大型地下厂房块体稳定性简便分析方法

块体是结构控制型岩体中常见的潜在危险源之一。利用极限平衡法及强度折减法两种方法计算了某在建特大型水电站地下厂房开挖揭露的部分块体的安全系数,并根据计算结果提出一种利用块体几何及力学参数判断其稳定性的简便图解方法,经现场监测数据验证计算结果可靠性可满足工程要求。研究表明,对同一块体而言,极限平衡法和强度折减法得到的安全系数以及对其稳定性的总体判别结果并不一致。强度折减法受软件算法及网格尺寸影响,结果偏于保守。简单块体的安全系数计算应以极限平衡法为主,而复杂形态块体的安全系数用强度折减法计算较为方便。利用垂向地应力、块体体积、最大角点深度及结构面等效强度等4个指标并结合块体稳定性判别分区图,可满足快速判断块体稳定性的需要。对于判别为不稳定的块体,应及时支护并考虑加强支护。研究成果可用于类似工程块体稳定性的快速分析。     

动荷载作用下隧道围岩块体稳定性分析及其应用

隧道围岩中的结构面将岩体切割成块体,块体在自然状态下的静力平衡因为隧道开挖而被打破,临空面的产生和动荷载的施加都可能导致块体的滑移,进而引起围岩失稳。以往应用块体理论寻找关键块体时,多只考虑纯重力的作用,而忽视了爆破振动、地震等动荷载对诱发失稳灾害的重要作用。将爆破振动荷载和地震荷载转化为等效静力,并通过数学计算求出使块体安全系数最低的动荷载方向,再利用关键块体理论矢量分析方法分析隧道围岩的稳定性。在长岗隧道中的应用表明,考虑动荷载作用下的块体安全系数明显小于只考虑重力作用时的安全系数,原本稳定的块体也可能在动荷载作用下变成关键块体导致围岩失稳,这与长岗隧道现场记录的破坏现象相符。     

汤屯高速公路某变质砂岩边坡块体稳定性评价

汤屯高速公路存在大量变质砂岩组成的高边坡,岩体质量一般较好,但结构面发育,组合形成大量潜在失稳块体,这些块体的稳定性状况直接影响边坡安全.本文选取一个典型边坡,通过对边坡结构面详细地质素描,查明构成可能失稳块体的边界条件,并利用块体理论对可能失稳的块体在各种工况下的稳定性进行计算,并结合块体工程特性,对边坡的稳定性进行系统评价.该研究成果对该边坡的支护优化设计提供了基础资料,同时对同类型的边坡设计具有一定的指导意义.     

采动斜坡稳定性的块体理论研究

本文分析了采动斜坡块体的变形破坏特征，应用石根华块体理论的基本思想，讨论了转动块体的岩石力学模型的数学模型，提出了转动块体的判定条件，同时，借助于工程实例和基底摩擦模型试验，对有关讨论进行了验证。     

围岩动态演化与块体稳定性分析

以黄河上游拉西瓦水电站地下厂房为例,基于围岩动态演化和围岩应力的动态变化,运用块体理论分析了不同应力场状态下围岩块体的稳定性。研究结果表明,围岩块体稳定性、可能运动方式、滑动面（或滑面组合）以及滑动方向均显著地依赖于围岩应力场状态。在围岩动态演化过程中,拱项块体的稳定性随着垂直应力σv增大和水平应力σh降低而减小,而边墙块体的稳定性逐渐增加,但当σv〉σh则有所降低,反之亦然。应力状态的变化不仅影响块体稳定性,而且也使块体的滑动方式、滑动面、滑动方向发生变化。不同形态块体对应力状态的上述响应特征不同,短粗状块体反应更为明显。     

岩质边坡的关键块体稳定性影响因素的敏感性研究

岩质边坡的关键块体是边坡安全分析和支护设计的重要方面,影响关键块体稳定性的因素较多,本文结合正交试验设计方法,对影响关键块体稳定的重要因素进行敏感性分析,评价不同物理力学参数对关键块体的安全系数的影响程度,为工程提供合理的意见。     

某水电站地下洞室随机块体稳定性评价及系统锚固设计

地下洞室中的随机块体是指由岩体中的随机节理或者基体裂隙构成的不确定性块体 ,在已建的地下厂房中 ,这类块体大量存在 ,这类块体的稳定性会对洞室的施工安全造成较大的影响。在设计中这类块体常常是通过系统锚杆进行加固 ,但由于块体位置随机性和几何特征的不确定性 ,使得系统锚杆的长度和间距很难确定。本文以某水电站的地下洞室为研究对象 ,在深入了解地质条件、岩体结构特点的基础上 ,找出可能构成随机节理的分布规律 ,再分析节理与节理、节理和Ⅰ、Ⅱ类确定性结构面可能的组合 ,得到可能的随机块体 ,然后采用块体理论评价其稳定性 ,得到随机块体的几何特征和稳定状况 ,总结出最优的锚杆长度 ,为地下洞室的系统锚杆长度的确定提供了理论依据     

边坡岩体块体稳定性分析系统的开发与研究

提出了复杂形态块体几何建模的切割法, 在此基础上, 对石根华等人提出的块体理论作了改进和完善。并基于Windows操作平台, 开发了一套实用方便、实用的边坡岩体块体稳定性分析系统。经大量的实例 (例如三峡工程船闸高边坡 )检验结果表明, 该系统可以作为对边坡中复杂形状块体稳定性进行现场快速评价的实用工具。     

变质片岩区边坡稳定性的块体理论分析

变质片岩区的边坡破坏与结构面和坡面的组合密切相关,块体理论在分析结构面和坡面组合方面有独特的优势。本文以秦岭北坡西安市黑河水库左岸108国道边坡为例,说明变质片岩区边坡稳定性的块体理论分析方法。作为准备工作,本文编制了块体理论相关程序和制作等密度图的相关程序。通过现场调查,本文将黑河库区108国道沿线边坡分成了15段,其中有4个潜在崩塌段。针对这4个潜在崩塌段,本文在每段中选取一个典型点,借助自编程序,使用块体理论分析方法寻找可动块体、关键块体并计算剩余下滑力。计算所得关键块体的结构面组合形式和实际相吻合,所得剩余下滑力计算结果表明4个潜在崩塌段中有3段崩塌危险性较高,且需要采取工程措施以防止崩塌阻断108国道。说明了变质片岩区边坡稳定性的块体理论分析方法,对变质片岩区其他工程具有一定借鉴意义。     

块体理论在潜在崩塌体稳定性分析中的应用

随着国民经济的快速发展,公路、铁路、水利水电、矿山等工程建设的高陡岩质边坡越来越多,崩塌的问题就越来越突出。由于崩塌地质灾害给公路、铁路工程建设和运营安全造成严重的威胁,为了有效防止崩塌地质灾害的发生,保护人民生命财产的安全,文章提出在边坡工程地质调查基础上,采用块体理论,预测边坡潜在的崩塌范围。而块体理论是近年来发展和完善的一种适合于岩体稳定性分析的行之有效的工程分析方法。文章采用块体理论中的矢量分析法与赤平投影相结合的方法,用Matlab软件开发了相应的计算机程序,将其应用于潜在崩塌岩体的稳定性分析,可自动找出可动块体,为崩塌地质灾害的监测预报以及治理等提供了依据。     

Seismic stability analysis of a rock block using the block theory and Newmark method

Seismic stability analysis of a rock block is an important issue in the field of rock mechanics and rock engineering. To solve this problem, the block theory and the Newmark method are combined, and a general method for seismic response of a rock block is introduced. First, the formation method of a three-dimensional rock block, which includes establishing a topological relationship among the block-polygon face-edge-vertex and dividing a complex block into convex subblocks, is presented, and the simplex integration method is employed to calculate the volume of a rock block and the areas of the polygonal faces. Second, the assumptions and algorithms of the general method for seismic response of a rock block are detailed. The dynamic analysis is carried out in time step. In each time step, the key technologies including analysis of the seismic force and motion mode, trial of the incremental displacement, check for the block entrance, and update of the motion parameters are performed in order. Last, two verification examples and three application examples including a wedge, a rock block of slope, and a combined rock block are used to analyze the correctness and practicality of the general method. The results show that, for a given ground motion record, the Newmark program can effectively simulate the dynamic response process of the motion mode, velocity, and safety factor of the rock block, and the permanent displacement under the earthquake action is obtained, which provides a quantitative parameter to evaluate the dynamic stability of a rock block.     

岩石边坡稳定的块体单元极限分析上限法

将块体单元法与极限分析上限法相结合,提出了岩石边坡稳定的块体单元极限分析上限法。借助于块体单元法离散计算区域,通过块体系统速度场在结构面上满足Mohr-Coulomb屈服条件、关联流动法则、速度边界条件以及块体系统虚功原理,构成求解边坡强度储备安全系数上限解的非线性规划模型,模型的求解采用复合形法。最后研究了一个岩质楔形体边坡算例和小湾水电站进水口边坡实例,通过将块体单元法上限分析计算结果与刚体极限平衡法相比较,验证了该方法的正确性。     

Rigid block based lower bound limit analysis method for stability analysis of fractured rock mass considering rock bridge effects

A rigid block based lower bound limit analysis method for analyzing stability of fractured rock mass in 2D and 3D conditions is proposed. The rock bridge effects are considered in the general formation. No assumptions are imposed on the inter-element forces, and the solution obtained is statically admissible. The proposed method is theoretically rigorous and simple. The validation and efficiency of the proposed method have been demonstrated through three typical types of slopes, indicating that apart from the fractures, rock bridge plays a key role in stabilizing rock blocks, which should be greatly concerned in stability analysis of rock mass.     

考虑弱层置换的岩石边坡稳定性分析

锦屏一级水电站左岸边坡地质结构复杂,岩体存在大量深部裂隙、低波速松弛岩体、煌斑岩脉X及f2、f5断层,严重影响边坡的稳定性。采用基于强度折减法的岩石破裂过程分析RFPA方法对边坡典型部位在开挖后以及其对应弱层置换工况下的破坏全过程进行计算和分析,计算结果表明,f5断层在进行置换加固处理后,边坡安全系数较未置换弱层前提高了0.403,说明在岩质边坡开挖和支护前优先进行深部软弱结构置换处理,可以大大提高工程结构的安全储备。同时,RFPA强度折减法不仅能直观再现边坡潜在滑裂面从萌生到扩展直至贯通导致边坡整体失稳的全过程,而且可以得出边坡安全系数。研究结果对于边坡工程实施前稳定性评价和施工工序具有一定的参考价值。     

裂隙岩体一般块体理论初步

本文在前人工作的基础上提出了一种通用方法解决任意大小裂隙、任意形状工程岩体的岩石块体识别及稳定性计算问题.在这一方法中裂隙既可以是实测裂隙也可以是通过随机模拟方法生成的随机裂隙,工程岩体可以是任意由多面体组合成的形状,如复杂边坡或地下洞室,而且岩体和裂隙面可以是非均质的.这一通用过程被称为一般块体理论.它克服了关键块体理论(或楔形体法)中存在的弱点:即把裂隙假设为无限大的不连续面,因此无法预测岩石块体的数量和位置,而且一般只能识别出简单形状的凸形体.它在块体识别的同时将复杂的块体分解为几个简单的凸形块体,从而使复杂块体的几何描述、体积及重力计算、力学分析、可视化表示等一系列问题大大简化.在对一公路边坡的裂隙进行了详细观测之后,利用本文的方法进行了块体识别和稳定性分析,对本文的研究进行初步的验证.     

基于坐标投影法岩质边坡块体稳定性分析及其可视化研究

块体塌落或滑动是岩质边坡工程的重要破坏形式之一,因此块体稳定性分析是岩质边坡工程中一项极为重要的内容。以浙江仙居县神仙居岩质边坡为研究背景,对块体稳定性分析及可视化进行研究。基于线性回归法和非均匀有理B样条法提出拟合结构面和临空面的新方法。基于坐标投影法提出单滑面和双滑面型块体的稳定系数计算方法,将无人机与坐标投影法结合,并基于Matlab开发出适于岩质边坡工程中平面多面体块体和曲面块体稳定性分析的CPG程序。该程序可实现结构面、临空面及不稳定块体的空间表示及可视化。工程实践表明,该研究可高效、准确地处理落石、崩塌等工程地质灾害问题。程序计算结果与坐标投影块体理论计算结果基本一致,块体稳定性分析方法可靠,开发的CPG程序可行,可大幅提高块体稳定性分析效率,具有实际工程意义。     

基于块体单元法的岩石边坡安全系数研究

岩石边坡因其结构面数量众多、块体系统及其滑动方式复杂,给危险块体组合的搜索及其安全系数计算带来很大困难。基于块体单元法,对岩石边坡中的危险块体组合搜索及其安全系数的计算方法进行了研究。首先,在块体元强度折减计算的成果下,根据屈服面贯通理论提出搜索危险块体组合的新方法;然后,对安全系数计算方法进行研究,建议在位移突变判据下采用双线性交叉法计算安全系数;最后,进行了单面、双面和多面滑动以及复杂块体系统的算例分析,并与刚体极限平衡法计算结果进行了对比。结果表明,由于块体单元法考虑了力与力矩的平衡及结构面上应力的非均匀分布,其计算结果更准确。该方法有望广泛应用于复杂岩石边坡稳定分析。     

节理岩体关键块体稳定的概率分析

基于地下岩体受节理面的控制,节理面的几何和力学参数随机分布,从而导致岩体系统具有高度不确定性,提出以关键块体理论为基础,考虑节理几何和力学参数随机性的岩体开挖可靠度分析方法,并给出了块体稳定的总失效概率评价模型。以澳大利亚阿德莱德地区一铜矿地质条件为例,以节理面倾角、倾向、摩擦系数和黏聚力为随机变量,通过Monte Carlo模拟和概率图方法,进行了岩体可靠度和失效概率的计算。最后,采用条件概率的分析方法,计算了单面滑动块体的总失效概率。计算结果表明,块体沿单面滑动并且出现的概率为11.0%,总的失效概率为3.85%,超过一般岩体工程可允许的风险水平,认为该方法可以作为评价块体可靠性的依据。