考虑渗流特性的岩体结构面分形特性研究

 裂隙的连通性和密度是影响岩体渗流特性的重要因素。从岩体渗流研究的需要出发,对计算机模拟的岩体裂隙网络,应用分形几何理论,提出考虑裂隙连通性和密度影响的岩体结构面信息维数的计算方法,建立信息维数与岩体渗透系数的关系,进而可以用信息维数和岩体结构面几何参数来直接推求各向异性裂隙岩体的渗透系数张量。工程算例表明：(1) 考虑渗流应力耦合作用时,用容量维数计算的渗透系数比用信息维数计算的值高出2倍多,说明用容量维数计算岩体渗透系数会夸大裂隙岩体的渗透能力;(2) 信息维数能较好地反映裂隙密度对渗流的影响。信息维数越大,表明岩体内连通裂隙数量越多,因而岩体的渗透性就更大一些。     

基于立体投影和3DEC的某水电站裂隙岩体边坡稳定性研究

裂隙岩体边坡稳定性研究是国内外岩土工程领域研究的热点问题,传统方法在评价裂隙岩体边坡稳定性时具有诸多限制。本文以某水电站溢洪道开挖边坡为例,提出了考虑确定性结构面与随机性结构面,基于立体投影和3DEC的裂隙岩体边坡稳定性分析方法。在水电站工程地质调研的基础上,确定了优势结构面,开展了结构面力学参数的现场试验,采用立体投影方法进行了设计边坡角下边坡可能滑动模式分析;依据可能的滑动模式,建立了三维非连续地质模型与数学力学模型,进行了自然、暴雨、地震三种工况下的位移与稳定性分析。该成果为裂隙岩体边坡稳定性研究提供了一种新的高效的方法,对相似工程具有借鉴作用。     

大型露天矿山边坡岩体稳定性分级分析方法

基于大型露天矿山边坡的构成要素与规模大小,将其划分为总体边坡、组合台阶边坡、台阶边坡3个层次;根据结构面规模与各层次边坡规模的几何关系,将结构面划分为贯穿结构面、非贯穿结构面、小规模结构面3个层次。从岩体结构控制论角度,认为不同空间位置、不同规模结构面对不同层次边坡的岩体稳定性影响存在差异性,提出结构面空间位置与边坡部位相匹配、结构面规模与边坡规模相匹配开展大型露天矿山边坡岩体稳定性分级分析的新思路。重点介绍大型露天矿山边坡岩体工程稳定性分级分析方法,按照结构面空间位置与边坡部位的匹配性、结构面规模与边坡规模的匹配性,依次对露天矿山的总体边坡、组合台阶边坡、台阶边坡进行分层次的岩体稳定性分析,系统全面地找出控制边坡稳定的关键性结构面及其组合,实现露天矿山边坡岩体稳定性的精细分析。结合具体案例,分别从整体稳定性、局部稳定性两方面评价了露天矿山的总体边坡、组合台阶边坡、台阶边坡的稳定性。大型露天矿山边坡岩体工程稳定性分级分析为开展边坡岩体稳定性的精确计算创造了必要的条件。     

考虑各向异性特征的三维岩体结构面峰值剪切强度研究

 由于岩体结构面形貌的复杂性,目前,所提出的峰值剪切强度模型不能够很好地体现其各向异性特征。鉴于此,综合考虑岩体结构面起伏角和起伏幅度,提出一个考虑各向异性特征的综合参数?表征岩体结构面粗糙度的新方法;?由某一方向的起伏角参数SRv和起伏幅度参数A表示;其中参数SRv表示结构面粗糙度的各向异性特征,用变异函数分析方法进行计算获得。然后,应用该法分析Barton十条标准轮廓线,拟合出JRC与参数SRv,A的关系表达式;结合Barton强度公式,给出考虑各向异性特征的岩体结构面峰值剪切强度模型。最后,基于ShapeMetriX3D三维形貌测量系统,在实验室开展类岩体结构面形貌的量测;并应用上述方法估算结构面4个方向上的峰值剪切强度。于此同时,开展该类岩体结构面各向异性的剪切力学试验,通过试验值与估测值的对比分析,验证了所提模型的正确性。研究结果为准确预测岩体结构面抗剪强度提供一种新方法。     

露天矿山岩体力学参数估算法的应用研究

露天矿山边坡稳定性分析中岩体力学参数的取值至关重要,Hoek-Brown强度准则可以充分反映岩石的非线性破坏的特点,广泛应用于工程实践;结构面作为岩体的一部分,其对岩体的影响不可忽略;结构面的稳定性由抗剪强度决定,对结构面力学参数的估计同样是评价岩体强度的重要组成部分。利用轮廓曲线法和回弹法量取结构面粗糙度和壁岩强度量化地质强度指标GSI,并对潜在滑移结构面抗剪强度精准取值。结合广义Hoek-Brown强度准则估算和兴矿山II-B边坡岩体力学参数,通过极限平衡法分析其整体稳定性系数;利用Barton-Bandis模型线性拟合,计算结构面抗剪强度,对滑体落岩的稳定性进行分析。计算结果表明,整体边坡安全系数F_s=1.285,稳定性较好;含有潜在滑移结构面的岩体安全系数F_s=0.911,局部存在单平面滑移可能。计算结果符合现场实际情况,经反算法验证后,证明通过该方法估算得到的岩体强度参数及结构面抗剪强度是合理的。     

大连地下石油储备库初始渗流场数值反演

 初始渗流场分析是水封式地下石油储备库设计中的重要内容和先决条件,现场压水试验只能提供较准确的各向同性渗透系数,而不能反映各向异性的渗透特征。结合大连地下石油储备库工程,提出一种基于随机节理网络模拟技术反演岩体各向异性渗透特征的方法。首先,采用三维离散元程序3DEC内置的Fish语言,直接生成不同尺寸的三维节理网络模型,通过推导的判别式来统计模型中各组节理的个数及产状信息。其次,利用裂隙介质的渗透张量理论计算不同尺寸的岩体渗透张量,进而确定节理岩体的表征体元(REV)。根据现场压水试验实测资料,修正节理岩体的渗透张量,再利用Matlab软件计算渗透主值及渗透特征向量。最后,考虑渗透系数的空间正交各向异性,采用FLAC3D的Fl_anisotropic的渗流模型反演库区的初始渗流场,为水封式地下石油储备库水幕设计及稳定性分析提供较合理的初始渗流场条件。     

裂隙土渗流模型研究进展综述

在实际工程中,对于裂隙土的边坡、道路桥梁工程及基础土体,渗流对其承载能力、稳定性有显著的关联作用。裂隙土体渗流模型的研究并不少,现就几种目前最主要的裂隙土体渗流模型研究现状及其特点和不足进行了阐述,并在上述基础上提出了一些新的展望。等效连续介质模型是目前应用最为广泛的模型,但它也有自己的缺点,一些张量的确定不够准确,需要进一步研究,如裂隙岩体几何参数、有效孔隙度以及等效渗透张量等。从细观力学结构入手研究渗流耦合模型是一个极其明智的出发点,其必将极其具有重大的理论意义和实用价值。     

采用Monte-Carlo模拟技术计算裂隙岩体的渗透系数张量

裂隙岩体的渗透系数张量是一个非常重要的岩体水力学参数。本文采用结构面现场测量及统计分析方法建立岩体结构的概率模型 ,进而采用 Monte-Carlo模拟技术生成岩体裂隙网络模型 ,由裂隙网络模型中的连通裂隙计算岩体的渗透系数张量 ,并给出了工程应用实例。     

裂隙岩体非饱和水力应力耦合的不连续介质模型研究

目前对于裂隙岩体饱和水力应力耦合的研究取得了一些进展,但在很多工程领域不能简单地采用饱和渗流分析,而是要考虑岩体饱和-非饱和渗流、应力耦合作用对工程岩体的强度和稳定性的重要影响.因此在总结众多学者对裂隙岩体水力耦合研究成果的基础上,根据DDA力学计算和非饱和渗流计算原理,提出了基于非连续介质方法的--DDA方法的非饱和水力应力耦合模型;并给出了降雨入渗工况下的边坡水力耦合算例.计算结果表明,边坡稳定性随着降雨入渗时间的增加而减小,降雨强度越大,边坡稳定系数的降幅越大;考虑水力耦合时的边坡稳定性要小于不考虑水力耦合时的边坡稳定性,且在同一时刻,若降雨强度越大,考虑水力耦合与不考虑水力耦合的稳定系数差值越大.仿真试验和工程应用表明其计算成果是符合实践规律的,由此说明了所提出的水力耦合模型能正确反映裂隙岩体的水力学特性,验证了该模型是可行有效的,可付诸于实践.     

岩体结构面三维粗糙度评价的新方法

 为了获得具有明确几何意义及理论依据的岩体结构面粗糙度评价指标,结合结构面剪切破坏机制,阐明将结构面潜在接触部分作为粗糙度评价重要因素的理论依据;将结构面粗糙度评价指标与其力学性质建立联系,提出描述结构面三维粗糙程度的新参数–粗糙度指标 。 即岩体结构面的潜在接触部分在垂直于剪切方向的面的投影面积与结构面水平投影面积之比, 体现了结构面在剪切方向的三维几何信息,具有各向异性。基于三维激光扫描技术及Matlab编程,实现了结构面三维几何模型的建立及 的计算。以工程应用实例,展示 的计算过程;研究同一结构面不同精细程度的几何模型的 ,结果表明：基于 评价的结构面粗糙度具有各向异性,且同一剪切方向的结构面 随其几何模型精细程度的增强而增大。对比研究 与Grasselli粗糙度评价方法,结果表明基于此2种方法的粗糙度评价结果具有相似性。此外, 可与结构面抗剪强度建立一定联系,为结构面抗剪强度估算模型的进一步研究奠定了基础。     

基于高精度微震监测的特厚煤层综放面支架围岩关系

基于高精度微地震监测技术,结合岩石力学理论、矿山压力理论和现场宏观现象,对特厚煤层综放工作面的岩层运动与支架载荷关系进行了研究。研究结果表明,正常情况下,特厚煤层综放工作面的基本载荷来源于厚度大于10 m的顶煤、厚度约30 m的下位直接顶和部分厚度为20 m左右的上位直接顶;冲击载荷来源于老顶的断裂冲击,老顶在工作面前方断裂并强迫其下位岩层断裂,从而在支架上形成冲击载荷,这也是特厚煤层综放工作面设计支架支撑能力13000 kN/架但被压死的主要原因。指出了特厚煤层综放工作面支架选型的方向是:支架的基本支撑能力能够承担顶煤和部分直接顶的作用力,通过缩小支架控顶距、加大支架可缩量等措施,可减小冲击对支架的影响。     

等效连续介质模型在某裂隙岩质边坡渗流稳定性分析中的应用

在分析某公路裂隙岩质边坡渗流时,合理选取了渗流分析模型,并综合考虑比较了单孔压水试验和裂隙统计取得的渗透系数,获得了能较好反映原位地质环境的修正渗透张量。利用该方法所获取的渗透参数并采用连续介质模型对该边坡工程分析计算,取得了与实际吻合的结果,并指出了边坡稳定性分析时考虑渗流场影响的必要性。     

节理岩体强度参数损伤张量模型多维估算

Hoek-Brown强度准则因可较好实现对节理岩体稳定性分析及参数估算,正逐渐被广泛应用于岩体工程评价中。在对其进行力学参数估算时,采用一维损伤因子D将岩体视为各向同性损伤材料进行分析,而实际上,节理岩体损伤呈现为多维度特征,对其整体损伤效应予以准确把握有赖于建立多维度损伤表示方法。本文基于Hoek-Brown强度准则实现对岩体强度参数估算,充分考虑损伤效应的多维度特征,建立损伤张量表示模型,并结合节理裂隙空间分布参数,实现对损伤张量因子确定化表示;基于节理岩体损伤张量表示结果,结合某露天铜矿边坡节理岩体统计窗测试结果,实现了对强度参数系统估算。损伤张量模型具有表示节理岩体空间损伤特征,可较好用于对节理岩体强度参数的多维度估算。     

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。     

柔性防护条件下露天矿山边坡稳定性模拟分析

针对柔性防护系统条件下山区矿山边坡稳定性问题，利用弹塑性理论建立数值分析模型，并对边坡安全系数进行计算分析。研究结果表明，柔性防护系统可有效地提高边坡安全系数，在技术上和经济上都具有一定的优越性。     

Numerical modeling of discontinuous rock slopes utilizing the 3DDGM (three-dimensional discontinuity geometrical modeling) method

The geometry of discontinuities in a rock mass is one of the most important influences on the behavior and characteristics of that rock mass. The geometry of discontinuities largely determines the stability of the rock mass, as well as appropriate methods for reinforcing and stabilizing that mass. This study introduces the 3DDGM (three-dimensional discontinuity geometrical modeling) method, which is based on the 3DGM (three-dimensional geometrical modeling) algorithm that was developed using the Mathematica software package. The 3DDGM method provides essential input data for the stability analysis of a discontinuous rock mass using block stability assessment techniques or block modeling codes. The 3DDGM method developed in the present work was designed to model discontinuities in rock masses and to provide accurate values for discontinuity parameters (i.e., location, spacing, separation, system, orientation, etc.). This algorithm was developed to increase the accuracy of the discontinuity model based on the Heliot algorithm. The 3DDGM algorithm was tested by applying it to a real case, the sloping discontinuous rock mass at the phase 7 gas flare site in the South Pars Gas Complex in Assalouyeh, Iran, and the algorithm was successful in providing a three-dimensional model of the discontinuities in the rock mass at the site.     

Microseismic monitoring and numerical simulation on the stability of high-steep rock slopes in hydropower engineering

For high-steep slopes in hydropower engineering, damage can be induced or accumulated due to a series of human or natural activities, including excavation, dam construction, earthquake, rainstorm, rapid rise or drop of water level in the service lifetime of slopes. According to the concept that the progressive damage(microseismicity) of rock slope is the essence of the precursor of slope instability, a microseismic monitoring system for high-steep rock slopes is established. Positioning accuracy of the monitoring system is tested by fixed-position blasting method. Based on waveform and cluster analyses of microseismic events recorded during test, the tempo-spatial distribution of microseismic events is analyzed.The deformation zone in the deep rock masses induced by the microseismic events is preliminarily delimited. Based on the physical information measured by in situ microseismic monitoring, an evaluation method for the dynamic stability of rock slopes is proposed and preliminarily implemented by combining microseismic monitoring and numerical modeling. Based on the rock mass damage model obtained by back analysis of microseismic information, the rock mass elements within the microseismic damage zone are automatically searched by finite element program. Then the stiffness and strength reductions are performed on these damaged elements accordingly. Attempts are made to establish the correlation between microseismic event, strength deterioration and slope dynamic instability, so as to quantitatively evaluate the dynamic stability of slope. The case studies about two practical slopes indicate that the proposed method can reflect the factor of safety of rock slope more objectively. Numerical analysis can help to understand the characteristics and modes of the monitored microseismic events in rock slopes. Microseismic monitoring data and simulation results can be used to mutually modify the sensitive rock parameters and calibrate the model. Combination of microseismic monitoring and numerical simulation provides a more objective basis for the numerical model and parameters and a solid mechanical foundation for the microseismic monitoring.     

钻孔岩体裂隙几何参数确定方法研究及其应用

 裂隙岩体渗透性是高放废物处置库场址选择和评价的重要考虑因素。钻孔岩体渗透性特征主要依靠钻孔电视获得的裂隙几何参数来确定。针对传统统计法确定裂隙几何参数存在的不足和误差,提出了新的统计方法和计算公式。研究认为：(1) 由于岩体裂隙空间分布多变性,提出了以裂隙密度和产状为基础的岩体均质区划分方法;(2) 钻孔岩体裂隙发育优势产状采用聚类分析方法来统计;(3) 裂隙间距的确定考虑了测量误差的影响并提出了修正公式;(4) 裂隙有效水力隙宽提出按照力学成因来确定。将获得的裂隙几何参数代入渗透张量计算程序中,得到钻孔岩体的渗透张量以及渗透主值和主渗透方向,从而为钻孔岩体渗透性分析提供依据。     

基于n维等效方法的岩质边坡楔体稳定体系可靠度分析

 提出岩质边坡楔体稳定体系可靠度分析的n维等效方法,建立考虑多失效模式相关的楔体稳定体系可靠度分析的概率故障树模型。采用四参数b 分布来描述可靠度分析中基本随机变量的分布。最后采用n维等效方法计算楔体稳定体系可靠度,并着重分析随机变量敏感性分析的3个层次及不同层次上的可靠度对基本随机变量的敏感性。结果表明,n维等效方法计算的楔体体系失效概率均在Cornell简单上下限法的范围内,它能够有效地评价楔体体系可靠度。概率故障树模型能够清晰直观地模拟多失效模式相关的楔体体系可靠度问题,忽略失效模式间的相关性将会明显高估楔体体系失效概率。此外,黏聚力和内摩擦角之间的负相关性对边坡的可靠度具有有利的影响。随机变量敏感性分为单一极限状态方程、单一失效模式以及体系可靠度3个不同的层次,在研究随机变量敏感性时必须明确相应的分析层次。水压力和结构面产状的敏感因子较大,因此布置良好的边坡排水系统以及进行详细的地质勘测工作是提高楔体可靠度有效的方法。研究成果为边坡风险分析奠定了一定的基础。