高陡边坡岩体结构信息无人机识别与离散元数值模拟

岩体结构特征的准确表征对边坡稳定性评价具有重要影响。由于高陡边坡岩体结构的人工编录工作开展困难,结构几何信息往往获取不全面,导致边坡数值模型构建往往不理想。以江西德兴银山铜矿露天边坡为工程背景,采用无人机与运动恢复结构法(SfM)获取边坡岩体点云模型。基于点云数据建立结构面识别和解译算法,自动获取结构面产状、迹长、间距等几何信息。对比人工测量结果,无人机测量与结构面识别能够获取更符合实际的坡面与岩体结构模型。采用非均匀有理B样条(NURBS)曲面重构和“Rhino-Griddle-3DEC”联合建模方法,结合岩体结构统计模型构建离散裂隙网络DFN能够快速建立三维离散元数值模型,从而获得更好的数值模拟计算结果,满足岩质高边坡稳定性评价的需要。     

高陡岩质斜坡的结构面非接触式采集技术与三维裂隙网络模拟研究

本文分别以非接触式测量与三维裂隙网络模拟技术对汶川县绵虒镇大溪沟沟口高陡斜坡的结构面系统进行了深入研究。以无人机、数字近景摄影测量与三维激光扫描方法建立了现场斜坡的三维DEM模型并识别与解译了斜坡的结构面系统。尤其是采用无人机与近景摄影测量技术,识别并解译了整体斜坡的长大控制性结构面与坡面上的6663条随机构造结构面。基于以上数据,本文提出了一种适用于高陡斜坡分析的超大窗口三维裂隙网络模拟方法,采用概率统计与空间几何推导的方法,建立了岩体三维结构面的直径、产状与密度计算方法。这种方法更加简便且针对性强,现场验证也表明其具有较高的模拟精度。     

工程岩体完整性评价的实用方法研究

采用结构面统计与结构面结合特征识别相结合的方法,从结构面几何发育特征和结合特征两方面评价工程岩体完整性。用体积节理数评价结构面几何发育特征,并引入岩体几何完整性系数Ig来表征。根据结构面张开度和充填胶结特征将其结合程度分为5级,给出各级的定性特征描述,并引入结构面结合程度系数Ip对其量化。进而定义了岩体完整性指数将岩体完整性划分为完整、较完整、破碎、较破碎和极破碎5级,并给出对应的定性特征描述和Irm值区间。结合公路隧道工程实例,分别采用文中方法、声波测试法和体积节理数测量法对隧道围岩完整性进行了评价并对评价结果进行了比较。结果表明,文中方法得到的岩体完整性指数Irm与声波测试法得到的Kv基本一致,而体积节理数量测法的评价结果整体上大于声波测试方法。     

应用激光扫描技术进行岩体结构面的半自动统计研究

以力丘河某边坡裸露岩体结构面的快速统计为例,提出了利用三维激光测量方法进行岩体结构面的半自动快速统计方法。详细介绍了三维激光扫描仪和高精度GPS的联合测量方法,激光点云数据的坐标转换和边坡表面三角网重构方法。在此基础上,研究了采用三维激光点云数据和三角网数据进行岩体结构面平面方程的半自动拟合方法、岩体结构面法向量和产状的关系等。利用得到的岩体结构面产状快速绘制岩体结构面密度图、玫瑰图、极点图和赤平投影图,得到了该边坡裂隙结构面分布规律和几何信息等。和传统方法相比,该方法具有快速测量和远距离测量的优点,且减少了攀爬高陡岩坡的危险。     

贵州北盘江大桥高边坡特征及其工程效应研究

高山峡谷地区的北盘江大桥两岸高边坡,表部风化卸荷严重。因此,对其稳定性及危害程度进行准确评价显得尤为重要。首先,对两岸边坡的结构类型、结构面与坡面的组合、岩体风化及物理力学性质等特征进行了研究;然后,对两岸边坡的岩体进行了质量分级;在岩体质量分级的基础上,利用FLAC3D数值模拟软件,对两岸边坡在自重、大桥荷载和地震作用下引起的工程效应进行了综合评价。     

松动岩体工程特性研究——以雅砻江楞古水电站松动岩体为例

为了对松动岩体的工程特性进行系统研究,以楞古水电站厂址区边坡为例,对该边坡岩体进行了详细的地质编录和物理勘探试验,重点对节理裂隙的空间发育规律、镶嵌结构和碎裂结构岩体的发育深度及空间分布、软弱结构面发育分布规律以及边坡已有变形破坏特征这四个方面进行了系统的统计和分析,认为松动岩体是区域断裂活动和浅表生改造的结果,岩体工程效应差、变形模量低;同时结合应力测试、声波测速、高密度电磁勘探等试验成果进行分析,结果显示松动岩体具低波速（波速大部分小于3 000 m/s）、低应力（最大主应力不超过20 MPa）、强透水性（透水性系数大于10 L/（min·m·m））。认为岩体破碎主要受断层及节理裂隙影响,分析了岩体破裂松动的演化过程及特征。     

围岩质量分级的模糊综合评判研究

岩体本身具有许多不确定性和随机性,围岩质量分级取决于许多因素。选择岩石单轴饱和抗压强度Re、岩体完整程度（RQD）、平均节理裂隙间距d、不连续面状态系数f、结构面方位φ以及地下水状态w六个指标,采用模糊数学方法,引入模糊数学隶属函数的概念,建立边坡岩体质量综合评判模型,并将其应用于黄河上游某电站引水隧洞围岩岩体质量评价。评判结果显示,该模型使用模糊综合评价的评价结果与现场定性判断及报告中RMR分类结果基本一致。     

杨房沟坝址高边坡工程地质特征及稳定性评价

为掌握杨房沟坝址高边坡稳定性情况及治理措施,采用现场调查及室内分析计算方法对河谷高边坡岩体工程地质特征及稳定性展开了全面研究。得出以下结论:高边坡花岗闪长岩可划分为块状、次块状及镶嵌结构等类型;边坡岩体质量从坡面向内分别为Ⅲ2、Ⅲ1、Ⅱ类,Ⅳ类岩体很少;天然边坡存在松动张裂、楔形体滑动及崩塌等破坏形式,控制性结构面为顺河向卸荷裂隙;从河谷演化角度通过数值模拟方法分析现今边坡应力分布、塑性区范围、变形规律及总体稳定性,认为坝址区天然边坡整体稳定性较好,降雨或地震等不利条件边坡可能存在浅部块体滑移失稳。     

某工程岩质边坡发育特征及其分区评价治理

某水电站炸药库工程后边坡为弱风化弱卸荷为主澄江-晋宁期花岗岩,平均开挖高度约30m,最大开挖高度约51m,长约210m,局部由于不利结构面组合发生垮塌。根据其与工程关系,把岩质边坡分为Ⅰ、Ⅱ区,其中,Ⅰ区为工程边坡,Ⅱ区为自然边坡。另外根据风化卸荷、岩体结构、节理裂隙组合以及可能失稳方式等,把Ⅰ区细分为4个亚区。通过细分评价分别提出了工程治理措施。经过治理后,边坡稳定安全。     

岩石边坡力学参数取值的GSMR法

提出了修正的RMR法--GSMR（General slope mass rating）,较全面地考虑了离散权值（完整岩石强度,岩石质量指标,结构面间距）连续性权值修正、节理与边坡的相互关系、开挖方法、结构面与作用力夹角、人工边坡形态、地震应力、边坡高度、Romana的修正系数F3的修正。由于GSMR分级基本考虑了影响岩体力学性质的各种因素,因此用GSMR法选取岩体力学参数是一种工程上可行的方法。结合具体工程实例,证明了连续权值修正可代替离散权值来计算GSMR值,采用GSMR 法确定了边坡稳定分析所需的岩体力学参数。     

基于电磁波层析成像技术的边坡工程地质勘察

拟研究的边坡工程为一废弃的采石矿山边坡,边坡高度约100m,边坡岩体内部岩溶断裂构造发育,岩体结构和完整性变化复杂。为利用现状边坡建造摩崖石刻工程,应采取有效的勘察技术手段详细、无损地查明边坡体内断裂构造、岩溶、岩体完整性等的分布特征并评价其对摩崖石刻工程建造的影响。本文详细分析了应用电磁波层析技术(EMT)探测边坡工程地质条件的有效性及其工程地质解释的关键技术。研究结果表明,电磁波层析成像技术可以有效地探测边坡岩体节理裂隙发育程度、断裂破碎带及溶洞的分布和发育特征,根据电磁波吸收衰减系数的变化有效评价边坡岩体完整性的分区分带的空间变化特征,为摩崖石刻工程建造和规划设计提供科学的技术依据。     

节理网络模拟的程序实现及其在地下洞室中的动态响应分析

随着岩体工程的日益发展,人们愈发认识到岩体裂隙发育情况对工程影响的重要性,而岩体节理裂隙网络模拟是研究该类问题的重要手段。基于节理网络模拟结果,建立岩体力学分析模型,然后开展进一步的数值计算分析,在岩体工程中具有良好的发展前景。在岩体结构统计理论的基础上,自行编制了节理岩体裂隙网络模拟分析程序,直观再现了岩体内部的节理分布情况;将程序生成的可执行数据文件与离散元软件相融合;以含节理岩体的地下洞室为例,分别计算了静力和地震荷载作用下地下洞室围岩在不同时段的应力及位移变化情况。计算方法与结果对含节理岩体地下洞室围岩变形和破坏机制以及抗震工程设计具有指导意义     

基于无人机航测的丹霞地貌区危岩结构面识别与三维裂隙网络模型

丹霞地貌地区是我国地质灾害高发区,裸露的近水平红色砂岩、砾岩陡崖是其最主要的地质特征。在地质构造与包括化学溶蚀、物理风化、重力和生物等内外动力作用下,陡崖岩体节理裂隙十分发育,危岩崩滑灾害表现出变形模式复杂、破坏力强的特点,并且由于坡体结构复杂,工程勘察难度大。为此,以四面山景区滴水岩变形危岩为例,介绍了一种基于无人机勘查技术的高陡破碎岩坡表生节理面的野外快速识别方法及高精度图像建模方法,在准确把握危岩体控制结构面的空间展布特征的基础上,建立了符合丹霞地貌高位破碎危岩的三维随机裂隙网络模型。以期为地区危岩稳定性评价与防治工作提供理论指导。     

用三维激光成像技术调查高陡边坡岩体结构

论文针对“罗盘 皮尺”传统模式调查高陡边坡岩体结构中的缺点,提出了三维激光成像技术调查高陡边坡岩体结构的新方法。利用三维激光成像技术可获得完全实景的数字模型,并在该数字模型上可直接量取点、线、面和三维实体空间坐标,从而进行结构面产状、迹长与连通率、间距等岩体结构特征参数计算和地质剖面切图。最后,以营盘山陡崖边坡为例,详细阐述了三维激光成像技术调查高陡边坡岩体结构特征参数方法及过程。结果表明,利用三维激光成像技术所得的结构面产状、间距等岩体结构特征参数要优于传统的“罗盘 皮尺”量测结果。因此,三维激光成像技术的引入,必将引发岩体结构特征参数测试技术革新性的发展。     

基于遍布节理模型的边坡稳定性强度折减法分析

采用非线性数值分析方法分析边坡稳定性问题时,强度折减法因其具有较多的优点而得到广泛应用。岩土体一般采用理想弹塑性模型,屈服准则为广义米赛斯准则。对于密集节理岩质边坡稳定性问题,采用遍布节理模型可同时考虑岩块和节理属性,更符合岩体状态及工程实际,认为岩体经强度折减后潜在破坏可能首先出现在岩体中或沿节理面或二者同时破坏。结合工程实例,基于遍布节理模型的强度折减法计算结果表明,潜在滑移面为折线型滑面,下部潜在滑移面倾角与节理面等效内摩擦角基本一致,上部潜在滑移面与岩体拉破坏相关;节理倾角与边坡安全系数、潜在滑动范围密切相关,陡倾角节理对边坡稳定性影响较小。通过对边坡失稳判据和边坡滑移面确定的探讨,认为以力或位移不收敛作为边坡失稳判据是适当的,而边坡的剪应变速率物理意义十分明确,适于作为边坡潜在滑移面的确定依据。     

基于无人机航测的丹霞地貌区危岩结构面识别与三维裂隙网络模型——以重庆四面山景区为例

丹霞地貌地区是我国地质灾害高发区,裸露的近水平红色砂岩、砾岩陡崖是其最主要的地质特征。在地质构造与包括化学溶蚀、物理风化、重力和生物等内外动力作用下,陡崖岩体节理裂隙十分发育,危岩崩滑灾害表现出变形模式复杂、破坏力强的特点,并且由于坡体结构复杂,工程勘察难度大。为此,以四面山景区滴水岩变形危岩为例,介绍了一种基于无人机勘查技术的高陡破碎岩坡表生节理面的野外快速识别方法及高精度图像建模方法,在准确把握危岩体控制结构面的空间展布特征的基础上,建立了符合丹霞地貌高位破碎危岩的三维随机裂隙网络模型。以期为地区危岩稳定性评价与防治工作提供理论指导。     

西南大渡河某水电站溢洪道陡槽段雾化边坡稳定性分析

泄洪雨雾入渗导致边坡变形进而影响边坡稳定性的问题已成水电建设的重要工程问题之一。针对西南某水电站溢洪道陡槽段边坡挤压错动带发育、节理裂隙和控制性结构面发育等结构特点,分析该边坡开挖支护后泄洪雾化条件下潜在失稳的边界条件及变形破坏模式。根据边坡所处的地质环境条件,从泄洪雾化对边坡岩体的作用机制入手,得到了雨雾对该边坡稳定性的影响主要为雨雾沿着顺倾坡外拉裂面入渗,影响结构面力学特性,从而影响边坡稳定性。并按结构面类型取不同软化系数,采用数值模拟方法分析了泄洪雨雾入渗后边坡的变形破坏趋势。分析结果表明:在考虑不同的软化系数时,溢0+555.00下游侧边坡岩体稳定性有较大的差别,若以中间值0.75考虑,溢洪道陡槽段边坡的稳定性稍差,可能产生一定规模的剪切蠕动变形或块体失稳,必须加强一定的支护措施保证该处边坡在施工期安全和运营期间的长期稳定性。     

《工程岩体分级标准》中边坡工程岩体质量指标计算方法的讨论

岩体质量等级指标是岩石边坡稳定性评价的基础,新修订的《工程岩体分级标准》增加了边坡工程岩体质量(QISERM)指标[BQ]的计算公式,包含一个反映边坡倾角与主要结构面倾角间关系影响的修正系数F_3,其由结构面倾角与边坡坡面倾角之差确定。文中讨论了规范中F_3的确定方法存在的缺陷,建议其取值改由结构面倾角与边坡坡面在结构面倾向方向上的视倾角之差来确定。通过13 357个算例的对比计算,统计了新标准取值方法和文中建议方法获得的边坡工程岩体质量指标[BQ]值之间的差值。结果表明,当主要结构面类型与延伸性修正系数λ=0.6时,差值在40以内,其中78.3%的算例中差值小于5;当λ=1时,差值在60以内,其中有68.7%的算例中差值小于5。文中提出的方法相比新标准取值方法在理论上更完备,精度上更准确,可为边坡工程岩体质量指标计算提供参考。     

三峡船闸高边坡降雨入渗的三维数值仿真

基于反映裂隙岩体渗透张量各向异性特性的广义达西定律与相对透水率等裂隙岩体渗流基本理论,应用三维非线性有限元方法,对长江三峡工程永久船闸高陡边坡在连续降雨条件下裂隙岩体饱和-非饱和、非恒定渗流扩散过程进行了三维数值仿真分析,得出了连续降雨条件下船闸高陡边坡裂隙岩体渗流场的时空分布规律及典型降雨时段闸室混凝土衬砌上的最不利外水压力荷载,对暴雨入渗情况下闸室边墙稳定性与安全性进行了评价。分析结果表明,闸室混凝土衬砌具有较高的安全度;船闸高陡边坡内排水系统效果显著,即使遭遇长期强降雨,闸室衬砌上的外水压力荷载受降雨的影响也不大。     

基于三维裂隙网络的裂隙岩体表征单元体研究

岩体表征单元体（REV）的研究一直是岩土工程中的重要问题。裂隙岩体REV是其内部复杂结构在尺寸效应上的体现,归因于岩体内裂隙系统的随机性。在三维网络模型的基础上通过计算体积节理数建立了确定岩体REV的方法。这种方法考虑了岩体内裂隙的三维空间密度的特征,采用体积节理数这一参数的收敛状况确定岩体REV的大小。建立了实际岩体的模拟裂隙系统,用一定大小的立方体来分割裂隙系统,统计不同立方体内的体积节理数,并将均值作为最终裂隙岩体的参数。将此参数作为裂隙岩体的属性,通过判别其收敛状况获得了岩体REV的尺寸。考虑了岩体不连续面的特征,建立了REV的分析模型,得出工程岩体的REV的尺寸是裂隙平均迹长的4倍的结论。