GeoStudio 应用案例 · 第 4 页
GeoStudio 应用案例、建模方法与工程分析实践。
蒸发−降雨条件下膨胀土边坡裂隙演化模拟
为探究大气作用下膨胀土边坡裂隙的演化规律，以南阳地区膨胀土为研究对象，首先，通过室内单 元试验测定南阳膨胀土的胀缩系数；其次，采用有限元法分析不同大气条件下膨胀土边坡的非饱和土渗流 问题；最后，基于室内试验与有限元计算结果，采用离散元法模拟蒸发−降雨作用下膨胀土边坡裂隙的演 化过程。研究结果表明：表层土体的含水率受气候影响较大，随着深度增加，土体含水率变化受大气的影 响逐渐减弱，且边坡内部土体含水率变化存在滞后性；在蒸发作用下土体失水收缩，裂隙首先出现在坡肩 位置处的表层土体中，随着蒸发过程的持续，边坡各个位置均逐渐出现裂隙；边坡各部位裂隙数量、发育 深度、增长速率与坡体含水率变化趋势一致，即在蒸发早期变化较快，随着蒸发时间增加，增长速率趋于 稳定；边坡各部位裂隙发育的方向均垂直于边坡表面，裂隙的形态呈现出上宽下窄的“V”字形；受临空 面的影响，坡面处裂隙的发育深度大于边坡其余部位的深度，且随着边坡高度增加而增加；降雨时边坡土 体吸水膨胀，边坡各部位裂隙逐渐收缩、闭合，裂隙数量以及裂隙发育深度均减小。
阅读详情基于修正统一硬化模型的超固结非饱和红黏土边坡稳定分析
在降雨和水位升降的联合作用下，库岸边坡易发生滑塌现象。采用理想弹塑性 Mohr-Coulomb 准则，在干湿循环作 用下，分析库岸边坡的稳定性，难以反映边坡土的超固结消散等复杂力学特性。以江西省新干航电枢纽库岸边坡为背景，针 对弱超固结非饱和红黏土，开展非饱和直剪试验，采用反正切函数，描述吸力应力与基质吸力的数学物理关系，提出红黏土 的超固结非饱和统一硬化（unified hardening, UH）模型。然后，在 UH 模型的基础上，采用 C++语言，开发 FLAC3D 的应 用程序；利用 GeoStudio 软件的 SEEP/W 模块，计算降雨入渗的非饱和渗流场；编写接口程序，导入 FLAC3D，开展库岸边 坡的稳定性计算。库岸边坡的水平位移明显大于经典的非饱和理想弹塑性模型计算结果，结果表明，修正 UH 模型能够合理 地预测超固结非饱和红黏土库岸边坡的稳定性，为同类库岸边坡工程稳定性分析提供了参考。
阅读详情强降雨对库岸堆积体边坡稳定性影响的离心模型试验和数值模拟研究
堆积体广泛分布于我国西南大江大河的河谷地带，在降雨条件下其稳定性直接关系到大坝的安全稳定。设计了水库 库岸堆积体边坡强降雨离心模型试验系统，开展了强降雨诱发库岸堆积体边坡失稳离心模型试验，对降雨作用下滑坡地质演 化及灾变过程进行研究。基于试验结果，进一步开展数值模拟研究，分析了满库容不同降雨强度下强降雨对不同库水位及堆 积体渗透性的边坡稳定性影响。结果表明：水库蓄水阶段堆积体边坡前缘在浮托力和泡水软化作用下造成抗滑力下降。但指 向坡体内的渗透压力对坡体起到加固作用。两种竞争机制作用下产生的后缘细微裂缝对降雨阶段边坡变形发展产生重要影 响。降雨主要造成坡表侵蚀及径流，少部分从裂缝入渗造成后缘浅层下沉。若不加处理，则边坡有可能发生推移式整体破坏。 因此，库岸堆积体边坡后缘裂缝的处置是地质灾害防治的关键。
阅读详情某铀尾矿库地震动力稳定性分析
地震是影响铀尾矿库稳定性的重要因素之一。为研究铀尾矿库在地震动作用下的动力特性，以 某 铀 尾 矿库为例，对尾矿库在设计地震条件下的动力反应进行了模拟计算，得到地震过程中尾矿坝体应力、加 速 度 反 应、变形、液化和动力稳定等计算结果。研究表明，该尾矿库在设计地震条件下总体表现良好，坝体稳定性可以 得到保障。
阅读详情不同降雨条件非饱和渗流作用下大型弃土场稳定性分析
为研究土体非饱和情况下降雨入渗弃土场稳定性问 题，以云南某弃土场为例，采 用 ＧｅｏＳｔｕｄｉｏ软件，建 立５个 不 同雨强条件下渗流模型，分析降雨持时相同情况下，边 坡 土 体含水率、孔隙水压力、土 水特征曲线、暂态饱和区域变化 以及边坡稳定性安全系数变化情况。结 果 表 明：在 降 雨 初 期，雨强对于边坡安全系数影响不大，降雨历时６ｈ后，坡体 表层土体孔隙水压力、饱和度持续上升并逐渐形成暂态饱和 区域，降雨量越大安全系数下降越快；降 雨 历 时 超１２ｈ后， 表层土体含水率接近饱和，形 成 地 表 径 流，土颗粒间基质吸 力逐渐下降，影响边坡稳定性；降雨后期，弃土场表层大部分 土体接近饱和含水率，渗透系数不再增长，基质吸力不再减 弱，安全稳定性系数下降速率趋平。根据降雨后最小安全系 数以及土水参数分析，判定该弃土场是稳定的。
阅读详情降雨-地震耦合作用下某大型弃渣场稳定性分析
为研究土体非饱 和 情 况 下、降雨入渗与震动耦合作用 下弃 渣 场 的 稳 定 性，以云南某弃渣场为例，运 用 ＧｅｏＳｔｕｄｉｏ 软件拟对模 型 施 加 强 降 雨、地 震 等 工 况。模拟研究结果表 明：强降雨导致弃渣场浅层土体渗透系数迅速上升，浅 层 土 体含水率接近饱和，极大减少土颗粒间基质吸力，影 响 土 层 有效应力，并降低弃渣 场 抗 剪 强 度；在此基础上施加地震动 力场后，产生瞬时拉应力，产生拉裂缝，导致坡体抗拉强度降 低，裂缝的产生促进了地震后雨水的渗透，减缓了超孔隙水 压力的消散；但震后液化区域占比不大，集中于第一级弃土平 台，弃渣场横向位移峰值为０．０１８ｍ，峰值剪应变为０．０００６８８， 弃渣场并没有产生明显的剪切形变，尚未有明显的滑移趋势， 判定降雨渗流 地震耦合作用下该弃渣场是稳定的。
阅读详情降雨-蒸发-蒸腾与地下水耦合作用下的大型尾矿库重金属Ｃｕ２＋迁移模拟分析
考虑降雨 蒸发 蒸腾与地下水耦合作用，以本钢集团 歪头山铁矿尾矿库为 例，利 用 Ｇｅｏｓｔｕｄｉｏ软 件 中 的 ＳＥＥＰ／Ｗ、 ＶＡＤＯＳＥ／Ｗ 和 ＣＴＲＡＮ／Ｗ 模块，模拟 降 雨 蒸 发 蒸 腾 作 用下的尾矿库地下水渗流特性及重金属污染物的迁移规律。 结果表明：尾矿库的垂直剖面孔隙水压力沿靠近坡面方向呈 下降趋势，深层土壤的孔隙水压力基本不受降雨 蒸 发 蒸 腾作用影响；降雨 蒸 发 蒸腾作用对重金属污染物的迁移 起干扰作用；重金属污染物Ｃｕ２＋ 在０～１０９５ｄ内沿初期坝方 向迁移，重金属 Ｃｕ２＋ 浓度随时间推移而增大；考 虑 降 雨 蒸 发 蒸腾作用，一定程度上增加了重金属污染物在１０９５ｄ内 的总移距和平均速度。研究结果为大型尾矿库环境地质评 价和污染预测防治提供依据。
阅读详情降雨对露天矿软弱基底排土场边坡稳定性的弱化效应
露天矿软弱基底排土场边坡在降雨工况下,岩体的强 度、黏聚力和内摩擦角受严重影响,且岩体受地表水和地下 水的静力和动力作用,降雨严重影响软弱基底排土场边坡的 稳 定 性。 利 用 Geostudio 软 件 Bishop 法、Spencer 法、 Morgenstern-Price(M-P法)、Janbu法和 Sarma法5种极限 平衡条分法进行自然工况和降雨工况的二维排土场模型综 合性数值模拟试验,通过 AHP法对边坡稳定性安全系数进 行评价分析。结果表明:工程设计方案在各工况下的安全系 数均较大;降雨对边坡稳定性的影响显著,李屋排土场边坡 稳定性安全系数随雨量增加而减小。研究方法为软弱基底 边坡稳定性分析提供了一套较为成熟的范例。
阅读详情基于数值模拟的露天矿排土场高陡边坡稳定性分析与治理
受不良工程地质条件、降雨、历史上无序排土等客观因 素影响，广东省大宝山矿李屋排土场高陡边坡极易产生滑 坡、泥石流等安全事 故。为充分保障矿山安全生产，采 用 多 种数值分析方法相结合的手段对李屋排土场边坡稳定性进 行了综合分析。通过现场实地调研与试验研究确定了排土 场边坡岩体力学参数，利 用 Ｓｌｉｄｅ软件对排土场二维模型进 行数值模拟，对失稳边坡进行堆置参数优化，采用 Ｇｅｏｓｔｕｄｉｏ 以及 ＦＬＡＣ３Ｄ软件进 行 了 进 一 步 计 算 校 核，多 角 度 定 量 分 析了排土场稳定性状态并最终提出了相应的稳坡措施。结 果表明，３－３剖面安全系数不满足规范要求，边 坡 产 生 滑 坡 的风险 较 大；ＦＬＡＣ３Ｄ、Ｇｅｏｓｔｕｄｉｏ与 Ｓｌｉｄｅ的 模 拟 结 果 较 一 致，多种模拟手段相结合的分析方法准确且合理。最终根据 模拟结果提出了“分台阶排土＋堆置反压平台”的治理措施， 为矿山开采提供了安全保障，同时也为露天矿排土场稳定性 分析提供了技术指导。
阅读详情降雨过程中边坡临界滑动场
降雨入渗过程中孔隙水压力的升高与基质吸力的降低引起边坡稳定性的下降，是导致边坡滑塌的主要诱导因素。利 用饱和-非饱和渗流有限元计算得到的孔隙水压力场，基于 Fredlund 提出的非饱和土抗剪强度理论，对边坡临界滑动场进行 改进，提出可以考虑降雨过程的边坡临界滑动场数值模拟方法，能够方便、快速地计算出边坡局部、整体安全系数和相对应 的临界滑动面在降雨过程中的变化历程。将该法用于一个典型均质边坡和一个非均质边坡在降雨过程中的稳定性计算，分析 降雨持续时间、降雨强度和非饱和强度参数取值等因素对边坡稳定性的影响，并将计算结果与其他方法进行比较，结果表明 临界滑动场方法能搜索任意形状最危险滑面，计算的安全系数合理。
阅读详情降雨条件下酉阳大涵边坡滑动机制研究
以某厚堆积层滑坡为例，基于非饱和土力学理论，利用有限元方法，对雨水入渗条件下坡体的渗流及动态稳定性进 行了计算和分析，研究了水分在坡体内的运移对边坡稳定性的时间效应。结果表明：边坡堆积体结构松散，土体强度差，边 坡前缘坡降大，坡脚的开挖，为滑坡形成提供了便利条件；强降雨条件下使得坡脚附近首先发生变形失稳，牵引坡体后缘产 生张拉裂。雨水沿坡面入渗，在坡体内形成渗流场，弱化岩土体参数，同时坡面形成饱和径流，使滑坡体前缘产生向下的渗 透力，促使前缘坡体发生滑动，进而引发分级坡体产生滑移；强降雨初始阶段，滑坡体安全系数降低较快，很容易发生滑坡。 该研究揭示了降雨入渗诱发厚堆积层边坡滑动机制，并以此建议采取以截、排、堵措施对边坡进行排水，同时设置嵌岩锚索 抗滑桩及进行削坡清方措施对边坡进行综合治理，通过稳定性计算，效果良好。
阅读详情风荷载作用下三种乔木对边坡变形和稳定的影响
植被对边坡稳定影响机制是全世界性的课题，研究多集中于根系固土能力和边坡稳定性增益方面，针对植被边坡 土体变形和稳定性对风荷载作用的响应机制并不清晰。为探讨风荷载作用下土体应力发展和稳定性影响规律，该研究基于 前期调查选取缙云山 3 种典型乔木（杉木、润楠、大头茶），采用 Geo-studio 建立边坡数值模型，分析了各坡体模型在不同 风速下的应力、位移和边坡稳定系数。结果表明：1）风荷载作用下，在根土盘位置出现了应力集中现象，迎风侧根土盘上 部和下部表现为压力和张力，背风侧则相反；随风速和坡度增大，整体转动趋势加剧，总位移中坡位>上坡位>下坡位。2） 当坡度较小时，边坡稳定系数随风速增大先轻微增大后迅速降低，坡度较大时，稳定系数随风速变化单调递减。45°陡坡在 最大风速（30 m/s）下，大头茶、润楠和杉木的安全系数较无风时分别降低 3.6%、27%、11.8%，大头茶边坡在风荷载下平 均应力和总位移最小，稳定性受风荷载影响最小。3）林冠宽度、根盘直径对边坡稳定性影响的极差随风速增大而放大，冠 高和根盘深度的极差变化不大，林冠宽度和根土盘直径参数为主要影响稳定性的主要因子。类似大头茶具有较大根土盘直 径的树种护坡作用受风荷载影响较小，而类似润楠和杉木具有较大树冠高度，较小根土盘直径和较大根系深度的植边坡在 风荷载作用下应力集中现象和位移增大趋势明显，风力对稳定性不利，不建议作为多风区域高边坡防护树种。研究结果有 助于理解和认识风荷载下土体应力传递机制和对边坡稳定的影响，为多风区域植被边坡防护提供依据。
阅读详情考虑参数旋转各向异性空间变异性的边坡大变形概率分析
为 揭 示 土 体 参 数 旋 转 各 向 异 性 空 间 变 异 性 对 边 坡 大 变 形 特 征 的 影 响 规 律，将 土 体 不 排 水 抗 剪 强 度 参 数 模 拟 为 旋 转 各 向 异 性 随 机 场，提 出 采 用 多 重 响 应 面 法 对 随 机 场 样 本 进 行 边 坡 稳 定 性 安 全 系 数 高 效 求 解 和 升 序 排 列，进 而 使 用 随 机 物 质 点 法 按 序 模 拟 随 机 场 样 本 的 边 坡 大 变 形 过 程 . 以 一 饱 和 不 排 水 粘 土 边 坡 为 例，研 究 了 旋 转 各 向 异 性 随 机 场 的 旋 转 角 度 β 和 弱 主 方 向 自 相 关 长 度 θ 2 对 边 坡 大 变 形 特 征 和 破 坏 模 式 的 影 响 . 结 果 表 明：提 出 的 基 于 多 重 响 应 面 的 随 机 物 质 点 方 法 可 以 高 效 开 展 边 坡 大 变 形 概 率 分 析；β 和 θ 2对 边 坡 大 变 形 特 征 和 破 坏 模 式 均 有 显 著 影 响；边 坡 大 变 形 破 坏 的 影 响 距 离、 滑 动 距 离 和 滑 动 体 积 的 平 均 值 与 标 准 差 均 随 θ 2 的 增 加 而 增 加；边 坡 大 变 形 过 程 中 可 能 产 生 4 种 破 坏 模 式，其 中 深 层 滑 动 和 渐 进 式 滑 动 为 该 边 坡 模 型 的 主 要 概 率 失 稳 模 式 . 因 此，提 出 的 方 法 为 边 坡 大 变 形 概 率 分 析 提 供 了 一 条 有 效 途 径，考 虑 参 数 旋 转 各 向 异 性 空 间 变 异 性 的 边 坡 大 变 形 概 率 分 析 对 准 确 评 估 边 坡 失 稳 风 险 具 有 一 定 的 理 论 参 考 意 义 .
阅读详情尾矿坝固结度分区稳定性分析
尾矿坝不同部位固结状态不同，对其稳定性产生影响。以陕西汉中某尾矿坝为研究对 象，运用 Geostudio 软件中的 SLOPE 模块，对尾矿坝按固结度分区，并赋予每层不同的干密度进行 建模分析，对比不同方案尾矿坝安全系数的变化情况。试验结果表明: 固结度逐渐增加比按照完全 固结方式建立模型计算得到的安全系数小，更符合实际情况; 干密度整体布置偏小的尾矿坝对固结 度的变化更敏感。该研究为尾矿坝稳定性分析提供更符合工程实际的计算方法。
阅读详情降雨条件下某矿山排土场边坡稳定性分析
降雨入渗会引起排土场边坡岩土体强度降低，增加上部岩土体容重，导致边坡稳定性降 低。 以某露天矿山排土场边坡为例，采用 ＧｅｏＳｔｕｄｉｏ 软件模拟分析了不同降雨时长下边坡孔隙水压 力特征与安全系数。 结果表明：随着降雨时长的增加，孔隙水压力极值不断增大，且孔隙水压力朝 向边坡顶部不断增大，安全系数则不断降低。 研究结果为该矿山排土场边坡稳定提供参考。
阅读详情基于改进的Green-Ampt入渗模型的炭质泥岩粗粒土路堤边坡稳定性分析
针对降雨入渗的实际情况，将湿润锋至边坡表面的区域分为饱和区和非饱和区，入渗分为降雨强度 控制阶段和土体入渗能力控制阶段，根据饱和区和非饱和区的厚度对入渗量和渗透系数进行修正。基于达 西定律和质量守恒，利用入渗量和入渗速率的微分关系，对Green-Ampt模型进行改进。将改进后的模型用 于炭质泥岩粗粒土路堤边坡稳定分析，利用Geo-studio进行边坡降雨入渗模拟和边坡稳定性分析，并将改 进的Green-Ampt模型计算理论结果与数值模拟结果进行对比。研究结果表明：在相同降雨时间内，由改进 的Green-Ampt模型计算得到的湿润锋深度、湿润锋推进速率和边坡安全系数更接近数值模拟结果；由改进 的Green-Ampt模型计算得到的边坡安全系数始终比由Green-Ampt模型计算得到的边坡安全系数高。
阅读详情边坡稳定性因素敏感性分析及可靠度研究
结合定值法和 不 确 定 方 法，研究了边坡稳定性因素 的敏感性及参数对可靠度的影响规律。在 ＧｅｏＳｔｕｄｉｏ有限 元应力法的基础上，提出一种新的耦合分析方法对均质边坡 进行敏感性分析；根据定值法分析结果，采用蒙特卡罗法研 究了不同随机变量的变异性和强度参数相关性对可靠度的 影响规律。结果表明，边坡稳定性影响因素的敏感性顺序依 次为：粘聚力、内摩擦角、坡 高、容 重 和 坡 角。可 靠 度 指 标 和 失效概率随变异系数及ｃ－φ 相关系数的变化呈现规律性。 假设参数变异 性 一 定 时，将敏感性较大的因素作为随机变 量，计算得到的可靠度指标较小，失 效 概 率 较 大。因 此 在 可 靠性分析之前进行因素的敏感性分析，再根据参数变异性及 相关性对可靠指标的影响规律选取随机变量，分析结果更合 理。
阅读详情考虑降雨入渗－重分布的边坡稳定性分析
摘要：为了阐述降雨对边坡稳定性的影响具有滞后性，提 出了在降雨入渗过程中进行边坡稳定性分析时需考虑降雨入渗－重分布过程。在降雨入渗－重分布过程中，建立了基于GeoStudio的边坡降雨入渗数值计算模型，研究了不同降雨强度对非饱和土质边坡稳定性的影响，并对比分析了 在降雨强度和降雨持时相同条件下考虑与不考虑流固耦合 时边坡稳定性变化规律。结果表明：不考虑流固耦合时，边坡安全系数随持续降雨逐渐变小，并在降雨结束后７～９ｈ 降至最低，之后安全系数逐渐增大，在降雨持时入渗及降雨结束后７～９ｈ，边坡安全系数降低速率与降雨强度正相关； 考虑流固耦合作用时，边坡的安全系数逐渐变小至趋于稳 定，且始终不比考虑流固耦合时小。
阅读详情