高陡岩质边坡稳定性三维离散元分析

某高陡岩质边坡地质条件复杂、软弱结构面发育、开挖高度大、坡度陡、临空面多,为边坡变形提供了有利的空间,边坡多处出现失稳破坏迹象。通过对边坡工程地质条件调查,岩体结构特征和边坡开挖等影响因素的分析,认为边坡变形主要发生在强风化强卸荷岩体内,受软弱结构面的控制比较明显,表现为结构面组合控制的块体变形失稳破坏模式。采用3DEC数值模拟软件,模拟了边坡开挖后坡体变形特征,数值模拟结果表明,边坡浅表层块体以及控制性块体稳定性差,可能导致边坡产生整体失稳。     

基于无人机摄影测量的露天矿边坡数值模拟

数值模拟是露天矿山边坡稳定性分析的常用方法,边坡模型构建是数值模拟的基础,地形测量的准确性对于边坡稳定性分析精度具有十分重要的影响。近年来,低空低速小型无人机(UAV)被广泛应用于地质调查中,为复杂条件下地形快速测量提供了一种可行的方法。针对露天矿山边坡坡形更新快、地形复杂、人工测量困难的情况,采用搭载单镜头小型无人机,对露天矿山边坡进行低空摄影测量,并通过飞行试验,对比研究了无人机搭载镜头旋转角度对边坡测量精度的影响,最终得到高精度边坡数字高程模型(DEM),并通过Surfer、Rhino等软件转化为三维FLAC模型,实现从无人机测量到三维数值模型的快速建立。得到以下可供参考的研究结论:在目标边坡坡度小于45°时,无人机搭载镜头旋转角度不同对边坡测量精度有较大影响,当镜头旋转角度介于70°~90°时,获得的测量精度较高;与人工测量相比,无人机摄影测量获得的边坡坡形更符合真实边坡实际坡型;无人机航拍照片经过PhotoScan、Surfer、Rhino等软件的转化,能够快速建立三维数值模型,并获得更好的数值模拟计算结果,满足边坡稳定性分析需要。     

结构面对岩质边坡地震动影响的数值模拟研究

[摘 要] 本文采用数值模拟的方法,利用UDEC 软件,开展了结构面对岩质边坡地震动影响的数值 模拟研究,研究内容涉及结构面产状和位置变化对岩体边坡地震动放大系数空间展布的影响。根据岩 体边坡中结构面发育的一般规律,本文模型工况主要考虑与坡面相交的贯穿性结构面,模拟的主要物理 对象是层面、贯穿性长大软弱结构面等。数值模拟结果表明:结构面越靠近坡顶,边坡上部的地震动响 应越强烈;顺倾结构面会使坡肩部形成更强烈的地震动响应;边坡越陡,坡顶和坡肩部的地震动响应越 强烈。上述规律对于岩质边坡地震稳定性分析具有指导意义。     

裂隙岩质边坡地下水渗流数值模拟

本文从反倾向岩质高边坡的渗流特征和渗流普遍规律出发,根据渗流力学知识,建立数学模型,通过渗流数值模拟计算分析了渗透压力、水头变化规律以及对岩质边坡稳定性的影响.     

应用离散元强度折减对复杂边坡进行稳定性分析

介绍了离散元（DEM）及强度折减法基本原理,利用3DEC软件结合强度折减法对某水电站高边坡进行稳定性分析。对岩体强度参数进行折减,以关键点位移与时间关系曲线发散时的折减系数作为边坡安全系数,根据位移矢量图确定滑面和破坏形态。通过与Dijkstra极限平衡有限元法及Sarma法的计算结果对比,验证该方法的可靠性。在二维计算基础上建立并简化三维模型,模拟边坡三维应力场。结合工程关注区域的应力及位移趋势,采用3DEC中的辅助节理截取典型坡段单宽模型,在已有的三维应力场的基础上对其进行强度折减,弥补了二维强度折减未考虑三维应力场对边坡稳定性影响的不足,把握了工程重点及力学特性,为类似工程提供了一种合理高效的稳定性分析手段。     

无人机影像在高陡边坡危岩体调查中的应用

在高陡边坡危岩体的调查中,复杂的地形条件经常限制工作的正常开展,如何快速准确地获取地质灾害信息一直是地质灾害调查研究中的难点之一。以往的研究中对无人机遥感技术在黄土、高原等地区应用有所报道,但对西南地区高陡边坡危岩体灾害调查的研究尚无报道。文章以锦屏二级水电站出线场边坡落石灾害所在区域为例,将无人机摄影测量技术应用于高陡边坡危岩体调查中,通过无人机倾斜摄影获取高分辨率遥感影像,开展遥感影像三维建模,进行地质灾害遥感解译,总结了无人机遥感系统在高陡边坡危岩体调查的技术流程。通过三维实景模型,精确地分析了落石灾害的空间分布、失稳模式及演化过程,查明了区域内危岩隐患点的分布特征;基于三维点云模型,提取出地质灾害体的属性信息,测得落石方量为11.7 m3,采用最小二乘法进行平面拟合,得到落石两组主控结构面产状为275.4°∠31.2°、103.5°∠63.3°。实践表明,无人机遥感技术在高陡边坡地区落石灾害调查中具有明显的可行性和优越性,可以较好地应用于高陡边坡危岩体调查中。     

锚固节理岩体等效力学参数三维离散元模拟

节理岩体是工程边坡的重要研究对象,通过数值模拟（3DEC）的方法研究了加锚节理岩体的力学特性。以龙滩水电站左岸边坡的锚固设计为例,推导了边坡加锚节理岩体的等效力学参数,进行了岩石数值单轴压缩试验、直剪试验以及岩体结构面直剪试验,对数值试验的结果进行了误差分析和修正,确定出加锚节理岩体的等效力学参数为：岩石的变形模量、内摩擦角、内聚力不变,结构面的内摩擦角不变,内聚力由50 kPa提高到122 kPa。所得结论与采用物理试验的试验结果相符,验证了用数值模拟方法进行岩石力学试验的可行性和可靠性。     

基于无人机摄影测量的岩体结构面信息获取

目前岩体结构面信息获取主要有人工现场接触测量、三维激光扫描和近景摄影测量等方式。随着无人机摄影测量技术的成熟,利用无人机对岩体边坡全方位、多角度摄影,建立边坡三维模型,可以更全面、准确、高效地获取结构面信息。本文以长春净月东升采石场边坡为研究对象,利用大疆无人机精灵3对边坡进行摄影,利用免棱镜全站仪进行坡面控制测量,利用Pix4Dmapper建立边坡三维模型,用未参与建模的控制点进行模型检核,满足精度要求后,在边坡三维模型上测得岩体结构面特征点坐标,结合结构面迹线展示模型和基于三维坐标的产状计算模型,获取结构面的迹线和产状信息。通过与人工罗盘测得的产状信息进行对比得到基于无人机摄影测量的结构面产状获取精度。研究表明,基于无人机摄影测量的岩体结构面信息获取,费用少、劳动强度低、效率高、精度可靠,具有广阔的应用前景。     

高陡边坡危石的岩体结构特征识别及滚石运动特征预测

由于坡高峻陡,隐蔽性强等特点,高陡边坡危石的准确识别一直面临较大难题。作者利用无人机航摄、Agisoft PhotoScan等技术,建立高陡岩体的实景模型和三维信息数据。基于不共线的三点确定一个平面的原理,运用Visual Basic语言编写完成结构面产状计算程序。从而形成了准确识别岩体结构面并快速大量提取点云数据进行岩体结构面几何特征计算的方法,并选择浙江省神仙居景区某典型岩体结构边坡进行了应用分析。在确定危石之后,借助滚石运动模拟软件,对危石失稳后的运动特征进行了预测分析。结果表明：A-D处若发生滚落均会砸在游步道上,对游人生命安全构成严重威胁,建议尽快采取相应工程措施以降低风险水平。     

高陡岩质斜坡结构面的无人机贴近采集与粗糙度分析

为了研究采样尺寸、采样间距对结构面粗糙度评价结果的影响,本文以川藏线昌都至林芝段的色曲特大桥左岸高陡斜坡结构面为研究对象。使用无人机贴近摄影测量技术获取斜坡的三维空间坐标和表面纹理数据;室内实现斜坡的三维重建以及点云化处理;从点云模型上人为提取出37个结构面信息,使用MATLAB进行结构面规则网格化重建;基于Z_2S法描述结构面粗糙度表征值在不同尺寸、不同间距下的变化规律。结果表明:结构面粗糙度的尺寸效应、间距效应明显,采样间距的增大使有效采样尺寸值减小。因此,在进行粗糙度研究时应选取较小的采样间距,采样尺寸应大于等于“真”有效采样尺寸值。此外,本文是无人机贴近摄影测量技术应用在结构面数据采集领域的一个案例,是进行结构面粗糙度特征研究的有益补充。     

基于无人机摄影测量技术的高陡边坡危岩体特征构建与分析

在高陡边坡的危岩体调查中, 受限于调查人员可到达的范围, 难以获取危岩体的特征参数, 从而影响危岩体的稳定性判别。无人机摄影测量技术能够安全、快速、全面、精准的获取危岩体的特征信息。本文以鸡冠岭崩塌隐患为例, 利用无人机摄影测量技术获取坡面高精度影像, 通过提取点云数据构建三维模型, 基于最小二乘法完成平面拟合获取危岩体的体积及结构面产状信息, 并结合实际测量数据, 采用赤平极射投影法和极限平衡法定性和定量评价危岩体的稳定性。经过分析计算, 鸡冠岭崩塌四处主要危岩体的体积分别为102.86 m3、355.27 m3、236.60 m3和454.91 m3, 根据定性分析和定量计算, 危岩体均为欠稳定状态。通过本文的实践, 体现了无人机摄影测量技术在识别高位隐蔽危岩体方面的优势, 对于发展基于无人机摄影测量技术定量判定危岩体的稳定性方面具有借鉴意义。     

陡倾角反倾层状岩质边坡变形特征数值模拟验证

对于大量中、小型岩质边坡，因地质结构简单、边界条件清楚，且施工周期较短、经费有限，不可能也没有必要对其开展较大规模勘探工作。而物理模型试验则周期较长、费用较高。因此，数值模拟技术可以替代模型试验，成为这类边坡变形破坏分析的首选手段之一。论文利用离散单元方法(DEM)分析了某公路陡倾角反倾岩质边坡开挖变形破坏机制及其演变过程，验证了教科书上该类边坡的机理，并在此基础上提出了边坡防治工程建议。该方法加深了对边坡变形的认识，节约了工程周期及造价，应成为中、小型岩质边坡研究的辅助措施。     

强震作用下斜坡表面放大效应的三维离散元模拟

为研究强震作用下斜坡表面的动力放大效应,以陕西勉县某岩质斜坡为例,建立了三维模型.运用离散元软件3DEC,模拟了动力条件下斜坡的变形失稳过程,分析了斜坡表面的动力响应特征,研究了不同地震波输入工况条件下坡体表面动力响应差异.研究结果表明:考虑地震纵波的影响时,竖向加速度得到显著增强,坡面的PGA放大系数增强了约1.62...     

某水电站右坝肩倾倒变形边坡三维离散元数值分析

在地形、岩体结构、坡度、岩层倾角以及河流的作用下,澜沧江某水电站边坡已明显变形。鉴于边坡开挖后可能出现大变形问题,使用三维离散元数值计算软件建立相应的计算模型,对边坡开挖后的位移变形特征进行计算分析。结果表明,边坡开挖后浅表层岩体变形位移较大,可能产生剪切滑移破坏,对边坡稳定不利。     

无人机摄影测量在高陡边坡地质调查中的应用

在高陡边坡的地质调查中,测量岩体结构面的工作经常受到复杂地形的限制无法正常开展,急需一种全方位的精确测量技术。结合近年来低空低速小型无人机技术的快速发展,使用搭载单镜头的小型无人机,基于多视立体视觉算法（PMVS）和运动结构恢复算法（SfM）对目标物进行三维重建,通过现场试验和数据后处理,总结出了一套无人机摄影测量技术在高陡边坡地质调查中的应用方法,并得到了初步的研究结论：轻小型的单镜头多旋翼无人机能够采集到有效的地形数据,在三维点云中处理使用基于最小二乘法的平面拟合算法,可以提取出准确的结构面参数,进一步将这些结构面绘制在赤平极射投影图中,能实现高陡边坡的数字化岩体产状测量。     

基于Flac3D和3DEC数值模拟技术的岩体稳定性评价

本文选取神仙居景区内般若道景点坡体为研究对象,利用无人机航拍技术进行复杂地形建模。在结合现场测量的地形地貌、工程地质条件和边坡岩体的破坏现状等基础上,采用Flac3D有限差分数值模拟技术和3DEC离散元数值模拟技术相结合,利用Flac3D对岩体整体稳定性、应力分布和位移变形分布进行模拟分析;使用同一模型,利用3DEC离散元数值模拟技术模拟局部岩体的变形崩塌过程,对岩体局部的稳定性进行模拟分析。结合两者模拟分析的结果,对岩体稳定性进行综合评价,以此增加数值模拟分析的可靠性。数值模拟结果表明,表面破碎的岩体稳定性差,极易崩落,并对般若道处的游路行人安全构成威胁,这一结果和实际调查结果基本一致,建议对该路段进行绕避。     

地下水在岩体结构面系统中运移的三维数值模拟

本文从描述流体流动的基本方程出发,推导了地下水在岩体结构面系统中运移的有限元方程,并基于这一方程编制了地下水在岩体中流动的三维数值模拟程序。     

块裂结构岩质边坡水力学模型及数值模拟

把块裂结构岩质边坡看作拟连续介质与块裂介质广义双重介质,运用现代分形理论,建立了1-2级主干裂隙分形网络,并根据两类介质接触处水头相等及节点流量相等建立了合理的块裂结构边坡三维水力学模型,给出了有限元解法,模拟了三峡工程的蓄水位至175 m时边坡渗流场与应力场的变化,在应用上有较好的可靠性与广泛性。     

基于无人机航摄的高陡/直立边坡快速地形测量及三维数值建模方法

对复杂地形的高陡/直立边坡的地形测量及三维数值模型的建立一直是地质工作者面临的难题。近年来,无人机由于其形体小巧、机动性强以及可以获取高分辨率影像的特性在地质调查中受到了广泛的应用。本文基于低空无人机倾斜摄影技术,借助Agisoft Photoscan三维实景建模软件和基于逆向工程的Geomagic Studio强大的点云数据处理功能,结合南方CASS的地形制图功能对复杂地形的高陡/直立边坡实现快速地形成图。并利用Geomagic Studio的CAD曲面建模功能,重构复杂地形的高陡/直立边坡闭合CAD曲面模型,再通过Hypermesh强大的几何处理及网格划分能力,对CAD曲面模型进行模型切割并网格化,实现复杂地形的高陡/直立边坡的精细三维数值模型的建立,最后转化为FLAC3D可识别的文件格式进行计算分析。本文选择了浙江省神仙居景区飞天瀑景点作为实例研究,结果表明,无人机的使用使复杂地形的高陡/直立边坡实现了快速高效且精确的地形成图和三维建模。该方法具有简单实用、快速便捷且实用性强的优点。