危岩体断裂特性的网格重构数值仿真研究

危岩体稳定是三峡库区的主要关注点之一。为探究不同裂纹赋存形态以及不同降雨工况下危岩体断裂的变形特性,基于围道积分原理,在Abaqus平台上利用Python语言开发了基于断裂力学理论的危岩体任意裂纹扩展的网格重构数值模拟方法,该方法与以往危岩体裂纹扩展数值模拟方法相比,能够体现危岩体裂纹尖端的断裂力学特征,实现连续介质中的非连续表达。利用此方法对重庆市万州太白编号为W15的危岩体稳定性进行了数值仿真研究,结果表明:提出的基于断裂力学理论的网格重构新型数值模拟方法在危岩体裂纹扩展研究中的适应性良好,为危岩体断裂变形特性模拟提供了一种新的数值模拟方法;危岩体的最大主应力值和剪应力值随着裂隙角度的增大呈现先增后减的趋势,危岩体的水平位移值随着裂隙倾角的增大持续减小;随着裂隙角度的增大,裂隙对危岩体变形的影响逐渐减小,危岩体的水平位移主要集中于危岩体的突出部位;危岩体裂隙长度的增大对危岩体应力及变形的影响最大,使得危岩体的变形由危岩体的突出部位向裂隙处集中;暴雨工况下危岩体的变形及位移较之天然工况要大,是影响危岩体稳定的重要因素之一;危岩体裂纹朝着危岩体的突出部位进行扩展,主要受到Ⅰ型扩展主导,随着裂纹的不断扩展,危岩体裂纹尖端的Ⅰ型应力强度因子呈现指数型上升,Ⅱ型应力强度因子变化不大,危岩体初始裂纹长度越长,危岩体裂纹尖端的Ⅰ型应力强度因子和Ⅱ型应力强度因子的绝对值越大。     

基于悬臂梁力学模型分析高边坡危岩体的稳定性——以四川省三清村高边坡W1危岩体为例

四川省苍溪县三清村高边坡的稳定性对当地居民的人身安全构成了威胁,需要对高边坡进行稳定性分析和评价。本文针对三清村高边坡自来水厂段W1危岩体,采用悬臂梁力学模型对其稳定性进行了定量计算及分析,结果表明:将计算所得的W1危岩体截面的最大剪切应力与截面允许的最大剪切应力进行对比,可以判断W1危岩体在自然条件下处于稳定状态,在暴雨和地震条件下处于不稳定状态,该结果与野外的宏观判断结论基本一致。     

基于PFC对含断续节理岩质边坡静力荷载下破坏形式的研究

在含断续节理岩质边坡的破坏中,阶梯状破坏尤其显著,是一种常见的失稳破坏形式。借助二维颗粒流软件(PFC2D5.0)进行简单地质结构模型下的边坡数值模拟,通过采用PFC软件中的人工合成岩体技术,研究了7种不同组合形式下含断续节理岩质边坡的破坏形式及其内部微观接触力场的演变规律。首先对PFC软件中采用的微观力学性质参数进行了验证模拟,通过对完整岩块进行双轴压缩试验和巴西劈裂试验的模拟,得出其应力-应变曲线和强度包络线,从而计算出完整岩块的内聚力、内摩擦角等宏观力学参数;然后通过对含裂隙的颗粒集合体进行直剪试验的模拟,得出其剪应力-剪切位移曲线以及峰值强度和残余强度与正应力的关系曲线,从而计算出裂隙的内聚力和内摩擦角;最后对含上述微观力学性质参数的边坡进行静力荷载下破坏形式的模拟,得出裂隙萌生前应力集中、裂隙萌生后应力释放,以及可将潜在滑动面上方的坡体位移分成4个区,即坡脚处最大位移区、坡肩处较大位移区、坡体内部较小位移区、坡体后缘最小位移区,并验证了萌生的裂隙一般会近垂直于岩桥向坡体表面扩展,切割潜在滑动面以上坡体。     

嵌岩抗滑桩地基水平抗力系数K值取值的数值模拟研究

弹性地基梁"K"法是抗滑桩桩身内力计算的一种重要方法。针对"K"法中抗滑桩嵌固段岩体地基水平抗力系数K值取值主要采用经验值且随意性较大的问题,基于温克尔弹性地基力学模型,通过数值模拟及统计分析,建立了具有较高拟合度的抗滑桩嵌固段岩体地基水平抗力系数K值与岩体弹性模量和泊松比的函数关系式,并结合具体工程实例,将上述研究成果应用于秭归县谭家湾滑坡抗滑桩的优化设计,降低了工程造价。     

石崆山Ⅱ号段岩质高边坡稳定性的有限单元法(FEM)分析评价

岩质高边坡是常见的自然地质环境问题和重要的岩土工程问题之一,涉及工程地质学、岩体力学问题。针对漳州—龙岩高速公路石崆Ⅱ号段岩质高边坡稳定性问题,采用有限单元法(FEM)进行计算分析。计算分析结果表明石崆山Ⅱ号段岩质高边坡是稳定安全的。有限单元法在岩质高边坡稳定性的计算分析中的应用,正处在完善和发展之中。它的计算分析正确与否或精确程度,很大程度上取决于对边坡岩体工程地质条件的正确理解和归纳概化,取决于计算参数的合理客观选取。     

基于无人机贴近摄影测量的露天采石场高陡岩质边坡岩体结构面信息自动识别

岩体结构面的识别与解译在露天采石场岩质边坡稳定性分析中具有重要意义,对于高陡岩质边坡而言,传统的勘察手段效率低且危险性高,无人机倾斜摄影测量生成的高陡岩质边坡三维实景建模精度低且自动解译困难。提出了一种基于无人机贴近摄影测量的高陡岩质边坡岩体结构面信息的精细化调查方案,并在武汉市东湖高新技术开发区长岭山露天采石场崩塌地质灾害调查中完成了实例应用,该方法使用大疆M300 RTK无人机搭载DJI P1相机完成倾斜摄影测量与贴近摄影测量工作,建立高精度的露天采石场高陡岩质边坡的实景三维模型和高密度三维点云,通过区域生长算法自动解译其岩体结构信息。结果表明：采用本文方法进行岩体结构面调查所提取到的信息准确度高、可视化效果好,且计算效率高,可为类似边坡实际地质灾害调查与防治提供依据。     

深部隧道单节理岩体开挖卸荷破裂及锚杆加固研究

深部隧道开挖卸荷引起的岩体破裂是地下工程典型灾害之一。针对深部隧道单节理岩体在开挖卸荷条件下的破裂问题,基于开挖卸荷引起的最小主应力线性降低规律,采用Griffith强度理论准则对开挖卸荷条件下的含单节理岩体破裂进行了分析,并对破裂岩体进行了锚杆加固设计研究。结果表明:当结构面倾角大于支护应力状态下的破裂角时,深部岩体初始应力状态下未产生破裂,随着最小主应力的降低,深部岩体先产生材料破坏后沿结构面破坏;当支护应力状态下的破裂角大于结构面倾角时,深部岩体受支护应力作用仅产生材料破裂;当结构面倾角小于最小主应力为0时对应的破裂角,深部岩体无论是否支护岩体仅产生材料破裂;对于深部岩体,产生破裂的必要条件是最大主应力大于8倍的岩体抗拉强度,且破裂角变化于30°~45°之间;岩体支护应力的选择应在岩体初始破裂应力与结构面破裂应力之间,并且要保证岩体应力的释放率以及围岩的稳定性。石塘隧道岩体破裂分析及锚杆加固研究表明:岩体首先产生材料破坏,其破坏的临界应力值为10.25 MPa,对应的破裂角为39.9°,结构面破裂的临界应力值为4.15 MPa;石塘隧道岩体在无支护条件下,沿结构面产生突发性破坏,岩体支护应在开挖完成40.59h内完成,岩体支护应力为7.175 MPa,支护破裂角为37.5°,单根锚杆锚拉设计值为88.7kN,锚固长度为5m,倾角为15°,间距为0.8m,此锚杆设计参数下可保证岩体应力充分释放以及确保围岩的稳定性。     

节理化岩体结构面分布密度的确定方法及其应用

目前众多的科研与工程人员都采用岩体结构面统计分析和计算机随机模拟的手段来研究节理化岩体的工程性质,然而许多人忽略了岩体结构面密度具各向异性特征以及野外实际测量条件与理论情况还存在一定的差异,在计算中采用的结构面密度值不尽合理,常常导致分析结论有失偏颇.针对这一情况,充分考虑了结构面"方向校正"和"迹长截尾校正",并根据野外测线长度进行加权平均,提出了一套较为系统合理的结构面分布密度计算方法,并将其应用于工程实际,取得了较好的结果.     

基于可靠性的围岩失稳规模预测

块体理论中,当结构面未能完全贯通所研究的岩体时,会形成无限块体。现有研究均将无限块体视作稳定的,认为其破坏的概率为零。假设结构面为薄圆盘状,考虑三组未贯通结构面和临空面切割的空间几何关系,确定岩体中形成棱台状的潜在失稳块体,并建立块体失稳的力学模型,推导出不同运动模式时块体的失稳判别式。结合构建的潜在失稳块体模型,提出了一种基于可靠性的潜在失稳块体失稳规模(即失稳体积范围)的预测方法:该方法利用Unwedge程序确定给定临空面尺寸和结构面间距下的最大三棱锥块体,其即为结构面在临空面上可能形成的最大块体;以此为基准,运用Monte-Carlo法分别求解不同线性比下结构面直径随机分布时生成块体的体积和安全系数;通过数据整合与分析,可获得不同体积的潜在失稳块体的形成概率和失效概率,并选取一目标失效概率为阈值,即可计算得到潜在失稳块体失稳体积的预测范围。以黄岛地下水封洞库为例,利用提出的预测方法,计算得到以目标失效概率为0.001时潜在失稳块体失稳体积的预测范围:巷道顶板为0~10.900m3,巷道左边墙为0~1.681m3,巷道右边墙为0~1.630m3。该预测结果可为地下工程设计与施工提供可靠的依据。     

某大型高速公路滑坡稳定性评价及治理工程对策

介绍了钦崇高速某顺层边坡滑坡治理工程中已查明的滑坡区工程地质条件,滑动面、滑动带的位置,通过对现场工程地质条件的系统调查,分析评价了该滑坡体的成因及稳定性现状;根据钻孔资料提供的岩土体和滑面的参数,并结合参数的反算,得到了滑面的c、值,最后计算得到非正常工况下(暴雨)的滑坡稳定安全系数为0.91,说明当遇到长时间暴雨时,滑坡会进一步发展,需要及时治理。根据对该边坡的地质模型分析和对其进行的定量力学评价,提出了相应的治理设计措施。