缙云抽水蓄能电站节理岩体边坡开挖稳定性综合评价

边坡稳定性一直是工程建设中重点关注的问题,在边坡开挖前需要进行详尽的研究.针对缙云抽水蓄能电站开关站边坡开挖工程,通过现场勘查、室内试验、运动学分析、极限平衡分析和离散元模拟等手段,对边坡的岩体结构特征、岩体质量、边坡变形破坏模式和稳定性进行了详细研究,结果表明:①开关站边坡岩体完整性中等到好,岩体质量中等,满足作为开关站建设要求;②运动学分析显示边坡开挖后可能的破坏模式为平面滑动、楔形体滑动和倾倒变形模式;③极限平衡分析表明开挖后边坡安全系数较高,边坡整体较为稳定的,发生大规模滑动的可能性较低;④离散单元模拟结果显示边坡开挖后在坡顶近地表块体有发生剪切变形的可能性,而台阶开挖处块体可能发生局部拉张破坏,在施工中应及时采取有效的支护和预防措施.本研究成果可以为类似的抽水蓄能电站边坡开挖稳定性评价提供方法参考.     

层状岩体边坡锚杆加固效应的数值分析

利用数值计算软件FLAC3D建立层状岩体边坡的稳定性分析模型,采用锚杆单元对岩体边坡进行加固模拟,得到加固后岩体的变形情况以及锚杆的受力情况.研究结果表明:边坡的破坏形式为明显的直线型滑动破坏,滑块的位移从上到下逐渐增大,水平位移最大处位于剪出口位置;层状边坡锚杆加固后,沿节理面发生一定的变形;各监测点位移沿自然坡倾向位置逐渐减小,越往岩体内部受到的开挖扰动越小;由于节理的存在,全长黏结式锚杆的轴力分布为多峰值曲线,峰值均出现在节理面位置;锚杆轴力最大位置可表征滑动面位置.     

随机结构面切割岩质边坡空间块体模型及关键块体分析

在现场结构面非接触摄影技术采集的基础上,提出基于虚拟网格的、采用随机结构面切割岩体的方法,建立了岩质边坡空间块体模型.并将该模型接入作者团队自主开发研制的三维数值分析系统GeoSMA-3D,进行岩质边坡关键块体搜索和分析.算例表明:该模型具有可以动态添加结构面、易于建立复杂岩体边坡几何模型等优点,并对辽宁某边坡进行了关键块体分析.     

竹城公路层状岩质边坡的稳定性研究

为了研究竹城公路层状岩质边坡的稳定性及防治措施,通过现场调查和赤平投影分析边坡潜在变形滑动机理;利用UDEC软件建立层状边坡数值计算模型,分析开挖过程中岩土体的变形情况;根据变形破坏模式提出层状岩质边坡的长短锚杆交替复合支护结构.研究结果表明:浅层滑动和楔形体滑动破坏是该公路边坡的主要破坏模式;开挖完毕后左侧边坡存在稳定性隐患;当边坡开挖到第4步时,将发生滑移破坏;长短锚杆交替复合支护结构充分利用了锚杆和岩土体的受力特性,有效加固了边坡.     

隧洞块体破坏过程及稳定评价的数值方法研究

为分析块体在复杂围岩作用下的破坏形态及稳定性,提出一种基于连续介质力学的块体破坏数值分析方法.首先,在已有的单元重构-节点分离的结构面建模方法基础上,实现基于网格的块体识别;其次,基于显式求解的接触力算法,推导多种接触状态下的接触力表达式,并提出块体和围岩的接触分析方法;然后,采用结构面强度折减法求解块体安全系数.该数值分析方法可同时计算围岩和块体的变形特性.通过一个块体沿双面滑动的简单算例也论证了在一定条件下,数值计算可得到与刚体极限平衡法一致的结果;最后,结合某一断层穿过的隧洞工程,分析其开挖后的围岩及块体稳定性.结果表明,该数值方法有效反映了围岩应力和变形对块体稳定性的影响;关键块体发生破坏后,潜在危险块体发生较大变形,局部安全系数低.该数值方法为复杂地质条件下隧洞块体稳定性评价提供了一种有效的分析思路.     

某水电站坝肩顺坡向变倾角岩质边坡变形破坏机制研究

受岩层倾角变化的影响,某电站右坝肩变倾角岩质边坡在工程开挖后,上部和下部岩体均出现不同程度变形破坏迹象,并且其特征存在较大差异.作者在大量现场调查的基础上,从边坡工程地质条件、岩体结构特征着手分析了边坡变形和破坏特征产生差异的内在原因;并结合有限元数值模拟方法,研究了边坡产生变形和破坏的力学机制.在此基础上提出了这类边坡变形破坏特征及其成因机制的概念性模型.     

节理发育反倾边坡破坏机理分析及模拟

为了解决边坡岩体结构的稳定性评价及其力学变形特性,采用了离散单元理论和利用UDEC(Universal Distinct Element Code)技术,用离散块体模拟节理发育反倾边坡破坏机理和加固变性过程。将此理论和技术应用于贵阳市乌开公路K44+340～K44+450段右侧滑坡工程;研究了塑性变化范围和发展趋势;同时还利用独有的离散滑动的优势分析软弱结构面上的块体滑移和节理张拉破坏的演变过程,该成果对岩体边坡工程具有一定的参考价值和指导意义。     

复杂岩体边坡关键块体搜索及开挖支护

采用非接触摄影测量技术采集某高速公路工程边坡岩体的结构面信息,导入自行开发的GeoSMA-3D系统,建立该边坡三维数值模型,从几何学角度搜索出其关键块体.用三维离散元数值计算软件3DEC模拟该边坡工程的开挖过程以及锚索支护后的开挖过程.结果表明,本岩质边坡工程开挖后,引起岩体内部应力重分布,坡体有大范围的剪切塑性区,位移矢量、速度矢量大量集中在开挖面附近的节理上,矢量的方向偏向于临空面,并呈现逐渐增加趋势,整体稳定性较差,若不对边坡采取适当支护措施,必将发生边坡整体失稳破坏;在锚索支护后,边坡的潜在滑移面被控制,边坡整体处于稳定状态.     

鸡尾山特大型岩质滑坡的物理模型试验

鸡尾山滑坡的失稳模式为斜倾厚层岩质滑坡视向滑动.为了研究这种独特的特大型岩质斜坡失稳模式,利用土工离心机,对1个包含4组结构面的地质力学模型进行物理模型试验.研究结果表明:随着离心机加速度的不断增大,后部块体首先失稳并推挤前缘关键块体,粘贴在滑块与基座之间的裂缝监测应变片从斜坡后缘到前缘相继发生破坏;当离心加速度达到80g(1g=9.8 m/s2)时,斜坡前缘关键块体发生位移突变,产生瞬时视向滑动破坏,引起整体滑坡;软弱夹层抗剪强度的降低和关键块体瞬时失稳是鸡尾山滑坡发生的主要原因,斜倾厚层岩质滑坡视向滑动具有“后部块体驱动-前缘关键块体失稳”的特征,斜坡的初始变形破坏是一个从稳定到失稳渐进发展的过程.     

顺层岩质边坡变形机制分析与治理效果模拟

以北京双大路顺层边坡为例,通过对现场工程地质条件的系统调查和变形监测,在对边坡的变形特征进行研究的基础上通过离散元(UDEC)数值模拟,结合工程地质条件分析,探讨了边坡变形破坏机制.监测结果表明,边坡处于顺层滑移弯曲的最后阶段,边坡表层岩体沿层面发生滑移弯曲变形,在层状岩体弯曲产生的推力作用下产生变形破坏,并形成贯通的...     

裂隙岩体中隧道变形破坏的节理有限元模拟计算

裂隙岩体是地下工程施工中经常遇到的一类岩体,研究其变形和破坏机理是工程安全施工的保证。以天平线关山隧道工程为例,采用基于修正Goodman单元的节理网络有限元法,将裂隙岩体看作由岩块和节理、裂隙组成的二元结构,其中岩块和节理、裂隙分别采用线性Mohr-Coulomb强度准则和非线性Barton-Bandis剪切强度准则。通过有限元软件Phase~2模拟分析了隧道开挖过程中裂隙岩体的变形破坏特点以及不同工况下隧道拱顶的沉降量,并讨论了Barton-Bandis准则中节理粗糙程度(J_(RC))的取值对围岩稳定性的影响。研究方法为裂隙岩体的数值计算提供了新手段,节理粗糙度(J_(RC))的反演结果能为支护设计和加固措施提供参考依据。     

卡尔曼滤波模型在危岩变形预测中的应用

危岩变形体的预测、预报是实施崩塌灾害防灾减灾的重要手段,着眼于卡尔曼滤波法的基本模型及其在变形监测数据处理中的特点,基于危岩变形体的状态向量,建立了危岩预测模型;通过三峡库区磨子岭危岩的监测数据进行了模型验证,算例计算结果表明:运用卡尔曼滤波法进行危岩位移预测,其平均误差值小于1 mm,预测效果有较好的可靠性.     

高岩质边坡变形过程的数值模拟

以某山地风电场厂房岩质边坡的稳定性及防治措施为例,利用FLAC2D有限差分软件建立岩质边坡数值计算模型,根据变形破坏模式提出岩质边坡加固方法。模拟结果表明,边坡的变形主要发生于边坡浅部的崩坡积层和强卸荷带岩体,有必要进一步完善该风电场厂房边坡加固措施及排水设施,提高边坡在暴雨工况下的稳定性。     

露天矿边坡损伤与可靠性变化规律的数值分析

以鞍钢眼前山露天铁矿南帮节理岩体边坡为工程背景,综合应用FLAC-3D、损伤力学、断裂力学和可靠性分析等多项理论和方法,系统研究了露天矿边坡的节理岩体伴随采矿开挖的概率损伤分析程序,定量揭示了边坡岩体概率损伤分布及演化规律。综合考虑节理、岩石和岩体初始损伤状态的抗剪强度,结合露天矿开挖的FLAC-3D模拟与损伤断裂力学分析,根据Monte-Carlo原理和极限平衡理论建立了露天矿节理岩体边坡的三维稳定性和可靠性动态评价模型,探讨了眼前山铁矿南帮 21 m铁路运输平台的节理岩体边坡在矿山不同开采深度的稳定性和可靠性的动态变化规律。     

京化高速公路高边坡变形和稳定性分析

以京化高速公路二期KC-3标段岩质高边坡为研究对象,应用有限元分析软件ANSYS建立三维数值模型,模拟边坡在重力作用下的变形情况,借助于有限元强度折减法对边坡材料进行强度折减,直至边坡的塑性区实现贯通,得到边坡临近破坏时的变形情况,此时的折减系数即为边坡的安全系数。结果表明,边坡的安全系数为1.04,远小于安全控制标准,极易发生边坡失稳。     

某露天开采矿场岩质边坡稳定性分析

已知某露天开采矿坑岩质边坡的工程地质条件以及基本特征,在此基础上运用二维离散元数值分析方法模拟该岩质边坡在开挖后坡体内岩体的应力分布及变形特征,从而对岩质边坡的稳定性状况作出评价。数值分析结果表明,边坡在天然状态下是稳定的,开挖后,斜坡体只是局部浅表层的岩体沿着结构面有滑动,并没有发生整体失稳现象。     

库水升降作用下高陡岩质边坡稳定性分析研究

为有效分析库水升降作用下库岸边坡稳定性,以三山岛金矿的仓上露天坑尾矿库高陡岩质边坡为依托背景,选取库岸边坡岩样分别进行自然状态下和不同“饱水-失水”循环次数下的单轴抗拉强度试验、单轴抗压强度试验。考虑“饱水-失水”循环对岩石的损伤影响,在广义Hoek-Brown强度准则的基础上,引入了“饱水-失水”循环作用后岩石单轴抗压强度累积损伤率,对Hoek-Brown强度准则进行了改进,确定了库岸边坡的岩体力学参数。以此为基础,利用FLAC3D数值分析软件对库岸边坡进行稳定性分析研究。结果表明：库水升降作用对库岸边坡岩体物理力学性质的损伤作用十分明显,随库水升降循环次数的增多,库岸边坡岩体力学参数不断劣化。数值模拟监测情况与实际工程的位移监测数据对比分析整体误差较小,证明岩体力学参数计算的可靠性,以此为基础计算得库岸边坡将在经历30次“饱水-失水”循环作用后最终破坏失稳。其所得结论能够为类似边坡工程的稳定性分析提供参考与指导。     

基于空间块体表征的岩质边坡稳定性综合评价

将关键块体理论与模糊理论相结合,对于岩质边坡的稳定性进行了综合评价.选取抚顺露天矿南帮典型坡段,对岩坡的物理力学参数进行测定,并运用自主研发的关键块体搜索系统——GeoSMA-3D (Geotechnical Structure and Model Analysis-3D)进行关键块体的搜索与表征,根据表征特点进行评价参数的选择,最后运用基于AHP的模糊综合评价技术,引入总体稳定性系数,对边坡稳定性进行了客观定量的评价.最后通过VTK技术实现了边坡稳定性可视化平台的构建,为后续的边坡加固及灾害防治提供了可靠依据.     

基于块体理论的围岩稳定性分析及数值模拟研究

岩体的完整性及节理裂隙的发育程度是影响围岩稳定性的主要因素。潜在失稳块体将引起围岩掉块、剥落、滑移甚至坍方等失稳现象。以小三岔口隧道为依托,基于块体理论研究,借助围岩结构分析和数值模拟相结合的方法,从岩体结构特征入手,定位隧道开挖潜在失稳区域,寻找可动块体,确定关键块体,深入分析围岩失稳变形模式,揭示无支护条件下围岩的变形、受力特征并提出针对性施工建议。研究结果显示:岩体节理裂隙发育、节理面相互切割成不利组合和岩块结构面结合性差是围岩失稳的根本原因;关键块体的运动是造成围岩失稳的直接原因。