乌东德坝区拱座岩体三维裂隙连通率特征

裂隙连通率是进行岩体稳定性评价不可或缺的参数,合理确定三维裂隙连通率的大小一直是岩体力学中的难题之一.结合金沙江乌东德水电站工程,采用投影法对乌东德坝区850m高程的拱座岩体进行了三维连通率研究.根据研究区域的工程地质条件,确定了拱座岩体的潜在滑动边界;采用逆建模方法建立拱座岩体的裂隙网络模型;在裂隙网络模型中设置不同大小、不同位置和不同方位的投影面进行三维连通率求解,探讨三维连通率的尺寸效应、分布特征和空间变化规律.研究结果表明:侧滑面连通率尺寸效应显著而底滑面连通率尺寸效应不明显;侧滑面连通率近似呈正态分布,左岸侧滑面连通率均值为3.9%,右岸侧滑面连通率均值为8.1%;侧滑面连通率随空间方位产生明显变化,投影面倾角越大,侧滑面连通率越小.这为乌东德坝区拱座岩体的稳定性评价提供了重要的参数依据.     

西南某水电站拱坝建基岩体缓倾结构面的连通率分析方法

连通率是岩体内部结构面发育尺寸及贯通程度的重要指标, 决定着岩体的工程力学特性, 对边坡、坝基等工程岩体的整体强度和稳定性评价等发挥着至关重要的作用。以西南地区某水电站拱坝建基典型岩体缓倾结构面为研究对象, 根据现场岩体实测数据, 基于自行开发的裂隙网络模拟程序, 采用蒙特卡洛(Monte-Carlo)随机模拟方法对水电站左、右岸岩体不同剪切方向下缓倾结构面的连通率和岩体强度参数开展研究。研究表明: 该水电站左、右岸岩体在不同剪切方向上的连通率是不同的, 通过不同方向的角度旋转, 总体获得的裂隙连通率较低; 水电站右岸平洞PD02处缓倾角结构面的裂隙连通率约在27.35%左右, 摩擦系数为1.04, 黏聚力为0.89 MPa。研究成果可为水电工程建设提供理论参考和借鉴。      

利用岩石结构面网络模拟计算岩体带宽连通率及岩体强度参数

岩体中存在的结构面对岩体的力学特性有很大的影响，研究岩体的强度参数，必须弄清结构面在岩体中的分布情况，了解结构面对岩体强度的影响程度。岩体结构面的研究起初是靠人工进行现场测量，不仅耗费人力物力，而且获取的数据代表性不强，还略显粗糙。在计算机应用飞速发展的背景下，利用计算机进行结构面网络模拟的方法浮出水面，并成为现在国内外研究结构面的主要方法之一。此方法在众多的科学研究以及工程建筑领域得到了应用，并在应用之中得到了不断的完善和发展，取得了一定的成果。文章在对计算机结构面网络模拟原理分析的基础上，主要讨论了利用结构面网络模拟计算岩体连通率和岩体强度的方法，其中着重研究了带宽投影法的原理及带宽连通率的计算过程，介绍了利用带宽连通率计算岩体强度参数的方法。利用西北某水电站实际研究中应用此方法的工程实例对成果做了评价，成果与实际情况大体相符。对结构面网络模拟方法做了综合评价：简单易行，省时省力，效果良好。     

三峡工程岩体破坏分析中面连通率研究

介绍了面连通率在岩体破坏研究中的表述方法。连通率的大小可反映破坏概率的大小。选择可能滑动面进行连通率计算方法有：多个结构面组成的折面;单个结构面的扩展面。两种面连通率均反映了在空间平面上结构面的发育程度,揭露更多隐藏的破坏性信息,有利于定量、定位分析岩体稳定性。     

鸡公山斜坡岩体裂隙网络模拟及强度参数研究

文章以四川省石棉县鸡公山斜坡为例,首先基于现场调查和物探方法确定裂隙网络模拟有效尺寸,然后采用MonteCarlo法对岩体裂隙连通率和强度参数进行裂隙网络模拟,研究结果表明:裂隙连通率与裂隙发育特征以及裂隙优势方向与斜坡夹角之间有着密切关系。斜坡浅表部强风化带岩体在不同的方向,其裂隙连通率在0~98%之间,对应的岩体内聚力在0.16~2 MPa之间,内摩擦系数在0.62~1.5之间。最后得到鸡公山斜坡浅表部强风化带岩体强度参数:C=0.2 MPa,f=0.7。研究成果证实了裂隙的发育特征对岩体的力学性能以及可能的失稳破坏方向有重要的影响。     

基于离散元法的节理岩体边坡稳定性分析

节理岩体边坡的稳定性在很大程度上取决于节理的强度及其分布形式。由于节理岩体边坡的失稳破坏具有大变形和非连续的特点,因此,离散单元法成为研究节理岩体边坡破坏机制的最有效方法之一。通过采用离散元软件PFC2D进行数值模拟,对完整岩石及节理的力学性能进行研究,并建立含密集节理的岩体边坡模型,讨论了节理连通率对边坡破坏形式的影响。结果表明,节理岩体边坡的失稳破坏是一个渐进的过程;在多组节理密集分布的岩体边坡中,连通率越大,其稳定性越差;随着连通率的减小,边坡的破坏形式由大范围的滑坡转变为局部崩塌的形式     

非均质共面断续节理岩体拉伸剪切破裂机制研究

工程开挖面附近卸荷扰动区的岩体,受结构面和拉应力共同影响作用,其变形和破坏具有拉剪复合特征。为研究节理岩体的拉剪力学特性,基于颗粒离散元法针对共面断续节理岩体开展了系列数值模拟研究。通过假设粒间接触的力学参数服从Weibull分布表征岩体的非均质性,探讨了非均质性、均质度、法向拉应力和节理连通率对节理岩体拉剪强度和破坏模式的影响。研究表明:拉剪应力条件下非均质性节理岩体主要沿阶梯型破裂面破坏,剪应力-水平位移曲线可以分为线性变形阶段、非线性变形阶段、峰值及峰后阶段;随均质度提高,节理岩体的剪切强度逐渐增加且提升幅度逐渐减弱,趋于均质岩体,岩体中微裂纹由弥散型分布向破裂面集中;节理岩体峰值剪切强度和法向拉应力的大小呈非线性负相关关系;岩体剪切强度随节理连通率增加而显著降低。     

岩体裂隙三维可视化新方法及其应用

快速准确地识别岩体裂隙的三维分布特征是西南山区铁路防灾减灾的关键.本研究提出了一套岩体裂隙可视化新方法,基于测窗调查的裂隙数据,依托球坐标及极射赤平投影进行数字化处理及降维,利用K-Means++聚类算法、Fisher分布模型和蒙特卡洛模拟,完成裂隙产状数据的自动分组和模拟,最后运用Python及圆盘模型实现岩体裂隙三维可视化.本研究采用坐标变换和三角网格曲面的方式,更有利于与其他三维建模软件嵌套分析.水电站工程的先行应用研究表明产状数据服从Fisher分布,本文的模型相对于传统玫瑰花图和施密特图有着一定的优势.因此,本文建立的岩体裂隙模型具有直观快速反映区域裂隙网络三维分布特征的优点,研究成果可以直接服务于西南山区铁路施工阶段隧道掌子面及洞壁的节理裂隙三维识别以及防灾减灾研究.      

三维网络结构岩体力学架构与展望

三维网络结构岩体力学是岩体力学的一个分支。根据笔者20余年对裂隙岩体研究的心得,阐述了三维网络结构岩体力学的主要特点、研究对象,基本架构、主要研究内容与未来的展望。将岩体结构控制论归结为材料强度控制、结构类型控制、渗流通道控制和几何边界控制4个方面。技术层面的主要内容包括三维RQD估算、岩体表征单元估算技术、结构块体搜索技术、定向投影岩体结构面三维连通率估算技术以及岩体三维渗径搜索技术等。理论层面主要由球面投影理论、概率统计理论、随机动力学、几何拓扑理论、块体理论、非线性系统理论和裂隙岩体多尺度等效结构模型等构成。强调足量的随机不连续面地质信息的原位统计取样是三维网络结构岩体力学的基础,岩体随机不连续面三维网络数值模拟技术是三维网络结构岩体力学的核心技术。     

双面投影法在双河拱坝坝肩岩体稳定分析中的应用

赤平极射投影法在地质，工程地质方面的应用越来越广。本文应用赤平极射投影的基本方法，分析了双河拱坝石坝肩岩体稳定性，并用矢量代数法对其进行了验证，结果表明，应用双面投影法分析坝肩岩体的稳定性，简便，直观，成果精度可靠。     

岩桥直剪细观破坏特征与剪胀效应研究

节理岩体的剪切贯通机制影响着边坡的稳定性。为揭示锁固段型非贯通节理岩体在不同连通率和法向应力下的破坏特征,在室内直剪试验中结合高速摄影与AE特征参数分析其剪切全过程及剪胀效应。结果表明:节理岩体直剪试验中,法向应力的增大及节理连通率的下降会致使峰值剪切应力及峰值剪切位移增大;节理连通率与法向应力对其破坏特征具显著影响,表现为节理连通率较高且法向应力较小时呈直接剪断的特性,节理连通率降低后呈拉剪复合破坏,出现剪胀现象,而法向应力的增大使得剪胀效应呈波动现象;AE特征与岩桥贯通过程一致,事件数峰值随节理连通率的降低及法向应力的增大而增大且位于峰后。试验得到的岩桥细观破坏特征与剪胀效应对研究锁固段型岩质边坡的贯通破坏机制具指导意义。     

不同连通率断续节理岩体直剪破坏特征

在边坡稳定性评价中,不同形态、连通率及排列方式的岩桥起决定性作用。本文通过开展室内直剪实验并结合声发射特征参数的研究,揭示了不同连通率岩桥和不同法向应力状态下断续节理岩体的破坏规律。结果表明:在直剪条件下,随法向应力及连通率的变化,岩体破坏面呈现“一”、“X”、“锯齿”、“Z”以及复合型破坏,破坏面起伏度较小,且贯通破坏无时间先后性。法向压力一定时,随着断续岩桥连通率的提高,声发射事件累计计数峰值呈线性增长,计数峰值不断趋于增长。在岩桥连通率一定的情况下,随法向应力的增大,声发射事件计数峰值与累计计数在中等法向应力下最大。对断续节理岩桥变形破坏特征的研究,有利于分析节理岩体的力学特性,有助于边坡工程的稳定性评价与预测。     

新疆康普水利枢纽F78断层上盘山体稳定性研究

文章根据F78断层的空间几何分布形态,在边坡岩体结构面网络模拟的基础上,对节理岩体连通率进行分析计算,以此确定节理岩体的综合抗剪强度参数,运用基于塑性力学上限原理的二维和三维岩质边坡稳定分析法(EMU[5]、EMU-3D方法),分析计算出F78断层上盘边坡岩体的抗滑稳定性.为枢纽布置和大坝设计提供科学依据.     

含共面结构面岩体的岩桥贯通准则研究

块体理论是一种比较常用的岩土工程稳定性分析方法,但缺乏对非贯通结构面的研究,导致搜索出的关键块体不够精准和全面。如何处理非贯通结构面,判断其是否应该连通成为块体理论研究至关重要的一个问题。采用数值模拟的方法计算含两共面结构面岩体试样在不同岩桥倾角、结构面摩擦系数、围压和连通率情况下的贯通强度与峰值强度。引入贯通系数变量,定量描述贯通强度与峰值强度之间的关系。将贯通强度作为判断岩桥贯通与否的一个衡量指标,建立起贯通强度与岩桥倾角、结构面摩擦系数、围压和连通率之间的函数,即含两条共面结构面岩体的岩桥贯通准则。该准则可准确判断含两条共面结构面岩体的岩桥是否应该连通。基于岩桥贯通准则的块体理论能够准确搜索出因岩桥贯通而滑移的关键块体。     

E.Hoek法在节理化岩体力学参数评价中的应用--以长江三峡库区白衣庵滑坡为例

节理化岩体力学参数是岩体工程稳定性评价的难点与关键,而E.Hoek法正是针对节理化岩体破坏特点而提出的一种用于解决这一问题的岩体力学参数评价法。系统地介绍了E.Hoek岩体力学参数评价法的原理,讨论了其操作的关键问题,并以长江三峡白衣庵滑坡节理化岩体为例,详细阐述了E.Hoek法在岩体参数评价中的应用。实例表明,该方法可较准确反映节理化岩体的力学特性,且简单、易行,值得在同类工程中推荐。     

坐标投影作图法在川藏线宿瓦卡岩质边坡稳定性分析中的应用

边坡稳定性问题是川藏线工程建设面临的重要问题。野外调查发现基岩边坡失稳一般表现为块体塌落或滑动。基于岩体结构控制理论,作者以川藏线西藏境内宿瓦卡附近的人工高边坡为例,进行了块体边坡稳定性分析。对比现有理论方法的优缺点,采用坐标投影作图法及其计算机化程序CPH。坐标投影作图法是一种以正投影为基础,以分析岩体结构面的几何关系及由其切割出来的块体的稳定性为目的的图解方法。根据现场量测取得的数据,采用CPH程序确定了块体边坡的结构面方程,从而求出各结构面产状。在此基础上建立水平切面图,并求得各块体顶点坐标,计算出块体的表面积及体积。根据极限平衡理论,运用CPH程序进行块体稳定性分析,并求出块体的稳定性系数。通过分析可知,坐标投影作图法及其计算机化的CPH程序在块体边坡稳定性分析中有着很好的应用效果。     

用双面投影法分析隔河岩拱坝右坝肩岩体的稳定性

作者应用双面投影法对这一问题作了分析,求出了岩体滑移类型和抗滑稳定性安全系数,并用矢量代数法验证,成果相近。分析计算表明,双面投影法对工程地质工作者预测岩体滑移类型,定量评价岩体稳定性,提高勘察水平,具有一定意义。     

裂隙岩体变形模量尺寸效应研究Ⅰ:有限元法

通过对裂隙交叉和非贯通裂隙进行的网格剖分研究,建立了随机裂隙岩体网格生成方法,并编制了裂隙岩体有限元网格自动生成程序。根据锦屏电站辅助洞白山组大理岩裂隙分布调查结果,用蒙特卡洛法生成随机裂隙网络,进行了岩石-裂隙二元岩体网格自动剖分,将试验室获得的岩石和裂隙的力学参数分别赋予岩体模型中的岩石和裂隙,通过有限元方法研究了裂隙岩体等效变形模量的尺寸效应和各向异性。尺寸效应研究结果表明,所研究的裂隙岩体的等效变形模量表征单元体REV为8 m;各向异性研究结果表明,在REV尺寸下,所研究的裂隙岩体各个方向变形模量可以通过柔度张量进行拟合,且张量拟合误差不超过8%。     

三峡水库某库段岩体裂隙网络模拟研究

为合理评价三峡水库某库岸岩体结构特征及工程整治提供依据,对区内岩体进行了裂隙调查及网络模拟研究。研究基于Monte-Carlo模拟方法,在技术上进行了探讨和一定改进。如采用了聚类分析法确定裂隙优势产状、用直接法产生随机数、广义RQD t及裂隙线连通率的计算等。根据野外调查及计算机模拟研究,研究区发育有3组优势裂隙、平均迹长1.45 m左右。间距一般服从对数正态或负指数分布,而走向和迹长基本上不服从常规分布。裂隙线密度在3－6条/m、t = 0.1 m时RQD t值在90 %左右、t = 0.7 m时RQD t值为10 %－20 %、RQD t值变化可能影响库岸岩体在不同方向的稳定性。     

拱坝坝肩侧裂面的面连通率研究

采用窗口法对拱坝坝肩不连续面进行描绘测量,对获取的不连续面的产状和迹长进行取样偏差校正和蒙特卡罗模拟,从而形咸三维空间的不连续面网络模型。据工程要求对网络模型按一定带宽进行切割、投影、计算,由此可得到侧裂结构面的面连通率。在此基础上,可以进行坝肩岩体质量评价,为工程设计提供一定的理论依据。