摘 要】 本文通过分析岩土边坡稳定性相关问题,并结合多年来实践经验和研究积累,对岩土边坡稳定性进行动态分析,就处于地震、爆破动荷载作用下的各种情形的岩质高边坡的稳定性进行安全测试评价,并提出安全性、科学性的建议。
【关键词】岩土边坡稳定动态分析
一.前言
近年来,随着我国的不断发展,在技术上的创新日新月益,各种岩土的工程建设也在不断增多,于此同时,滑坡的灾害也越来越显著。基于这种原因,在水土保持领域和地质学领域上,泥石流和滑坡的问题和现象已成为比以前任何时段都更加迫切,更加重要的研究课题。
岩质边坡动力稳定分析,以及具体的评价问题,是交通、铁路以及水利水电等工程在开发的过程中难免会遇到的难题。因为很多大型水利水电工程地处西部地质构造复杂的高山峡谷地区,这些地区的山势险峻,地形的起伏较大,河流急,有深谷,有些谷峰相差数百米甚至千余米,因此在地震的作用下,很容易导致岩土边坡的整体下滑,因此岩土边坡的安全性非常低,由此可见,岩土边坡的分布和规模,以及破坏模式与岩土边坡的物理特征和几何图形及地理分布有重要的关联。当然也取决于地震的能量,但是坝址区以及库岸大型岩体边坡在动力荷载下的安全更是工程建设中面临的难点问题。
二.边坡稳定性研究的基础
1. 岩石力学基础
(1)应力状态
应力状态的基本概念,是在外力的作用下,岩体内部的任一断面上有连续分布的内应力存在,单位面积上受力的大小即强度在讨论内力时称应力。应力在断面上的法向分力称法向应力,切向分力称为切向应力。
岩石强度理论
最大正应变理论:最大正应变理论认为试件的最大应变等于在单向拉伸或单向压缩情况下,达到强度极限时的最大正应变时试件就会被破坏。
最大正应力理论:最大正应力理论认为当最大正应力达到相应的强度极限时岩体即破坏时,然而没有改变其余二个主应力对强度的影响。
最大剪应力理论:最大剪应力理论认为试件在单向抗压情况下达到强度极限
范文五:ANSYS边坡稳定性分析
(南昌大学 建筑工程学,江西院 南昌 33003)1 摘 要 ,以国内某矿边坡工程为例,该边坡考虑弹性和塑性两种材料ANSY,采S有 用限 元法对该边坡进行稳定性计算分析,以判断其稳定性和计算出
安全系数。 关键 词 ,边坡;稳定性;安全系数;变形 1 概述 边坡指地壳表部一切具有侧向临空面的地 质体,是坡面、坡顶及其下部一定深度坡体的 总 称。建筑边坡是指在(构建)筑物场地或其周边,由 于建(构)筑物和市政工程开挖或填筑施工所形成 的人工边坡和对建(构)筑物安全或稳定有影响的 斜的地面称为斜坡, 自然边坡。在中简称边坡。倾 在铁路、公路建筑
施工中所形成的路堤斜坡称为 的斜坡称为路堑边坡; 路堤边坡;开挖路堑所形成 水利、市政或露天
煤矿等工程开挖施工所形成的 斜坡也称为边坡;。 这些对应工程就称为边坡工程 边坡工程对国民、 经济建设有重要的影响:在铁路 公路与水利建设图 1 边坡模型 图 2 施加约束和重力荷载后的边坡模 中,边坡修建是不可避免的,边坡 表 1 边坡模型围岩参数 的稳定性严重影响到铁、路公路与水利工程的施 ? % fl CK 3 ?‰} CM 3 工安全、运营安全及建设成。本在路堤施工中, 在N/m pa CG 3 路堤高度一定条件下,坡角越大,路基所占面积就 pa p C ?3 越小,反之越大。在山区,坡角越大,则路堤所需 填1 !" "#$% $%"" "#& ’$#( p C ?3 方量越少。因此,很有必要对边坡的稳定性进行分 $ !$ "#$’ $)"" ********** ******** 析。一般而言,边坡稳定性的分析方法基本上有两 种:极限平衡方法和数值分析方。数值分析方法法 考虑了土体应力应变关系,克服了极限平衡方法 完全不考虑土体本身的应力-应变关系的缺点, 为 边坡稳定分析提供了较为正确和深入的概所 念。 以是通过 ANSYS有限元法中的 有限元强度折减 法来确定安全系数,以至来分析边坡的稳定。首性 先选取初始折减系数,将岩土体强度参数进行折 进行有限元计算, 减,将折减后的参数作为输入, 图 3 F=1.0时边坡变形 图 图 4 F=2.2时边坡变形 图 图 5 F=3.0时边坡变形 图 若程序收敛,则岩土体仍处于稳定状态,然后再增 加折减系数,直到程序恰好不收敛,此时的折减系 数即为稳定或安全系。数 2 计算模型的建立与计算参数的选取 2.1 计 算模型的建立 2.1.1几 何模型 计算的几何模型建立是在地质模型的基础 上建立的,而地质模型则是在地质剖面的基础上 建立起来的。因此,根据需要,并结合边坡所在 位 8 F=3.0时边 坡 X 方 图 图 6 F=1.0时边 坡 X 方向位移云图 图 7 F=2.2时边 坡 X 方向位移云图 置处的围岩类型,建立了边坡的几何模型1 ,如图 向位移云图 所示。对于像边坡这样纵向很长的实体,计算模型 可以简化为平面应变问。 题假定边坡所承受的外 力不随 Z 轴变化,位移和应变都发生在自身平面 内。对于边坡变形和稳定性分析,这种平面假设是 合理的。实测经验表明,边坡的影响范围 2 倍在坡 高范围,因此计算区域为边坡体横向延伸 2 倍 坡 高,纵向延伸 3 倍坡高。模型上部为理想弹塑 性材 料,下部为弹性材料,即采用双层模型,这 样可以 更好地模拟了边坡的变形和塑性区的发展,应力 图 9 F=1.0时边坡塑性应变云 图 图 10 F=2.2时边坡 塑性应变云图 图 11 F=3.0时边坡塑性应变 云图 的分布也更符合实际情。况 2.1.2边 界条件
所建立的是国内某矿边坡工程某位置断面 组成该边坡的围岩材料上部为理想弹塑性材 为零,中心即在点0,(0,0)处施加重力荷。载如图 计算模型。以坡底为中心轴。线坡高 400米 ,坡底 料,下部为弹性材料,材料属性见1,计算过表 程 2 所示。 面至地表下 1200米 ,向西 800米 东 1200米 ;在该 2.2 计 算参数的选取 中采用表 1 的物理力学参。数 (下转 185页 ) 模型左边即 X=-800、右边即 X=1200米 处水平位
移为零;下边界即 Y=-1200 处水平和竖直位移 均
科 教 文 化
搜索、谷歌搜索等。 笔者在 2009年申请内蒙古 自治区教育科 学[2]何克抗.对美国信息技术与课程整合理论的 分在自定义在线调查问卷的调查结果中,证实 规划课题 《信息技术与中小学学科教学整合的研 析思考和新整合理论的构[J建]. 中国电化教育 , 了上面的观点参与调查的学生 5有2 个,喜欢本 。2008(7,). 究的子课题,课题名称M为oodle 在高中历史 教》《网络课程的占 88.46%,其中很喜欢的57占 .69%, 学中的应用,作为课题负责人,克服了重重困难, [3]刘晓莹.信息技术与课程整合的研究现状与趋 》感觉一般的占 7.69%,不喜欢的占 3.85%。由此可 最终使得课题顺利开展。 势分析[J].电化教育研,究2007(4,). [4舒]晖,白红革,见学生们对于信息技术与课程整合的态度还是持 肯定态度的。又进一步分析那些不喜欢网络课程 因为是在内蒙,整体信息技术水平相对落 徐多勇.基于校园网的教学资源 库的学生,发现他们大多数是成绩很好的学生,在和 建设与应用研究[J]. 中国 医学教育技术200,6,20 后,要进行信息技术与课程整合的难度较。首先大 他们进行访谈后,了解到,他们之所以不喜欢,是 (5). 是思想上难以更新观念,所在地鄂尔多斯,经济较 他们已经习惯传统的教学方式,通过传统的教学 为发达,硬件设备也较为先进,但是在人们的思想 方式,他们也可以取得好的成。绩所以,从这方面 观念里,信息技术就是简单的为课堂教学的辅助 来看,信息技术与课程整合的成功与否,也要考虑 工具,尤其是最开始在找参与课题的老师时,多次 学生的感受,不能一味的使用信息技术手段,而忽 碰壁,有经验的老师不愿参与或者不想冒险略的传统的教育形 ,以免式。
影响班级成绩,在笔者向学科教师演 M示ood了le 5 结论 信息技术和课程的有效整合,可的丰富功能后,最终找到的一位是很有冒险精神 以提高教学 并敢于创新的年轻的历史老师,实验才得以开。 始 质量和效益。在教学模式、教学方法,甚至在教育由此可见,信息技术与课程整合的最大阻力并不 观念、教学思想方面都是一种改革,促进教育的发 全是来自外部,而是有可能来自学科教师本。 身展。 众所周知,信息技术教师在中小学工作比较 信息技术与课程整合的课题研究对信息技 繁琐,在课题批下几个月后课题研究都没有什么 术与课程整合来说虽然不是万能,但却可以在很 实质性的进展,不过由于研究自治区电教馆文件 大程度上促进信息技术与课程的有效的整合 ,它的安排,课题研究必须要按照计划进度进行,在实 像是一道指令,指挥着教师用心的去提高自身的 验平台的搭建、课程资源库充实后,尤其是对实 验信息技术能力,没有懈怠,教师们积极运用信息技 教师的信息技术能力培训后,实验教师能够自己 术于课堂之上,拓展学生的视野,培养学生创造性 使用 Moodle 网络课程后,课题研究才有了实质性 思维,使得学生在获取信、分息析信息、处理信息 的进展。 的能力方面有很大的提高,从而增强对当今信息 如何让学生对本网络课程产生兴趣,让实验技术高速发展的现代社会的适应。能 力顺利的进行,这是最关键的问题。本着对学生在使 参考 文 献 用本网络课程方便、舒适的原则下,完善 M了oodle [1] 王欣. 新课改中信息技术与学科课程整合的 的部分功能,如批量添加用户时,用户名是学生的 现状与问题[J].北京教育学院学,2008报-12(4.) 学号,选课密钥 是353 (参加课题研究的班级 是353 班);在课程主页面添加了站外搜索, 如百度
3 有限元模拟结果及分析 加而发生很大的改变,刚开始随F 着的增加 ,水平 岩应力数值模[拟J].长安大学学,报2005,11 .,上接 28 页 ,
本文是通过用不同的折减系F数 来模拟 边 位移由 62.873mm增加 到 71.587mm,当 F=2.2以 [3]GB 5033-20020 . 中华人民共和国行业标.建准
坡开挖后所形成的模型变形、边图坡水平方向位 筑边坡工程技术规范[S]. 后,边坡模型的水平位移开始减少F=3,当.0时 , 移云图以及塑性应变云图来判断边坡是否稳。定 边坡的水平方向位移下降 26到.549mm表明此, 时 [4]赖永标,胡仁喜,黄书.土木工程有限珍元分 析
首先选取初始折减系 F数=1.0,然后分别取 F=1.、2 典型范例[M]北京.:电子工业出版社2007,. 边坡已经破坏。
F=1.、4F=1.、6F=1.、8F=2.、0F=2.、2F=2.、4F=2.、6F= 3.3 从 塑性应变云图分析 从边坡模型的[5]J.P.Ou, X.Long,Q.S.Lic. Seismic responsne aly ,a sis of structureith s ve locwity -dependent dampers. 2.8对 边坡土体材料系数进行折减,折减后凝聚力 塑性区云图看,刚开始边坡模 Journal of Cnsotrucitonal Steel Research2007 63 ) (及摩擦角分别见 式1 和 2。 型没有塑性应变,也没有塑性区,但随着强度折减(1) C’=C/F 系数 F 的增加,塑性应变逐渐增大,塑性区也逐628渐-638. [6]熊智标.建筑基坑支护[M]北京.:中国建筑工业 出版社,2007 .(2) tan,’=tan,/F 增大。当 F=3.0时 ,塑性应变的值21为 .29E-4,塑 C和 ,为边坡土体的初始凝聚力和摩擦。 角作 者 简 介 ,翟志雄(1981)~,南昌大学硕士研 性区贯通到坡顶,并且此时解不收敛,表明此时边 究生。 伴随着强度折减系数的增加,凝聚力和摩擦 坡已经破坏。因此,该边坡的模型安全系数应该是 2.8。 角减小,边坡的塑性应变增大,塑性区也随之扩
大,当塑性区发展成为一个贯通区域,边坡就不 稳4 结论
4.1 是 把有限元计算收敛与否作为判断边坡 定,此时求解也不收。敛与之同时,边坡水平位移
也变大。因此,主要通过观察后处理中的边坡塑性是否稳定的准则 ,边坡处于稳定状态,计算收敛, 应变、塑性区、位移和收敛来判断边坡稳定与否, 边坡破坏时,计算不收。敛
直到程序恰好不收敛,此时的折减系数即为稳定 4.2 边 坡失稳的同时还表现出位移的急剧增 或安全系数。不同的部分折减系 F数 所对应的变加 ,但破坏时位移反而减。少
形图、位移云图、塑性应变图 如3~11所示 。 4.3 边坡失稳总是伴随着塑性变形的增加和 3.1 从 边坡模型变形图分析 塑性区的发展,塑性区的发展状况反映了边坡是
从边坡变形图来看,开始变形不大,随着强 否处于稳定状态。当塑性区发展到坡顶,边坡已 经 度折减系数的增加,边坡变形加大F,=3当.0 时 , 破坏。参考 文 献 解不收敛,从 图5 的变形图可以看出,此时边坡破
坏面近似圆弧形,说明此时边坡已经不安。全 [1]宗金辉.边坡开挖有限元模拟及现场实测. 研究3.2 从 边坡水平方向位移云图分析 [D].天津:天津大学建筑工程,学2006院, 7.边坡水平方向位移随强度折减系F 的数增 [2]胡夏嵩,白国.伟低地应力区地下洞室开挖后 围
,185,
转载请注明出处范文大全网 » 岩土边坡地震稳定性分析研究评