FAST台址巨石混合体边坡开挖稳定性分析

FAST台址巨石混合体的开挖稳定性对工程的建设和安全运营具有重要的意义。本文选取典型剖面,对FAST台址巨石混合体边坡在开挖后可能发生的坡体内部深层滑动和表层块体失稳两种破坏模式进行研究。结果表明：巨石混合体边坡沿最危险滑动面滑动的稳定系数约为2.8,不会发生坡体内部滑动。开挖后坡体上部较陡部位的表层块体由于失去支撑而发生失稳,再带动后方的块体运动。块体运动过程中重新堆积、咬合,体现出一定的自稳性。研究结果可为FAST台址巨石混合体及类似地质体的稳定性评价提供参考。     

岩质边坡关键块体的搜索方法及工程应用

工程边坡开挖所揭露的某些结构面组合块体在破坏原有静力平衡状态后,进行应力重新分配,进而块体会发生失稳、滑动等变形,甚至影响到整个边坡发生破坏,因此,结构面组合块体的稳定性是决定岩质边坡稳定的重要因素。本文通过对某工程开挖边坡地形和结构面三维实体模型的建立,实现了边坡结构面与开挖地形实体模型在AutoCAD平台上的可视化操作,剖切不同位置的二维图形预测分析了边坡开挖后可能存在的结构面组合块体,采用块体计算程序(Swegde)验证关键块体并进行稳定性评价。结果表明:三维实体模型及剖切技术与块体计算方法的结合,易于搜索关键块体。事实证明,该方法操作简便,计算结果准确,搜索方法具备可行性。     

三维复杂块体系统边坡深层加固条件下稳定性及破坏机制模型试验研究

白鹤滩水电站左岸为强卸荷岩体三维复杂块体系统高边坡,采用三维地质力学模型试验,进行了边坡变形特性、失稳破坏过程、破坏机制、边坡稳定性及加固处理效果研究。模型试验表明,边坡失稳模式为块体滑动破坏,破坏形态表现为底滑面的剪切破坏和后缘结构面的拉裂破坏以及块体沿底滑面和侧滑面的滑动。边坡破坏过程为模型结构面初裂、结构面组合块体边界贯通、最终至边坡整体失稳3个阶段。采用地质力学模型试验综合法获得了左岸块体系统边坡整体稳定安全系数,典型块体稳定安全系数与三维刚体法及块体单元法(BEM)计算成果对比基本一致,模型试验综合法安全系数相对较大。同时,针对层内错动带LS_(337)界面部位相对变位监测表明,深层混凝土置换洞加固有效地控制了底滑面的滑动变形,提高了相关结构面组合块体的稳定性,边坡加固效果较为明显。研究成果对白鹤滩工程左岸强卸荷区三维复杂块体系统边坡及类似工程边坡稳定性及加固处理具有重要的指导意义。     

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。     

基于结构面抗剪强度演化的块体动力稳定性分析

传统块体理论仅针对块体的静力稳定性分析,而未涉及到动力稳定分析。因此,借用Newmark法累积滑移量的概念,基于块体理论对定位块体在地震历时作用下的动力稳定性进行了研究,提出了以块体累积滑动位移和动安全系数两个指标共同评价块体动力稳定性。提出一种接触面识别及面积计算算法,它考虑了接触面积变化对块体稳定的不利影响,也可用于块体滑动的大变形分析,考虑了块体滑动过程中结构面抗剪强度的演化,可对复杂的凸形块体及凹形块体进行静、动力稳定性分析。将其应用于三峡升船机乘船箱左侧边坡的块体稳定分析中,结果显示块体在强震作用下发生了一段距离的滑动,但震后仍可保持稳定     

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。     

三维极限平衡理论及其在块体稳定分析中的应用

岩体与土体失稳的滑稳面形状大多具有三维特征，用二维极限平衡理论难以得到与实际相应的分析结果。通过将滑动块体离散为一系列柱体，对每一条柱体，分析作用于条柱上的作用力和力矩平衡条件，提出块体稳定分析的三维极限平衡分析方法。该方法不需要对滑裂面作形状的假定，运用迭代解法，可以方便地求出可能滑动块体稳定系数。应用三维极限平衡分析方法对某电站坝基深层滑动块体的稳定性进行了分析，得到了一些有益的结论。     

重庆武隆鸡尾山滑坡视向滑动机制分析

重庆武隆鸡尾山山体为典型的斜倾厚层灰岩山体,其破坏模式不同于常见侧向崩塌-堆积层滑坡,属于真倾向滑移变形转为视向整体滑动的特殊失稳模式。在现场地质调查的基础上,从地层岩性、岩体结构、岩溶及地下水作用、软弱夹层等影响因素分析重庆武隆鸡尾山滑坡形成原因;根据滑坡破坏机制,基于关键块体控制理论,对鸡尾山滑坡进行三维稳定性极限平衡分析;利用三维离散元软件模拟鸡尾山滑坡的初始变形破坏过程,分析了鸡尾山滑坡不同影响因素条件下的视向滑动形成机制和变形破坏特征,并探讨了节理化和溶蚀岩体的参数取值。结果分析认为,在重力的长期作用下,鸡尾山山体初始沿真倾向方向滑移,沿岩溶发育的陡倾节理裂隙逐渐产生后缘及侧向裂缝,形成块状后部驱动块体,由于地下水等因素使软弱夹层软化,驱动块体下滑力增大,前缘阻滑关键块体内部应力积累,并最终沿强度较低的岩溶发育带发生剪切破坏,从而导致整体滑动;在进行滑坡稳定性极限平衡分析时,考虑实际的滑坡机制,将滑体分为驱动块体和关键块体分别进行力的解析,并以关键块体的安全系数代表滑坡的安全系数更加合理。数值模拟显示,软弱夹层强度降低、岩溶发育带剪切破坏后,滑体进入大变形阶段,表明关键块体控制和阻滑作用明显,软弱夹层强度降低是滑坡发生的关键因素。采矿形成的采空区对山体的影响主要是使上覆岩体压应力增大,但对滑体的变形无影响。     

基于块体理论的多结构面控制下岩质边坡关键块体研究

岩质边坡具有不连续性、多变性及各向异性的特点,其稳定性很大程度上受边坡内部发育的多结构面的影响,表现为块体的不稳定性,因此,寻求对边坡稳定性造成不良影响的关键可动块体是一项重要课题。通过块体理论全空间赤平投影与矢量计算的方法,捕获关键块体,并通过矢量计算确定块体的运动方式,计算其稳定系数,证明了全空间赤平投影在确定可动块体上的简便性,其直观的图示能避免矢量法较为繁琐的计算步骤,而在可动块体运动形式的判别上,两者必须相辅相成。通过应用块体理论确定的关键块体相较于传统方法应用于岩坡稳定性分析时强调的“整体性”而更加侧重于边坡内部块体的“个体性”与“精准性”,突破了岩质边坡稳定性分析的模糊性问题,也使边坡防治更精准更具针对性。     

采场结构体回采可移动性分析

采场范围内存在的结构体严重影响地下矿山安全生产,分析不同回采顺序下采场结构体可移动性具有重要意义。以块体理论为基础,结合空场法开采的采场空间属性,分析了结构体在采场内的一般嵌套模式。运用GeneralBlock程序建立了采场结构体模型,对采场内结构体的类型、体积和位置等元素进行了解构。利用矢量方法分析了不同回采顺序下采场结构体可移动性,并利用力学方法分析了考虑岩桥破坏时的矢量不可动结构体的回采移动性,推导了结构体破坏岩桥移动的条件公式。以铜坑矿锌多金属矿体1#矿块采场为样本,进行了回采可移动性实例分析,结果表明：一端至另一端后退回采时,4个结构体滑动;中间至两端后退回采时,7个结构体滑动,1个结构体破坏岩桥后滑动;上向水平分层回采时,4个结构体滑动,2个结构体掉落。研究成果可为地下矿山裂隙矿岩空场法回采顺序的合理选择及采场安全管理提供技术指导。     

裂隙化岩体中圆形断面调压井围岩稳定性分析

块体理论是适用于裂隙化岩体变形失稳分析的有效方法。运用块体理论赤平投影法研究某水电站超大型调压井围岩随机块体的稳定性,将圆形断面调压井开挖临空面抽象简化为八个方位的边墙加以研究,分析了井周各部位可能的关键块体及其运动形式,计算了关键块体的净滑力。分析结果对工程施工具有可靠的现实指导作用,为锚固设计和永久衬砌设计提供了依据,可供类似工程参考。     

A rigorous solution for the stability of polyhedral rock blocks

Block theory has been widely applied to stability analysis of rock engineering due to its clear concept and elegant geometrical theory. For a general block with multiple discontinuity planes, it is assumed that contact is only maintained on a single plane (single-plane sliding) or two intersecting planes (double-plane sliding) in block theory analysis. Since the normal forces and shear resistances acting on the other discontinuity planes are omitted, it can cause unreasonable estimations of block failure modes and incorrect calculation of factors of safety. In this study, a new method is presented that permits to consider the contribution of the normal forces and shear resistances acting on each discontinuity plane to the block stability. The proposed method meets all of the force-equilibrium and moment-equilibrium conditions and provides a rigorous solution for stability of general blocks with any number of faces and any shape. Some typical polyhedral blocks in rock slopes are analyzed using block theory and the proposed method. The results indicate that the traditional block theory may give a misleading conclusion for the predictions of stability and sliding direction of rock blocks when contact occurs on more than two discontinuity planes.     

Comparative study of Sarma's method and the discontinuous deformation analysis for rock slope stability analysis

This paper presents a comparative study of two methods, Sarma's method and the discontinuous deformation analysis (DDA), for rock slope stability analysis. The comparison concerns the stability analysis of two classic rock slopes. The study shows that the DDA, which accounts for the block kinematics, provides a very different factor of safety as compared with Sarma's method. More realistic reaction forces around each rock block can be obtained by the DDA, including the thrust forces between rock blocks and the forces between the base and the blocks. The DDA's result shows two possible directions for the relative movement between two contiguous blocks at the initiation of slope failure. It also indicates that the limit equilibrium condition may not occur along the interfaces of rock blocks at the initiation of slope failure. The determination of realistic interaction forces around each block will be very important in rock slope stability analysis if nonlinear failure criteria are considered.     

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。     

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。     

乌东德水电站右岸地下厂房随机块体特征研究

随机块体的几何特征和稳定性是水利水电工程中地下厂房支护设计的重要依据。对乌东德水电站右岸地下厂房随机块体的特征进行了深入研究。对研究区域内实测的裂隙参数进行了分组统计,确定了各组裂隙产状、迹长等参数的分布形式和大小。利用逆建模方法建立了三维裂隙网络模型,获取了各组裂隙的直径和三维密度。采用一般块体方法对地下厂房进行随机块体的识别和稳定性分析,利用GeneralBlock软件进行了10次随机实现,对10次计算结果进行了统计分析和讨论。研究结果表明,结构面与开挖面形成的随机块体集中在地下厂房的顶拱部位,10次随机实现中,地下厂房全长范围内平均每次形成的随机块体为414个;随机块体的平均体积为2.9 m³,最大块体的体积达152.0 m³;可移动块体中,大部分为稳定块体,不稳定块体均以坠落形式破坏;构成可移动块体的结构面多为3~4条,最多可达12条,其中倾W向的中等倾角裂隙是构成块体并可能造成块体失稳的最危险结构面;随机块体的平均深度为1.2 m,最大深度为8.8 m。建议支护锚杆应尽量穿透倾W向中等倾角的长大裂隙,且锚杆支护长度大于8.8 m。     

卸荷条件下三峡地下厂房大型联合块体稳定性的三维数值模拟分析

块体稳定性分析一般采用只考虑重力条件下的刚体极限平衡方法来进行计算,而没有考虑开挖卸荷后块体的二次应力场对块体的稳定性的影响。文中按照实际施工工序,对三峡地下电站主厂房的两大型顶拱边墙联合块体进行三维数值模拟分析。分析结果表明:块体的顶拱部分在开挖过程中垂直厂房轴线的水平方向始终为受压状态且压应力随开挖过程逐渐增大(其很难沿结构面“爬坡”失稳,因此对结构面的起伏度进行了研究,并统计确定了其在结构面强度参数中的贡献),而垂直应力在顶拱开挖结束时卸荷基本结束,变形相对较小,沿滑面向开挖区滑移;块体的边墙部分在两个方向均表现为卸荷,特别是垂直厂房轴线的水平方向卸荷明显,在其表部甚至出现拉应力区,变形以向开挖区水平变形为主,水平方向变形量为竖向变形量的7～9倍,且总变形量较顶拱部分大得多,因此块体边墙部分在失稳前并非沿块体滑面滑移,而是向开挖区水平卸荷回弹为主。基于数值模拟结果,对块体的可能失稳的变形规律和应力分布特征进行了分析,并且提出了块体稳定度的概念,从而对其稳定性作出相应的评价。