基于激光扫描的高边坡危岩体识别及锚固方法研究

 利用三维激光测量技术获取高陡边坡的高密度点云坐标数据,建立高边坡表面模型。基于三维激光点云数据提取高陡边坡的岩体结构面的产状和几何信息数据。在此基础上,提出危岩块体的识别方法,即将高陡边坡的危岩体点云数据进行构网,形成为块体单元,然后利用虚拟结构面对块体单元进行分割,形成空间块体模型,并根据危岩体失稳类型对空间块体模型进行分类。基于极限平衡理论和各类危岩的破坏机制以及作用在危岩体上荷载组合,建立危岩体锚固计算方法。将该方法应用于东平白佛山边坡的危岩体调查及治理中,根据白佛山边坡危岩体的主要荷载类型(如自重、裂隙水压力和地震力等)及不同类型的危岩体稳定系数,计算不同类型危岩体的最小锚杆数。研究结果表明：(1) 三维激光扫描技术可以远距离、快速获取高陡边坡的空间坐标数据,进而获取岩体结构面的空间信息和产状;(2) 基于危岩体空间坐标数据、结构面空间信息和不同荷载组合,可进行危岩体分类和锚固计算,得到危岩锚固所需的锚杆或锚索数,为危岩锚固治理设计提供依据。工程实例表明,该方法具有较强的适用性和可靠性,有助于高陡边坡危岩体加固方案的设计和优化。     

岩石边坡工程块体系统稳定性预测、监测与控制

根据工程地质的岩体结构控制观点及“突破”观点，岩石边坡工程的稳定性往往由其中的块体分布及其稳定状态所控制，因此，及时确定与实时控制这些块体系统的稳定性就十分重要。为此，以某大型岩石高边坡为例，在分析该高边坡的工程地质条件，尤其是结构面分布特征基础上，首先，采用块体理论分析了该复杂岩石边坡工程块体系统的分布规律，找出了控制该大型边坡稳定性的关键块体的位置、规模及开挖后的稳定性系数，并据此指导优化岩石边坡稳定性的监测布置与加固控制；其次，根据监测信息对块体系统加固前后的受力及稳定性动态进行了分析。     

金川电站左岸引水发电系统进水口边坡块体稳定性分析

边坡开挖为边坡岩体中的岩石块体创造了新的临空条件,块体的初始稳定状况受到了外界影响,因此需要重新对结构面组合块体稳定性进行评价。通过对金川水电站左岸引水发电系统进水口边坡的岩性、构造、变形失稳机制以及岩体质量和力学参数的研究,利用空间坐标建立了边坡和结构面的三维地质模型,结合边坡的开挖设计,进行平行和垂直轴向边坡方向的剖切,从而得到块体组合情况。然后,利用商用岩石边坡块体稳定性计算程序对各潜在不稳定块体进行计算。计算结果表明:除了在极端的工况下局部块体会失稳外,其它块体均较稳定。     

基于无人机技术获取岩体结构面信息方法研究

岩质边坡的稳定性主要取决于坡体内部结构面的发育特征和性质。获取边坡岩体内部结构面的几何信息,特别是产状数据,对于研究结构面的组合规律及进一步评价边坡的稳定性具有非常重要的意义。传统的结构面采集方法工作效率极低,且对于高陡岩质边坡,技术人员无法到达。无人机摄影测量技术具有非接触、高效率的突出优势,能够有效弥补传统方法的不足。以长春市某高陡岩质边坡为研究对象,使用无人机进行航空影像数据采集,建立边坡的三维实景模型,并提取结构面产状数据。经与现场实测代表性结构面产状数据对比可知,新方法的精度较高。该方法为快速准确评价高陡岩质边坡稳定性提供了依据。     

地震作用下陡岩崩塌颗粒离散元数值模拟研究

 基于江坪河水电站陡岩边坡,进行块体倾覆分析确定地震影响下潜在的破坏位置,推导地震波在颗粒介质内中传播时的边界条件设置公式,用二维颗粒离散元模拟分析地震作用下陡岩的崩塌灾害。结果表明：基于颗粒离散元的崩塌灾害分析方法可通过颗粒运动轨迹来判断边坡是否稳定,研究边坡破坏扩展过程,并可通过修改边界颗粒的属性来模拟入射地震波及透射边界,可最大限度模拟荷载–岩性–灾害发展的耦合作用;地震作用下顺坡向陡倾角卸荷裂隙发育是影响陡岩边坡稳定的控制性结构面,表层发生局部崩塌、块体失稳的可能性较大,其破坏机制为高烈度地震作用下从表层局部块体崩落开始,继而沿着节理裂隙快速扩展直至上部岩体产生崩塌,破坏规模则主要取决于顺层向裂隙的发育深度。该方法可为崩塌失稳边坡的稳定性研究及灾害预测提供理论依据。     

火成岩地区露采边坡主要变形破坏类型和模式

我国广泛分布的火成岩地区赋存着丰富的金属矿床。因此研究火成岩地区露采矿山边坡的稳定性有着十分重要的意义。 影响边坡岩体运动的最主要因素是破裂结构面（优势面）,其他重要因素是岩石蚀变、地应力和地下水。按照两类优势面的观点并根据长期的资料积累,我们归纳出火成岩区岩石边坡变形和破坏的六个主要类型和十四种模式（工程地质模式）。它们对边坡稳定性分析具有较普遍的意义。以这些模式为基础建立相应的数学力学模型,就可进一步对岩石边坡稳定性进行定量评价。 根据两类优势面的分析方法,本文还提出了预测岩石边坡将来可能发生的变形、破坏模式之五种方法。     

岩石边坡稳定性与支护的数值分析及综合比较

 断层或节理裂隙等不连续面的切割导致岩体具有二重性——连续性和不连续性。由于目前还没有一种能考虑岩体二重性的实用的分析方法,所以对岩石边坡进行稳定性研究时应采用多种方法进行综合比较。采用有限单元法(属于等效连续介质力学方法)和块体单元法(属于不连续介质力学方法),对瀑布沟加里俄呷料场高边坡进行稳定性分析及支护研究。根据2种方法计算结果的综合比较分析,得到对该边坡的稳定性和支护方案的认识。研究结果还表明：若节理连通率的影响仅用强度参数表达,而在计算网格中不予考虑,则有限单元法和块体单元法得到的结果规律一致,且量值相差不大;由于块体单元法完全通过节理体现岩体的变形,而有限单元法则可考虑岩块的变形,所以有限单元法得到的位移值、屈服区及锚杆应力比块体单元法稍大。     

基于GEO-Slope方法的危岩体边坡稳定性研究

水能资源富集的西部地区,深切河谷高陡岸坡稳定性问题严重制约了水电建设项目的顺利进行。锦屏一级水电站的高陡边坡稳定性问题十分突出,其左岸1#危岩体边坡即为典型案例之一。1#危岩体边坡为缆机平台边坡,其稳定与否直接关系到缆机平台的顺利开挖。本文运用GEO-Slope方法对其进行了稳定性研究,结果表明,其潜在失稳范围的后缘边界为黄斑岩脉X,底边界为f_(LL2)断层。开挖后该范围块体基本处于极限平衡状态,再加上施工扰动,基本不能自稳,因此建议在开挖前采取相应的支护措施。     

新疆某水电站厂房后岩石高边坡稳定性分析

新疆某水电站存在高140～340m的厂房后岩石高边坡,边坡的稳定性直接影响厂房的选址及安全评价。文章通过测绘及平硐勘探等基础地质工作的分析研究,确定了控制边坡的结构面特征;通过岩石（体）和主要结构面的室内试验及现场原位抗剪试验研究成果分析,获得了重要的岩体及结构面的力学参数;采用刚体极限平衡法和有限元法对不同工况下的边坡稳定性进行了分析计算,为边坡治理决策提供了科学依据。     

基于离散单元法的白鹤滩水电站复杂块体稳定性分析

 节理岩体边坡块体稳定性分析是岩体力学工程实践中关心的一个重要问题,经典极限平衡理论在求解复杂块体稳定时具有诸多的限制。基于离散单元法作为运行平台,推导复杂块体安全系数计算公式,并在此基础上编制复杂块体稳定性分析程序,能够弱化复杂地形、材料非线性以及初始地质条件等传统问题的约束;继而运用2种经典块体模型对该程序进行正确合理性验证。最终将程序应用于白鹤滩左岸边坡复杂块体稳定性分析研究,给出关键块体安全系数及其潜在破坏模式,并根据块体稳定性特征及其变形模式给出加固建议。该研究结果对岩体边坡复杂块体稳定性研究具有一定指导意义。     

太原晋阳西山大佛松动岩体边坡地震稳定性研究

根据太原晋阳西山大佛所处的地形地貌、地质构造、气象水文条件和场地工程地质条件,分析影响大佛边坡岩体稳定性的主要因素,建立大佛松动岩体边坡稳定性分析概化模型,提出大佛边坡岩体所处的主要工况类型。运用拟静力法和极限平衡法分析地震和降雨多种工况组合条件下大佛松动岩体边坡的顺层抗滑动稳定性和抗倾覆稳定性。分析结果表明,单独在地震荷载作用下,大佛陡崖岩体不会发生顺岩层的滑动破坏;但是在排水不畅条件下松动岩体裂隙充水对大佛陡崖边坡的抗滑稳定性会有非常大的影响;在裂隙水压力和水平地震力联合作用下,大佛陡崖不能保持稳定;在地震荷载作用下,大佛陡崖松动岩体存在向外倾覆崩落的危险。这些研究结果可为大佛松动岩体的加固整修提供依据,并可为类似石质文物边坡稳定性分析提供借鉴。     

基于结构面网络模拟技术的边坡楔形体分析方法研究

山区高速公路的建设日益增多,岩质高边坡越来越多地出现于工程建设之中。对于完整性较好的岩质边坡,楔形体破坏是常见的边坡破坏类型之一。由于楔形体数量多,规模及稳定性都差别较大,位置也不固定,在勘探过程中难以确定,给边坡稳定性分析及设计带来很大不便。依据楔形体几何结构条件,将楔形体分成Ⅰ型(出现于坡肩,由两条相交的结构面与坡顶、坡面共同包围形成)和Ⅱ型(出现于坡面,由三条结构面与坡面共同包围形成),利用结构面三维网络模拟技术,对岩质边坡工程中楔形体进行随机分析和分步筛选,发展了搜索楔形体及其稳定性评价方法,用以指导边坡评价、设计和加固治理,并在厦沙高速的边坡稳定性分析中尝试应用。结果表明:对于岩质边坡,可根据楔形体的几何构成条件,利用楔形体分析方法,可以从岩体三维结构数字模型中抽取楔形体,并进行楔形体稳定性分析;通过Ⅰ型楔形体和Ⅱ型楔形体的对比,当边坡坡高较大时,Ⅱ型楔形体数量远远大于Ⅰ型楔形体,因此应更重视对Ⅱ型楔形体的研究。     

锦屏一级水电站左岸边坡微震监测系统及其工程应用

锦屏一级水电站坝区山高坡陡,两岸山体地应力高,左岸存在深部裂缝、低波速松弛岩体、煌斑岩脉(X)及f2,f5断层等复杂地质条件。为对左岸边坡深部岩体微震活动性进行实时监测和分析,2009年6月该边坡安装加拿大ESG公司生产的微震监测系统。通过构建左岸边坡三维地质模型和优化传感器布设方案,采用人工定点爆破试验对监测系统定位性能进行测试,结果显示在传感器阵列范围内的震源定位误差小于12m,证明系统具有较高的定位精度。对拾取的事件波形进行分析和聚类研究,给出系统运行以来微震事件的时空分布规律,初步圈定左岸边坡微震活动引起的深部岩体变形区域,并结合RFPA有限元软件对比研究边坡应力场和潜在滑裂面。研究结果表明,该边坡微震监测系统的设计和实施满足深部岩体变形的全局监测,能够识别左岸边坡可能存在的潜在岩体破坏区域和滑移面,为边坡后期生产性灌浆以及加固处理提供一些参考,也为高岩质边坡稳定性分析提供一个新的研究思路。     

高陡边坡稳定性评价与优化设计集成技术研究

为提高复杂地质条件下高陡边坡建模、稳定性评价与优化设计的准确性和效率,依托城门山铜矿高陡边坡,提出了一套融合地形信息、地质信息与力学信息的集成技术。充分利用已有地质数据,应用Dimine数字采矿软件系统平台,提出基于勘探线地质剖面建立高陡边坡三维地质模型的方法,实现复杂岩体的三维可视化。对三维地质模型进行剖切运算获得计算剖面,转换为AutoCAD绘图交换文件,导入Slide边坡稳定分析软件,实现数据文件在地质建模和力学分析软件之间的无缝传递。自动搜索求解计算模型的最小安全系数和临界滑动面,实现复杂地质条件下高陡边坡稳定性评价。最后,提出了一种基于二分法的边坡结构参数严格优化方法。     

采矿形成高陡边坡稳定性综合分析方法研究——以山西宁武某煤矿为例

以宁武县某露天矿山为例,针对开采形成的高陡边坡存在安全隐患的问题,选取其中一处岩质边坡和一处土质边坡,采用赤平投影分析法对岩质边坡的稳定性进行分析评价,通过理正软件运用圆弧滑动法对土质边坡的稳定性进行分析评价。分析结果显示岩质边坡处于不稳定状态,土质边坡在天然条件下稳定,在暴雨及地震工况下为基本稳定状态。本文对不同类型的高陡边坡采用不同方法进行了稳定性分析,所得结论对后期施工设计提供了理论依据及数据支持,同时为类似工程的边坡稳定性分析提供了参考。     

基于刚性块体系统的岩质边坡稳定性下限法研究

块状岩质边坡由岩块和结构面两部分组成,而且结构面的存在以及结构面的强度控制着岩体的强度和稳定性;将塑性极限分析下限法理论、块体离散技术以及数学规划手段结合起来,研究块状岩质边坡的稳定性。首先将边坡离散成为刚性块体系统+结构面的组合体,考虑岩块体与结构面的综合作用,然后基于塑性极限分析的下限定理,建立以边坡稳定安全系数为目标函数且同时满足平衡条件、屈服条件和边界条件的塑性极限分析下限法数学规划模型,进而提出了相应的求解策略并编制了计算程序。最后对4个经典算例进行了分析,得到了严格的下限解,并将计算结果与其他方法的结果进行了比较,验证了方法和程序的正确性。