岩质边坡稳定性计算.docx

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1、岩质边坡稳定性计算（金属矿山杂志）2014年第七期1计算参数选取要准确地判定边坡稳定性，不管是运用通常的极限平衡法还是有限元等其他的数值算法，都必须获取边坡岩体相关的强度参数，因而强度参数的获取对边坡岩体工程的变形预测和稳定性评价就显得至关重要，为此设计了完善的现场测试和室内试验。11现场测试现场测试包括声波检测、数字钻孔摄像工作和地表构造面调查。声波检测对岩体波速进行测量以此得到该段岩体完好性系数，2号孔声波检测结果见表1。数字式全景钻孔摄像对钻孔进行孔内摄像，以查明边坡的地质情况以及钻孔内的岩体节理裂隙、构造迹象、主要岩层构造面以及断裂破碎带等，并对其进行分析和统计，2号孔摄像局部结果见图

2、2。地表构造面调查对出露地表的不连续面进行产状和密度测量，结合数字钻孔摄像的测量结果确定优势构造面及其产状和密度，5070节理裂隙照片见图3。12室内试验室内试验分为岩块物理试验和岩块力学试验。岩块物理试验包括密度、重度、含水率试验和吸水性试验，获得了中风化片麻岩的密度、重度、天然含水率和自然吸水率等基本物理参数。岩块力学试验包括单轴抗压强度试验、三轴压缩强度试验和构造面直接剪切强度试验，获得了片麻岩的弹性模量、泊松比、单轴抗压强度，三轴抗压强度和剪切强度等基本力学参数。片麻岩试样见图4，片麻岩三轴压缩应力应变试验曲线见图5。本次进行了1个试样的剪切试验，分别进行4次抗摩擦试验，对应的正应力大

3、小根据工程实际和构造面情况分为15、29、46和60MPa。试验后构造面见图6，根据试验后毁坏岩样能够看出，试件的最终毁坏按试件构造面毁坏。图7为构造面剪切应力剪切变形曲线。13计算参数确定以岩块的试验成果和已有的岩石力学参数为基础，综合以上岩体基本质量指标BQ计算、HoekBrown经历方程估算和折减系数法等3种取值方法，充分考虑岩体节理裂隙，断裂构造等因素的影响，给出建议采用的西边坡岩体力学参数和构造面参数分别见表2和表3。2计算结果与讨论21FLAC3D计算结果FLAC3D有限差分模型共建有70213个单元，23876个节点。在本次数值模拟中使用了节点速度约束条件，约束模型四周及底部的节

4、点速度值，完全约束Y方向的节点速度，即按平面应变问题分析该问题，坡面为自由边界。为考虑产状为5270优势构造面的影响，计算中岩体力学模型为UbiquitousJoint模型，该模型是MohrCoulomb弹塑性模型的衍生模型，充分考虑了因岩体中存在层面而导致的显著各向异性。目前，强度折减法主要应用于MohrCoulomb准则，本研究将进一步推广其在Ubiquitousjoint准则中的应用。利用自编的FISH程序实现了强度折减法在力学模型Ubiquitousjoint中运用，在强度折减法施行经过中，同时对岩石黏聚力、内摩擦角和构造面黏聚力、内摩擦角进行折减。计算收敛准则为不平衡力比率11(节点

5、平均内力与最大不平衡力的比值)知足105的求解要求，自编强度折减系数的精度为001。根据自编强度准则求得西边坡安全系数为198，计算结果如图8图10所示。由图8图10可知，边坡毁坏时的最大剪应变增量为453103，位于坡脚处。边坡毁坏以岩石剪切屈从和构造面滑移毁坏为主，塑性区由坡脚延伸到坡顶部，构成贯穿的塑性区，滑坡前缘以岩石的剪切屈从毁坏为主，后缘以构造面剪切滑移毁坏为主，后缘顶部出现拉伸毁坏，边坡毁坏时的最大位移为0173m，位于靠近坡脚的边坡外表。综合图8图10可知，边坡的潜在毁坏形式为前缘滑动牵引后缘拉伸毁坏。22UDEC计算结果UDEC离散元模型共建有87724个单元，52407个节

6、点。在本次数值模拟中使用了节点速度约束条件，即约束模型四周及底部的节点速度值，坡面为自由边界。计算中考虑1组构造面的影响，即产状为5270优势构造面，如图1所示。计算中岩石力学模型为MohrCoulomb弹塑性模型，节理力学模型为Coulombslip模型。根据UDEC自带的强度折减程序计算的边坡安全系数为202。边坡毁坏时的最大位移为0148m，与FLAC3D的计算结果相差不大，最大位移同样位于靠近坡脚的边坡外表。边坡失稳毁坏时，滑坡后缘节理发生明显错动，最大错动位移达0066m。边坡毁坏同样是前缘岩体剪切屈从和后缘构造面滑移毁坏，边坡前缘岩体首先发生剪切屈从毁坏。塑性区分布图如图11所示，

7、潜在滑动面如图12所示。23极限平衡计算结果采用简化Bishop法计算岩质边坡折减滑动毁坏，简化Bishop法是英国著名土力学专家AWBishop12提出的边坡稳定计算方法，被以为是计算圆弧滑动面安全系数最好的方法，学者13把简化Bishop法推广到非圆弧滑动面安全系数的求解上，用于非圆弧岩质边坡极限平衡分析。运用加拿大ocScience公司开发的SLIDE软件计算西边坡的安全系数。针对极限平衡无法计算构造面影响下边坡的安全系数，提出运用薄层材料来模拟构造面，进而利用SLIDE软件计算出优势构造面作用下西边坡的安全系数，解决了极限平衡无法计算构造面存在的情况下边坡的安全系数的问题。计算结果如图

8、13、图14所示，圆弧搜索和非圆弧搜索计算的边坡安全系数分别为2131和2046。23讨论通过上述3种方法的计算结果可知，仅考虑1组节理影响的情况下，有限差分法、离散单元法以及极限平衡法的计算结果具有一致性，3种方法计算的边坡安全系数相差不大，极限平衡法计算结果略大于离散单元法，有限差分法的计算结果最小。其原因是有限差分计算中采用的是UbiquitousJoint模型，计算中节理的间距为0，这样就加大了节理对边坡稳定性的不利影响，造成计算结果偏于保守。3种方法计算的西边坡的潜在毁坏形式也是一致的，都是前缘岩石剪切屈从和后缘构造面滑移毁坏，近似牵引式滑坡。从计算效率上来讲，本研究所提的极限平衡法

9、效率要远大于其他2种方法，而自编强度折减程序的有限差分方法的计算效率又要大于离散单元法。从3种软件的适用范围上来讲，FLAC3D(有限差分法)仅能求解含有1组构造面的问题，SLIDE(极限平衡法)对于求解含有1组构造面的问题较为方便，若含有多组构造面，就不易运用该软件，UDEC(离散单元法)适用于多组构造面的情况。4结论(1)矿山西边坡的潜在毁坏形式为前缘岩石剪切屈从和后缘构造面滑移毁坏。(2)针对含1组优势构造面的岩质边坡，有限差分法、离散单元法和极限平衡法的计算结果具有一致性。(3)用薄层材料模拟构造面，进而根据极限平衡法计算出含1组构造面的岩质边坡的安全系数的方法是可行的，并且该方法的计算效率要远大于其他方法。