岩土边坡系统稳定性评价
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岩土边坡稳定性评价与计算边坡一般是指具有倾斜坡面的土体或岩体,由于坡表面倾斜,在坡体本身中立及其他外力的作用下,整个坡体有从高处向提出滑动的趋势[1]。
边坡稳定分析的方法比较多,但总的说来可分为两大类:(1)以极限平衡理论为基础的条分法;(2)以弹塑性理论为基础的数值计算方法[2]。
1 变形破坏机理在工程实际中,较常见的是上部由土,下部由岩石组成的岩土混合边坡。
岩土混合边坡往往具有多种破坏模式[2],分析其稳定性不仅要考虑上部土层发生滑动的可能性,也要分析下部岩体沿结构面发生滑动的可能性[3]。
岩土混合边坡变形破坏的复杂性,在现行的规范和标准中仅仅对单一土质或岩质边坡的稳定性分析计算做了明确的规定[4],因此,很有必要对岩土混合边坡稳定性问题展开探讨,以便在工程实践中得以应用[6]。
2 稳定性计算及评价(一)定量计算贵州省理化测试分析研究中心综合实验大楼基坑为岩土混合边坡,对其岩石部分采用平面滑动法进行计算,沿岩层层面产生滑动,计算时把填土重量、粘土重量作为外加荷载考虑[5]。
采用平面滑动法计算其稳定系数Ks:故A~B段岩石部分对基坑边坡稳定影响不大,此段基坑边坡需要按圓弧滑动法对上部土体部分进行计算,稳定系数Fs取其小值。
(二)圆弧滑动法计算边坡土质部分稳定系数Ks据《建筑边坡工程技术规程》(GB50330-2002)5.2.7条及场地基坑边坡构成条件,A~B段土质部分边坡可能沿圆弧滑动,采用圆弧滑动法计算边坡土质部分稳定系数Ks。
(三)边坡稳定性评价通过对A~B段基坑边坡定量计算分析,可得:(1)采用平面滑动法分析A~B段基坑边坡岩质部分,由于属于缓外倾结构,采用平面滑动法计算得出稳定系数Fs=3.32偏高。
故A~B段岩石部分对基坑边坡稳定影响不大,此段基坑边坡岩质部分稳定;但需要按圆弧滑动法对上部土体部分进行计算,稳定系数Fs取其小值。
(2)采用圆弧滑动法计算得A~B段稳定性系数为0.79。
岩土工程中的边坡稳定性分析计算岩土工程是土地利用与开发中不可或缺的一环,而边坡稳定性分析计算是岩土工程中的一个重要课题。
边坡是指由土石堆积而成的斜坡,边坡的稳定性对于土地利用和人们生命财产的安全至关重要。
在边坡稳定性分析计算中,一般需要考虑边坡的地质条件、土壤参数、水文地质条件、边坡几何形状等因素。
下面,本文将从这几个方面进行讨论,并给出相关的计算方法和案例分析。
首先,边坡的地质条件对于稳定性分析非常关键。
不同的地质条件会导致边坡的稳定性有所不同。
常见的地质条件包括岩层的稳定性、岩层的倾角、岩层的厚度等等。
在进行边坡稳定性分析时,需要充分考虑这些因素的影响,并进行相应的计算和分析。
其次,土壤参数是边坡稳定性分析计算中另一个重要的方面。
不同类型的土壤具有不同的强度参数,这直接影响边坡的稳定性。
一般来说,土壤参数可以通过室内试验和现场地质勘探等手段进行测定。
在进行边坡稳定性分析时,需要根据实测数据和试验结果,选择合适的土壤参数进行计算。
水文地质条件也是影响边坡稳定性的重要因素之一。
水分可以对土壤的强度和稳定性产生显著影响。
当发生降雨等情况时,边坡可能会因为土壤的饱和而导致稳定性下降,从而引发边坡滑动等灾害事故。
因此,在进行边坡稳定性分析时,需要考虑水文地质条件的影响,并进行相应的计算和分析。
最后,边坡的几何形状也是边坡稳定性分析计算中需要考虑的一个重要因素。
边坡的坡度、坡高、坡角等几何参数会直接影响边坡的稳定性。
在进行分析计算时,需要根据实际情况确定边坡的几何形状,并进行相应的计算和分析。
综上所述,岩土工程中的边坡稳定性分析计算是一个复杂而重要的课题。
边坡的地质条件、土壤参数、水文地质条件和几何形状等因素都会对边坡的稳定性产生影响。
在进行边坡稳定性分析计算时,需要充分考虑这些因素,并选择合适的计算方法进行分析。
只有通过科学的分析计算,才能确保边坡的稳定性,保障土地利用和人们生命财产的安全。
【案例分析】为了更好地理解边坡稳定性分析计算的实际应用,下面以一个实际工程案例进行分析。
2023年 4月上 世界有色金属163岩土工程勘察在矿山边坡稳定性评价中的应用张 伟(安徽省地质矿产勘查局313地质队,安徽 六安 246003)摘 要:岩土工程勘察是矿山边坡设计、治理的基础,本位以某矿山门楼岗边坡为例,采用野外调查、工程地质测绘、地形测量、地质钻探、原位测试及室内试验等相结合的工作手段开展矿山边坡勘察工作,查明了边坡环境、工程地质条件、水文地质条件,确定了边坡岩土体的物理力学参数指标,选定计算模型,进行了边坡稳定性计算与评价,为矿山安全生产提供了技术保障。
关键词:勘察;矿山;边坡;稳定性评价中图分类号:P642 文献标识码:A 文章编号:1002-5065(2023)07-0163-3Application of geotechnical investigation in Evaluation of Mine Slope StabilityZHANG Wei(Anhui Provincial Geological and Mineral Exploration Bureau 313 Geological Team,Lu'an 246003,China)Abstract: Geotechnical investigation is the basis for the design and treatment of mine slopes. Taking the gatehouse slope of a mine as an example, the mine slope survey is carried out by means of field survey, engineering geological mapping, topographic survey, geological drilling, in-situ testing and indoor tests. The slope environment, engineering geological conditions and hydrogeological conditions are identified, and the physical and mechanical parameters and indicators of the slope rock and soil mass are determined, A calculation model was selected for slope stability calculation and evaluation, providing technical support for mine safety production.Keywords: survey; Mines; Slope; Stability evaluation收稿日期:2023-02作者简介:张伟,男,生于1983年,汉族,河南封丘人,水工环地质,研究方向:岩土工程勘察。
岩土工程中的边坡稳定性分析与数值模拟岩土工程中的边坡稳定性分析与数值模拟是一个重要的研究领域。
边坡是指斜坡的边缘部分,其稳定性是评估工程项目安全性和可靠性的关键因素之一。
通过对边坡进行稳定性分析和数值模拟,可以预测边坡的稳定性,并为工程设计和施工提供必要的参考。
1. 岩土工程中的边坡稳定性分析边坡稳定性分析是通过考虑多种力和应力的作用,以及土壤和岩石的力学性质,评估边坡的稳定性。
这种分析通常包括以下几个方面:1.1 土壤力学性质的参数获取边坡稳定性分析的基础是获取土壤的力学性质参数。
常见的参数包括土壤的内摩擦角、黏聚力等。
这些参数通过室内试验和现场测试获得,以提高稳定性分析的准确性。
1.2 边坡的力学模型边坡的力学模型是对边坡的力学特性进行建模,通常使用有限元方法或边坡稳定性公式模拟边坡的应力和变形。
这些模型可以反映边坡的内部应力分布和变形情况,为边坡稳定性分析提供支持。
1.3 边坡的稳定性评估在确定边坡的力学模型后,可以通过力学计算方法对边坡的稳定性进行评估。
常见的评估方法包括平衡法、切线法和极限平衡法等。
这些方法可以分析边坡的稳定性特征,找出边坡可能出现的问题,并提出相应的应对措施。
2. 边坡稳定性数值模拟边坡稳定性数值模拟是利用计算机和数值方法,对边坡进行力学分析和预测。
这种模拟方法通常包括以下几个步骤:2.1 边坡的几何建模边坡几何建模是将现实中的边坡转化为计算机可识别的几何模型。
几何模型的建立需要详细描述边坡的形状和尺寸,并考虑到边坡的复杂性和非线性。
2.2 边坡的力学模型力学模型的建立是为了定量描述边坡的应力和变形状态。
在数值模拟中,通常采用有限元方法或边界元方法来建立边坡的力学模型。
2.3 材料参数的设置材料参数的设置是指确定用于模拟边坡材料行为的参数,如土壤的弹性模量、泊松比等。
这些参数需要通过试验或经验来确定。
2.4 边坡的边界条件边坡的边界条件包括约束条件和外荷载条件。
这些条件需要根据边坡实际情况和工程需求进行合理设定。
岩土边坡稳定性分析与评估岩土边坡是指岩石或土壤质地的自然或人工边坡,其稳定性是建设工程和地质灾害防治中的重要问题。
本文将对岩土边坡稳定性分析与评估进行论述,以提供对相关领域的深入理解和应用。
一、岩土边坡稳定性分析方法岩土边坡稳定性分析是通过对岩土边坡的地质、力学性质进行综合评估,预测边坡的稳定性。
常用的分析方法主要包括:1. 落地力分析法:该方法通过分析边坡上下部位的土体重力、抗剪强度和应力状态等指标,以确定边坡的稳定性。
根据力学原理和经验公式,可以评估出边坡的安全系数,从而判断边坡的稳定与否。
2. 数值模拟方法:数值模拟方法通过建立岩土边坡的数值模型,在计算机上进行模拟和计算,得出边坡的稳定性分析结果。
其中,常用的数值模拟方法包括有限元法、有限差分法等,它们能更准确地模拟边坡的力学行为,提供更精确的稳定性评估结果。
二、岩土边坡稳定性评估指标岩土边坡的稳定性评估需要考虑多个指标,常用的指标包括:1. 安全系数:边坡的安全系数是评估边坡稳定性的重要指标。
安全系数是指边坡承受外力作用下抵抗破坏的能力与发生破坏的能力之比。
当安全系数大于1时,边坡稳定;当安全系数小于1时,边坡处于不稳定状态。
2. 边坡位移:边坡位移是指边坡发生变形的程度。
边坡位移较大时,可能导致边坡的稳定性下降,甚至发生滑坡、塌方等地质灾害。
因此,边坡位移的评估对预防岩土边坡灾害具有重要意义。
3. 边坡变形:边坡变形包括水平变形和垂直变形两个方向。
水平变形是指边坡顶部和底部在水平方向上的位移差异,而垂直变形是指边坡顶部和底部在垂直方向上的位移差异。
边坡变形对边坡的稳定性评估具有重要影响。
三、岩土边坡稳定性评估的应用岩土边坡稳定性评估在建设工程和地质灾害防治中有广泛应用。
具体应用包括以下几个方面:1. 工程建设中的岩土边坡稳定性评估:在道路、铁路、水利、矿山等工程建设中,对岩土边坡的稳定性进行评估是确保工程安全的重要环节。
通过分析和评估边坡的稳定性,可以制定相应的防治措施,确保工程的顺利进行。
土木工程中边坡稳定性分析方法在土木工程领域,边坡稳定性是一个至关重要的问题。
边坡的失稳可能会导致严重的人员伤亡和财产损失,因此,准确分析边坡的稳定性对于工程的安全和成功实施具有重要意义。
本文将探讨几种常见的土木工程中边坡稳定性分析方法。
一、定性分析方法1、工程地质类比法这是一种基于经验和对比的方法。
通过对已有的类似地质条件和边坡工程的研究和经验总结,来对新的边坡稳定性进行初步判断。
这种方法虽然简单快捷,但依赖于丰富的工程经验和大量的案例数据。
2、历史分析法通过研究边坡地区的历史地质活动、自然灾害记录以及以往的边坡变形破坏情况,来推断当前边坡的稳定性。
然而,这种方法受到历史资料完整性和准确性的限制。
二、定量分析方法1、极限平衡法这是目前应用较为广泛的一种方法。
它基于静力平衡原理,将边坡划分为若干个垂直条块,通过分析条块之间的力和力矩平衡,计算出边坡的安全系数。
常见的极限平衡法有瑞典条分法、毕肖普法等。
瑞典条分法假设滑动面为圆弧,不考虑条块间的作用力,计算较为简单,但结果相对保守。
毕肖普法考虑了条块间的水平作用力,计算结果更为精确,但计算过程相对复杂。
2、数值分析方法(1)有限元法将边坡离散为有限个单元,通过求解每个单元的应力和位移,来分析边坡的稳定性。
它可以考虑复杂的边界条件和材料非线性特性,能够更真实地模拟边坡的力学行为。
(2)有限差分法与有限元法类似,但采用差分格式来近似求解偏微分方程。
在处理大变形和复杂边界问题时具有一定的优势。
(3)离散元法特别适用于分析节理岩体等非连续介质的边坡稳定性。
它能够模拟块体之间的分离、滑动和碰撞等行为。
三、监测分析方法1、地表位移监测通过设置测量点,使用全站仪、GPS 等仪器定期测量边坡表面的位移变化。
当位移量超过一定的阈值时,提示边坡可能存在失稳风险。
2、深部变形监测采用钻孔倾斜仪、多点位移计等设备,监测边坡内部的深部变形情况。
这种方法能够更早地发现潜在的滑动面。
岩土工程中的边坡稳定性分析与预警岩土工程中的边坡稳定性是一个非常关键的问题,尤其是在建设大型基础设施项目时。
边坡稳定性分析与预警是为了确保施工和使用阶段的安全,减少灾害风险。
本文将探讨岩土工程中的边坡稳定性分析与预警的一些关键要点。
首先,边坡稳定性分析是评估土壤和岩石斜坡在各种外部荷载和内部力的作用下的稳定性的过程。
这是一个复杂的工程分析过程,需要综合考虑地质、地下水、荷载和结构等因素。
边坡稳定性分析的目标是为了确定边坡的最佳设计参数,以确保其在当前和未来的使用条件下的安全性。
其次,边坡稳定性分析主要采用物理和数学模型来模拟和预测边坡的行为。
常见的方法包括有限元分析、准解析方法和经验公式等。
有限元分析是一种常用的数值方法,可以精确地模拟边坡的力学行为。
准解析方法则是一种常用的解析方法,可以在较短的时间内得到较为准确的结果。
经验公式则是一种经验总结的方法,适用于某些简单场景。
在实际工程中,通常会综合考虑多种方法,以提高边坡稳定性分析的可靠性和准确性。
第三,边坡稳定性分析需要准确的输入数据。
这些数据包括土壤和岩石的力学参数、地下水位和施工荷载等。
力学参数的准确性对分析结果具有重要影响。
因此,在进行边坡稳定性分析之前,必须进行详细的岩土工程勘察,确保获取准确的数据。
此外,边坡稳定性分析还需要考虑地下水的影响。
地下水位的变化会对边坡的稳定性产生重要影响,因此,必须对地下水进行精确的监测和预测。
第四,边坡预警是指在边坡发生变形或破坏之前,提前发出警示信号,以便及时采取措施防止事故的发生。
边坡预警系统通常包括监测设备和数据处理系统。
监测设备主要用于监测边坡的变形、水位和荷载等。
数据处理系统则用于收集、处理和分析监测数据,以提供预警信息。
边坡预警系统可以为工程人员提供实时的监测数据和预警信息,有助于及时采取措施保护边坡的稳定性。
在实际工程中,边坡稳定性分析与预警是一个综合性的工程问题,需要各个专业领域的工程师和科学家的共同努力。
岩土边坡系统稳定性评价
发表时间:2018-09-17T15:35:10.627Z 来源:《基层建设》2018年第25期作者:马力
[导读] 摘要:边坡稳定性分析是一项复杂的系统工程,其不确定性和离散性使其难以分析。
中国华西工程设计建设有限公司重庆分公司重庆市 401120
摘要:边坡稳定性分析是一项复杂的系统工程,其不确定性和离散性使其难以分析。
目前边坡稳定性分析取得了很大的成果。
本文就边坡稳定性的主要影响因素及不确定分析方法进行了研究探讨。
关键词:岩土边坡系统;稳定性;影响因素;分析评价
前言
边坡稳定陛分析是边坡研究的热点问题,目的是分析已有边坡的稳定性程度,为拟定边坡的加固措施提供可靠的依据。
正确客观地评价边坡的稳定性,对于确保生产建设和人民生命财产安全具有十分重要的意义。
1边坡稳定性的主要影响因素
1.1地应力因素
地层中的地应力是地震力、岩体自重力、地质构造力、温度应力以及岩体中由物理化学作用在地球岩体内所产生的应力总和。
地震中横波在地表中产生周期性振动,破坏力影响最大。
纵波在地表产生上下波动,破坏力影响较小。
需要充分考虑地应力由于边坡人类活动开挖时产生不均匀释放,可能使边坡岩体在软弱面发生变形破坏,使原有裂面进一步增大或产生更多新的裂面,在短期内会急剧成倍降低岩体的抗剪强度,因此,地应力对边坡破坏的影响是最为严重的,也应当着重考虑和研究。
1.2地质构造因素的分析
地质构造影响因素重要表现在:边坡的褶皱形态、区域地层构造特点、岩层产状、节理、裂隙发育、断层特征以及新的地层构造活动特点等。
在地层构造相对复杂、构造运动相对活跃、褶皱相对强烈的区域,边坡的破坏性比较大,容易发生较大的灾害。
其次,边坡区域的岩层褶皱不同形态和岩层不同产状,也会直接影响和决定边坡破坏的形态和发生规模范围。
明显的节理裂隙和大的断层对边坡变形破坏的影响尤为显著。
因为某些滑坡可以直接沿断层或节理本身的裂面产生和破坏。
1.3地层和岩(土)性因素
地层的岩性是边坡破坏的主要影响因素之一。
从不同的边坡的破坏特征来看,不同地层有不同的变形破坏形式。
以石质边坡为例,有些地层中滑坡特别容易发生,这是由于在该地层中,含有大量的风化物、以及一些矿物成分促使滑带产生。
其次,岩性特征也对边坡的破坏也有很重要的影响。
由某些岩性组成的边坡在天气晴朗干燥时比较稳定的,但如果遇到雨季,一经过水泡,岩石抗剪强度剧减,边坡稳定性很差,容易发生滑坡,泥石流等灾害。
其中岩性、力学、化学、水理性质等对于边坡稳定性的影响非常大。
1.4岩(土)体结构因素
根据边坡不同倾角与不同坡角间关系,边坡可以分为以下主要几种类型:边坡倾向与坡向相同;边坡的倾向与坡向不同;倾角小于坡角;倾角大于坡角这四种常见的情况。
当倾向与坡向相同方向时,对于边坡稳定性相当不利。
此时,岩层间软弱面及裂隙面的力学性能都比较差,边坡容易在这个层面形成滑动,产生滑坡。
如果倾向与坡向相同,但倾角大于坡角时,边坡稳定性会好一点。
若倾向与坡向相反时,岩层间的软弱面不再是边坡稳定性的主要影响因素,此时软弱面的岩层本身重力对边坡稳定是有益的。
1.5边坡形态
通常情况下,边坡的坡度越陡,边坡高度越大,对边坡稳定越不利;凸型平面的边坡比凹型平面的边坡具有较多的容易坍塌的临空面,不过凹型平面的边坡虽然发生过之前那的破坏地段,但由于可能还存在一些软弱面;所以在凹型平面的边坡,有时也会再次产生新的边坡破坏。
凸型边坡上缓下陡、容易发生坍塌,比较适合开采露天矿边坡;平面边坡设计比较简单,适合在人工边坡中应用;凹型边坡相对比较稳定,但是由于地下水汇集的作用、有时也会诱发新的滑坡。
1.6地下水因素
边坡中地下水的类型主要为裂隙水、孔隙水和溶洞水。
边坡的岩体主要受到几种附加荷载的作用:裂隙静水压力、浮拖力和渗透动水压力等。
此外地下水在一些物理化学作用破坏下:侵蚀、溶解、风化等等虽然影响过程比较缓慢,但是对于边坡岩体长期稳定性影响比较大,其中地下水的静水压力和动水压力的影响作用尤为明显。
所有这些综合作用下就容易使边坡抗剪强度的降低,破坏增大,当满足破坏条件时,就会出现类似滑坡的灾害。
2不确定性分析法
2.1可靠度法
边坡工程可靠性分析是近20年发展起来的评价边坡工程状态的新方法,它把边坡岩体性质、荷载、地下水、破坏模式、计算模型等作为不确定量,借鉴结构工程可靠性理论方法,结合边坡工程的具体情况,用可靠指标或破坏概率来评价边坡安全度。
可靠度法随机变量的取值除了重度、黏聚力和内摩擦角外,还要考虑弹性模量、泊松比、剪胀角和侧压力系数对边坡安全系数的影响。
由于可靠性研究必须积累大量的基础资料,该法目前还未得到广泛的认可,但是可靠性方法是边坡稳定性分析中应用最广的不确定性方法。
2.2模糊综合判断法
模糊数学法是将模糊理论应用于边坡稳定性分析中,用隶属函数代替确定性分析法中非此即彼的量,对那些边界不清的过渡问题进行描述,应用模糊模式识别和模糊聚类分析方法对影响边坡稳定的因素进行分析,最后用综合评判理论对边坡稳定性进行总的评价。
边坡性质及稳定性的界限是不清楚的,具有相当的模糊性,故可采用此理论进行研究。
此法的难点在于相关因素及各因素的边界值的确定。
2.3灰色系统分析法
灰色系统理论可在不完全的信息中,对所要分析研究的各因素,通过一定的数据处理,在随机的因素序列间,找出它们的关联性,发现主要矛盾,找到主要特性和主要影响因素。
该理论的计算有3个基本环节:根据系统已发生的一组时间序列数据,根据变量多少建成不同的预测模型;估计模型参数,如按最小二乘法确定;把模型用于预测,并进行评价。
3边坡稳定性评价应用
经过长时间的分析总结,能够明确的了解到边坡稳定性安全系数与稳定状态的关系,即当安全系数小于1.2时,则目标边坡为失稳状
态;当安全系数大于1.2且小于1.5时,一般情况下,边坡都处于稳定状态,极少数情况下,边坡为失稳状态;当安全系数大于1.5时,则能够准确判定,边坡处于稳定状态。
以一个简单的边坡稳定性分析作为算例,该边坡的高度为10m,坡度为1:2.经过实地勘测,能够得到基准参数区间:粘聚力c=[13.5,16.5]kPa;重度γ=[19.8,20.2]kN/m;内摩擦角φ=[18°,20°];泊松比v=[0.27,0.33];弹性模量E=[13500,16500]kPa。
采用区间极限平衡法进行分析,则要先明确边坡的最危险滑面,由此开始进行条分。
采用区间瑞典条分法进行计算,将能够进一步得到边坡安全系数区间[1.345,1.674],其区间下限大于1.2且小于1.5;区间上限则大于1.5,依据上述评价准则,能够基本判定该边坡处于稳定状态。
这种区间分析方法,能够得到最小安全系数,因此其反应的边坡稳定状态更加的客观、保守、安全。
采用区间有限元法计算是,则要进行剖分网格图与成果图,结合有限元程序,进一步得到网格中各个节点的位移与应力等区间,通过相关计算,所得的安全系数为1.732,依据评价准则,边坡状态为绝对稳定状态。
相比之下,区间极限平衡法所获得的分析结果更加保守安全。
结束语
综上所述,对基于区间不确定方法的边坡稳定性分析的研究,有利于推动相关工程水平与工程质量。
通过上述算法的有效应用,能够显著降低边坡工程当中,边坡失稳的现象,进而减少类似工程事故,提升工程建设的经济效益与社会效益。
因此,在未来边坡工程的扩展过程中,要重视边坡稳定性分析的作用效果,从而深入挖掘区间不确定分析方法的应用价值,使其更好地服务于工程建设与发展。
参考文献:
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