岩石边坡开挖及加固分析的弹粘塑性块体元方法

首先介绍了可用于边坡开挖及加固分析的弹粘塑性块体方法。该法把岩体视为具有弹粘塑性性质的结构面切割形成的刚性块体系统，考虑加固结构件在结构面上变形的协调条件，建立求解块体系统和加固构件系统的变形和破坏过程。然后介绍该方法小湾高洪坝坝肩和坝基开挖施工期稳定性研究中的应用情况。     

岩体的三维弹粘塑性阶谱块体单元法

提出了岩体的三维弹粘塑性阶谱块体单元法。首先，定义各块体单元的最小包围盒为其覆盖单元，在覆盖单元上采用阶谱形函数和弹粘塑性本构模型；然后，根据虚功原理，推导了块体系统的整体平衡方程；最后，就其中的数值积分和边界条件处理等问题进行了探讨。运用所提方法分析了两个简单算例，结果与解析解和有限单元法数值解很吻合，从而验证了其正确性和有效性。所提方法具有前处理简单、计算精度高等特点，适合于岩体变形与稳定分析。     

大花水拱坝的块体元法和拱梁分载法耦合分析

采用三维弹粘塑性块体元法与拱梁分载法的耦合分析方法对大花水拱坝的坝体应力和坝肩稳定性进行了分析。耦合分析时，用块体单元离散坝基，将坝体划分为拱梁系统。在拱坝和基础的接触面上，假设拱梁的基础节点固结在块体表面上，根据虚功原理，将拱梁单元刚度矩阵中关于基础节点的位移的刚度系数变换为关于块体位移的刚度系数。将刚度矩阵组装在一起并建立整体平衡方程，求解基础块体元和坝体内部节点的位移，然后计算各自的应力和稳定情况。计算结果表明，该坝坝肩边坡整体是稳定的。     

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。     

裂隙岩体弹塑性损伤本构模型及其加锚计算(英文)

根据裂隙岩体的弹塑性损伤变形机制，建立了断续多裂隙岩体在初始损伤、损伤演化和塑性损伤变形状态下的三维弹塑性损伤本构关系。在此基础上，建立了空间损伤岩锚柱单元模型，模拟锚杆对断续裂隙岩体的支护效果。最后，将建立的模型应用于三峡船闸高边坡，进行了边坡加锚裂隙岩体三维非线性有限元计算，获得了较为满意的结果。     

损伤流变模型在三峡船闸高边坡稳定分析的初步应用

将损伤力学理论应用于岩石力学，建立节理岩体的损伤力学模型，并采用粘弹－粘塑性理论和有限元法，编制了平面有限元计算通用程序对三峡船闸高边坡稳定性进行了模拟边坡开挖过程的损伤流变分析。     

泥砂岩互层边坡稳定性与加固效应分析

以某高速某高陡泥砂岩互层边坡为研究对象,在边坡岩体结构稳定性分析的基础上采用FLAC3D数值分析软件对是否考虑"泥-砂层接触面"进行稳定性分析。并与坡体变形监测结果相结合,对该边坡是否应考虑"泥-砂层接触面"进行探讨。此外,就不考虑接触面情况下的边坡进行锚杆加固,对锚杆应力状态和塑性区进行研究,分析加固措施的有效性。研究结果表明,在用FLAC3D进行泥沙岩互层边坡稳定性分析时,接触面的引入并不一定会得到合理的坡体安全系数。     

裂隙岩质边坡渗流与非连续变形耦合过程分析

 裂隙岩体中的渗流–应力耦合作用是岩质边坡失稳的重要因素之一。离散裂隙网络(DFN)模型用于研究裂隙岩体渗流,具有概念简单、效率高、适用性强的优点,是研究裂隙岩体渗流问题最为有效的手段之一。非连续变形分析(DDA)方法是专门针对裂隙岩体的非连续特性提出的一种变形场求解方法,能够更加真实地刻画工程岩体。将DFN模拟和DDA方法结合起来,提出基于DDA-DFN的渗流–应力耦合模型,给出考虑裂隙渗流情况下岩体块体系统的瞬时平衡方程,用于研究裂隙岩体变形对渗流的影响和渗流–应力耦合作用下裂隙岩体的变形破坏特征。利用该耦合模型,对一大型水利水电工程边坡稳定性进行分析。结果表明,水库蓄水后,地下水大幅度抬升,渗流–应力耦合作用加剧,导致边坡裂隙岩体中的关键部位发生大变形甚至破坏,进而触发边坡的进一步失稳。实例分析验证了这种方法用于边坡稳定性分析的有效性。     

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。     

锚固正交各向异性岩体的三维粘弹-粘塑性有限元分析

首先，从经过系统锚杆加固的正交各向异性岩体中取出的表征单元，然后，根据“等效材料”的概念，在一定的简化条件下，建立其本构方程，破坏准则及粘弹－粘塑性模型并将其引入三维有限元程序中，以地下洞室开挖为算例来考察锚固前后围岩的流变动态，从而得出有益的认识和结论。     

Methodology for tunnel and portal support design in mixed limestone, schist and phyllite conditions: a case study in Turkey

The purpose of this study is to present a methodology for tunnel and support design in mixed limestone, schist and phyllite conditions through investigating two highway tunnel case studies that are located along the Antalya–Alanya Highway in southern Turkey. The main lithologies of the project area are regularly jointed, recrystallized limestone and the weak lithologies of the schist unit (i.e., pelitic schist, calc schist, graphitic phyllite and alternations of these lithologies). A detailed geological and geotechnical study was carried out in the project area, and the tunnel ground support types and categories were determined according to the Q-system, rock mass rating method and New Austrian Tunneling Method (NATM). The shear strength parameters and geomechanical properties of the rock masses were obtained by using the geological strength index (GSI). The deformation moduli and post-failure behavior of the rock masses have been determined. Slope stability analyses were performed at the portal, side or cut slope sections. Kinematic and limit equilibrium analyses incorporating the effects of water pressure were performed for the regularly jointed failed rock slopes. Circular failure analogy was used for the slope stability analyses of irregularly jointed, highly foliated lithologies. Slope support system recommendations were made. A back analysis on a failed slope was performed. The results of the back analysis compared well with the results obtained through the GSI method. The tunnel grounds were divided into sections according to their rock mass classes. The deformations and stress concentrations around each tunnel section were investigated and the interactions of the empirical support systems with the rock masses were analyzed by using the Phase² finite element software. The regularly jointed rock masses were modeled to be anisotropic and the irregularly jointed, highly foliated and very deformable soil-like lithologies were modeled to be isotropic in the tunnel finite element analyses.     

节理岩体边坡模糊稳定性分析方法研究

节理岩体边坡失稳破坏同时受控于节理与岩体抗剪强度。在对具有两组平行节理的岩体边坡失稳破坏机制研究基础上，探讨节理岩体边坡几何物理参数为模糊数情况下边坡稳定性评价的分析方法，给出节理岩体边坡模糊安全系数的计算公式，编制基于潜在滑动面自动搜索边坡模糊稳定性研究程序。算例研究成果表明，采用模糊分析方法可以对节理岩体边坡稳定性有更全面客观的了解，能为潜在不稳定边坡的稳定性评价和锚杆设计等提供重要的参考依据，避免发生由于计算参数不确定性引起的加固节理岩体边坡破坏情况。     

循环荷载下节理岩体边坡动力响应的试验研究

 在振动荷载的长期循环作用下,岩质边坡中的原生结构面可能扩大并产生新的破裂面,直接影响到岩质边坡的稳定性。以某节理岩体边坡为原型,根据相似理论制作模型框架并在其内建造室内节理岩体边坡模型,利用振动台对边坡模型进行振动加载,研究在振幅分别为1.0,1.25,1.5 mm的振动荷载作用下节理岩体边坡的动力响应规律,对比水平方向和竖直方向振幅都为1.5 mm时边坡模型的变形差异。循环加载试验表明,在振动荷载作用下,边坡变形随振动荷载振幅、振动时间的增大而增大;边坡模型对于竖向的振动荷载更加敏感;边坡模型在受到振动荷载作用时,顶部的变形大于底部的变形;长期的振动荷载作用会导致原生裂隙延伸、扩张、贯通,引起边坡变形增大;根据变形情况提出边坡在振动荷载作用下的变形过程及变形导致的整体性滑坡和局部滑塌2种可能的破坏模式。研究结果对节理岩体边坡在循环荷载作用下的动力响应、疲劳劣化机制和边坡工程的长期安全性等理论研究和工程应用具有参考意义。     

某电厂节理岩质边坡抗震稳定验算

本文采用三维离散元数值分析软件分析了岩质高边坡稳定性。结果表明,三维离散元法可以较好地模拟岩质边坡节理分布、楔形体滑动及岩块崩落的过程。采用锚杆对破碎岩体进行加固后,能满足抗震的稳定要求,锚杆受力合理。     

用有限元强度折减法进行节理岩质边坡稳定性分析

通过对节理岩质边坡非线性有限元模型进行强度折减，使边坡达不到稳定状态时，有限元静力计算将不收敛，此时的折减系数就是稳定安全系数。同时可得到边坡破坏时的滑动面以及破坏过程，有传统条分法无法获得节理岩质边坡的滑动面与稳定安全系数，该方法为节理岩质边坡稳定分析了开辟新的途径，通过算例表明了此法的可行性。     

湖南岐山仁瑞寺节理边坡稳定性的细观损伤力学分析方法

 对湖南仁瑞寺岩质边坡进行地质勘查,该边坡结构面主要为X节理,一组走向为170°～265°,另一组走向为105°～125°,倾角较陡,普遍为50°～90°。通过6组实验分别确定岩块与结构面的力学参数。基于细观损伤力学理论,认为节理岩体是由岩块与微裂纹构成的各向异性材料,并利用代表性体积单元建立微裂纹的滑裂准则。通过编制相应的软件建立坡角为60°、节理倾角为52.5°和90.0°的岩质边坡计算模型,并对该边坡的稳定性进行分析。采用逐步去除约束的方式进行开挖模拟,得到边坡的塑性贯通区。通过与实际滑坡形式进行对比,模拟效果好,证明微裂纹是控制岩质边坡破坏的主要因素,对理解节理边坡的破坏机制具有重要意义。同时,该方法对于预测节理边坡破坏面的形状与位置以及复杂边坡的稳定性分析都有一定的借鉴意义。     

水–岩作用下断续节理砂岩力学特性劣化机理

在库水位周期性升降作用下,库水消落带节理岩体的损伤劣化很可能导致库岸边坡向不稳定的方向发展。基于此,开展了断续节理砂岩的水–岩作用试验,结合力学试验和微细观结构检测综合分析其劣化规律及机理。结果显示:(1)在长期水–岩作用过程中,断续节理岩样的抗压强度、变形模量劣化趋势明显,而且存在明显非均匀性,其中前3个水-岩作用周期的阶段劣化度明显较大,5个水–岩作用周期之后的阶段劣化度明显减小并趋于稳定。(2)水–岩作用下,不同节理倾角岩样的力学参数劣化幅度不一样,阶段劣化度总体呈U型分布,节理倾角在0°和90°附近时,节理岩样从明显的张性破坏逐渐向剪性破坏转变,破坏模式变化特征比较明显,对应力学参数劣化幅度较大;节理倾角为60°左右时,节理岩样总体保持顺节理面的剪切破坏,破坏模式变化特征不明显,对应力学参数劣化幅度比较小,这些变化也使得节理岩样各向异性力学特征逐渐减弱。(3)在水库长期运行过程中,消落带节理岩体的产状直接影响水–岩作用的劣化趋势和变形破坏特征,因此,在库岸边坡长期变形稳定分析中,不仅要关注消落带岩体力学性质的劣化,也要关注节理岩体的产状差异及其在水–岩作用下变形破坏模式的转化。     

节理岩体力学参数的选取与应用

在岩块的变形和强度参数及岩体结构面的野外统计窗资料的基础上，利用损伤力学和Hook-Brown准则进行节理岩体力学参数的选取，从而为岩体工程数值模拟提供较可靠的参数。最后，给出了该方法应用于浙江三门核电厂人工边坡数值计算的实例。