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李李 宁宁2008.12.41 潜在滑动面的确定潜在滑动面的确定 潜在滑动面的模拟潜在滑动面的模拟 稳定性评价方法稳定性评价方法 预应力锚固效果分析与评价预应力锚固效果分析与评价目录目录2潜在滑动面的确定潜在滑动面的确定要点一要点一3 1 滑动面的确定滑动面的确定土质边坡、破碎岩质边坡土质边坡、破碎岩质边坡最大剪应力等值线最大剪应力等值线刚体极限平衡法滑弧搜索法刚体极限平衡法滑弧搜索法岩质边坡岩质边坡地质结构面地质结构面 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次生滑动面加固措施引起的新的危险滑动面加固措施引起的新的危险滑动面点安全度等值线点安全度等值线赤平投影法赤平投影法4潜在滑动面的模拟潜在滑动面的模拟要点二要点二5 1 滑动面的模拟滑动面的模拟无滑动面的方法无滑动面的方法 Goodman节理单元模型节理单元模型 Katona内界面单元模型内界面单元模型无界面的方法无界面的方法 采用薄层实体单元模拟滑动面采用薄层实体单元模拟滑动面弹簧单元弹簧单元节点的接触对单节点的接触对单元单元元单元二维二维G Goodman单元模型单元模型二维内界面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的模拟存在的问题滑动面模拟的必要性问题滑动面模拟的必要性问题坡顶坡顶滑移不连滑移不连续变形续变形坡脚坡脚剪出不连剪出不连续变形续变形有界面、节理单元模拟滑动面有界面、节理单元模拟滑动面无滑动面无滑动面只能反映只能反映边坡的连边坡的连续变形续变形7无界面方法无界面方法有界面、节理单元模拟滑动面有界面、节理单元模拟滑动面坡顶坡顶滑移不连滑移不连续变形续变形坡脚坡脚剪出不连剪出不连续变形续变形用连续变用连续变形描述不形描述不连续变形连续变形单元尺度单元尺度容易产生容易产生畸形畸形8 Goodman单元存在的问题单元存在的问题 1、切向刚度与法向刚度很难测定，需试算多次、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、会发生相互嵌入现象，引起计算不收敛缺点：缺点：9同一数量级的安全系数同一数量级的安全系数 GoodmanGoodman单元法向刚度与切向刚度比对边坡单元法向刚度与切向刚度比对边坡安全系数的影响安全系数的影响1 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、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不同数量级的安全系数2 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、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，安全系数大约差较大，差一个数量级，安全系数大约差202011T=10T=10时边坡位移矢量图时边坡位移矢量图T=100T=100时边坡位移矢量图时边坡位移矢量图T=1T=1时边坡位移矢量图时边坡位移矢量图12 Katona内界面单元模型内界面单元模型优势：优势：1 1、不需要确定节理、断层、不需要确定节理、断层KnKn、KsKs，通过接触面两侧的模量，通过接触面两侧的模量变化来反映变化来反映KnKn的影响；的影响；2 2、直接采用节理、断层的、直接采用节理、断层的C C、值，摩尔值，摩尔库仑定律确定库仑定律确定接触面滑动、固定、分离等状态；接触面滑动、固定、分离等状态；13边坡稳定性评价方法边坡稳定性评价方法要点三要点三14现有常见边坡稳定性分析方法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“精确精确”解析解解析解与工程实际不符与工程实际不符“精确精确”求解的过程与方法求解的过程与方法精确精确基本假定基本假定？数学解析方法刚塑性假定刚塑性假定同时破坏假定同时破坏假定不考虑滑床变形不考虑滑床变形无法考虑开挖无法考虑开挖刚体极限平衡法刚体极限平衡法1.1 误差的由来误差的由来1 1 刚体极限平衡法的误差的由来刚体极限平衡法的误差的由来误差误差161.2 刚体极限平衡法存在的不足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 171.3 有限元分析滑坡稳定性的优势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182 2 边坡稳定性分析方法的比较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192.2 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202.3 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预应力锚固效果分析与评价要点四要点四241 预应力锚索的工作机理预应力锚索的工作机理抗滑桩等被动加固措施抗滑桩等被动加固措施预应力锚索锚固等主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被动加固措施的工作机理的工作机理承剪阻滑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主动加固措施的工作机理应力贡献应力贡献刚度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252 预应力锚索模拟预应力锚索模拟常见的模拟方法常见的模拟方法杆单元法杆单元法预应力锚索的研究预应力锚索的研究两点集中力法两点集中力法边坡的预应力锚索加固研究边坡的预应力锚索加固研究等效连续模型法等效连续模型法263 预应力锚索模拟存在问题预应力锚索模拟存在问题等效连续模型法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。等效参数难以获得，控制其准确度与精度困难。只承拉杆单元法只承拉杆单元法两点集中力法两点集中力法只注意到只注意到应力贡献应力贡献，仅能考虑回填注浆后的，仅能考虑回填注浆后的约束变形约束变形作用作用只注意到只注意到应力贡献应力贡献，未能考虑其，未能考虑其约束变形约束变形的作用的作用274 新的模拟方法新的模拟方法集中力后续补偿张拉法集中力后续补偿张拉法预应力施加阶段：预应力施加阶段： 两点集中力两点集中力后续变形阶段：后续变形阶段：集中力杆单元法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新型杆单元法新型杆单元法Blot 杆单元杆单元BOLTBOLT单元几何模型示意图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后续变形阶段：将外锚头的虚实节点耦合虚实节点虚实节点29单根锚索的加固效果单根锚索的加固效果 30地震工况下边坡位移场地震工况下边坡位移场( (锚索支护后）锚索支护后）地震工况下边坡位移场（不支护）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锦屏一级水电站左岸拱肩槽边坡 31f5Sl44-1缓倾坡外结构面上游边坡上游边坡2-2 2-2 关键部位开挖至关键部位开挖至1810.01810.0高程高程 预应力锚索张拉力预应力锚索张拉力32谢 谢！33