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.     

基于无人机贴近摄影的高陡边坡结构面识别

岩体结构面的产状和位置信息是分析高陡边坡稳定性及确定支护形式的重要依据.为解决传统接触式勘测手段存在的风险高、效率低等问题,提出了基于无人机贴近摄影和聚类算法的高陡边坡结构面自动识别方法.首先采用M210-RTK无人机获取高分辨率数字图像,并利用运动恢复结构算法(Structure From Motion,SFM)生成细节丰富的高陡边坡三维模型和三维点云;再通过K近邻算法(K-Nearest Neighbor,Knn)及PCA主成分分析法,筛选出共面点云集合并确定了结构面的边界范围;最后采用最小二乘法拟合出共面点云的最佳平面方程,以平面方程的法向量方向确定结构面的产状参数.验证实验表明:基于无人机贴近摄影所建立的三维模型精度优于2 cm,倾向和倾角的误差分别小于3°和2°.本方法应用于长沙丁字镇某高陡边坡的结构面识别,成功识别出其优势结构面,并就其对边坡稳定性的影响进行了分析,可为边坡评价和治理提供重要依据.     

基于PEM-JFEM方法的节理岩质边坡稳定性评价

以赞比亚一露天铜矿南帮边坡(矿体下盘)为研究对象,将Rosenbluth点估计方法与节理有限元方法相结合应用于该节理发育的岩质边坡稳定性评价中.建立以边坡岩体材料强度参数(内摩擦角和黏聚力)为输入变量,安全系数为输出变量的概率模型,点估计状态函数的求解过程引入节理有限元方法.通过现场节理及结构面调查,建立边坡节理有限元模型求解边坡安全系数,得到基于安全系数的边坡变形破坏概率统计指标,对边坡稳定性进行了概率分析,分析结果与现场失稳情况一致.该方法既考虑了岩体材料参数在赋值过程中实际存在的不确定性,同时也考虑了节理岩质边坡的节理属性,充分体现了岩层接触作用的非线性关系,使得对节理岩质边坡的稳定性评价更加合理.     

应用ABAQUS程序进行节理岩质边坡稳定分析

利用ABAQUS有限元软件,按强度折减技术对一实际工程大型节理岩质边坡进行了稳定性分析.针对ABAQUS程序节理材料模型的定义过于简化,只能将岩体视为满布节理的材料,节理视为相互贯通且遍布于岩体中,而不能根据实际节理面间距或分布密度来定义节理的缺点,提出了将受节理面控制的岩体进行"砖块式"划分的方法以模拟实际的节理分布情况.实例的计算结果表明,采用ABAQUS程序的节理材料模型弱化了实际岩体的强度,得到的分析结果过于保守,而采用将岩体"砖块式"划分的分析方法更符合实际情况,计算的结果更为合理可靠.     

不同形式节理的岩质边坡失稳演化离散元分析

为研究不同形式的节理边坡的破坏机理,将考虑胶结尺寸的微观接触模型植入离散元软件,基于重力增加法实现边坡失稳演化过程的模拟,从边坡形态、胶结破坏分布、滑体运动等方面进行分析.模拟结果表明,顺层岩质边坡为共面节理发生贯通破坏形成滑动面,反倾岩质边坡为非共面节理发生贯通破坏形成滑裂面;两种岩质边坡坡脚均为薄弱区,顺层岩质边坡坡面中部区域和反倾岩质边坡坡肩区域为危险区域;离散元模拟岩质边坡可用安全系数评价边坡稳定性,较极平衡法能更真实地反映岩体间的相互作用和边坡破坏的渐进过程.     

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.     

无人机摄影测量边坡结构面及块体稳定分析

为提高边坡结构面信息获取过程的安全性及测量结果的准确性,采用无人机多角度摄影测量获取结构面信息,得边坡结构面坐标以及出露迹线长.利用动态控制的相容Delaunay三角剖分对模型进行三角网格化,结合块体生成规则对边坡临空面出露块体进行稳定性分析,识别坡面出露关键块体,并利用GeoSMA-3D系统验证方法的可行性及精度.研究结果表明:点云切割最大关键块体为38.5748m³,GeoSMA-3D切割最大关键块体为38.5617m³,位置均在坡体中央位置,拟合效果良好.对于不规则碎裂岩质边坡,三维点云切割可以更好地表征边坡的块体位置,对于指导关键块体治理具有一定优势.     

节理岩质边坡变形破坏的RFPA模拟分析

利用基于强度折减法的RFPA-Slope,对节理岩质边坡的稳定性进行了模拟分析,直观地得到了坡体的滑移破坏面,同时求得安全系数·研究了岩体中节理贯通率、几何位置、倾角以及节理间岩桥长度等因素对边坡变形破坏模式、安全系数大小的影响,证明了节理是控制岩质边坡破坏的主要因素·RFPA-Slope对节理岩质边坡破裂过程的模拟对于理解边坡的破坏形成机理具有重要意义,算例的模拟分析说明RFPA-Slope能够较为准确地预测节理边坡潜在破坏面的形状与位置及相应的稳定安全系数,对于复杂的边坡稳定性分析是实用的·     

节理岩质边坡桩基加固的稳定性分析

利用有限差分法FLAC3D软件建立节理岩质边坡桩基加固的数值模型,通过强度折减法计算边坡安全系数,并分析边坡节理面倾角、桩长、桩位置对节理岩质边坡稳定性及桩身内力与位移的影响。研究结果表明:桩总长L1存在某一临界桩长L0,当L1L0时,增加桩总长对桩加固效果影响不大;节理上部桩长L2是影响桩加固岩质边坡效果的决定性长度参数;桩位置逐渐远离坡面时,加固效果急剧降低;桩身剪力和弯矩均呈周期性波形分布,最大剪力绝对值出现桩与节理面的相交点处,最大弯矩出现在剪力约等于0 kN处;当节理面倾角大于岩石摩擦角时,桩顶水平位移随着桩位置逐渐远离坡面而急剧增大。为了提高桩基加固效果,实际工程中桩总长应小于临界桩长,且尽可能布置桩在坡面附近。     

基于无人机摄影测量半自动统计岩体结构面产状的研究

岩体结构面产状是分析边坡稳定性的主要几何特征,传统测量岩体结构面产状的方法为罗盘人工测量,近年来,三维激光扫描仪测量结构面产状的方法也在快速发展并得到应用,但是这两种方法都存在其局限性,只能测量局部结构面产状,无法完成全方位无死角测量。相比前两种方法,无人机摄影测量岩体结构面产状的方法可以实现全方位测量,克服了前两种测量方法的缺点。基于三点法利用无人机摄影测量,人工统计了汉川采石场边坡的结构面产状,并划分了优势结构面产状,为分析边坡稳定性提供了依据。     

节理岩质边坡稳定性概率分析

为合理评价某节理岩质边坡稳定性,将节理网络有限元(JFEM)与Rosenbluth点估计法相结合建立边坡节理网络概率模型。计算结果表明:天然状态下该边坡整体稳定性较好,但浅表部有部分岩体由于风化以及结构面相互切割的影响,易形成不稳定块体以“滑移-拉裂”的形式失稳。本文的分析方法考虑了结构面非贯通、随机发育的特性以及岩体强度参数(内摩擦角和黏聚力)的变异性,使得评价结果更加合理、可靠。     

无人机摄影测量半自动统计岩体结构面产状

岩体结构面产状是分析边坡稳定性的主要几何特征,传统测量岩体结构面产状的方法为罗盘人工测量。近年来,三维激光扫描仪测量结构面产状的方法也在快速发展并得到应用,但是这两种方法都存在其局限性,只能测量局部结构面产状,无法完成全方位无死角测量。相比前两种方法,无人机摄影测量岩体结构面产状的方法可以实现全方位测量,克服了前两种测量方法的缺点。基于三点法利用无人机摄影测量,人工统计了汉川采石场边坡的结构面产状,并划分了优势结构面产状,为分析边坡稳定性提供了依据。     

基于GSI系统的边坡卸荷岩体强度参数确定

地质强度指标(geology stresgth index,GSI)系统和Hoek-Brown破坏准则能反映岩体所处的地质环境,估算出节理化岩体的强度参数。然而,对于具有卸荷特征的岩质边坡,以往GSI的取值缺少对卸荷裂隙与坡面间空间关系的考虑。借鉴边坡岩体质量评价系数(CSMR)系统中对边坡破坏方式和结构面产状的修正方法,以西南某水电站坝肩边坡为例,提出基于GSI系统的边坡卸荷岩体强度参数。     

高陡岩质边坡优势结构面组合块体稳定性分析

本文采用dips软件对边坡节理裂隙统计、采用Stereographic projection软件对统计出的节理裂隙进行优势结构面分析、用slopeblock软件对优势结构面组合块体分析,判断边坡块体的潜在滑动类型及几何形状。三种方法直观、方便、快捷、易懂,在岩质高边坡稳定性分析及计算中具有重要意义。     

基于节理几何参数不确定性的边坡可靠度分析

基于岩质边坡可靠性受节理面的控制,节理面的随机分布导致边坡可靠系统具有高度不确定性,提出考虑节理几何参数不确定性的边坡可靠度分析方法。以厦蓉(厦门—成都)线高速公路某路堑边坡为例,通过概率图法和数理统计理论,对节理几何参数的概率分布类型进行研究,分析其不确定性,确定节理几何参数的概率密度和统计参数;考虑边坡双滑面破坏模式Sarma法分析安全系数的隐式函数式,根据响应面法重构安全系数近似显式解析表达式,建立以节理几何参数为随机变量的边坡可靠性分析模型,构建极限状态功能函数;以节理倾向、倾角和间距为随机变量,采用蒙特卡罗法产生符合随机变量分布类型的随机数,进行边坡可靠度分析。研究结果表明:所提出的分析模型和方法可反映构造控制的岩质边坡可靠性,为岩质边坡的可靠度分析和支护设计提供理论依据。     

基于贴近摄影测量技术的高陡危岩体结构面调查方法

为解决传统危岩体结构面接触式调查手段风险高、效率低的问题,提出了一种基于无人机贴近摄影测量技术的结构面提取方法,并以某高位危岩体为例,开展了工程实例验证。首先利用多旋翼无人机对危岩体进行多角度贴近摄影,构建精细化的三维模型和三维点云;然后通过K近邻算法及PCA主成分分析完成优势结构面产状的半自动提取,最后结合三维模型中的岩体裂隙等特征,对危岩体稳定性进行快速评价。结果表明：该方法可获取符合工程精度要求的岩体点云数据,完成结构面产状的半自动提取,且倾向倾角的提取误差均在3°以内,能满足工程精度需求,为分析危岩体稳定性提供可靠的基础数据。     

基于无人机倾斜摄影技术的桥梁有限元逆向建模方法研究

针对桥梁图纸缺乏或缺失，桥梁抗震分析中存在大量结构建模工作而其效率低下等问题，提出了一种基于无人机倾斜摄影技术的桥梁有限元逆向建模技术. 首先参数化桥梁有限元建模过程，再引入基于运动恢复结构和多视图立体匹配算法的倾斜摄影技术，结合无人机多视角序列影像构建目标桥梁三维实景模型，引入非均匀有理B样条算法提取桥梁复杂结构曲面，获取桥梁几何数据. 通过大数据信息和桥梁设计规范、设计标准图集、现场实测等调查方法获取无人机无法观测得到的桥梁内部结构参数，实现通过视觉外观、大数据信息和专家先验信息重建桥梁有限元模型. 对长沙市巴溪洲大桥建立三维实景模型，验证模型误差低于2%；利用大数据信息和专家先验信息获取桥梁内部参数，基于实景模型重建目标桥梁有限元模型，验证有限元模型模态频率误差低于2%，静载挠度校验系数为0.57~0.79. 研究结果表明：利用无人机倾斜摄影技术逆向建立的桥梁有限元模型可靠且精度较高，在桥梁健康监测和区域抗震分析领域具有较高的科学研究和工程实用价值.     

波浪作用下水下岩质边坡的稳定性

以探讨波浪冲击作用下水下岩质边坡稳定性和破坏机理为目的,按照常见的岩体结构形式,利用Ansys数值模拟计算几种不同类型的水下岩质边坡模型;同时还依据三峡水库实际的波浪参数,在波流水槽中进行了边坡模型的冲击试验.通过波浪作用模型试验和Ansys数值计算的对比分析,水下岩质边坡临水面岩体根据波浪作用对应力影响的特征,可划分成三个区域,每个区域内应力变化规律相同;研究发现水下岩质边坡坡脚处应力集中最大,破坏始于坡脚,并由此产生的塑性区沿结构面逐渐向坡顶发展,这与一般边坡从坡顶逐渐向下发展的开裂破坏形式完全不同;同时得出波浪对水下岩质边坡结构面的影响,将随其倾角的变小而减弱.     

基于不同节理模型的岩体边坡稳定性分析

利用离散元对节理岩体工程进行稳定性分析时,节理的本构关系对分析结果有重要的影响.详细介绍了基于离散元UDEC软件,利用Barton-Bandis(BB)和Mohr-Coulomb(MC)本构模型分析节理岩体边坡稳定性的主要区别.在BB模型中,由于膨胀角随剪切运动呈非线性变化,节理岩体边坡分析所得到的运动规律与现场监测数据所反映的边坡运动规律一致,而MC模型分析结果则与现场监测数据所反映的边坡运动规律相差甚大,因此,离散元中BB模型更适合于用来分析节理岩体工程.根据BB模型模拟分析的结果,对依托工程边坡采取了喷射厚度10 cm混凝土进行加固的措施,模拟结果表明,喷射10 cm混凝土对边坡稳定性起到了良好的加固作用,依托工程正是按此加固方案进行施工.     

含剪切节理面岩质边坡滑裂面位置及稳定性研究

同向双平面滑动是存在单一地质断层面(剪切节理面)岩质边坡的常见破坏模式之一,但对该种类型的滑裂面计算方法并不充足。为了能够更加高效准确地寻找边坡的滑裂面位置,判断边坡的稳定性,基于极限平衡理论和非线性数学规划模型,假设滑体的滑动方式为同向双平面滑动,再假设目标函数为该岩质边坡的安全系数,运用MTALAB全局最优搜索法,计算含剪切节理面工程边坡在天然工况作用下的滑裂面位置及稳定性,并与极限分析法、强度折减法和毕肖普法进行对比分析。研究结果表明：基于极限平衡理论和非线性数学规划模型得出的滑裂面位置与安全系数基本一致,验证此类方法的可行性,为存在单一地质断层面岩质边坡的滑裂面计算和稳定性分析提供了新依据。