邊坡穩定性的案例
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 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 降雨強度及持時對邊坡穩定性影響研究
摘 要：
為了分析邊坡在降雨入滲作用下的滲流和穩定性，文章采用有限元強度折減數值模擬法，分析坡面滲流及穩定性受降雨強度、持續時間及類型等因素的影響。結果表明：隨著邊坡降雨強度或持續時間的增加，邊坡最大孔壓逐漸增大，穩定性系數逐步降低。總降雨量相同的情況下，短期暴雨對粘性土坡的影響更為明顯，造成孔壓升高，邊坡穩定性下降。研究結果對邊坡穩定性評估提供參考。
關鍵詞：降雨入滲;邊坡穩定性;數值模擬;ABAQUS;孔隙水壓;
隨著城市建設進程的推進，土地資源日益稀缺，越來越多的工程開始修建于山區，邊坡護坡不當往往造成山體滑坡、崩塌失穩，造成財產重大損失和人員傷亡[1,2]。因此，邊坡穩定性研究成為巖土工程領域的重點研究課題。降雨入滲對邊坡穩定性影響顯著。降雨水分在邊坡地表時，會逐漸向下滲透到邊坡體內部，增大了邊坡土體的飽和度，降低了土體的抗剪強度，誘發邊坡失穩，導致邊坡滑坡或坍塌。此外，降雨還會導致邊坡土體內部的水壓增大，使得土體的抗剪強度進一步降低。在強降雨時，水壓可能會很快上升，從而迅速引發邊坡失穩。國內外研究人員提出了各種理論和數值模擬方法評價降雨條件下邊坡的穩定性，包括極限平衡法、極限分析法和數值模擬方法，如有限元法、有限差分法、離散元法等[4]。趙衡等[5]利用FLAC3D軟件對某路塹邊坡進行數值模擬分析，得出邊坡破壞方式為對稱破壞，并提出斜坡穩定性極限平衡計算方法。喬翔等[6]針對某公路邊坡的剖面模型，采用極限平衡法對坡體不同部位進行穩定性分析，并根據受力分析提出合理的邊坡加固方案。劉勇等[7]以改良的極限平衡法為基礎，結合室內測試和數值模擬技術，揭示降雨對邊坡安全系數產生顯著影響的影響因素，如降雨強度和降雨時長等，并計算了在降雨入滲作用下，非飽和土質邊坡的穩定性。
展開 基于ANSYS APDL的邊坡穩定性研究
0 前言
傳統對邊坡穩定性研究的方法主要有：極限平衡法，滑移線場法等，這些以極限平衡理論為基礎的分析方法沒有考慮土體內部的本構關系，無法對土體的破壞與發展過程進行分析，也無法對巖土和支護結構進行共同考慮，安全系數的求解假設過多。而邊坡的數值分析方法主要考慮土體的應力－應變關系，克服了完全不考慮土體本身應力－應變關系的極限平衡法中的缺點，為邊坡穩定性的正確和準確的分析提供概念。邊坡穩定性數值分析的方法有很多種，主要有有限元法（包括有限元滑面搜索法和有限元強度折減法）、自適應有限元法、離散元法、拉格朗日元法、界面元法等。有限元強度折減法可以考慮復雜邊坡計算，考慮巖土的彈塑性本構關系，能夠模擬失穩過程，得到準確的安全系數，并為邊坡加固作指導，因此本文采取有限元強度折減法來分析邊坡的穩定性。
強度折減法，顧名思義，簡單來說就是通過降低強度參數來得到結構達到極限破壞狀態的方法。對于邊坡穩定先分析，具體解釋為：通過修改邊坡巖石的材料參數，不斷降低巖土的抗剪強度參數，直到邊坡達到極限破壞狀態。邊坡巖土的抗剪強度參數主要是粘聚力с和內摩擦角，折減時粘聚力c直接除以折減系數Fzj得到新的粘聚力；相應地，內摩擦角的正切值除以折減系數Fzj得到新的內摩擦角的正切值，繼而求得內摩擦角的大小。將得到新的作為新的巖土材料參數再進行計算，通過不停地折減巖土強度參數，反復計算，直到達到相應的失穩條件，即失穩判據。
ANSYS有很好的二次開發功能，采用APDL二次開發語言可以進行參數化建模和分析，有利于多模型的計算。本文的邊坡穩定性分析采用折減強度法進行仿真分析，為了更加方便地的計算，本文也采用APDL二次開發參數化計算，這樣可以節省大量的前處理時間。
展開 
HYRCAN---一個免費的邊坡穩定性分析框架(極限平衡法LEM)
1 引言
為了滿足課外創新實踐學分的要求，選擇了一個相對開放的學習和研究項目---邊坡穩定性分析。在這個小型項目中，我們將使用一個名叫HYRCAN的軟件進行邊坡穩定性分析。HYRCAN與SLIDE的原理一樣，都是利用極限平衡法LEM求解邊坡穩定性的安全系數。但HYRCAN與SLIDE的不同之處在于SLIDE是商業性軟件，必須花錢購買才能使用，而HYRCAN是一個半開源的免費軟件，重要的是HYRCAN提供了一種現代巖土工程軟件開放的設計框架，用戶可以充分發揮自己的才能來改進軟件自身的功能，包括用戶界面。因此通過這個訓練，一方面可以增強學生的專業技能，熟悉和鞏固邊坡穩定性的分析方法，另一方面，也可以滿足“創新”要求，學生可以充分發揮自己的專業知識擴充程序現有的計算能力。這個筆記簡要描述了HYRCAN的相關開發背景。
2 HYRCAN簡介
HYRCAN是Mikola博士在2020年疫情大流行期間開發的一個類似于SLIDE的邊坡穩定性分析軟件。Mikola博士2012年畢業于加州大學伯克利分校(University of California at Berkeley), 他是一位非常天才的巖土工程師和軟件工程師，畢業后先在 Jacobs Engineering---一個國際知名的土木工程咨詢公司工作，2018年加入WSP USA工作(WSP 于2020年收購了國際知名的巖土和環境工程咨詢公司Golder Associates)。Dr. Mikola在工作之余，開發了許多免費的巖土工程工具軟件，例如DXF到UDEC的轉換，有限元分析，工程巖體分類，巖石楔形破壞分析，巷道支護等。
HYRCAN是一個二維邊坡穩定性程序，用于評估土或巖石邊坡圓形破壞面的安全系數或破壞概率。
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 comsol在自身應力下的邊坡穩定性研究 ￥50
因此，對邊坡穩定性進行研究和分析是十分必要和有意義的，可以為滑坡的預警和防治提供重要的信息。與不穩定邊坡有關的問題是由于巖土體條件的變化(如幾何和尺寸、節理和裂縫的發展、地表排水和地下水條件)、外部因素包括自然因素(如地震和降雨)和人為活動(如挖掘)。綜上所述，邊坡穩定性受到力學(M，如重力作用、邊坡開挖后應力重分布、地震活動誘發的動荷載)和水力(H，如地下水滲流、雨水入滲)過程及其相互作用的影響。此外，邊坡的受力過程和水力過程都受到溫度變化的影響。
利用多物理場耦合軟件comsol，采用強度折減法分析邊坡穩定性。
模型參數：
模型尺寸：
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 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。現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 基于離散元循環荷載作用下的邊坡穩定性分析
20 世紀90 年代中后期，隨著計算機技術的飛速發展，數值計算方法在邊坡穩定性研究中發揮了重要作用，很大程度上降低了地震模擬的難度，眾多學者先后應用ANSYS，FLAC，Geostudio，PFC等數值軟件進行邊坡穩定性研究，取得了豐碩的成果。鄭穎人等利用ANSYS 建立了邊坡模型，模擬了邊坡開挖和加固工程。王偉興等結合工程實例，研究了應力場與滲流場耦合作用下的邊坡失穩，并基于Geostudio 分析了多種水力梯度下的邊坡安全系數，運用FLAC 分析了抬升塑性區的變化。王培濤等結合工程案例，基于顆粒流離散元法研究了邊坡開挖擾動前后的變形行為，并計算了相應的安全系數。丁辰等以層狀土邊坡為研究對象，通過模型試驗與Geostudio 模擬結果的相互驗證，提出了強降雨條件下層狀土邊坡的失穩機制。周健等引入了強度折減法和重力增加法，運用顆粒流離散元軟件分析了邊坡穩定性，并對比了有限元法和條分法的計算結果，驗證了顆粒流計算邊坡穩定性的有效性。J.B.Wei 等通過無人機航拍技術獲取了三維地形數據，并借助PFC 模擬了滑坡啟動，監測出的顆粒位移及速度與邊坡實體基本一致，該項研究證明PFC 可作為模擬邊坡的有效手段。C.Shi 等運用PFC 建立了軟化微力學接觸模型，研究了阻尼、應變速率對地震滑坡的影響。
上述研究主要運用顆粒流軟件分析了滑坡災害。目前，大多數邊坡穩定性研究往往只針對特定工程，受到了區域地質條件、降水等因素的限制，形成的理論具有一定的局限性，加上不同區域的物源組成差異較大，相應的細觀參數設計也存在諸多不同之處，因此很難對具有特殊氣候、地理地貌等特征的區域滑坡災害形成客觀認識。
展開 地震載荷作用下的邊坡穩定性(Seismic Loading)---偽靜態和Newmark位移分析
值得注意的是，由于使用了多滑動面【邊坡穩定性多模態優化(Multi-Modal Optimization)】搜索技術，所以得出了2個不同滑動面的位移值。
4 結束語
如果不是震級大于7.0的摧毀性地震，當一個巖石邊坡受到地震震動時，即使瞬態應力達到巖石的抗剪強度，邊坡也不一定會發生破壞。此外，即使滑動面的安全系數在地震期間的有限時間內FOS<1，也不意味著邊坡會發生嚴重的破壞，真正重要的是地震導致邊坡出現的永久性位移。偽靜態分析不能揭示出這種變形特征，而Newmark位移分析能夠估算出地震誘發的永久性位移。這種永久性位移在地震期間可能不會導致邊坡立即破壞，但在地震后由于外部因素的作用邊坡會發生破壞【秘魯暴雨誘發的滑坡(Peru landslide)造成重大損失 | Fluid-Mechanical Interaction】，因此Newmark位移分析對于邊坡設計具有很大的現實意義。
展開 
露天礦三維邊坡極限平衡穩定性分析
因此如果邊坡的幾何形狀、破壞機理或者材料強度的空間變異很大，應該進行真三維穩定性分析。
雙層土邊坡穩定性分析出現的問題
1 引言
昨天在看別人作的一個邊坡穩定性分析時，無意中發現他的位移計算結果好像有問題，于是自己驗算了一下。下面記錄了用Plaxis 2D分析一個雙層土邊坡穩定性(slope stability.p2dx)時遇到的問題以及可能的解決方法。
2 模擬要點
(1) 模型建立。用"創建鉆孔"工具可以迅速建立多層地層模型并設置材料參數，這種模型的邊界是矩形，適用于樁基礎和沉降模擬，但對于邊坡這樣的非矩形邊界不能直接適用。盡管可以使用多邊形修改工具改變成邊坡形狀，但操作起來非常笨拙，需要不斷地添加點和移動點，因此感覺這種處理方法不好。
因此最直接的方法是對上下層分別"創建土體多邊形"。還有一種方法是首先把邊坡的外邊界畫出來，然后使用"剪切多邊形"命令把邊坡模型分割成兩層。當使用這個命令后系統刪除了原來的Polygon_1，產生新的Polygon_1(Soil_1)和Polygon_2(Soil_2)，目前正在作的這個例題模型就是使用這種方法產生出來的。這種方法類似于Rocscience軟件定義的外部邊界和內部邊界，更符合巖土工程師劃分地層的思維。
(2) 設置參數。最簡單的設置材料參數的方法是返回到“土體”，使用“顯示材料”圖標，這將打開"材料集"對話框，通過”新建”按鈕輸入材料參數。當然，也可以通過左側的“模型瀏覽器”下屬的“土體”編輯材料參數。當兩層土的參數輸入完成后，通過拖拉方式賦值給模型，這一點類似于Slide和RS2的操作方式。為了計算邊坡的長期穩定性，兩層土的排水條件使用了“排干”選項，但Plaxis不能控制非飽和密度和飽和密度的選擇，無論在什么情況下都必須輸入這兩個值。感覺這一點兒處理的不好。在Slide中，如果不設置地下水位，那么僅使用非飽和密度，自動關閉了飽和密度的輸入，這么處理更合理一些。
展開 應變軟化模型IMASS邊坡穩定性分析
zone initialize density 2500zone property in_mod_youngintact 2.5e10zone property in_stren_gsi 45zone property in_stren_mi 15zone property in_stren_ucsi 60e6zone property in_bulking_dil 10zone property in_weak_multecrit 1.0
4 邊坡穩定性分析
使用Hoek-Brown本構模型計算邊坡穩定性，通常需要預定義巖體的損傷，使用擾動因子(D因子)和假設巖體的彈性-完全塑性行為來表示邊坡面由于爆破和應力松弛(可延伸至坡面后30%的邊坡高度)引起的強度減弱。在IMASS中，由于考慮了巖體峰值和后峰值強度包絡線，因此可以模擬巖體發生塑性變形時在這些包絡線之間的應變軟化，這就消除了根據主觀的D因子來預定義坡面的破壞程度。
展開 投稿參賽：利用PLAXIS軟件計算考慮降雨的邊坡穩定性
有了這一功能之后，能較為方便地考慮降雨對邊坡穩定性的影響（滲流和變形耦合，安全系數計算方法為強度折減法）。另一款著名軟件Geo-Studio中，滲流計算和安全性計算是分開的兩個模塊，用戶可以先進行滲流計算、之后把結果導入安全性分析計算中（滲流和變形不耦合，安全系數計算方法為極限平衡法）。
附件的這篇文章（我是第一作者）介紹了相關理論，并提供了一個算例。在PLAXIS用戶中，我是比較早開始嘗試使用這一功能進行邊值問題計算的。
利用PLAXIS軟件計算考慮降雨的邊坡穩定性.pdf
