巖石邊坡穩定性分析的案例
Updated---邊坡穩定性概率分析數據集(Probabilistic Approach)
1 引言
隨著計算巖土力學技術的發展，邊坡穩定性的概率分析技術越來越多地在實踐中得到了應用。在過去三年的邊坡工程課程教學中，逐漸進化出一個完善的邊坡穩定性概率分析數據集，包括多種先進的計算工具。
巖石邊坡穩定性概率分析
巖石邊坡楔形體穩定性概率分析(3)---節理剪切強度的隨機分布
巖石邊坡楔形體穩定性概率分析(Probabilistic Analysis)---Part 2
巖石邊坡楔形體穩定性概率分析(Probabilistic Analysis)---Part 1
巖石邊坡平面滑動的概率分析
巖石邊坡工程課程---巖體物理力學參數的經驗估算(C6)
《邊坡工程》課程總結
[重點]巖石邊坡工程課程---邊坡工程分析與設計(C4)
巖石邊坡楔形體穩定性概率分析(3)---節理剪切強度的隨機分布
邊坡穩定判別準則---安全系數FOS和破壞概率POF
貝葉斯定理(Bayes theorem)確定邊坡破壞的概率
最新的課程設計更新(SSGeotech, 77648)和優化了文獻數據，包括按照時間順序對文獻進行了重新排列，增加了Slope/W, Plaxis LE 和 SoilWorks的算例，比較了各種強度模型和概率模型以及各種計算工具的優缺點，特別強調了如何在實際的工程項目中建立模型以及如何解釋計算結果。
有一點兒需要說明的是自從Baecher【Baecher G.B. 第59屆太沙基講座 (TL59): 巖土風險和可靠性分析】提出巖土可靠性分析(Reliability Analysis)以來，一些研究者喜歡使用"可靠性"這個術語。不過，盡管破壞概率和可靠性可以相互轉換，但是在邊坡穩定性分析領域中，我們仍然偏愛使用簡單易懂的"破壞概率"評價邊坡的穩定性。
展開 三維極限平衡巖石邊坡穩定性分析流程(PLE) [兩種地層+一個軟弱滑動面]
1 引言
隨著計算技術的發展，三維極限平衡分析越來越受到巖土工程師的歡迎。目前，在工業界有三個備受關注的3D LEM分析軟件：(1) SLIDE3---它是SLIDE2的三維版本，SLIDE3的專長是采礦巖石力學，因此對于分析巖石工程邊坡，特別是采礦工程邊坡SLIDE3是最好的選擇; (2) Fracman---Fracman的專長是離散斷裂網絡，因此如果要分析巖體的隨機斷裂(包括巖橋破壞)和巖石邊坡穩定性, Fracman提供了非常優秀的功能; (3) Plaxis LE(PLE 3D)---PLE 3D是PLE 2D的3D擴展，PLE的專長是非飽和土力學，因此如果要研究土體邊坡的穩定性，PLE 3D是最佳選擇。這個筆記通過一個巖石邊坡的穩定性分析簡要描述了PLE 3D的工作流程，模型包括兩個不同性質的地層和一個軟弱滑動面。
2 分析步驟
盡管三維極限平衡分析與二維極限平衡分析的基本原理相同，但3D分析比2D分析的操作過程要復雜得多。為了進行三維邊坡穩定性分析，使用下面的通用步驟: (1) 產生模型(Create model); (2) 分析設置(Specify analysis settings); (3) 輸入幾何形狀(Enter geometry); (4) 輸入材料屬性(Apply material properties); (5) 設置搜索方法(Specify search method); (6) 分析模型(Analyze model); (7) 查看結果(Results)。
展開 露天礦三維邊坡極限平衡穩定性分析
1 引言
二維極限平衡穩定性分析是巖土工程實踐中最常用的分析方法。隨著計算技術的不斷發展，三維極限平衡穩定性逐漸被引入到實踐中，從而能夠分析更復雜的幾何形狀以及更復雜的破壞機理【三維極限平衡巖石邊坡穩定性分析流程(PLE) [兩種地層+一個軟弱滑動面]】。本文介紹了一個露天礦的三維極限平衡邊坡穩定性分析，特別強調了巖體各向異性對邊坡穩定的影響。
2 模型
該露天礦邊坡高度340米，整體邊坡角為38°，使用Leapfrog【更新Leapfrog Geo---3D地質模擬(塊體模型)；塊體模型(Block Model)的產生、輸入和轉換】導入幾何模型，主要的材料有四種，如下圖所示。
這四種材料分別使用了四種不同的強度模型：
(1) Generalized Hoek-Brown;
(2) Mohr Coulomb;
(3) Anisotropic Strength;
(4) Generalized Anisotropic
3 3D分析
分析方法使用了Janbu Simplified和Spencer方法。Janbu Simplified給出了安全系數的下限值，Spencer方法同時考慮了力和力矩的平衡。為了尋找出最優的滑動面，滑動面使用橢球體(Ellipsoid)，搜索方法使用布谷鳥搜索方法【臨界滑動面的搜索算法---布谷鳥搜索(Cuckoo Search)】，同時啟用SAO優化。
結果顯示：Janbu Simplified方法得出的FOS=1.331; Spencer方法得出的FOS=1.37。
為了便于比較，使用截面創建器創建一個3D模型的2D斷面，然后進行二維極限平衡分析。結果顯示： Janbu Simplified方法得出的FOS=1.2，而Spencer方法得出的FOS=1.24。
展開 帶有軟弱夾層(Weak Layer)的三維采礦邊坡穩定性分析(3D Open Pit Analysis)
3 應用實例
下圖所示的模型通過導入兩個surface建立，首先導入底層表面，代表"Hard Rock"，然后導入上層表面，代表邊坡"Rock"。輸入的平面代表不連續面"Weak Rock"。材料均采用Mohr-Coulomb模型。GLE/M-P的計算結果FOS=1.466。這個例子復制了【三維極限平衡巖石邊坡穩定性分析流程(PLE) [兩種地層+一個軟弱滑動面]】，主要檢查了軟弱夾層對安全系數的影響。
顯然軟弱夾層的空間位置和強度影響著滑動面的路徑和安全系數。當軟弱層的傾角由初始的35°改變為45°時，FOS=1.585,這意味著滑動面與軟弱面的相交部分減少；當把"Weak Rock"的粘結力由1kPa改變為10kPa時，FOS=1.469，這顯示出粘結力對安全系數的影響不大，相比之下，內摩擦角對安全系數的影響更大，當把Phi由25°改變為35°時，FOS=1.589。
4 結束語
采礦邊坡三維穩定性分析比二維穩定性分析的計算結果更準確，能夠揭示出更復雜的破壞機理。除了輸入地形表面建立三維模型外，一個更直接的方法是輸入各種采礦軟件【綜合的地質、資源模擬、礦山規劃和生產軟件-Surpac 2020 塊體模擬(Block Modeling)】建立的塊體模型(Block Model)。
展開 
[重點]巖石邊坡工程課程---邊坡工程分析與設計(C4)
Deere's RQD---現代巖體工程分類方法的基石 (Part I)
Deere's RQD---現代巖體工程分類方法的基石 (Part II)
Q-System巖石塊體尺寸的估算(RQD/Jn)
工程巖體分類的簡要回顧
工程巖體分類RMS(Rock Mass Strength)
巖體變形模量的估算---Python實現
4.5 極限平衡法
極限平衡法是邊坡穩定性最方便快捷的分析方法, 我們將在以后的課程中,以SLIDE軟件為例,詳細討論極限平衡法的分析原理包括各種條分法的差異以及如何使用SLIDE來解決真實的邊坡穩定性問題.
4.6 概率分析和敏感性分析
盡管理論上概率分析和敏感性分析可以在數值模擬中使用, 但是時間代價太大, 因此目前的概率分析和敏感性分析都在極限平衡法中使用, 從實踐的角度來看, 這樣的處理方法已經足夠精確. 我們將在講授極限平衡法時附帶討論這兩種分析方法.
巖石邊坡穩定性概率分析
巖石破壞路徑的搜索算法
巖石邊坡平面滑動的概率分析
巖石邊坡楔形體穩定性概率分析(Probabilistic Analysis)---Part 1
巖石邊坡楔形體穩定性概率分析(Probabilistic Analysis)---Part 2
巖石邊坡楔形體穩定性概率分析(3)---節理剪切強度的隨機分布
使用BLOCK算法搜索邊坡的最小滑動面
4.7 LRFD法
LRFD代表著Load And Resistance Factor Design, 荷載與阻力系數設計, 這是一種極限狀態設計法, 起源于結構設計理論, 上學期的<鋼筋混凝土結構設計原理>中, 曾經提及過這種方法.
展開 邊坡穩定性分析 附GeoStudio2018幫助文檔邊坡穩定性分析模型SLOPE Modeling下
DeepEX中邊坡分析操作概述
在DeepEX中進行邊坡穩定性分析時，其操作思路大體可以分為以下三步：1）建立邊坡模型；2）邊坡分析設置；3）分析計算。
其中，邊坡建模和分析計算操作比較簡單。DeepEX提供了兩種邊坡建模方法，一種是直接建模，另外一種是DXF文件導入建模。當邊坡形狀比較復雜或者已有現成的DXF文件時，用戶可以直接導入DXF文件建立邊坡模型。當邊坡比較簡單時，可以在【一般】選項→【地表設置選項】中選擇【左側斜坡】或【右側斜坡】選項，即可打開編輯邊坡的對話框，如圖1所示。在該對話框中可以編輯邊坡坡度、放坡類型、臺階尺寸等數據，從而創建出邊坡模型。分析計算只需點擊【計算邊坡】按鈕即可，計算完成之后就能得到相應的安全系數結果。唯一需要注意的是，在進行邊坡穩定性計算之前，必須先完成常規計算。
圖1 設置邊坡形狀
在建立邊坡模型后，邊坡穩定性分析中最關鍵的操作就是邊坡分析設置。首先，用戶需要在【邊坡】選項中勾選【整體穩定性分析】（如圖2），才能進行邊坡穩定性分析設置。勾選之后，單擊【選項】按鈕即可打開【邊坡穩定性分析選項】對話框，如圖3所示。在該對話框中用戶可以選擇邊坡穩定性分析方法，設置圓弧中心范圍、半徑搜索方法，選擇是否考慮邊坡周圍基礎荷載、支撐極限承載力以及是否考慮坡頂土體拉裂等。完成邊坡分析設置之后，即可進行穩定性計算。
圖2 【邊坡】選項
圖3 邊坡穩定性分析選項
3 算例演示
本案例來自于Giam和Donald（1989）給出解答的一系列邊坡分析案例中最簡單的一個。Giam和Donald得到的計算結果在全世界范圍內得到了廣泛認可，因此他們的案例成為各種邊坡分析軟件的驗證案例。本文選取該案例來驗證DeepEX計算結果的準確性。
展開 邊坡穩定性概率分析的一些新技術
1 引言
邊坡穩定性概率分析【Updated---邊坡穩定性概率分析數據集(Probabilistic Approach)】的流行需求導致了一些新技術的發展。這個筆記簡要回顧了近期出現的一些新技術，主要包括取樣方法(Sampling Method)和空間變異性(Spatial Variability)。
2 取樣方法
概率分析的核心是取樣方法，取樣方法決定了取樣時隨機輸入變量的統計分布方式，傳統的取樣方法采用Monte Carlo和Latin Hypercube【巖石邊坡楔形體穩定性概率分析(Probabilistic Analysis)---Part 1】，近期一些軟件開發者發展出兩種新的取樣方法：APEM 和Response Surface。
2.1 APEM
APEM(Alternate Point Estimation Method)取樣方法混合了泰勒極數法(Taylor Series Method)和點估計法(Point Estimation Method)。Monte Carlo分析的主要缺點之一是需要大量的模型運行以確定每個輸入變量對安全系數影響的相對可信度。APEM可以大大減少進行統計分析所需的模型運行數量，其作用與Latin Hypercube類似 。
2.2 Response Surface
Response Surface反應面取樣方法使用少量通過機器學習戰略性選擇的樣本來產生安全系數的響應面，然后預測任何取樣組合的安全系數來估算破壞概率。盡管許多驗證實例證明它與Latin Hypercube結果一致，但不能保證結果完全相同。
展開 抗拉強度對巖石邊坡穩定性的影響(Effect of tensile strength on the stability)
1 引言
在一般的巖石邊坡分析和設計中，我們通常假定巖石不抗拉，即巖石的抗拉強度為0. 不過對于由非完全貫通節理組成的巖體(巖橋破壞，step-path failure), 這樣的假定可能給出過于保守的設計，特別是在可靠性分析和傾倒破壞【巖石邊坡傾倒破壞之塊體傾倒(Block Toppling)數據集】中。這個筆記簡要回顧了文獻[1]的研究結果---抗拉強度對巖石邊坡穩定性的影響。
巖石力學---從物理試驗到數值試驗
巖體和混凝土強度與變形模量的直接關系
屈曲傾倒破壞(flexural toppling failure)
IMASS---FLAC3D和3DEC新的本構模型(1)
連續屈服節理模型(continuously yielding joint)
2 抗拉強度對巖石邊坡穩定性的影響
這項研究的重點是探討巖石邊坡過程和機制，模擬巖體內部的損傷過程，捕捉邊坡坡不穩定的抗拉強度退化效應。主要回答了以下問題：
(1) 抗拉強度對邊坡不穩定有何影響？
(2) 是否有這樣一類問題，當邊坡運動有額外的自由度才能發生破壞？
(3) 抗拉強度或摩擦力是否控制巖石邊坡的不穩定？
(4) 支護對邊坡行為過程有何影響？
巖石邊坡的穩定性通常被認為是破裂表面(rupture surface)剪切強度的函數。在天然形成的邊坡上，破裂表面通常是不連續的，斷裂和節理斷續地分離了大的巖塊。破裂表面的強度由抗拉強度、粘結力和摩擦力三個分量組成。雖然大量的研究集中在剪切強度、粘結力和內摩擦角對邊坡穩定性的影響，但對抗拉強度在邊坡穩定性中的作用的研究卻很少。這項研究分析了抗拉強度和抗拉壓裂對巖石邊坡傾倒的影響。
展開 深部露天礦邊坡穩定性---迪亞維克鉆石礦(Diavik Diamond Mine)
1 引言
露天礦隨著開采深度的不斷增加以及開挖規模的不斷礦大，由簡單構造控制引起的破壞不再起主導作用(構造控制的隧道穩定性分析---Rock Wedge), 例如平面剪切破壞(巖石邊坡平面滑動(Planar Sliding)穩定性分析)和楔形破壞(Swedge: 巖石邊坡楔形破壞穩定性分析)，而是會出現更復雜的結構控制破壞，例如如階梯路徑破壞(Step-Path Failure)和大規模的傾覆破壞(巖石邊坡傾倒破壞之塊體傾倒(Block Toppling)數據集; 屈曲傾倒破壞(flexural toppling failure)。對于深度露天礦邊坡，必須仔細評估更深層的多臺階破壞而不是單臺階破壞。因此，所選擇的分析技術必須能夠恰當地捕捉到巖體結構在逐漸降低強度方面的作用，以及對邊坡潛在破壞的運動學影響。這在深部露天礦中特別重要，因為坡腳的高原位應力可能導致完整巖橋逐漸破壞，從而導致階梯狀的破壞面發展。如果考慮到深部露天礦和地下采礦的相互作用，這種現象甚至更加顯著和復雜。目前世界上一些大型露天礦都開始由露天開采轉入地下開采, 例如Chuquicamata礦(全球最大礦山: 丘基卡馬塔(Chuquicamata)銅礦由露天開采轉入地下開采; Chuquicamata(丘基卡馬塔)露天礦巖石力學研究) , Bingham Canyon礦(Intact Strength: 原巖強度的微觀尺寸效應), Palabora礦(地下采礦引起的地表沉降分析)和Diavik礦.
在過去十幾年里，研究工作的重點是開發新的分析技術和建模工具，以取代使用經驗性巖體分類系統，從而更好地評估斷裂巖體的力學特性, 從而適應能夠模擬在大型露天礦和地下塊體崩落法開采中遇到的巖石邊坡穩定性問題。
展開 COMSOL邊坡穩定性分析 ￥600
我國是一個多地質災害的國家，在眾多的地質災害中，邊坡失穩災害以其分布廣危害大，而對國民經濟和人民生命財產造成巨大的損失。因此，研究邊坡變形破壞的過程，分析其失穩的主要影響因素，對正確評價邊坡的穩定性、采取相應有效的邊坡加固治理措施具有重要的現實意義。對邊坡進行加固以提高其穩定性時,采用土工格柵是一種經濟合理的選擇。科學布置土工格柵加固邊坡,是節約成本、保障生命安全以及保護場區周邊自然環境的關鍵。
本篇文檔首先進行了自重應力下的土坡穩定性分析，然后針對土工格柵加固后的土坡再次進行了穩定性分析，對比了加固前后邊坡的安全系數。在進行穩定性分析之前，對土坡進行了地應力平衡處理。未進行加固處理的邊坡安全系數Fs=1.28；進行加固處理后的邊坡安全系數Fs=1.51。
感興趣的朋友可下載附件，查看模型源文件！
展開 ABAQUS案例—邊坡穩定性分析及場變量在邊坡強度折減中的應用 ￥3
本案例（附件中的inp文件）介紹了如何采用ABAQUS軟件進行邊坡穩定性分析，以及介紹了場變量在邊坡強度折減中的應用。介紹了采用平面應變單元來模擬三維的邊坡穩定問題所需要注意的問題及分析技巧。
ANSYS強度折減法邊坡穩定性分析及地震荷載分析 ￥30
采用ANSYS有限元強度折減方法對滑坡穩定系數進行求解，通過有限元強度折減方法對不同工況下滑坡穩定系數進行計算，并將模擬計算值與極限平衡方法進行對比，驗證了強度折減方法的有效性。
有限元強度折減法是20世紀70年代末由英國科學家Zienkiewicz提出的，是通過不斷提高強度折減系數來降低坡體巖土抗剪強度參數，并反復試算，直到達到極限破壞狀態，程序自動根據彈塑性有限元計算結果得到滑動破壞面，同時得到滑坡的強度儲備安全系數。該方法在理論體系上比極限平衡法更嚴格，它全面滿足了靜力許可、應變相容以及土體的非線性應力-應變關系。
地震荷載加載前需要對模型進行模態分析求解，來獲得固有頻率及瑞麗阻尼系數，然后再對模型進行動態加載。
第一步：模型建立、施加邊界條件、自重工況下強度折減
第二步：模態分析求解
第三步：求解瑞麗阻尼系數、地震波加載
展開 abaqus邊坡動力穩定性分析
abaqus地震荷載下三維邊坡動力穩定性分析 邊界條件粘彈性人工邊界 付費學習
邊坡滑坡穩定性分析及治理，圖文并茂
2、影響露天礦邊坡穩定性的主要因素和邊坡破壞形式
2.1 影響露天礦邊坡穩定性的主要因素
影響露天礦邊坡穩定的因素較多，其中巖體的巖石組成、巖體構造和地下水是最主要的因素，此外，爆破和地震、邊坡形狀等也有一定影響?，F將其主要影響因素介紹如下：
1）巖石的組成
巖石的礦物成分和結構構造對巖石的工程地質性質起主要作用，通常，強度高的巖石邊坡穩定性也高，片理、層理發育的巖石邊坡穩定性相對較差。
2）巖體結構
邊坡巖體的破壞主要受巖體中不連續面（結構面）的控制。影響邊坡穩定的巖體結構因素主要包括下列幾方面：
結構面的傾向和傾角：
一般來說，同向緩傾邊坡（結構面傾向和邊坡坡面傾向一致， 傾角小于坡角）的穩定性較反向坡差。同向緩傾坡中，巖層傾角愈陡，穩定性愈差；水平巖層穩定性較好。
結構面的走向：
當傾向不利的結構面走向和坡面平行時，整個坡面都具有臨空自由滑動的條件，對邊坡的穩定不利。結構面走向與坡面走向夾角愈大，對邊坡的穩定愈有利。
結構面的組數和數量：
當邊坡受多組相交的結構面切割時，整個邊坡巖體自由變形的余地大，切割面、滑動面和臨空面多，易于形成滑動的塊體，而且為地下水活動提供了較好的條件，對邊坡穩定不利。其次，結構面的數量直接影響到被切割的巖塊的大小，它不僅影響邊坡的穩定性，也影響邊坡變形破壞的形式。巖體嚴重破碎的邊坡，甚至會出現類似土質邊坡那樣的圓弧形滑動破壞。
結構面的不連續性：
在邊坡穩定計算中，通常假定結構面是連續的，實際并非如此。
展開 邊坡穩定性分析的有限元法
本文把強度折減理論用于有限元法中,成功地解決了有限元在邊坡穩定分析中的應用問題。有限元法不但滿足力的平衡條件,而且考慮了材料的應力應變關系,計算時不需做任何假定,使得計算結果更加精確合理,而且可以很直觀的得到坡體的實際滑移面。本文結合工程算例,對邊坡加錨桿前后的穩定性進行了分析,并與傳統的求穩定系數的方法進行了比較,表明有限元法解決邊坡問題是可行的
邊坡穩定性分析的有限元法.pdf
