基于突变理论和广义H-B强度准则的采空区顶板稳定性分析

为实现煤矿采空区塌陷区土地的治理利用,对煤矿采空区进行顶板稳定性的分析与研究。鉴于采空区顶板的失稳破坏是一个非线性的过程,分别从结构力学和岩体本构关系两个角度建立采空区顶板稳定性分析模型。首先将采空区顶板岩梁结构简化为力学三铰拱模型,然后进行力学分析,求出其力学结构系统的总势能,基于突变理论,建立其力学结构失稳破坏的尖点突变模型;其次构建基于极限平衡法的采空区顶板筒状塌落一般模型,考虑到实际工程的广泛应用,进而建立基于广义H-B强度准则的矩形采场顶板筒状塌落极限平衡分析模型。最后通过不同工程算例分别对2个模型进行了分析和验证,且二者计算结果均与工程实际情况一致,说明两种模型均适用采空区顶板稳定性的分析,为研究采空区稳定性提供一种新的途径。

三峡水库消落带斜坡岩体劣化过程地质强度指标研究

三峡库区消落带岩体劣化研究多针对室内岩样,难以应用到现场岸坡稳定性分析评价中。本文开展了水库实际运行状态下原位跨孔声波测试和井下电视,获取了不同深度下岩体物理力学参数,改进了GSI系统对岸坡劣化带岩体的描述,拓展了广义Hoek-Brown(H-B)准则在劣化带岩体强度动态评价中的应用,得出主要结论如下:广义H-B准则可以评估、描述原位岸坡岩体强度,结合水位循环消落原位跨孔声波测速,改进并构建了GSI量化取值方法;GSI结合广义H-B准则得到的特征深度强度包线表明,三轴受压应力状态可以提高岩体强度,且可明显抑制岩体劣化;脆-延转换线σ1=4σ3计算的H-B准则适用范围表明GSI系统对岩体劣化评价有宽泛的适用性,且随着GSI下降适用范围下降;通过指数回归构建了考虑劣化过程的GSI(t)、Erm(t)时效曲线,并基于GSI(t)解得不同深度结构面处二、三维强度劣化包线。强度劣化包线显示表层结构面的劣化敏感性高于深层,且表层受劣化影响H-B准则适用范围下降最明显;结合多层面GSI(t)曲线可得三维结构面GSI(t,h)时空函数。这种基于消落带原位跨孔声波的GSI(t)时效函数以及二、三维结构面强度劣化包线分析方法为岸坡岩体劣化评估、稳定性分析和工程治理提供了更加科学合理的新途径。

局部安全系数引入下岩质边坡稳定性分析极限平衡滑面应力法

由于广义非线性Hoek-Brown(H-B)强度准则可展现出岩体的复杂剪切破坏行为,因此,其被广泛地应用于岩质边坡稳定性分析。然而,以条块划分与条间力假设模式而建立的传统极限平衡方法不易于直接引入非线性强度准则,使得极限平衡方法在分析岩质边坡稳定性方面存在些许不足。此外,边坡稳定性分析时,以往常将滑面局部安全系数假定为与位置无关的单一变量。事实上,边坡在未达到临界失效状态前,滑面局部安全系数分布存在差异性。为此,应用Taylor级数展开式构建滑面正应力函数,并考虑滑面局部安全系数差异性,建立滑面局部安全系数倒数线性分布特征下滑面剪应力函数。进而,实现滑面应力计算模式与滑面局部安全系数差异分布特征下广义非线性H-B强度准则的融入。随后,引入滑面端部应力约束条件,并依据边坡滑体所满足的整体力学平衡方程,推导出岩质边坡稳定性极限平衡解答。通过算例对比分析,可知本文方法不仅可准确地评估出非线性强度准则下岩质边坡稳定性,而且能够合理地模拟出近坡顶处滑面拉剪应力区、客观地描述出应力集中效应下近坡脚处滑面压剪现象以及有效地判别出滑面局部安全系数差异分布特征。进一步,为了便于指导工程岩质边坡设计与加固,绘制了均质岩石边坡最小安全系数等值曲线图与临界滑面局部安全系数差异分布特征分区图。