关键块体在边坡岩体稳定性评价中的应用

关键块体的失稳运动，将导致岩体工程发生整体破坏。在分析边坡稳定性时，将岩体工程稳定性问题简化为寻找和分析关键块体问题，只对这些关键块体进行加固处理，就可以保证整个工程岩体的安全与稳定。本文以某高速公路岩质边坡为例，具体讲解了关键块体的计算方法。首先通过几何分析，找出岩体工程中的可动块体；然后根据滑面的物理力学性质，确定在工程作用力及自重作用下工程开挖面上的所有关键体；最后计算关键块体的稳定性及使其稳定所需要的锚固力，便于指导工程加固。     

锦屏一级水电站左坝肩边坡稳定性研究

从工程区的自然稳定斜坡调查入手，利用前期勘测的横剖面结果，获得工程区的砂板岩边坡和大理岩边坡的自然稳定斜坡的坡形数据；结合中国已建和在建水电边坡的开挖情况，采用自然斜坡比拟法和工程地质类比法综合确定拱间槽边坡的地质建议开挖坡比。在坝头深裂详细调查研究的基础上，分析拱间槽边坡开挖前后的可能失稳破坏模式及失稳块体的边界条件；通过采用三维极限平衡方法对可能失稳块体的计算模型进行分析，得到块体开挖前后的稳定系数；对失稳块体的稳定性进行详细评价，并提出块体加固方案建议，对类似工程提供可以借答的经验。     

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。     

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。     

基于数值分析参数选取的岩石力学试验

工程岩体力学参数的合理确定是岩石力学界存在的一大难题。针对山区修筑公路常遇开挖自然斜坡坡脚而诱发边坡失稳的情况,对某边坡的岩石进行常规及三轴试验,结合野外工程岩体结构特点及相关经验性资料,以获得边坡稳定分析的岩石力学参数。用这些参数对开挖边坡作非线性有限元分析,所确定的岩石力学参数提高了数值建模的合理性和分析的准确性。     

锦屏I级水电站左岸坝肩边坡施工期破坏模式及稳定性分析

 由于具有复杂的地质结构,岩石高边坡的变形破坏机制和失稳模式非常复杂。首先采用底摩擦试验研究锦屏I级水电站左岸工程边坡在工程开挖过程中的变形破坏模式。试验结果表明：(1) 变形破坏模式为滑移–拉裂式;(2) 岩体被煌斑岩脉X和f42–9断层共同切割形成不稳定块体,并发生失稳破坏。在此基础上,充分利用FLAC3D软件模拟边坡开挖变形的强大功能,分析边坡在开挖过程中可能的变形失稳模式。数值结果显示,f5,f8,f42–9断层以及裂隙密集带SL44–1和煌斑岩脉X等软弱结构面控制岩体的开裂和边坡的失稳。然后,通过有限元强度折减法计算得到工程边坡在不同工况下的安全系数：天然状态下边坡安全系数为1.277;开挖工况下边坡安全系数为1.152;施加支护措施后边坡安全系数为1.385。     

锦屏Ⅰ级水电站左岸坝肩边坡施工期破坏模式及稳定性分析

由于具有复杂的地质结构,岩石高边坡的变形破坏机制和失稳模式非常复杂。首先采用底摩擦试验研究锦屏Ⅰ级水电站左岸工程边坡在工程开挖过程中的变形破坏模式。试验结果表明：（1）变形破坏模式为滑移一拉裂式;（2）岩体被煌斑岩脉X和f42-9断层共同切割形成不稳定块体,并发生失稳破坏。在此基础上,充分利用FLAC30软件模拟边坡开挖变形的强大功能,分析边坡在开挖过程中可能的变形失稳模式。数值结果显示,f5,f8,f42-9断层以及裂隙密集带SL44—1和煌斑岩脉X等软弱结构面控制岩体的开裂和边坡的失稳。然后,通过有限元强度折减法计算得到工程边坡在不同工况下的安全系数：天然状态下边坡安全系数为1．277;开挖工况下边坡安全系数为1．152;施加支护措施后边坡安全系数为1．385。     

基于三维激光扫描的高陡边坡块体稳定性研究

艰险山区工程建设中高陡边坡块体稳定性是安全与防灾的重要问题,对艰险山区高陡边坡岩体结构面的调查是分析该问题的关键。以澜沧江某重大工程高边坡为研究对象,应用三维激光扫描技术,研究了远距离调查分析岩体结构的分析方法,分析了该高陡边坡的岩体结构面空间分布状况,统计分析了结构面的优势方向和岩石块体的分布状况,以此为基础,应用极限平衡分析方法,研究了该高陡边坡的岩石块体稳定性。     

岩质工程高边坡稳定性及其控制的系统研究

结合典型研究区工程高边坡稳定性的研究实践，采用现代工程地质，岩土工程和岩体力学的先进理论和方法，从工程地质，稳定性分析与评价三方面，系统地研究了岩质工程高边坡的稳定性问题，建立了一套完整的岩质工程高边坡稳定性及其控制研究的技术方法体系。研究成果既解决了研究对象的实际问题，又在岩质高边坡研究的基础理论和方法方面取得了进展，主要包括：（1）通过国内外大量典型实例的现场调和对比研究，系统地总结了岩体浅表生改造的一般规律，阐明了浅表生改造对岩坡应力场的大小，方向和范围的影响，岸坡应力场和结构场的分布规律，浅表生卸荷变形破裂体系及其对岩体稳定性的控制意义等，丰富和发展了岩体浅表生改造的理论。（2）探讨了岩体浅表生改造与边坡变形破坏的关系，按照岩体和结构面遭受浅表生改造和重力场条件下边坡时效变形继续改造的方式和程度，将边坡岩体划分为卸荷岩体，卸荷破裂岩体（含卸荷拉裂体或卸荷松驰林），变形体和崩塌，滑坡4个等级，首次阐明了不同等级的边坡岩体的基本特征和工程地质意义。（3）将边坡岩体质量分级与边坡的稳定性相结合，应用模糊数学理论，提出了边坡稳定性岩体质量分级的模糊综合评判方法，针对边坡岩体质量分级的CSMR法存在的不足，结合溪洛渡工程边坡岩体结构的具体特征，提出了边坡岩体质量分级修正的CSMR法。（4）采用地质分析判断和计算机仿真模拟的方法进行分析，结果表明，研究区拱肩槽和进水口边坡整体处于稳定状态，边坡开挖后的位移量一般为10～20cm。（5）采用层次性分析原理和复杂块体理论，从确定性块体，半确定性块体和随机块体三个层次上对边坡块体的稳定性进行分析，论证和评价，建立了非规则边坡块体稳定性分析评价的技术思路和方法体系。研究表明，拱肩槽和进水口边坡出现确定性块体的可能性较小，边坡中的不稳定块体大部分为半确定性块体，且规模较小，影响深度有限，切割边界不完善。（6）首次提出了“工程边坡稳定性控制”的概念，阐述了工程边坡稳定性控制的基本学术观点和控制体系的构成，通过地质分析，经验类比和有限元计算，获得了拱肩槽和进水口边坡的优化坡比，确定了工程边坡坡比选择的技术途径和综合集成方法，提出了从坡面控制，锚固控制和爆破控制三方面对拱肩槽和进水口边坡进行控制的技术方案。（7）探索了与边坡失稳预报密切相关并影响预报精度的一些基本问题。提出了边坡振荡型变形曲线和阶跃型变形曲线突变现象分析和处理的方法以及边坡变形阶段判别的定量方法，将处理复杂性问题行之有效的非线性科学理论引入边坡失稳时间预报研究中，初步探讨了边坡变形过程中的分维特征，建立了边坡失稳中长期预报的动态分级跟踪预报判据，提出了短期预报的Verhulst反函数模型预报法。（8）提出了边坡失稳时间预报的“变形机制分析-实时跟踪预报”的学术思想，并建立了相应的技术方法体系，基于此研究成果和前人的成果，开发研制了边坡失稳实时跟踪预报软件系统（SIPS）。     

连云港市连云区旗台山某矿区边坡稳定性分析

岩质边坡的稳定性受诸多因素影响,如地表水及地下水、结构面、坡向坡角、岩性及风化程度、岩石强度等,本文论述的是一典型的人工开挖的岩体高边坡,层面、节理裂隙及小断层较发育,爆破开采形成多处不稳定的楔体,本项目运用边坡失稳模式分析软件,统计出主要的结构面参数,综合判定主要的失稳形式,再利用软件定量计算边坡整体及楔体的稳定系数,提出具体的治理措施。     

Stability evaluation and optimal excavated design of rock slope at Antaibao open pit coal mine, China

Rock slope deformation stability for Antaibao open pit coal mine under mining was analyzed using finite difference technique (FLAC^3D). Optimal excavated scheme with relatively steeper slope angle of 47° instead of 30° was successfully implemented at the west wall on the geological section 73200 of the mine area, where the three-dimensional (3D) effect of nonlinear large deformation of the slope was taken into account. Physico-mechanical properties of the rock materials were obtained by laboratory tests conducted on samples cored from exploration drilling and rock blocks taken directly from the mine. A nonlinear Mohr–Coulomb material model with a tension cutoff was used in all present simulations. Nonlinear effect on excavated sequence was also discussed. It is demonstrated by dynamical response analysis that the action of earthquake magnitude VII (Richter) upon the relatively steeper excavated slope could not be more than that slope could bear.     

泥质软岩高边坡湿化稳定性研究

以一实际泥质软岩高边坡为分析对象,通过原状土样的室内试验成果分析了该种土体的特殊力学特性;采用Bishop圆弧滑动法对边坡在天然状态、残余强度状态、湿化状态下的整体稳定性进行了计算;根据试验得到的Duncan模型参数对边坡在不同应力状态下的非线性应力-应变特征进行了有限元分析;并在不改变模型参数和计算方法的前提下对加固后的边坡进行了相应的计算,所得出的结果与边坡实际运行状态吻合,表明泥质软岩边坡的设计与分析必须考虑水的入渗和卸荷松弛所导致的土体强度的衰减。     

反倾岩质边坡破坏的力学机制研究

以反倾岩质边坡为研究对象,建立了由一组结构面切割时边坡稳定性系数的力学计算方法。根据岩块结构面的受力模式,构建了岩块结构面的断裂力学模型,并基于断裂力学建立了各岩块结构面等效应力强度因子的求解方法和稳定性判据。引入Kelvin蠕变模型,获得了t 时刻岩块结构面等效应力强度因子的求解方法和结构面长度计算方法,为反倾岩质边坡的防治和监测提供了理论依据。以边坡内各岩块的转角为关联变量,量化了岩块转动后岩块间的相互作用力,建立了岩块转角的计算方法。最后,通过实例分析,表明建立的反倾岩质边坡破坏的力学分析方法计算结果与实际情况基本一致。     

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。     

岩质高边坡稳定性分析与评价中的四个准则

对于岩质高边坡而言,其潜在滑动面上力学参数的合理性、边坡开挖后需要的整体加固力以及计算的边坡安全系数与实际边坡安全储备的接近程度将直接影响岩质高边坡工程的安全性与经济性。从现有的确定边坡潜在滑动面力学参数的反演分析方法入手,指出其存在的局限性,提出边坡潜在滑动面力学参数最小取值准则;在此基础上,根据开挖岩体的总压力充其量是诱发边坡失稳的全部不利荷载的思路,提出边坡最大主动加固力准则。将潘家铮的上、下限原理应用于边坡的数值分析与稳定性评价,提出数值法进行稳定性分析评价的安全系数上、下限准则,并将其在工程评价中进行验证与推论。该研究可为工程设计人员进行有效经济地选择岩质高边坡加固方案提供宏观判据与基本原则。     

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。     

大连某高边坡工程的变形与稳定研究

首先利用拉格朗日有限差分法计算得到边坡开挖后的应力应变状态,然后通过滑面应力分析边坡的整体稳定状态,不仅可得到传统的稳定安全系数,而且可得到边坡的变形与受力特征.针对大连某高边坡工程实例,通过极限平衡法与数值分析法,分别得到原始自然边坡、开挖无支护边坡、预应力锚索加固边坡的整体稳定安全系数.工程实践证明,采用有限差分法...     

Measurement and interpretation of long-term deformation of a rock slope at the Ikura limestone quarry,Japan

More than 10 years of displacement measurements at the Ikura limestone quarry in Japan have clarified aspects of rock slope deformation arising from excavation in the quarry. Although the cause of most deformations can be explained theoretically, those occurring in a rock slope just behind the Tarumi working face proved perplexing. Contraction continued to occur on the rock slope although excavation of limestone had ceased at this face. The cause of this continuous deformation was evaluated through numerical analysis employed to assess the stability of the rock slope. An automatic 3D mesh generation technique was used to model the complex topography of the quarry resulting from the excavation and a finite element mesh model was rendered for each of the successive excavation stages. Elastic analysis then allowed the resulting rock slope deformation to be predicted. The calculated results reveal that the rock slope continued to deform elastically after excavation had ceased on the Tarumi face and that the on-going excavation at the Kawamukai working face, located 400 m away from the rock slope, was the probable cause. The calculated results using appropriate elastic moduli were in good agreement with measured results. The rock slopes are assessed as stable and the continuous deformation is believed to be elastic.     

The characterization of rock slope stability using key blocks within the framework of GeoSMA-3D

Considering the uncertainty and complexity of the influencing factors, the present study focused on the multi-level and multi-index evaluation system for analyzing rock slope stability. Quantitative analysis of the influence degree of the evaluation index on the rock slope stability was carried out by extension theory. The most significant factors affecting rock slope stability and the corresponding evaluation index were obtained. Further, the study presents a concept about the instability characterization coefficient of the key block, which is an important factor controlling slope stability. With this coefficient implemented into the search module of key blocks in the program Geotechnical Structure and Model Analysis-3D (GeoSMA-3D), developed by the corresponding author’s team, a further determination and visualization of key blocks were achieved. However, in many previous studies, there was no good correlation between the theoretical key blocks and the actual rock slope engineering, which led to derailment between theoretical analysis and practical engineering. Hence, this paper proposed the characterization safety factor of rock slope stability that combined the instability characterization coefficient with the weight of key blocks. The influence degree of each key block on rock slope stability was determined by the size of the instability characterization coefficient of key blocks. The weight of each key block on the slope stability was determined by combining this coefficient with the analytic hierarchy process (AHP). The key block information was applied to characterize the rock slope stability. The present study proposed a convenient and feasible evaluation method regarding rock slope stability. For the specific rock slope engineering, the significance of each evaluation index was determined and the most significant index was obtained. The determination and visualization of key blocks and the judgment of the slope stability were investigated, which verified the applicability and feasibility of this evaluation method.