The Dynamic Evaluation of Rock Slope Stability Considering the Effects of Microseismic Damage

A state-of-the-art microseismic monitoring system has been implemented at the left bank slope of the Jinping first stage hydropower station since June 2009. The main objectives are to ensure slope safety under continuous excavation at the left slope, and, very recently, the safety of the concrete arch dam. The safety of the excavated slope is investigated through the development of fast and accurate real-time event location techniques aimed at assessing the evolution and migration of the seismic activity, as well as through the development of prediction capabilities for rock slope instability. Myriads of seismic events at the slope have been recorded by the microseismic monitoring system. Regions of damaged rock mass have been identified and delineated on the basis of the tempo-spatial distribution analysis of microseismic activity during the periods of excavation and consolidation grouting. However, how to effectively utilize the abundant microseismic data in order to quantify the stability of the slope remains a challenge. In this paper, a rock mass damage evolutional model based on microseismic data is proposed, combined with a 3D finite element method (FEM) model for feedback analysis of the left bank slope stability. The model elements with microseismic damage are interrogated and the deteriorated mechanical parameters determined accordingly. The relationship between microseismic activities induced by rock mass damage during slope instability, strength degradation, and dynamic instability of the slope are explored, and the slope stability is quantitatively evaluated. The results indicate that a constitutive relation considering microseismic damage is concordant with the simulation results and the influence of rock mass damage can be allowed for its feedback analysis of 3D slope stability. In addition, the safety coefficient of the rock slope considering microseismic damage is reduced by a value of 0.11, in comparison to the virgin rock slope model. Our results demonstrate that microseismic activity induced by construction disturbance only slightly affects the stability of the slope. The proposed feedback analysis technique provides a novel method for dynamically assessing rock slope stability and can be used to assess the slope stability of other similar rock slopes.     

基于敏感性分析的裂隙岩体渗流与应力静态全耦合参数反演

基于求解稳定渗流场与弹性位移场耦合问题的全耦合分析方法,应用提出的混合遗传算法作为优化算法,同时利用水头、位移等多类型量测资料,提出了裂隙岩体渗流与应力静态全耦合的参数反演方法。在目标函数建立中考虑了实测水头对渗流参数的敏感性,在待反演力学未知参数的选取中,依据提出的相对灵敏度概念,考虑了实测位移对力学参数的敏感性。针对某裂隙岸坡算例,研究了水库蓄水过程中位移场对力学参数敏感性,据此实现位移测点的优化布置,并以渗流场与位移场全耦合正分析计算结果作为假想实测值,进行该岩坡的全耦合参数反演分析,从而验证了所提出理论与研制程序的正确性和可行性。     

顺层岩体路堑边坡稳定性的弹塑性有限元模拟分析

基于理想弹塑性本构模型和Drucker-Prager准则,运用岩体力学理论、有限元数值模拟技术和强度折减原理,对顺层岩体路堑边坡在开挖过程中不同阶段的应力、变形、结构面上的摩擦力和边坡的稳定性等问题进行了模拟分析。分析表明,顺层岩体路堑边坡的应力场、位移场、结构面的接触状况以及边坡的稳定性明显受开挖效应的影响;在每一阶段的开挖面上,坡脚附近的水平位移量最大,最危险接触面也都集中在开挖形成的坡脚处,此处岩石最先脱落破坏;边坡的稳定性安全系数也随着开挖阶段的深入而逐渐降低。     

基于岩体结构特征和未确知测度评价模型的岩质开挖边坡稳定性研究

综合黔西地区层状岩质开挖边坡研究成果发现:岩体结构特征是分析评价层状边坡变形失稳模式、机制和稳定性的重要基础。因此,结合该地区层状边坡地质条件的差异性,针对性地划分岩体结构类型对边坡的分析评价尤为重要。考虑地层岩性组合、地质构造、软弱夹层（结构面）因素,系统地将边坡岩体结构类型分为4个大类（近水平-缓倾边坡岩体,倾斜层状边坡岩体,陡倾、直立、倒转层状岩体,地质构造作用强烈或含有溶蚀洞穴、沟壑的边坡岩体）和10个亚类,并针对相应类型的边坡进行工程地质综合评价,分别阐述了失稳模式和机制。以边坡岩体结构类型为基础,甄选影响开挖边坡稳定性的6个定性指标和6个定量指标;对指标组合赋权,用未确知测度理论对边坡进行稳定性预测评价,建立了“岩体结构-指标组合赋权-未确知测度理论”的新评价体系。实例预测结果表明预测结果与实际情况具有较好的一致性,说明该方法是一种可靠性高、科学合理的稳定性预测新方法,可在相关工程领域中应用推广。     

连通节理岩质边坡稳定性分析

节理岩体的剪切强度由结构面和相邻完整岩块的剪切强度共同决定,当结构面完全连通时,岩体的剪切强度完全由结构面决定。蒙特卡罗法能够根据结构面几何参数模拟岩体结构面的空间分布,通过深度优先搜索算法可搜索到连通的结构面,相对岩体而言,连通的结构面的剪切强度最小,即为节理岩质边坡的潜在滑动面,通过极限平衡法可以对一系列滑面进行稳定性分析。该方法是对节理岩质边坡稳定分析的补充。     

FLAC应用于岩质高边坡的稳定性分析

针对岩质高边坡的稳定性采用差分方法进行分析,通过对原始边坡和开挖后边坡的比较,岩质高边坡的破坏方式为旋转剪切滑动,滑动面为圆弧形的,应用圆弧法计算边坡稳定性。位移场分析得出,边坡的水平位移和竖直位移均比较大,位移区分层明显。应力场分析结果表明,原始边坡最大主应力和最小主应力方向主要为垂直向下,在坡角处,最大主应力和最小主应力发生了明显的偏转;开挖后,最小主应力在坡脚处出现应力集中,最大主应力不明显,坡顶和坡面一定厚度的岩体处于应力区,坡面一定厚度的岩体向着临空面滑移。     

锦屏一级水电站左岸坝肩边坡施工期稳定分析

锦屏一级水电站左岸坝肩高陡边坡地质条件复杂、主要发育有f5、f8、f42-9断层,煌斑岩脉X,顺坡卸荷裂隙及深部裂缝等结构面,其中断层f42-9、煌斑岩脉X和深部裂缝SL44-1组合形成的左岸坝头拉裂变形体,在边坡施工期的稳定性问题突出,特别是当边坡开挖至1 780 m高程时拉裂变形体前沿剪出口阻滑岩体被完全挖除,f42-9断层在开挖坡面出露,拉裂变形体稳定条件恶化,稳定性急剧下降。采用考虑开挖过程的有限元强度折减法分析开挖边坡在施工期的稳定性,并提出了一种新的边坡失稳判据：通过滑体内关键部位测点水平位移随折减系数的变化率,即水平位移增量与强度折减系数增量之比值 和强度折减系数 关系曲线的突变点来确定边坡的临界失稳状态。通过与其他边坡失稳判据相比较,验证了该判据的合理性和实用性,同时基于该判据计算了边坡开挖加固至不同高程下的稳定安全系数,合理评价左坝肩边坡施工期的整体稳定与安全性。     

Hoek-Brown准则参数在边坡工程中的敏感性分析

Hoek-Brown屈服准则是估计完整岩石或节理岩体剪切强度的半经验准则,已成为岩体强度预测及稳定性分析领域应用最广泛的准则之一。选取常见的3类岩石材料作为分析代表,通过有限差分法及敏感性分析方法研究了Hoek-Brown准则中各参数对岩质边坡安全系数的灵敏度。研究表明,地质强度指标GSI对岩质边坡稳定性影响最为显著,而反映岩石的软硬程度材料常数mi、岩体扰动系数D和岩石单轴抗压强度?ci影响显著性要小于地质强度指标。最后,对GSI对岩体的摩擦角? 和凝聚力c的影响规律进行了分析。结果表明,对于同一GSI,mi从小到大变化时,? 的变化幅度在减小,GSI值在55附近时,不同mi所对应的凝聚力趋于同一个值。     

基于广义Hoek-Brown强度准则的PEM节理边坡可靠性分析

广义Hoek-Brown强度准则(简称GH-B准则)作为估计完整岩石或节理岩体剪切强度的半经验准则,已成为岩体强度预测及数值计算领域中应用最广的准则之一。经验公式中涉及3个与岩体特性有关的材料参数m_b、s和a,实际应用中还不能直接对这3个参数进行精确取值,只能通过中间变量推导或结合地质经验来确定。为尽可能大地消除因用Hoek-Brown经验公式(简称H-B经验公式)的中间变量推导带来的累积误差,消除边坡稳定性评价结果的偏差,提出了从基本随机变量着手,考虑基本变量的可变性与不确定性,借助可靠性理论来综合分析评价边坡潜在破坏概率和风险程度的方法。研究基于GH-B准则的节理岩质边坡的可靠性问题,首先从决定H-B经验公式的4个基本参数GSI、σ_ci、mi和D出发,研究变量的分布概型及取值范围,然后引入到H-B经验公式中去,利用有效地可靠性计算方法求解边坡的失稳概率,将统计矩点估计法(PEM法)引入到节理岩质边坡失稳概率的求解中,通过对一开挖桥墩承台边坡的可靠性分析表明,基于GH-B准则的PEM方法提高了稳定性评价的客观性,结果更加真实可靠。     

岩质边坡稳定性的工程地质研究

岩质边坡稳定问题是工程地质学的一个重要研究課题,也是工程实践中迫切要求解决的问题。但是,对这个问题的研究,无论是国內国外都在进行探讨,还沒有形成一套完整的理论体系。为了推动这一方面的研究工作和解决生产实践中所提出的问题,本文试图从工程地质观点,并结合力学概念作一初步探讨,不妥和错误之处,希读者批评指正。     

链子崖危岩体的稳定性研究—中科院武汉岩土力学所历年工作概述

本文介绍我所历年来对链子崖危岩体开展的裂缝相对位移监测、力学试验和稳定性评价等研究情况。对链子崖危岩体裂缝相对位移的长期监测提出了测试原理和方法,制定了实施方案,分析了观测结果,给出了相应的结论。简述了危岩区各层岩土介质力学试验的原理、方法和获得的各项力学指标。根据所获得的资料,对链子崖危岩体和猴子岭斜坡体的稳定性作了评价。     

龙滩水电站左岸边坡二维位移反分析

论述了考虑开挖卸荷效应的二维位移反分析方法。对龙滩水电站左岸岩质边坡1-1剖面进行地质概化、施工开挖分区和开挖扰动分区,建立有限元计算模型。根据试验和现场实测资料,确定待反演得参数和取值范围,通过二维弹塑性有限元方法与神经网络-遗传算法相结合反分析出岩体力学参数。基于该参数的正分析计算结果表明,计算位移与监测位移趋势一致,量值吻合。开挖面附近最大压应力约为1.0 MPa左右,开挖面附近基本上没有拉应力区。开挖完成后的塑性区主要分布在坡顶和开挖面及大断层附近,而且基本上发生在开挖损伤区和部分卸荷影响区。     

岩质隧洞支护结构设计计算方法探索

依靠模型试验与力学计算,分析了隧洞破坏机制与型式,提出将基于有限元强度折减法求出的围岩安全系数作为稳定分析判据。现有各种围岩分类中都有一些标志围岩稳定性的标志性说明,在前人基础上,提出了各级岩体的稳定性标志,尤其提出了一种新的定量标志,即将隧洞在无衬砌情况下的围岩安全系数作为隧洞稳定性定量标志。由此,在给出的相应稳定安全系数基础上反算出各级岩体的强度参数,以提高强度参数的准确性。提出了岩质隧洞的设计计算方法,采用有限元强度折减法计算围岩安全系数,采用有限元法计算衬砌安全系数,并对青岛市某地下工程进行数值模拟,分别计算了围岩和衬砌的安全系数。初步建议岩体隧洞的设计标准：初期支护后,围岩安全系数不小于1.15～1.2,初衬的安全系数不小于1.3;二次支护后围岩安全系数高于1.25,衬砌的安全系数大于2.0～2.4,以确保隧洞在施工和运行过程中的安全。     

白鹤滩河谷演化模拟及P2β3玄武岩级别评估

详细分析了白鹤滩坝址河谷边坡柱状节理玄武岩岩体地质条件和特征,建立了合适河谷边坡演化离散元的计算模型,考虑坝址关键地层P2?3可能的岩体质量范围进行了多种工况河谷演化模拟计算。在此基础上深入研究了各工况河谷现今阶段边坡应力分布、变形情况、屈服区及稳定系数等基本规律,并与目前河谷实际的地质条件及现状进行了全面对比。最后采用拟似度信息量评分法对P2?3岩层工程级别进行了初步评定,认为白鹤滩水电站可行性研究阶段坝址P2?3岩层按III1类质量岩体来评估其工程性状和确定相应岩体力学参数较适合。同时,坝址河谷边坡岩体的工程特性可参考相应工况的模拟结果评价。     

含断层高陡岩石边坡稳定性的弹塑性分析

根据我国西部山区某露天矿工程实际,通过现场工程地质调查及室内外试验,在分析了该矿北部高陡边坡岩体分布特征、断层等具体地质条件之后,选择最具代表性的主剖面,建立弹塑性力学模型,采用Drucker-Prager屈服条件,利用有限单元法模拟在爆破动力和地下水作用下高陡岩石边坡开挖的动态过程,计算了边坡安全系数。最后,针对边坡在开采后期的整体稳定性提出了安全技术措施。     

Application of Manifold Method (MM) to the stability problems for cut slopes along the national roads

Recently one of the most challenging problems for civil engineers is how to construct new structures/infrastructures adjacent pre-existing ones and how to evaluate the effect of the new construction on the pre-existing structures (so-called neighbouring construction). The Manifold Method (MM) is one of the discontinuum based numerical approaches to simulate the mechanical behaviour of fractured rock masses including large deformation/displacement along fractures as well as stress/strain conditions of the rock blocks/masses. In this study, the MM was used to investigate the stability of the cut slope in the highly fractured rock masses along one of the national roads in Japan, focusing on the effects of new construction on the pre-existing structures/infrastructures. The effect of reinforcement during the construction such as rock bolts, anchors, etc. was also investigated and evaluated quantitatively by numerical simulations using MM.     

浅埋暗挖洞桩法参数敏感性分析

针对浅埋暗挖洞桩法理论分析落后于工程实践的实际情况,依据地下结构设计计算理论的地层--结构法,以有限单元法作为分析手段,建立三维计算模型,系统开展了浅埋暗挖洞桩法施工过程的数值模拟,以及参数变化对洞周围岩稳定性和位移场的影响分析。结果表明：浅埋暗挖洞桩法用于大断面洞室或超浅埋洞室暗挖施工时,洞周围岩稳定性良好,并可有效控制地表沉降。洞室跨度为14 m左右时控制地表沉降的效果最好;在不同埋深条件下控制地表沉降的效果基本相同;洞室高度的影响则不明显。研究的结论对今后浅埋大断面单跨洞室暗挖施工方案比选和采用浅埋暗挖洞桩法施工具有指导 作用。     

基坑涌水量较大情况下边坡稳定性分析与支护研究

拟建场地位于六枝向斜轴部,裂隙发育,为向斜两翼地下水径流的汇水区。通过抽水试验,确定了水文地质参数,预算地下室开挖1m后,基坑的涌水量为4420.64m3/d。场地开挖后,形成的土质边坡高度为2～3.22m,岩质边坡为2.95～7.03m。由于地下水位埋深为3.00m左右,且基坑涌水量较大,因而地下水对边坡的稳定性影响较大.采用极限平衡法预测东部裙楼的南东面,当后缘裂隙充水高度大于0.57m时,边坡的稳定系数小于1.25,须强制支护,东、西部的稳定系数为2.58,边坡稳定,但仍需进行垂直支护;西部裙楼的南西面的稳定系数为0.83,属不稳定边坡,需进行降水和垂直支护。经过分析,确定基坑岩质边坡为70°,土质边坡为45°。提出了基坑支护方案和土钉墙的支护、施工要求。     

块裂反倾巨厚层状岩质边坡变形破坏颗粒流模拟及稳定性分析

反倾边坡破坏会诱发严重的地质灾害,因此对软硬互层反倾岩质边坡的稳定性及破坏模式进行研究具有重要的意义。本文基于数值模拟的方法,利用离散元UDEC软件,首先基于正交试验设计法,考虑了边坡坡角、岩层倾角、坡高、相邻软硬岩层总厚度、硬软岩层厚度比、硬软岩层力学参数序号比、结构面力学参数7个因素的影响,设计了32组正交试验,利用强度折减法对边坡的稳定性及可能的破坏模式进行模拟,并从边坡稳定系数和位移两个方面对计算结果进行敏感性分析。结果表明,边坡坡角和岩层倾角对稳定系数影响较大,结构面力学参数和坡高对边坡位移影响较大;然后对边坡的破坏模式进行归纳总结,将软硬互层反倾边坡的破坏模式分为弯曲倾倒破坏、坍塌滑动破坏和块体倾倒破坏3种类型,并对每种破坏类型的边坡特征进行详细分析。     

强降雨条件下碎裂岩质边坡锚墩式主动网加固机理模型试验

川藏铁路沿线岩体受地质构造、风化作用以及酸雨作用的影响,广泛发育有深厚的碎裂带,工程开挖常形成长大碎裂岩质边坡.该类边坡除坡面碎块石的崩落外,还存在整体失稳风险,常规主动网难以有效加固.基于此,提出锚墩式主动网新型组合结构,以预应力锚索代替主动网中的短锚杆,约束碎裂岩质边坡坡面岩块位移的同时进行边坡的深层加固.设计了1...