关键块体在边坡岩体稳定性评价中的应用

关键块体的失稳运动,将导致岩体工程发生整体破坏。在分析边坡稳定性时,将岩体工程稳定性问题简化为寻找和分析关键块体问题,只对这些关键块体进行加固处理,就可以保证整个工程岩体的安全与稳定。本文以某高速公路岩质边坡为例,具体讲解了关键块体的计算方法。首先通过几何分析,找出岩体工程中的可动块体;然后根据滑面的物理力学性质,确定在工程作用力及自重作用下工程开挖面上的所有关键体;最后计算关键块体的稳定性及使其稳定所需要的锚固力,便于指导工程加固。     

基于三维激光扫描的高陡边坡块体稳定性研究

艰险山区工程建设中高陡边坡块体稳定性是安全与防灾的重要问题,对艰险山区高陡边坡岩体结构面的调查是分析该问题的关键。以澜沧江某重大工程高边坡为研究对象,应用三维激光扫描技术,研究了远距离调查分析岩体结构的分析方法,分析了该高陡边坡的岩体结构面空间分布状况,统计分析了结构面的优势方向和岩石块体的分布状况,以此为基础,应用极限平衡分析方法,研究了该高陡边坡的岩石块体稳定性。     

边坡关键块体的神经网络预测法

针对岩体边坡关键块体的状态(关键与否)与其几何参数和力学参数之间存在高度的非线性映射关系,利用人工神经网络理论的强大非线性映射能力和自学习特性,提出了岩体边坡关键块体的神经网络预测法。以某电站厂房边坡为例,仿真结果表明,该方法能够充分体现边坡关键块体状态与块体的几何参数和力学参数之间的非线性关系和隐含关系,具有较高的精度,所预测的边坡关键块体状态与实际吻合。此方法为岩体边坡关键块体的识别提供了一种新的途径。     

基于刚性块体系统的岩质边坡稳定性上限法研究

以块状岩质边坡为研究对象,将其离散为块体+结构面的几何系统。基于塑性极限分析上限定理并结合非线性数学规划方法,提出基于块体系统的岩质边坡稳定性分析上限法。该方法以块体、结构面的位移速率、转角速率为未知量,基于块体与结构面的变形协调方程,推导出满足关联流动法则的结构面塑性流动约束条件,结合结构面的屈服条件、块体平衡方程、边界条件以及附加约束条件,得到岩质边坡稳定性分析上限法求解超载系数、强度储备系数的非线性数学规划模型,并提出上限法非线性数学规划模型的求解策略。最后对3个经典算例进行分析,得到安全系数严格的上限解,并将计算结果与其他方法的结果进行比较,验证所提上限法的正确性。     

大型露天矿山边坡岩体稳定性分级分析方法

基于大型露天矿山边坡的构成要素与规模大小,将其划分为总体边坡、组合台阶边坡、台阶边坡3个层次;根据结构面规模与各层次边坡规模的几何关系,将结构面划分为贯穿结构面、非贯穿结构面、小规模结构面3个层次。从岩体结构控制论角度,认为不同空间位置、不同规模结构面对不同层次边坡的岩体稳定性影响存在差异性,提出结构面空间位置与边坡部位相匹配、结构面规模与边坡规模相匹配开展大型露天矿山边坡岩体稳定性分级分析的新思路。重点介绍大型露天矿山边坡岩体工程稳定性分级分析方法,按照结构面空间位置与边坡部位的匹配性、结构面规模与边坡规模的匹配性,依次对露天矿山的总体边坡、组合台阶边坡、台阶边坡进行分层次的岩体稳定性分析,系统全面地找出控制边坡稳定的关键性结构面及其组合,实现露天矿山边坡岩体稳定性的精细分析。结合具体案例,分别从整体稳定性、局部稳定性两方面评价了露天矿山的总体边坡、组合台阶边坡、台阶边坡的稳定性。大型露天矿山边坡岩体工程稳定性分级分析为开展边坡岩体稳定性的精确计算创造了必要的条件。     

边坡工程监测资料的稳定性判断和利用

论述了如何根据边坡工程监测资料进行稳定性判断和利用其指导施工、支护设计及监测本身,并简叙了分析方法和程序。     

水电边坡岩体稳定性分级系统研究

 边坡岩体稳定性分级多源于地下工程,并未考虑边坡与地下工程岩体破坏机制的差异,为弥补这一缺陷,提出一种基于边坡破坏机制的分级方法。以水电边坡为样本,分析收集平面破坏模式下的边坡几何形态、岩石强度、岩体完整性、结构面特征、坡面与结构面组合关系、工程环境、气象条件及破坏历史8个岩体稳定性影响因素;运用多元线性回归探索影响因素和边坡岩体稳定性之间的关系,得到各因素的权值;剔除权值近于0的因素,建立边坡岩体稳定性分级系统。与已有边坡岩体分级系统(SMR,CSMR)的比较表明：SRSC的评价结果更接近于基于边坡实际稳定情况的经验评分,标准误差最小,评价准确率最高。另外,用12个水电边坡对该系统进行准确性及适用性分析,评价结果准确率为100%,表明SRSC分级系统的评判效果良好。因此,基于边坡破坏机制的SRSC系统是一种更优的边坡岩体分级方法。     

金川电站左岸引水发电系统进水口边坡块体稳定性分析

边坡开挖为边坡岩体中的岩石块体创造了新的临空条件,块体的初始稳定状况受到了外界影响,因此需要重新对结构面组合块体稳定性进行评价。通过对金川水电站左岸引水发电系统进水口边坡的岩性、构造、变形失稳机制以及岩体质量和力学参数的研究,利用空间坐标建立了边坡和结构面的三维地质模型,结合边坡的开挖设计,进行平行和垂直轴向边坡方向的剖切,从而得到块体组合情况。然后,利用商用岩石边坡块体稳定性计算程序对各潜在不稳定块体进行计算。计算结果表明:除了在极端的工况下局部块体会失稳外,其它块体均较稳定。     

关键块体理论在百色水利枢纽地下厂房岩体稳定性分析中的应用

介绍了关键块体理论的工程应用技术，包括不定位块体分析、定位块体分析、随机块体分析、块体形态分析与显示、块体稳定性分析及支护措施建议等。在不定位块体分析中，根据节理平均长度假定块体的最大边长，分析块体几何形态特征，进行洞室内最大块体形态分析与显示，由此确定在支护中需要针对性考虑的关键块体，再根据块体几何特征与结构面抗剪强度，分析块体稳定性及所需的锚固力；在定位块体分析中，通过调查实际结构面出露情况，分析块体的实际形态，包括凹形块体的形态，并进行稳定性分析与支护设计校核；在随机块体分析中，随机生成结构面网络并进行随机块体搜索。在这套工程分析技术研究中，发展了一些新技术，如假定块体最大边长分析块体形态、凹形块体形态分析与显示、块体稳定性分析与锚固支护建议等。     

边坡块体结构分析与研究——以内蒙古黄河特大桥为例

块体理论是近十几年来发展和完善起来的一种适合于裂隙岩体稳定性分析的行之有效的工程方法,其研究方法已经较为成熟。但是目前的研究都是建立在其基本假设,即结构面完全贯通的基础上的。而实际岩体中结构面并非呈完全贯通的空间展布,这样必然使研究结果偏于保守,造成相应支护措施等的加大,造成不必要的浪费。本文以内蒙古黄河特大桥边坡为例将岩桥思想引入块体理论当中,介绍了连通率的确定方法并推导了稳定性计算公式。     

大型复杂岩质高边坡安全监测与分析

 岩石高边坡稳定性是水电站建设能否顺利进行的关键问题之一。锦屏一级水电站左岸开挖高边坡地应力高、断层裂隙发育、岩体卸荷深度大,地质条件十分复杂,边坡在施工期和运行期的稳定性问题特别突出。介绍左岸边坡的监测布置,并对岩体表面变形趋势、空间分布形态、变形与开挖的关系进行分析,对多点位移计变形大小、岩体变形与结构面的关系进行探讨,对平洞石墨杆收敛计变形、谷幅平距观测、锚索荷载和抗剪洞变形等监测结果进行综合分析,得到边坡岩体的变形规律。研究结果表明,锦屏一级水电站左岸边坡岩体受开挖影响的范围较大,超过80 m,边坡岩体卸荷松弛变形量级较大,边坡岩体应力释放与转移过程较长,边坡达到完全稳定需要的时间较长。该工程的监测成果可供其他类似工程参考和借鉴。     

工程荷载下岩质边坡破坏机理及稳定分析

边坡破坏形式及剩余下滑力的计算是边坡加固设计的重要组成部分,结合西堠门大桥北塔位老虎山南侧天然边坡在左塔柱工程荷载作用下的破坏形式及稳定性分析,从岩体参数选取、工程荷载计算、不平衡推力法的运用及破裂面的规律分析等方面进行了探讨,对工程荷载下岩质边坡稳定分析及工程设计具有较好的借鉴作用。     

基于三维数值模拟和微震监测的水工岩质边坡稳定性分析

建立以微震监测为主、应力场分析为辅的水工岩质边坡稳定性分析方法。利用RFPA3D分析软件,研究三维条件下锦屏一级水电站左岸岩质边坡破坏过程微破裂的萌生、演化、扩展、相互作用和贯通机制,揭示边坡整体失稳破坏模式,探讨岩质边坡渐进失稳破坏过程应力场和微震活动性空间演化基本规律,形成从细观损伤演化过程揭示宏观岩体结构破坏的研究方法。研究结果表明：断层F5,F2和煌斑岩脉X等软弱结构面是控制左岸边坡破坏模式的关键因素之一,RFPA3D离心加载法得到的边坡潜在滑移面及声发射与微震监测系统得到的岩石微破裂空间宏观演化趋势比较一致。     

岩石高边坡发育的动力过程及其稳定性控制

 受青藏高原挽近期以来持续隆升的影响,中国西南、西北地区,尤其是环青藏高原的东侧地带,河流深切,地形地质条件复杂,自然以及人工开挖高边坡稳定性问题极为突出,构成中国最具特色的工程地质和岩石力学问题之一。结合青藏高原隆升这一重大地学事件,较全面地分析总结了环青藏高原周边地带岩石高边坡发育的典型特征,指出边坡高陡、形成历史短、地应力高及变形破坏过程复杂是这一地区岩石高边坡发育的主要特征;不论天然或是人工高边坡,均可视为高地应力环境下快速卸荷过程的产物。以此为基础,在总结西南地区大量工程实践的基础上,建立卸荷条件下岩石高边坡发育的动力过程及三阶段演化模式,提出了其时间和空间演化的基本序列,以及不同演化阶段岩石边坡变形破坏的发育特征及稳定性意义。最后,从岩石高边坡发育演化的过程特性出发,提出岩石高边坡稳定性不仅是一个强度稳定性问题,更是一个变形稳定性问题;同时建立岩石高边坡变形稳定性分析的基本原理、理论框架和技术途径,并从灾害控制的角度提出岩石高边坡变形控制的工程原理,探讨变形控制的时机及控制标准问题。     

岩石边坡块状结构岩体稳定性分析和可靠性评价

利用全空间赤平投影和矢量计算对边坡关键块体滑动方向、结构面交点、面积、体积和安全性建立了计算方程。同时结合可靠度理论给出关键块体失效概率评价式。最后以五面结构岩体为例说明所建方程的应用。     

复杂岩质高边坡工程安全监测三维可视化分析

应用自主研发的岩石边坡工程安全监测三维可视化分析系统(SlopeMoni3D),以锦屏一级水电站左岸高边坡工程为例,建立安全监测分布式分析平台,对边坡安全监测系统与赋存地质条件进行虚拟现实可视化分析。以三维云图的可视化形式对安全监测获得的左岸边坡开挖区域浅表、深部变形发展趋势及锚索测力计锚固力在相同时段变化量的空间分布进行综合分析,完成边坡整体稳定性和变形趋势的分析评估。分析结果表明:(1)以虚拟现实可视化方式解析复杂岩质边坡工程区域地质条件,可直观表达各监测项目测点布置与地质结构的相互关系,便于监测成果与地质条件和施工信息的综合分析;(2)借助三维可视化分析平台所提供的监测数据管理和监测数据场三维云图绘制等功能,可直观比较相同监测时间段不同监测项目所获得监测物理量的三维云图分布,便于从地质、施工等方面综合分析边坡各区域的变形趋势和稳定状态。     

边坡及洞室岩体的全空间块体拓扑搜索研究

 在一定空间区域内,由三维有限长的随机结构面及确定性结构面切割形成的所有块体的搜索问题,即全空间块体搜索问题,是裂隙岩体研究中十分重要的基础性课题。在随机结构面切割下全空间块体拓扑搜索一般方法研究基础上,进行边坡及洞室岩体的全空间块体搜索问题研究。给出计算分析过程,包括三维结构面网络模拟、结构面与边界面之间的交线分析、封闭回路分析、回路空间位置分析、孤立回路删除、相关回路分析以及封闭块体搜索等,并对其中的结构面与边界面交线求解进行重点讨论。对块体切割中出现的简单凸多面体及凹多面体、坑体、环体、腔体等4种块体类型进行分析,基于单连通和复连通回路的不同特点,讨论如何统一地对4种块体类型进行搜索分析,从而实现边坡/洞室岩体的全空间块体拓扑搜索技术。在此基础上,基于经典的块体理论,实现边坡/洞室工程中的块体渐进失稳分析技术。最后,针对边坡和洞室算例进行分析和讨论。     

峡谷地区水电工程高边坡的稳定性研究

结合锦屏一级水电站进水口高边坡的稳定性研究，进一步总结了高山峡谷地区水电高边坡的研究方法。在现场地质条件调查的基础卜对工程高边坡的破坏模式进行判断，以采取相应的计算分析方法。高山峡谷地区边坡稳定性受地貌的影响明显，因此稳定性分析模型必须真实反映研究区的地形地貌特征，建立精确的计算模型。计算分析中采用多种方法相互印证，相互补充。经过多种手段的计算研究，结果表明，锦屏一级水电站进水口边坡整体稳定，但在边坡上部的2（6）层中需采取一定的支护措施。由此不仅可以保证锦屏一级水电站的工程安全，且为高山峡谷地区类似的水电工程高边坡的稳定性研究提供了可借鉴的经验和方法。     

水电岩质边坡的稳定性概率分级方法研究

 引入荷兰学者R. Hack等[1-3]提出的边坡稳定性概率分级(SSPC)方法,针对该方法在水电边坡稳定性评价中存在的两个局限性：一是仅适合于45 m以下边坡的稳定性评价和对完整岩石抗压强度的估计主观性和随意性较强,提出采用Hoek-Brown经验强度准则和边坡最大坡高经验公式,对SSPC方法中边坡岩体的抗剪强度和最大坡高进行修正。典型水电边坡实例的研究结果表明,SSPC修正方法对34个水电边坡稳定性评价的准确率为61.8%,对10个非构造性控制破坏的水电边坡稳定性评价的准确率达80%。SSPC修正方法对于水电岩质边坡的稳定性概率分级具有较好的适用性,可以为水电岩质边坡的稳定性快速评价提供一条新的途径。