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JSlope3D 边坡三维稳定分析软件
产品版本: V1.0
适用平台: Windows
产品介绍典型案例参考文献

软件简介

本软件是针对岩土工程中的边坡稳定性问题而开发的,主要用于三维边坡稳定性分析与评价。程序提供边坡稳定分析领域中各种三维极限平衡方法的计算功能,包括:毕肖普法、简布法、陆军工程师团法、罗厄法、剩余推力法、Spencer法和整体分析法等;程序具有自动划分网格功能,能够同时确定安全系数和主滑方向,能够搜索最小安全系数和临界滑裂面,在搜索中考虑了三种类型的滑面形状:天然不连续面、剪切作用形成的球面以及组合滑面。同时,该软件可考虑地下水作用和地震等因素。该软件被编录《水工设计手册》作为边坡/滑坡三维稳定分析推荐使用软件。


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主要功能

软件系统主要由前处理器、计算求解器和后处理器3个模块组成:前处理器的功能主要是建立工程边坡和滑坡体的三维地层模型;计算求解器提供边坡稳定分析的各种三维极限平衡计算方法;后处理器主要是对计算结果进行可视化表达,简介如下:

1、前处理建模功能

在前处理的三维地质建模中,软件可以根据钻孔信息,或导入工程地质平面图、剖面图、水位等值线图的dxf文件,采样得到的各岩层、土层的分界点,对岩(土)层界面、天然滑裂面以及地下水位面分别进行空间插值运算,形成不同界面的多层数字高程模型(DEM);然后,程序自动根据岩(土)层的属性对各界面进行相关性判断,完成地层划分,在此基础上采用基于体元的方法建立边坡和滑坡体的真三维地层模型。

真三维地层模型的三维可视化基于OpenGL图形库,显示三维地层、滑坡体以及对水位面、剖面等的显示,同时可以对滑坡体及其地层进行任意的剖分和切割操作,模型可以自由旋转并分不同属性组合显示。

2、计算分析功能

程序提供边坡稳定分析领域中三维极限平衡方法的计算功能,包括三维简化毕肖普法、三维简化的简布法、三维陆军工程师团法、三维罗厄法、三维剩余推力法、Spencer法和整体分析法等;稳定分析采用条块划分网格,其几何、力学属性直接来自于前处理三维地质建模中不同属性的地质体或地层

计算程序能够自动确定已知滑面的确定性滑体的安全系数和主滑方向,同时可考虑降雨、水库蓄水、库水位骤降和地震等因素。程序具有自动搜索最小安全系数的功能,可以对不同形状的滑裂面搜索相应最小安全系数的临界滑裂面。

计算程序还能够对锚杆、锚索、抗滑桩以及抗剪洞等加固构件进行精细化仿真模拟,对其加固效果进行稳定复核。

 3、后处理功能

后处理功能主要完成计算结果所涉及的文本和图形显示工作。由计算分析模块得到的计算结果一方面以属性表的形式可以在视图里面直观显示,另一方面自动以数据文件保存在工程目录下。后处理视图包括二维和三维视图:二维平面视图显示平面等高线、滑体范围、计算网格;三维OpenGL视图显示计算条块、加固构件、滑裂面有效发向应力分布、滑裂面孔隙水压力分布、滑裂面剪应力分布等。

主要技术特点

1、基于Windows操作系统,前后处理、计算分析程序一体化,主要针对图形和对话框方式进行操作和人机交互,表面不出现复杂三维极限平衡分析内容,由于其良好的用户界面和高质量的三维图形显示能力,使人们能够容易地将其应用到实际边坡工程稳定分析。

2、通过对滑坡体地表及其内部不同地层界面、已知滑面、地下水位面等都编制独立的数字高程模型(DEM),由多层DEM构建整个滑坡变形体的真三维模型,不同地层厚度、结构面产状、滑面坡度等,都可用数字模型来表达,实现了滑坡地层信息三维可视化显示。

3、将边坡工程地质信息三维可视化技术和三维极限平衡分析有机地结合起来,为滑坡变形体的稳定性分析与三维建模提供了新的途径与方法

 




案例1: 椭球滑面与组合滑面

该算例来自zhang(Journal of Geotechnical Engineering, ASCE,1988, 114(6), 658-671),见图1.1。考虑两种情况,一种是椭球滑面,一种是部分椭球面和软弱夹层形成的组合滑面。图1.2给出了滑体的剖分,图1.3给出了安全系数、主滑方向与划分柱体数目的关系,图1.4给出了滑面正应力分布。

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图1.1 滑体中心剖面

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图1.2 滑体剖分(椭球滑面,组合滑面)

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图1.3 安全系数、主滑方向与划分柱体数目的关系(椭球滑面,组合滑面)

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图1.4 滑面正应力分布(椭球滑面,组合滑面)

案例2: 对称与非对称楔体

考虑对称楔体和非对称楔体两个滑块,图2.1给出了滑体的剖分,图2.2给出了安全系数、主滑方向相对误差与划分柱体数目的关系,图2.3给出了滑面正应力分布。

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  图2.1 滑体剖分(对称楔体非对称楔体)

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图2.2 安全系数、主滑方向相对误差与条柱数目的关系(对称楔体非对称楔体)

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图2.3 滑面正应力分布(对称楔体非对称楔体)

案例3: Kettleman Hills waste landfill slope failure

1988 年3 月失稳破坏的美国Kettleman Hills 填埋场是一个典型的复杂“山谷”型填埋场(图3.1),研究表明仅采用二维截面分析难以对该填埋场整体稳定性进行评价。采用JSlope3D分析了该滑坡的安全系数和失稳破坏的主滑方向。图3.2给出了滑体的三维计算模型,图3.3给出了计算得到的主滑方向和监测得到位移方向的一致性,图3.4给出了滑面正应力分布。

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图3.1 滑体平面视图

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图3.2 滑体三维计算模型

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图3.3计算得到的主滑方向和监测得到位移方向

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图3.4滑面正应力分布

案例4: 库区滑坡

下图给出了某库区滑坡的三维滑面、滑体以及Jslope3D计算结果。


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案例5: 多面体滑块

图5.1 给出了7个多面体滑块,图5.2 给出了7个滑块的稳定性安全系数、主滑方向随迭代计算步的收敛情况。安全系数初值设置100,收敛精度1e-9,所有算例7个迭代步内收敛,表明JSlope3D具有大范围的收敛性、较高的收敛精度和收敛速度。

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图5.1 多面体块体

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图5.2 块体安全系数、主滑方向随迭代步的收敛情况

案例6: 左岸坝肩边坡

图6.1给出某水电站左岸坝肩边坡随边坡开挖下切拉裂变形体的体型变化。图6.2给出了拉裂变形体安全系数随边坡开挖下切的演化规律。总体而言,1885m坝顶高程以上边坡岩体开挖,属于开挖减载,稳定性提高;1885m以下开挖,关键块体下部阻滑岩体被逐步挖除,稳定性开始下降;特别是1855m以下岩体开挖,边坡稳定性急剧降低。

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图6.1锦屏一级水电站左岸坝肩边坡拉裂变形体

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图6.1拉裂变形体在不同开挖阶段的安全系数

1.  Qinghui Jiang, Chuangbing Zhou. A rigorous method for three-dimensional asymmetrical slope stability analysis. Canadian Geotechnical Journal, 2018, 55: 495–513.

2.  Qinghui Jiang, Chuangbing Zhou. A rigorous solution for the stability of polyhedral rock blocks. Computers and Geotechnics 90 (2017) 190–201

3.  Jiang QH, Wei W, Xie N, Zhou CB. Stability analysis and treatment of a reservoir landslide under impounding conditions: A case study. Environmental Earth Sciences, 2016, 75: 2, DOI 10.1007/s12665-015-4790-z

4.  Jiang QH, Liu XH, Wei W, Zhou CB. A new method for analyzing the stability of rock wedges. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences, 2013, 60: 413–422


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