三峡库区危岩稳定性断裂力学计算方法

危岩崩塌实际是危岩主控结构面断裂扩展问题。基于主控结构面的断裂力学模型提出了危岩断裂稳定性判定方法,建立了以联合应力强度因子为指标的危岩稳定系数,推导得出危岩主控结构面尖端受力分布形式及计算表达式,提出了危岩主控结构面尖端断裂力学模型,推导得出主控结构面尖端联合应力强度因子计算公式。重庆万州首立山危岩断裂稳定性计算结果表明,计算结果与现场情况较吻合,采用文中的断裂稳定性计算方法比现有的地质灾害防治工程设计规范更加安全、客观、实际。     

危岩裂隙水压力修正计算方法

“暴雨状态的裂隙水压力是危岩防治工程设计的控制性荷载”是人所共识的,但“静水压力公式究竟能否直接用于确定危岩裂隙水压力”却是三峡库区地质灾害科技工作者多年来一直关心的重要问题之一。本文通过72组裂隙水压力室内模型试验,对比分析了应用压力计直接测定的裂隙水压力和根据测压管读数由静水压力公式计算的裂隙水压力之间的差异,用到静水压力公式计算危岩裂隙水压力比实际值大30％-50％;通过对静水压力公式引入折减系数,建立了适用于压剪-滑动型危岩和拉剪一倾倒型危岩裂隙水压力的计算式,并建立了折减系数计算方法。所建立的危岩裂隙水压力计算方法的实用性界定在主控结构面开度在0．2～2．0cm之间。     

不同连通率下非贯通硬性结构面抗剪强度参数变化规律研究

岩质边坡边界多由结构面控制,天然结构面一般是非贯通的,研究非贯通结构面力学参数和取值具有重要意义。采用水泥砂浆制作非贯通结构面试样进行剪切试验,研究c、φ值与连通率k值的敏感性程度,建立c、φ值与k的相关性模型,通过试验数据对预测模型进行验证。结果表明:c值对k值的敏感性程度相对较高,c、φ值均与k值呈一种负相关的指数关系,该预测模型能较好描述抗剪强度参数与连通率之间的关系,模型吻合率达0.95。研究成果能更好地为岩土工程参数取值提供一定参考。     

危岩应力强度因子的计算研究

危岩崩塌是山区主要地质灾害之一,其主控结构面的断裂失稳是导致危岩崩塌的根本原因。运用线弹性断裂力学的理论,引入应力集中系数法,建立了自重作用下的危岩应力强度因子的计算公式,可用于主控结构面与裂缝共线的危岩稳定性计算。同时还推导了基于ABAQUS 的J积分、位移外推法计算危岩应力强度因子的过程。通过实例表明,2种数值计算方法与解析结果十分接近,验证了ABAQUS计算危岩应力强度因子的合理性,最后模拟了危岩裂缝角度以及临空面宽度变化对危岩应力强度因子的影响。利用ABAQUS对危岩进行分析,并绘制应力强度因子在各因素影响下的趋势图,可以推测危岩失稳的临界条件。     

危岩水力劈裂分析的扩展有限元法

危岩是三峡库区典型的地质灾害类型之一,而主控结构面受荷断裂扩展是危岩发育成灾的关键核心。将危岩主控结构面类比为宏观裂纹,利用扩展有限元法在模拟裂纹扩展方面的优势,基于考虑裂纹面水压力作用的虚功原理推导出了采用扩展有限元法分析水力劈裂问题的控制方程,给出了危岩主控结构面水力劈裂问题的扩展有限元实现方法,对重庆万州太白岩危岩主控结构面的水力劈裂进行了数值模拟分析。计算结果表明：暴雨是威胁危岩稳定性的最敏感因素,随着裂隙水压力上升,裂端拉应力会急剧升高,危岩的稳定性降低;I型裂纹扩展是危岩主要的结构面扩展形式,结构面一旦发生开裂,将处于非稳定扩展状态。     

结构面粗糙度系数Barton直边法的简明公式

JRC是反映爬坡角力学效应的岩体结构面表面形态等效描述指标。本文在Barton直边法的研究基础上,利用直边图的几何性质,推导出结构面粗糙度系数Barton直边法的简明公式,并通过实例检验了JRC简明公式的合理性和实用性。     

危岩主控结构面变形破坏的扩展有限元法模拟分析

危岩是三峡库区典型的地质灾害类型之一,主要分为坠落式危岩和倾倒式危岩两种失稳形式,危岩主控结构面受荷断裂扩展是其发育成灾的关键核心。将危岩主控结构面类比为宏观裂纹,运用扩展有限元方法（XFEM）,求解结构面扩展过程的移动非连续问题,探索在荷载作用下危岩主控结构面的断裂扩展行为,以重庆万州太白岩危岩为例,考虑岩石的抗拉强度、主控结构面的几何位置与倾角对危岩的变形破坏模式与稳定性的影响。结果表明,随着岩石抗拉强度的降低,危岩的稳定性程度降低;随着主控结构面倾角的减小,危岩的稳定性程度提高,同时结构面开裂路径也明显改变;危岩体两种失稳模式的破坏机制都为拉剪机制,相对于倾倒式危岩,同等条件下坠落式危岩的稳定性更差。     

差异风化型危岩力学模型及破坏机制研究

差异风化型危岩多形成于由砂岩和泥岩等软、硬岩性组成的互层陡倾岩质边坡中,其崩塌破坏属地质灾害中的常见形态。以普洱渡危岩高边坡为例,推导出差异风化型危岩岩腔后壁泥岩压应力随岩腔深度增加而增大的计算公式。据普洱渡危岩高边坡地形地貌和地质构造特征建立了两类4种差异风化型危岩力学模型：第1类为主控结构面贯通率等于1时的泥岩基座压裂破坏型和转动破坏型危岩;第2类为主控结构面贯通率小于1时的坠落型和倾倒型危岩。利用岩石强度理论推导出研究区砂岩的二次抛物线型摩尔强度包络方程,以极限平衡理论和摩尔强度理论推导了4种危岩体在自重、地震力和裂隙水压力共同作用下的崩塌破坏判别表达式,并由此反演出危岩体的临界崩塌边界方程,得出危岩体崩塌边界（岩腔深度、危岩体厚度和高度、主控裂隙深度）之间的关系,为现场预测和判别危岩体的稳定性和崩落时序提供简便可靠的依据。     

危岩稳定性计算新体系

地质灾害防治研究中,危岩的研究相对较为薄弱,稳定性计算模型体系不够完善。本文在五个常用计算模型的基础上,增加了后缘有贯通陡倾裂隙的滑移式、双结构面滑移式、后缘无陡倾裂隙且形似悬臂梁的坠落式、上缘岩体抗拉强度控制的坠落式四个新的计算模型,形成了危岩稳定性计算模型新体系。依托工程实例对后缘有贯通陡倾裂隙的滑移式危岩新计算模型的稳定性进行运用验证,即:基于刚体力学的极限平衡法计算求出不同工况下危岩单体的稳定性系数,再基于FLAC3D运用摩尔-库伦模型对该危岩单体进行数值模拟,计算求出其在两种不同工况的稳定系数,两种方法相互印证其可靠性。     

长江三峡水库区危岩分类及宏观判据研究

危岩是三峡水库区主要地质灾害之一，约30，000余个位于陡崖或陡坡上。河流或沟谷强烈下切产生的岸坡岩体卸荷作用、软硬相间的岩层组合（如砂岩、泥岩）以及高强度的降雨或较大的日温差变化是三峡水库区危岩形成的基本条件，其破坏具有突发性、致灾具有毁灭性。目前将危岩分为滑塌式、倾倒式及坠落式3类，体现了危岩失稳破坏的主要模式。现场可识性不强、力学机理不明确，降低了危岩治理的针对性及有效性。据此，文章提出了现场易识性、力学机理明确性和失稳模式预判性的危岩分类原则，并将危岩分为单体危岩和群体危岩两大类。单体危岩分为压剪-滑动型危岩、拉剪-倾倒型危岩、拉裂-坠落型危岩及拉裂-压剪坠落型危岩；群体危岩分为底部诱发破坏型危岩及顶部诱发破坏型危岩。分析了各类危岩的基本特点；从陡崖（坡）断面形状、主控结构面、主控结构面走向与陡崖（坡）走向之间的组合关系以及岩性等方面构建了危岩分类宏观判据，经万州太白岩50余个危岩的现场验证，利用这些宏观判据判识的危岩与实际相符。     

高边坡结构可靠度的二次处理有限元分析

本文依据强度折减理论,利用MIDAS/GTS有限元软件,分析计算了高边坡结构的安全系数K,找到边坡滑裂带的位置。在此基础上,对有限元输入数据和输出结果进行二次处理,建立基本随机变量c,f与滑裂带中单元的最大(和最小)主应力1(和3)的拟合关系f1(和f3),将其代入高边坡结构的功能函数Z中,使Z由隐式形式变为显式。基于该显式表示的Z,利用Monte Carlo法计算滑裂带中所有失效单元的可靠指标1,并将其单元面积A1作为权重系数,经过加权平均得到边坡结构的整体可靠指标。上述方法使得结合有限元软件计算边坡结构的整体可靠度得以简化。经实例分析可知,本文提出的方法是合理可行的,可使边坡结构整体可靠性分析得以简化,也可为高边坡结构整体可靠性分析提供理论参考。     

节理岩体体积节理数Jv的新计算公式

岩体体积节理数Jv的定义,按照《工程岩体分级标准》采用节理间距或频率较为恰当;本文研究了岩体内发育一组、二组、三组贯通性节理的情况下,Jv定义的适宜性,指出节理正交的情况下Jv的适宜性最好,推导出Jv的修正系数为K1=|sin(n1,n2[DD(-1][HT5SS]^[HT][][DD)])||cos(n1n2,n3[DD(-1][HT5SS]^[HT][][DD)])|,研究表明:节理夹角越小,对Jv的影响越大;通过连通率等效途径,断续节理岩体的Jv计算公式为Jv=K1[DD(][]i[DD)]Sini(i3)。运用该公式可实现工程岩体裂隙发育程度的科学评价。     

公路边坡岩体分级中坡高修正系数的改进

坡高与边坡稳定性有密切关系。CSMR分级体系在SMR的基础之上针对水电边坡工程引入了坡高修正系数 ,但在公路边坡分级实践中发现 ,该坡高修正系数仍有待于改进。对各类边坡可能失稳形式的力学分析 ,证明坡高修正系数 可近似表示为 =a+b/H 的形式。通过对 1 0 0余个边坡样本统计分析 ,得出两种不同岩层、坡面产状组合形式下坡高修正系数的数学表达式。经检验 ,改进后的CSMR体系能够满足公路边坡稳定性初步评价的要求。     

宝泉抽水蓄能电站岩体抗剪参数的选取

本文讨论了岩体抗剪参数C、f值的选取方法, 推导了C、f值的数字特征公式。通过对宝泉抽水蓄能电站工程岩体抗剪参数的选取, 结果表明:由于岩体抗剪参数具有随机性和模糊性, 采用随机-模糊法选取的C、f值要符合实际;文中给出的数字特征公式可对C、f值的波动性及相关性进行检验。     

全风化花岗岩抗剪强度试验结果对比及影响因素分析

对三轴和直剪试验得到的土抗剪强度结果对比及其主要影响因素分析很少。本文通过对采自香港两处边坡顶部 3个探坑中 1 1组全风化花岗岩样三轴固结不排水剪切和慢剪试验 ,得到了它们的有效抗剪强度值。孔隙度小的中细粒kt样品抗剪强度值总体大于孔隙度大的中粗粒skm样品。对同一组样品两种试验得出的有效抗剪强度值对比发现 :三轴试验结果大于直剪试验结果。两者相差有效内聚力c' =- 6 0～ 6 0kPa ,有效内摩擦角 '=- 2～ 1 8;两者的c'呈正线性相关 (相关系数R =0 .84 9) ,两者的 '正对数相关 (R =0 .6 86 )。两种实验的c'差值和 '差值呈弱负线性相关 (R =0 .377)。这些差别主要归因于样品物质成分和结构特征 (如粘粒、石英和粘土矿物含量等 )不同。其中 ,粘粒含量和c'值负相关 ,而与c'值差值呈正对数相关 (R =0 .776 ) ,即随着粘粒含量增加 ,三轴和直剪的有效内聚力c'差别也变大 ;粘粒和粘土矿物含量都和 '值及差值负对数相关。而含量较高的石英与有效内聚力c'值和差值都呈正相关。本文结果表明 ,在分析对比抗剪强度试验结果差别时 ,要特别注意分析粘粒、粘土矿物和石英含量变化 ,其次是天然密度和游离Fe2 O3 含量的影响     

尺度相似变换中边坡工程行为变化的定性分析

本文应用相似理论和已有的岩土体边坡研究成果, 探讨了边坡在几何尺寸相似放大过程中所表现出的应力场、位移场及强度等工程特性的变化规律, 对运用已有边坡研究成果认识高边坡力学行为有重要的指导意义。     

运用轻便触探和静载荷试验研究黄土的湿陷性(英文)

黄土在应力作用下迂水时力学强度迅速下降 ,产生大范围的快速沉陷。这就是黄土的湿陷性 ,是黄土的诸多特性之一。鉴于对黄土湿陷性以往用各种实验室试验指标进行评价 ,这里提出运用动力触探和静载荷试验进行黄土湿陷性原位评价的一种简便的新方法。该方法的试验程序是 ,先用轻便可变动能触探仪在天然状态和饱水状态下进行触探试验 ,而后在触探孔完成静载荷压缩性试验。运用中国黄土高原黄土原位动力触探和静载荷试验测得的资料 ,详细分析了天然状态的黄土对探头阻力 qdnat,饱水状态的黄土对探头阻力 qdsat,实验室测得的湿陷性指数s压缩曲线参数 (即触探极限压力 ppf,触探蠕变压力ppl 和触探载荷模量Epn)的关系。结果证明所提出的方法适用于原位判定黄土的湿陷性。     

近代海积软土结构性及弹-塑性模型研究

土的结构性数学模型是 2 1世纪土力学的核心问题。本文分析了近代海积软土的结构性以及其塑性体应变硬化和塑性偏应变硬化的机制 ,建立了弹塑性本构模型 ,模型采用了具有双硬化参数的屈服轨迹及含结构性参数 m的塑性应变方程。     

比奥固结有限元中参数正交敏感性分析

用邓肯-张模型求解比奥平面固结有限元涉及到的参数较多,本文通过正交试验研究参数共同随机变化对软土地基固结沉降的影响,发现其中的k、c、G、和F对整个固结沉降过程的影响是高度显著的; Pc在固结的初期影响是显著的;在其他参数变异较大时,Rf对固结沉降的影响相对较小,常渗透系数Kz在固结初期影响显著。本文结果对模型参数的取值、反演、随机分析以及固结沉降的估计具有参考价值。     

鄂西高速公路岩体结构面强度参数试验研究

对湖北省西部某高速公路宜昌—恩施段主要岩体结构面(层面)的抗剪强度参数进行了较系统的试验研究,包括岩体结构面的野外地质调查、岩体结构面原位直剪试验、结构面室内模拟试验及岩体力学参数估值等。通过对各种试验数据进行整理、分析和对比,得到了岩体结构面强度参数。最后在岩体工程分类的基础上,利用Hoek-Brown经验方法对各类岩体结构面强度参数进行了估算。综合以上多种数据,并考虑岩体结构面所处具体地质条件,提出了各类岩体结构面强度参数建议值。