冻融风化边坡岩体质量评价体系研究

乌鲁木齐-尉犁高速公路是连接天山南北的重要通道,翻越天山公路沿线将产生大量的工程边坡,如何快速、准确地评价高寒地区现有边坡的稳定性,以及后续建设过程中对边坡稳定性的影响,直接关系到线位选择、工程量及投资估算量。基于岩体基本质量,选取边坡岩体结构面与边坡临空面组合因素、水文条件作为主要影响因素对现有边坡岩体质量进行修正,构建了现状的边坡岩体质量评价体系（TBQ）。在此基础上,考虑了大温差及水文条件造成的冻融风化作用、地震影响以及开挖方式等因素,构建了边坡岩体稳定性的预测评价体系（TFBQ）,对于完善高寒地区边坡质量评价体系具有重要的研究意义。通过运用该体系对项目区边坡进行了稳定性评价及预测适用性分析,取得了较好效果。     

某反倾页岩边坡破坏面确定及其稳定性分析

破坏面确定是边坡稳定性分析的基础,存在各级滑动面。不同结构类型边坡,其确定方法也随之不同。对于反倾软岩边坡,不能通过不连续面空间展布分析确定其破坏面。联合FLAC3D和极限平衡方法分析具有节理块体切割破坏模式的某反倾页岩边坡稳定性。在野外调查基础上分析边坡的变形破坏机制,应用FLAC3D研究其应力、应变等值线及相应增量等值线图确定边坡潜在最危险滑动面和次级滑动面,计算其稳定性系数。在防护设计中考虑次级滑动面,针对边坡危险区域分析其防护效果。应用强度折减计算两危险区域稳定性系数,表明防护后边坡整体稳定性较好。该方法对反倾软岩边坡的稳定性分析有一定的借鉴价值,在防护设计中考虑次级滑动面的影响具有一定的实际指导意义。     

基于Mein-Larson入渗模型的凹形边坡稳定性分析

坡面形态对边坡表面应力状态影响显著,而应力状态与边坡稳定性密切相关。以往的降雨入渗模型仅考虑直线形态的边坡,并没有考虑边坡为曲线形态的情况。将Mein-Larson入渗模型与坡形函数相结合,推导降雨作用下凹形边坡的入渗函数,结合极限平衡分析方法,提出一种凹形边坡稳定性计算模型。同时根据坡形拟合与坡形简化的思路,将实际边坡分别当作成凹形边坡和直线边坡进行研究。研究结果表明:湿润锋入渗深度与降雨时间呈线性关系,湿润锋面在不同降雨时刻下均与坡面平行。将实际边坡当作凹形边坡进行分析时,其降雨入渗规律更符合实际情况;当降雨时间为10天时,浅层斜坡模型得到的计算结果为0.95,而本文计算模型与数值模拟得到的稳定性系数分别为1.004和1.003,相对误差不超过1%。因此与以往提出的计算模型相比,该模型不仅考虑了实际边坡的坡面形态,而且具有计算简便、可靠度较高等特点。     

基于MPGA的复杂应力状态边坡稳定性分析

极限平衡法在边坡稳定性分析中处于主导地位,该算法通常建立在一定的假设之上,没有考虑边坡土体的非线性应力-应变关系,不能用于未达到极限状态以及加固后边坡的稳定性分析。为了解决以上问题,将有限元计算与多种群遗传算法（MPGA）相结合,建立一种基于MPGA的复杂应力状态边坡稳定性分析通用模型,通过数值应力场求解安全系数,并为多种群遗传算法构建适应度函数;再利用多种群遗传算法为安全系数的计算提供滑移面。为了保证分析的高效、合理,根据滑移面发展趋势,动态产生初始滑移面,并增加一个滑移面约束条件。最后,通过均质边坡和软弱夹层边坡两个典型算例分析验证了该方法的合理性;通过分析土钉加固的软弱夹层边坡,证明了该方法可用于加固等复杂应力状态边坡的稳定性分析。     

含有结构面的边坡力学系统变形滑动全过程分析

本文对含有结构面的边坡力学系统变形、滑动全过程进行了分析，描述了边坡力学系统变形，滑动两大过程的规律，同时考虑水与不连续面岩石相互作用时，就其对滑动系统的变形及稳定性的影响进行了探讨。     

基于统一强度理论的岩质边坡稳定动安全系数计算

岩质边坡稳定性分析中常用的Mohr-Coulomb、Drucker-Prager屈服准则,其未考虑中间主应力效应或拉压不等效应,较难反映三维复杂边坡空间应力状态。统一强度理论包含了一系列破坏准则,通过调整参数b可反映中间主应力或中间主切应力的影响程度。利用ABAQUS开发了基于统一强度理论材料子程序(UMAT),首先以三维含结构面岩质边坡为例,采用强度折减法,分别计算 为0、0.25、0.5、0.75 与 1 共5种考虑中间主应力不同程度情况下三维含结构面岩质边坡动安全系数曲线。计算结果表明：不同 值情况下所得动安全系数数值不同,但曲线变化形状一样,最小安全系数均发生在相同时刻;另外,为更清晰地了解三维真实应力状态对安全系数的影响,从三维岩质边坡中抽取二维剖面进行了同样的计算。结果表明,在相同 值情况下,三维模型计算所得安全系数较二维模型大;随着 的增大,安全系数增大,说明不考虑中间主应力的二维计算结果低估了安全系数的大小,即三维真实应力状态下的边坡应具有更高的稳定性     

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SLFT的边坡强度折减法失稳判据

强度折减法在评价边坡稳定性时不需要假设和搜索临界滑裂面,相对于其它方法具有一定优势,但失稳判据尚无明 确标准。滑移线场理论（SLFT） 可以计算得到的极限状态下的边坡坡面曲线（简称极限坡面曲线）,已有研究表明极限坡 面曲线与边坡坡面的相对位置关系可以判断边坡稳定性。基于该结论提出一种边坡强度折减法失稳判据：不同折减系数计 算得到不同的强度参数,因此滑移线场理论计算得到的极限坡面曲线将发生变化,当极限坡面曲线与边坡坡面在坡底相离 时,判断边坡为稳定状态;当极限坡面曲线与边坡坡面相交于坡脚时,判断边坡为极限平衡状态;当极限坡面曲线与边坡 坡面相交时,判断边坡为失稳状态。对标准边坡考题的计算结果表明：提出的失稳判据收敛性较好,安全系数计算结果与 标准答案和已有失稳判据分析结论相差较小;传统失稳判据收敛指标的确定没有明确标准,当位移突变曲线光滑时很难找 到突变点,很难准确计算对应的安全系数,更重要的是传统失稳判据判断边坡极限状态受到人为主观因素的影响,而提出 的失稳判据可以实现失稳判据的客观标准化;确定的临界滑裂面形状以及在边坡中的位置都与标准答案基本一致,提出的 失稳判据适用于强度折减法。     

Dynamic stability analysis of rock slope considering the strength vibration degradation of through-type rock discontinuitiesEI北大核心

考虑结构面抗剪强度震动退化效应对分析与评价岩质边坡动力稳定性具有重要意义。基于岩石动力试验获取了多因素影响的结构面强度震动退化系数方程,结合极限平衡理论和动态矢量法原理,以UDEC程序作为计算引擎,采用其内置Fish语言编程实时刷新结构面强度特性参数和捕获任意地震历时时刻边坡地震惯性力,并以最小平均安全系数法求解边坡最终动力稳定性评价指标值,从而提出了一种考虑结构面强度震动退化的边坡动力稳定性系数动态算法。研究表明:结构面强度震动退化系数是取决于岩块间循环剪切次数、循环剪切幅度及相对运动速度响应值的动态变量;将该算法应用于含贯通型平直状结构面边坡动力稳定性算例中,其分析结果表明,动力作用时程内考虑结构面强度震动退化的边坡动力稳定性系数较未考虑该效应时的系数衰减更为明显,即前者计算结果更符合一般性自然规律,亦即验证了该算法的可行性;结构面最小强度震动退化系数随动力激励时程变化近似呈负指数函数形式逐渐衰减,且当结构面初始黏聚力(内摩擦角)越大、而坡角(层面倾角)或动荷载幅值(频率)越小时,地震历时过程中边坡最小动力稳定性系数越大,此时边坡最终动力稳定性相对越强。     

降雨渗流及干湿循环作用下红砂岩顺层边坡稳定性分析

针对红砂岩顺层岩质边坡稳定性问题,建立顺层岩质边坡力学模型,对降雨渗流条件下边坡受到的力学作用进行了计算;选取典型结构面,通过室内干湿循环试验,分析了结构面强度参数衰减规律;综合考虑降雨渗流及结构面强度弱化,对降雨渗流及干湿循环综合影响下红砂岩顺层岩质边坡稳定性进行了分析,获得了边坡稳定性衰减变化规律;通过炎汝高速公路边坡稳定性监测对理论计算结果进行了验证。结果表明,边坡受到的水力作用与后缘张拉裂隙充水高度呈正比;干湿循环作用下,结构面黏聚力呈幂指数形式衰减,内摩擦角呈二次函数衰减;边坡稳定性与后缘张拉裂隙充水高度呈线性关系,而与干湿循环呈指数关系,且干湿循环对边坡稳定性影响比后缘裂隙充水高度大;在降雨渗流及干湿循环综合作用下,边坡稳定性系数降低了约66%,较考虑单一影响因素有了大幅度降低;边坡稳定性监测结果与理论计算结果吻合较好,进一步证明了理论计算结果的正确性。     

自然单元法在岩土工程中应用两例

自然单元法(NEM)是较近出现的一种无网格方法,其形函数兼有无网格的特点和传统有限元的优点,是一种理想的适合岩土工程问题计算的新型数值方法。介绍了自然单元法的基本原理和特性,并讨论了其在岩土工程中的具体应用。将Goodman单元引入自然单元法以实现对不连续面的模拟,研究表明,在NEM中加入节理单元的总体原则和具体的实施细节与FEM中完全相同;而在一般的无网格方法中,则稍微复杂一点。为了实现对岩土工程中常见的无限域或半无限域问题的模拟,引入了无界单元;由于自然单元法的特性,自然单元法和无界元可实现无缝“耦合”。具体的数值算例验证了上述思路。     

基于岩体结构面分布分形维的岩体质量评价

尽管岩体结构面具有空间上的不规则性和结构网络上的复杂性,但由于它又具有自相似的特征,可以运用分形理论来对其进行研究。运用盒计维数法对某矿山巷道围岩体结构面分布的分维数进行计算,验证了岩体结构面分布的分形特征。通过对岩体结构面分布分形维值分布规律的分析发现,分形维数越大、结构面分布越密集,结构面迹线越长,岩体质量越差,表明可将岩体结构面分布的分形维作为岩体质量评价的指标。将计算所得的岩体结构面分布的分维数与按工程岩体分级标准对相应岩体分级所得的岩体质量等级进行对比,提出了一个以岩体结构面分布的分形维作为分级指标的岩体质量评价方案。     

APPLICATION OF FUZZY MATHEMATICS IN COMPREHANICS EVALUATION AND ENGINEERING CLASSIFICATION OF ROCK MASSES

The engineering classification of rock masses is one of the basic problems in rock mechanics .The main purpose of engineering classification of rock masses is comprehensively to evaluate rock masses ,to divide the rock masses into several proper classes and to offer guantitative data for engineering design .therefore engineering classification of rock masses is very important for engineering practice and aroused a great interest to the investigators of rock mechanics .On the basis of Bieniawski’s geomechanics classification of rock masses , a new method of engineering classification of rock masses has been proposed by means of the theory of modern fuzzy mathematics .In this classification the rock masses are evaluated on the basis of six parameters :the uniaxial compressive strength of the rock material drill core quality RQD, spacing ,orientation and condition of joints ,and ground water inflow. The rating for each parameter is determined and total rating for rock mass is specified by the method of weighted average .The rating and the weight for each parameter were considered as fuzzy variables . Therefore not only the total rating but also varying Range of total rating(or pthe membership of total rating ) are given .The randomly varying state of in situ rock masses can be described by this method of classification so that the result of comprehensively evaluating is more accurate than others . In additional, an accurate and simple evaluating method that is suitable for the engineers has been given .     

模糊集合论在岩体的综合评价和工程分类上的应用

岩体的工程分类是岩体力学的基本问题之一.岩体工程分类的主要目的是,针对不同的工程对象,对岩体进行综合评价,划分等级,区分成性质相近的类别,为工程的选点,设计提供定量的资料.同时,岩体的工程分类也是我们按不同的类型深入研究岩体的力学性质,建立相应的数学模型的基础.因此岩体的工程分类具有重要的实际意义,对它的研究日益广泛地引起了人们重视.到目前为止,已提出了不少岩体的分类法.从不同的出发点大体分为两类,(1)从岩体力学出发对岩体特性的一般性分类,例如Muller的分类等.(2)为特定的工程目的分类,例如为岩石边坡的Goodman分类法等.为隧道工程而提出的岩体分类最早是Terzaghi(1946年)的分类法.后来还有Lauffer(1958年)等人提出的分类法.     

边坡工程监测信息可视化分析系统研发及应用

边坡工程监测信息种类繁多、数据庞大,传统的数据库管理系统很难有效地对监测数据进行分析和预测。基于面向对象的程序设计语言Visual Basic、面向对象的数据库管理系统开发平台SQL、运用工程可视化技术与地理信息系统GIS技术思想,将数据库管理、分析预测和图形可视化三者无缝集成,开发了监测信息可视化查询、分析及预测系统,满足了监测数据的信息化、可视化预测预报的需要。该系统具有方便、快捷、及时、准确、直观的特点。     

相关型岩土参数分析和选用

岩土参数与应力环境、沉积条件、风化程度和埋藏条件等因素相关,其统计值具有空间变异性和相关性,采用非相关型岩土统计参数进行岩土工程设计具有不经济性。通过分析岩土参数的变化规律及与其相关的主要因素,说明岩土参数可用深度或参数与地层顶面或底面的距离作为相关参数进行相关型判别,论述相关型参数的判定标准和相关型标准值的计算方法,采用图解法分析相关型参数多种取值方法的可靠性。以华南某核电厂常规岛地基和某变电站边坡为例,介绍了相关型岩土参数标准值经验公式在岩土设计优化中的应用。分析表明：具有规律性变化的岩土参数宜选择恰当的相关参数划分为相关型,相关参数可取参数与地层顶面或底面的距离,相关型岩土参数标准值可使岩土设计方案更具合理性和经济性。     

Application of Rock Mass Characterization for Determining the Mechanical Properties of Rock Mass: a Comparative Study

The results of geotechnical explorations, engineering geological investigation (including laboratory and in situ tests) and field observations have been used, along with borehole logging charts, to obtain the rock mass geotechnical data. Based on the data, the rock mass along the Sabzkuh water conveyance tunnel route was classified by rock mass rating (RMR), Q-system (Q), rock mass index (RMi) and geological strength index (GSI) (3 methods). A new series of correlations were established between the systems based on the data collected from the study area. These relationships were then compared with those reported in the literature, and two new relations were recommended. The classifications were utilized to calculate mechanical properties (rock mass strength and deformation modulus) of the rock mass along the tunnel according to available empirical relations, and to distinguish the upper-bound and lower-bound relations.     

环境岩土工程有关问题探讨

作为岩土工程分支的环境岩土工程是一个新兴的交叉学科，其学科体系还不奶完善，探讨了对它的一些相关问题，包括环境岩土工程内涵，环境岩土工程问题，用岩土工程解决环境问题，环境和岩土工程的协调统一，环境岩土工程对岩土工程的推动伤脑筋主当前国内环境岩土工程研究的方向等。     

峰峰矿区岩土工程勘察中几个问题的探讨

根据峰峰矿区工业及民用建筑的岩土工程特征,以及在岩土工程勘察中所遇到的诸如由地形地貌产生的不良工程地质现象、特殊地质体等问题,认为在岩土工程勘察中,不仅要研究勘察场地的工程地质条件,而且要重视周围地质条件的宏观研究,同时建议建立岩土工程勘察档案数据库,为今后岩土工程勘察成果的使用、以及正确确定勘察手段奠定基础。     

江西省交通岩土工程信息系统的设计与开发

交通岩土工程信息系统在国民经济和交通工程建设中发挥着重要作用.利用地理信息系统(GIS)技术和计算机技术构建交通岩土工程信息系统是近年来国内交通领域内的研究热点和前沿之一.江西省交通岩土工程信息系统采用组件式地理信息系统(GIS)和计算机技术,并从系统的软硬件设计、系统总体结构设计、系统的功能设计等方面.探讨了江西省交...