基于精细地形模型的边坡三维块体稳定性分析

结构面是岩质边坡稳定性的控制性因素,其可在坡体中组合形成潜在失稳块体,基于块体理论和运动学分析可搜索确定块体边界,但块体边界的正确性及岩块稳定性计算结果的准确性取决于地形的精确性。本文以实际工程边坡为例,基于等高线数据,采用Siemens Unigrphics NX10.0软件参数化方法建立了精细地形模型,进一步运用Auto CAD搜索了潜在失稳块体,并计算了块体稳定性系数。结果表明:岩层产状(3)、(4)可能在局部区域形成了独立块体,若组合同倾向陡倾结构面,则形成独立块体的可能性大增;若产状(3)倾角增大,则形成块体的可能性降低。各种块体的稳定性均满足设计要求,仅在施工扰动结构面粘聚力完全丧失的条件下,局部块体的安全系数略低于设计值。因此,建议在施工中保护好结构面粘聚力。

基于可靠性的围岩失稳规模预测

块体理论中,当结构面未能完全贯通所研究的岩体时,会形成无限块体。现有研究均将无限块体视作稳定的,认为其破坏的概率为零。假设结构面为薄圆盘状,考虑三组未贯通结构面和临空面切割的空间几何关系,确定岩体中形成棱台状的潜在失稳块体,并建立块体失稳的力学模型,推导出不同运动模式时块体的失稳判别式。结合构建的潜在失稳块体模型,提出了一种基于可靠性的潜在失稳块体失稳规模(即失稳体积范围)的预测方法:该方法利用Unwedge程序确定给定临空面尺寸和结构面间距下的最大三棱锥块体,其即为结构面在临空面上可能形成的最大块体;以此为基准,运用Monte-Carlo法分别求解不同线性比下结构面直径随机分布时生成块体的体积和安全系数;通过数据整合与分析,可获得不同体积的潜在失稳块体的形成概率和失效概率,并选取一目标失效概率为阈值,即可计算得到潜在失稳块体失稳体积的预测范围。以黄岛地下水封洞库为例,利用提出的预测方法,计算得到以目标失效概率为0.001时潜在失稳块体失稳体积的预测范围:巷道顶板为0~10.900m3,巷道左边墙为0~1.681m3,巷道右边墙为0~1.630m3。该预测结果可为地下工程设计与施工提供可靠的依据。