基于双重介质模型的裂隙岩质边坡渗流及稳定性分析

双重介质模型在考虑岩块孔隙渗流的条件下,一定程度上刻画了岩体裂隙渗流的优先流现象。为研究双重介质模型下裂隙岩质边坡的渗流特性,以二维边坡为例,基于双重介质模型,研究了不同降雨条件下孔隙域和裂隙域的入渗边界条件及2者之间的关系,推导了裂隙域等效降雨强度方程,利用COMSOL Multiphysics有限元数值计算软件,定量分析了2种降雨条件(长而弱、短而强)下,孔隙域和裂隙域的入渗规律及水交换规律,并分别采用强度折减法和局部安全系数法分析了2种降雨入渗对边坡稳定性的影响。结果表明:(1)双重介质模型下,孔隙域和裂隙域入渗边界条件变得更为复杂,边界条件的转换需要综合考虑降雨强度、裂隙域等效降雨强度及两域的饱和渗透系数之间的关系。(2)2 mm/h的降雨强度下,雨水大部分通过孔隙域向下入渗,孔隙水压力的变化主要体现在孔隙域,水交换主要由孔隙域向裂隙域中流动,水交换项的值较小;边坡位移较大的区域从坡顶贯穿至坡脚,可能发生整体滑动,降雨结束后边坡的安全系数从1.92降至1.89,降低了1.56%,潜在破坏区域体积增量较小。(3)20 mm/h的降雨强度下,雨水几乎全部通过裂隙域向下入渗,孔隙水压力的变化主要体现在裂隙域,水交换主要由裂隙域向孔隙域中流动,水交换项的值较大;位移较大的区域在边坡中下部及坡脚处,可能发生牵引式滑动,降雨结束后边坡的安全系数从1.920降至1.757,降低了8.49%,坡脚处的潜在破坏区域体积增量较大。

开挖扰动对裂隙岩质边坡损伤的影响

岩体可视为非均质的多相复合结构,其内部存在各种天然裂隙。基于连续介质损伤力学及断裂力学理论,分别分析弹性阶段的初始损伤和开挖造成裂隙扩展的损伤,推导出裂隙岩体弹塑性损伤本构关系;通过二次开发将弹塑性损伤本构方程程序化,编译FLAC3D自定义裂隙岩体弹塑性损伤扩展本构模型。应用自定义本构模型对广西凤山县石灰岩矿山边坡进行数值模拟分析,结果表明:边坡中上部损伤度较高,两步开挖后产生较大的位移,即边坡中上部裂隙存在扩展贯通进而发生滑移的可能,应对该区域进行系统的锚固。

谈裂隙岩质边坡稳定性

通过建立岩质边坡裂隙场网络模型,讨论了大孤山岩质边坡在裂隙场中的稳定性,结果表明连通度越大,风化越严重,坡体越容易沿连通度高的区域的潜在滑动弱面失稳破坏。

裂隙岩质高边坡稳定分析与开挖、锚固合理顺序的研究与发展

裂隙岩质高边坡稳定分析与开挖、锚固合理顺序的研究与发展吴华鑫（西北院水工一处，西安，７１０００１）１裂隙岩质高边坡稳定分析研究在李家峡水电站，漫湾水电站中大量采用的加固措施有预应力锚索（杆）、锚筋桩、锚洞，它们均对边坡施工安全及稳定发挥了巨大作用，但...

内部裂隙对节理岩质边坡失稳影响的数值分析

边坡变形及稳定问题一直是学者们极为关心的课题,过去大量文献采用极限平衡法(LEM)或强度折减法(SRM)分析了该问题。但无论对于土质边坡还是对于含裂隙岩质边坡,传统的LEM需要先期假定滑裂面的形式,单独采用SRM也一般仅能推算出呈圆弧状的临界滑面,因而为摸清考虑裂隙发育的岩质边坡在外载胁迫下失稳时实际的滑移形状及位置,亟需寻求新的分析方法或另辟蹊径的研究工具,动力扩展有限元法(XFEM)刚好就是其中一种分析工具。尝试将有限元的SRM与XFEM相结合,在事先构思好的若干岩质边坡算例中定义1个场变量(将其取为岩体温度),在自重应力作用维持不变的情况下,分别对内部含不同条预制裂隙的岩质边坡二维平面模型做降强计算,得出了各算例岩质边坡的失稳过程、变形破坏模式与稳定系数(FoS)。结果表明:裂隙结构的空间分布特征对岩质边坡的失稳滑移轨迹、最终失效形态和位移场等均具有较大的影响;含裂隙岩质边坡的FoS比匀质边坡的FoS明显更小;岩质边坡在发生滑动变形的过程中,主控节理裂隙有所延展乃至贯穿,形成破坏通道。用XFEM得到的计算机图形反映了原有裂缝组将构成复杂岩质高大边坡非规则滑裂面一部分的规律(与业内常识及预期皆吻合),表明该方法是可靠的,对深化认识坡体内断续弱面的孕灾机制较为有利。

基于SRM的裂隙岩质边坡潜在失稳路径分析

裂隙岩质高边坡稳定性的变形破坏模式实际上取决于其岩体结构特征所控制的潜在路径形式。在复杂裂隙岩体结构边坡中,不同类型和规模的陡缓结构面交切组合将其破坏路径更加不确定化。复合岩体技术(synthetic rock mass,SRM)可有效实现受结构控制的滑移破坏。遵循该理念指导,以西南某水电工程复杂裂隙岩质高边坡为例,采用颗粒离散元PFC软件平台研发的SRM技术,解决了利用均质区划分为基础的非均匀分布的规模不同的陡缓结构面复杂网络模型构建、考虑颗粒尺寸效应范围的不同工程地质性状岩石材料模型构建、以及结合重度增加法计算复合岩体模拟裂隙岩质高边坡潜在失稳路径的技术难题,收效颇丰。模拟结果表明:该边坡潜在失稳的主要路径为陡倾的断层、岩脉与倾向坡外的长大中缓倾角裂隙组合形成阶梯状形式,其潜在失稳路径以浅表局部的剪切–拉张失稳模式为主,为该工程后续的边坡设计提供了可靠的边界范围和指导意义。本项研究方法和结论具有可观的推广价值和普适性。

降雨入渗对裂隙岩质边坡稳定性影响分析

既往,降雨入渗对边坡稳定性的影响研究,主要集中在土质边坡,对裂隙发育的岩质边坡在降雨条件下的稳定性研究相对较少。本文以大理海东新城开发某地段的边坡工程为背景,基于有限元软件Midas GTS模拟降雨条件下该边坡的应力场和渗流场的变化,并运用强度折减法,采用数值方法计算出降雨入渗后的边坡稳定性系数,结合孔隙水压力和饱和度的变化分析,综合评价边坡稳定性变化情况。模拟结果发现:在降雨条件下,考虑裂隙发育时的计算结果与宏观观察结果基本一致;裂隙发育的岩质边坡在降雨条件下,降雨通过裂隙渗入到边坡深部,此时边坡的稳定性系数和基质吸力都会显著、迅速降低,从而导致边坡极易发生失稳破坏;在降雨条件下,采用预应力锚索+排水沟+裂隙处理的方案对边坡进行综合处理,稳定性系数从原始的1.25上升到1.58,避免了边坡发生失稳破坏造成的安全隐患。该研究结果将为降雨条件下裂隙岩质边坡的工程治理提供了参考和依据。

基于模拟退火算法的边坡稳定分析方法

岩石边坡开挖中存在大量的随机结构面,结构面与岩桥的组合破坏是边坡破坏的一种重要形式。如何确定抗剪强度最小的滑裂面是边坡工程中的重要研究方向。在岩体结构面调查统计基础上,运用随机网络模拟的方法得到边坡的裂隙网络图像,在此基础上应用模拟退火算法,搜索出边坡由结构面与岩桥组合形成的潜在最危险滑裂面的位置,将结构面组合滑动面与Sarma分析方法结合,形成一种改进的分析岩石边坡稳定性的方法——Sarma-SA分析法,通过一工程实例验证了该方法的合理性。