某卸荷拉裂岸坡发展趋势三维有限元分析

在简述某典型卸荷拉裂岸坡基本地质特征及卸荷拉裂特征的基础上,通过三维有限元数值模拟,分析了拉裂缝形成前、后岸坡的应力状态,以及库区正常蓄水后岸坡应力场的发展趋势。数值模拟计算结果表明:岸坡拉裂缝的产生,是特殊地质条件下岸坡长期卸荷的结果;拉裂缝的产生,使岸坡应力场发生了变化,促使拉裂进一步扩展,但目前拉裂缝发展的深度,不致引起岸坡岩体发生贯通至坡面的剪切破坏;库区正常蓄水后,岸坡应力场进一步发生变化,促使拉裂缝进一步向下、向上发展,但向外发展的趋势减小。如对深拉裂缝进行合理有效的处治,在工程期内岸坡不会发生沿拉裂缝的整体剪切破坏。     

强震崩塌岩体冲击桥墩动力响应研究

 雅(安)-泸(沽)高速公路YK136＋097西冲特大桥16#桥墩岩质边坡发育的陡倾坡外结构面与风化卸荷裂隙构成倒悬危岩体。该区属高地震烈度区(VIII度),运用非连续变形数值分析(DDA)方法,对危岩体在强震作用下的失稳模式、破坏规模、运动轨迹及对桥墩冲击的动力响应进行模拟研究。演进过程如下：强地震力作用产生放大效应,使突出山梁部位岩体首先震裂、抛掷,接续为中下部岩体沿卸荷拉裂面溃崩解体,滑体进而沿主控结构面整体滑塌、冲击桥墩。统计分析坡体及桥墩监测点位移大小和变化特征,表明桥墩上各监测点位移与地震节律呈正相关,在失稳岩块撞击及堆积岩体推挤作用下,系梁与桥墩顶端变形及永久位移较墩身其他位置大,这一过程与“5•12”汶川地震滚石冲击桥梁破坏现象吻合。在对坡体及桥墩变形量化分析基础上,依据强震触发崩塌特征提出了桥梁边坡危岩防治方案。     

某卸荷拉裂岸坡发展趋势三维有限元分析

在简述某典型卸荷拉裂岸坡基本地质特征及卸荷拉裂特征的基础上，通过三维有限元数值模拟，分析了拉裂缝形成前、后岸坡的应力状态，以及库区正常蓄水后岸坡应力场的发展趋势。数值模拟计算结果表明：岸坡拉裂缝的产生，是特殊地质条件下岸坡长期卸荷的结果；拉裂缝的产生，使岸坡应力场发生了变化，促使拉裂进一步扩展，但目前拉裂缝发展的深度，不致引起岸坡岩体发生贯通至坡面的剪切破坏；库区正常蓄水后，岸坡应力场进一步发生变化，促使拉裂缝进一步向下、向上发展，但向外发展的趋势减小。如对深拉裂缝进行合理有效的处治，在工程期内岸坡不会发生沿拉裂缝的整体剪切破坏。     

基于原状岩芯的大桥岸坡卸荷带划分

深切河谷岸坡卸荷带发育,卸荷带范围及性质决定着大桥及墩台位置的选取;平硐勘探耗时长、费用高、安全性差,利用半合式单动双管钻探技术采取原状岩芯样,可快速、经济、安全地对岸坡进行勘探,快速有效地进行岩体结构面及RQD的分析统计,以定性及半定量成果确定卸荷带发育情况及性质,为岸坡稳定性评价奠定基础;在某大桥岸坡勘察中首次采用半合式单动双管钻探采取原状岩芯+整体无损岩芯转移保存技术,进行岸坡卸荷带的原位研究,有效证明了该技术可部分替代平硐勘探,为今后类似大桥岸坡卸荷带快速勘探提供勘察经验。     

三峡船闸高边坡岩体时效特性及长期稳定性分析

介绍了三峡工程船闸区岩体及结构面现场蠕变试验成果，考虑施工开挖卸荷对边坡岩体的扰动影响，以及边坡内渗透水压力的作用，进行了施工期和运行期边坡流变稳定性的数值分析，分析结果得到了现场监测的验证。     

西南某水电站闸址区高边坡特征及其工程效应研究

西南某水电站闸址区两岸高边坡，表部风化卸荷严重，弯曲-拉裂变形突出，崩塌、剥落等灾害时有发生。因此，对其特征稳定性及危害程度进行准确评价显得尤为重要。通过对现场工程地质条件的系统调查及室内综合分析，首先，对两岸边坡的结构类型、结构面与坡面组合、岩体风化及物理力学性质等特征进行了细致研究：然后，对其岩体质量进行了定量分级。在此基础上，结合实例边坡，对其稳定性及可能引起的工程效应进行了综合评价；最后，笔者认为，两岸边坡稳定性较差，尤其是右岸，对坡下闸址及进水口安全威胁很大。     

锦屏一级水电站Ⅳ～Ⅵ山梁雾化边坡稳定性分析

针对锦屏一级水电站左岸Ⅳ～Ⅵ梁部位岸坡"深部裂缝"发育、坡脚阻抗段岩体单薄等结构特点,分析岸坡潜在失稳的边界条件及变形破坏模式.基于多个水电工程边坡雾化失稳实例的启示,从雾化降水对岸坡岩体的作用机制入手,指出雾化对该段岸坡稳定性影响的关键是深部裂缝充水及坡体饱水.据此,按坡内不同水位对稳定性系数的影响进行初步的敏感性分析.分析结果表明在泄洪雾化情况下,Ⅳ～Ⅵ梁边坡稳定性问题较为突出,不能满足工程边坡安全稳定要求,应加强相应的工程处理.     

凝灰岩夹层对桥址岸坡稳定性的影响

综合分析桥址区凝灰岩夹层的特征,结合现场勘察资料,采用极限平衡法和数值模拟法,对桥址岸坡岩体在天然状态、地震条件下的应力状态进行数值模拟分析。研究结果表明:桥址岸坡稳定性主要受t3和t2凝灰岩软弱夹层的控制。在两种工况条件下,边坡最小安全系数均处于稳定状态,岸坡稳定。     

拱坝建基面开挖过程中不平衡力变化及处理效果研究

300 m级高拱坝建基面开挖造成的岩体卸荷松弛对高拱坝的整体稳定性影响巨大。白鹤滩拱坝左岸建基面开挖至628 m高程时也出现了卸荷松弛、结构面错动等现象。基于变形加固理论,提出了使用不平衡力作为坝基岩体松弛卸荷的定量判据,阐释了不平衡力分析岩体开裂与坝基卸荷时效松弛的理论基础,通过试验和数值模拟的对比说明了不平衡力应用于卸荷松弛判据的准确性。使用三维非线性有限元程序TFINE,对白鹤滩拱坝原始地形和开挖过程进行精细模拟,分析了开挖过程中建基面基础(尤其是结构面)的卸荷松弛演变过程。分别对无基础处理、预留保护层和施加锚索情况下的开挖卸荷松弛进行了研究分析。模拟结果表明,在开挖到630 m高程时,在结构面交汇处和坡面出露段附近结构面的不平衡力与屈服区出现集中情况,这与观测到的建基面卸荷松弛以及结构面出现错动裂缝等现象符合;继续开挖过程中,LS331、LS3318不平衡力较大,相对比较危险。另外,坝体底部的陡坎开挖成型时,陡坎底部的不平衡力增加较明显,需减缓陡坎坡度。预留保护层和建基面锚固对控制松弛卸荷作用较小。     

白鹤滩柱状节理岩体几何结构特征与卸荷松弛特性分析

针对白鹤滩水电站柱状节理岩体陡峭结构面发育和卸荷开挖过程中垮塌与掉块问题突出的工程难题,在深入开展柱状节理岩体结构特征现场调查基础上,阐明了柱状节理岩体较为特殊的柱体状结构面网络、不规则多边形断面原生节理等特征及其形成原因,并通过现场钻孔摄像和声波测试揭示了柱状节理岩体在开挖卸荷后的岩体卸荷松弛和结构面开裂特性,并在此基础上探讨了柱状节理岩体的支护参数与开挖方案,其研究成果可为同类工程岩体开挖与支护设计借鉴。     

大型地下洞室围岩稳定性的岩体结构控制效应研究

大型地下洞室围岩稳定性问题突出表现为大跨度、高边墙的巨大开挖面与岩体结构面组合而产生的围岩块体稳定性问题以及岩体结构对围岩变形破坏的控制和变形量预测问题.本文以三峡水电工程地下厂房为实例,通过大量的现场调查和实验及模拟分析,开展了大型地下洞室围岩稳定性评价中的岩体结构控制效应研究,重点是岩体结构对岩体质量及其宏观力学特性的控制效应.研究中以结构面网络模拟的结果为基础,以模糊信息优化技术、拉格朗日有限差分法、分形几何、损伤力学等技术、方法、理论为手段,初步解决了大型地下洞室的不同具体工程部位岩体质量及其岩体宏观力学参数的评价问题,为工程实践中这类问题的解决探索了一条新途径.论文主要内容包括以下几个方面:博士学位论文(1) 应用系统工程层次性理论,确定地下厂房区岩体结构面的分类原则和描述体系,通过对厂房区岩体结构面的系统调查、分类、统计研究,建立厂房区岩体结构面的确定性层次模型和统计模型.(2) 系统研究厂房区宏观贯通性结构面的工程地质特性及其工程控制效应,确定地下厂房中由控制性结构面和开挖面组合所产生的大型几何可移动块体的空间分布、规模、稳定状态及因素敏感性.(3) 通过对短小、断续性结构面统计特征的研究,将地下厂房区划分为5个岩体结构统计均质区,应用结构面网络模拟技术,研究各个岩体结构均质区结构面的发育分布特征,并以此作为岩体质量及其宏观力学特性研究的基础.(4) 在结构面网络模拟计算结果的基础上,应用模糊信息优化技术研究了厂房区各个岩体结构分区的岩体质量并与岩体基本质量指标[BQ]研究法、岩体质量指标RQD值研究法作了对比,结果表明以结构面网络模拟结果为基础,应用模糊信息优化技术进行岩体质量评价能够取得很好的效果.(5) 通过对已有的现场大型岩体变形试验结果的分析及相应试验点岩体结构分形特征的研究,建立了结构面分布的分形维数和岩体变形指标间的相关关系,并应用这种相关关系根据结构面网络模拟及分形维数计算结果确定缺少试验结果的地下厂房各具体工程部位的岩体变形指标而且应用于围岩稳定性计算.(6) 通过应用拉格朗日差分法对岩体强度指标的数值分析并与按连通率加权平均计算法及现场实验结果对比表明:模拟岩体力学实验与现场实验相结合可以简便易行地达到评价复杂岩体不同具体工程部位岩体强度参数的目的;按连通率加权平均计算法在考虑合理的折减系数情况下,可以简单快速地对缺少现场大型试验结果的具体工程部位实现岩体强度指标的估计.在此基础上研究了地下厂房各个岩体结构分区的围岩强度参数并应用于稳定性计算.(7) 通过结构面网络分形维数的研究,应用分形损伤耦合分析方法,研究了厂房区岩体的损伤特征,并引入"损伤度”的概念,建立了基于岩体损伤特征的岩体质量评价指标体系.(8) 分别应用二维及三维有限元数值模拟技术,研究了主厂房开挖后围岩二次应力场重分布的规律及岩体的变形破坏特征,从而对厂房开挖后围岩稳定性状况得出了明晰的认识.     

基于坡体结构的岩质边坡稳定性分析

充分利用地质资料建立正确的岩质边坡稳定性分析计算模型,对于获得正确的分析结果至关重要.根据地质资料建立坡体结构,由此建立分析计算模型.考虑到岩质边坡所经历的浅表生改造和受到自然营力作用而具有的特殊工程地质性质,坡体结构和现有岩体结构的概念存在较大差别,用这些差别来充实现有坡体结构的概念,由此建立的计算分析模型才能获得较为正确的稳定性分析结果.首先对比坡体结构和岩体结构的不同之处,重点论述建立坡体结构应考虑的问题(即边坡所在岩体的浅表生改造特征)、自然营力对坡体浅层的作用程度和影响范围、坡体地质力学模型涉及的范围等;结合地勘资料建立坡体结构,在此坡体结构上既要能体现边坡所在岩体的地质结构特征,又要能反映其特殊工程地质性,例如组成坡体的岩性、节理裂隙特征、地下水和地表水的作用、结构面形状及其充填物、浅表生改造形迹、风化与卸荷性等;再由坡体结构建立用于稳定性分析的计算模型,确定模型范围、计算参数、主控结构面位置、可能的失稳破坏模式等,在此基础上选用合适的分析理论进行坡体的二维或三维稳定性分析就能得出较为合理的结果.     

坝址区岸坡的风化卸荷特征

介绍了岩体卸荷分带的研究意义及方法，针对岸坡卸荷带的定性划分、岸坡卸荷带划分的定量测试、岸坡应力场的分带性与卸荷分带进行了探讨、研究，最后提出了岸坡卸荷带的综合划分。     

白鹤滩水电站边坡结构面强度及稳定性分析

结构面变形及其破坏特征是岩体岩石力学研究的基本问题之一,针对白鹤滩水电站边坡工程,本文利用数值方法,研究了影响控制性结构面强度的一般性因素,确定了控制性结构面强度上限值;基于反演手段,获取了控制性结构面综合强度指标,并由此建立河谷演化模型再现河谷地应力场,根据结构面地应力赋存环境为选择合理的结构面本构模型奠定理论依据。在上述基础性研究前提下,利用平面数值计算手段分析了左岸边坡稳定性特征,并对平面计算结果进行了合理性评价;最后,基于岸坡改造、破坏过程中结构面性状弱化这一前提假设,利用强度折减法揭示了左岸边坡变形、破坏方式。解决了工程问题,并得到有关的方法应用认识。     

汤屯高速公路顺层岩质边坡变形机制分析及治理对策研究

通过对汤屯高速公路顺层边坡现场工程地质条件的系统调查,首先对边坡的岩体结构类型及其成因机制、结构面与坡面组合特征进行细致研究,在此基础上通过FLAC^3D数值模拟,结合工程地质条件分析,对其变形破坏机制进行深入探讨。研究结果表明,边坡处于滑移弯曲–滑移拉裂复合型滑坡的初始阶段,边坡的变形受层间软弱夹层及岩体结构控制作用明显,坡体中上部块体沿层间软弱夹层产生滑动,受下部岩体约束,在坡体最薄弱部位–开挖面附近产生弯曲变形;受弯曲部位推力作用,第一级边坡碎裂岩体中逐渐产生剪切滑动面,并与弯曲部位岩体中滑移切出面贯通,最终破坏。基于变形机制分析的治理措施将重点放在控制碎裂岩体和潜在剪出口的变形上,监测结果表明,边坡达到稳定性要求。     

纳界河岩质边坡稳定性数值分析

通过工程地质勘察和Ansys有限元数值模拟方法,对纳界河大桥岩质岸坡进行稳定性分析。分别在天然状态和荷载作用下对岩体位移、应力强度进行分析,建议清除坡面危岩落石,在施工开挖过程中对覆盖层边坡采取一定防护措施。     

随机节理岩体变形与强度参数及其尺寸效应的数值模拟研究

节理岩体力学参数及其尺寸效应一直以来都是岩体研究的热点和难点,但对于基于结构面网络模型进行数值模拟的研究尚未见报道。笔者以小湾坝基卸荷岩体为例,在对现场节理进行大量统计的基础上,分析出节理特征值的分布函数,再运用蒙特卡罗方法建立了其结构面网络模型。在此基础上,利用编制的接口程序和现有的FLAC3D岩土分析软件,实现了对随机节理结构面网络模型的不连续位移数值模拟。模拟结果表明:小湾坝基卸荷岩体变形模量与岩体尺寸的关系服从负指数分布,而强度参数与岩体尺寸的关系基本服从负幂函数分布,其结果与现场斜面载荷试验及经验评估参数结果较为接近。     

澜沧江巴东岸坡倾倒岩体特征及成因机制分析

通过对巴东岸坡倾倒岩体的现场调查研究、室内分析等,对巴东岸坡倾倒岩体的特征、成因机制有了充分的了解,为工程的下一步开展提供了有力的保障。     

清江大桥岩质岸坡变形机制的离散元模拟

采用离散元法对清江大桥宜昌岸桥墩所处岩质岸坡的变形破坏机制进行了模拟，结果表明：天然与加载状态下岸坡基本稳定；设桥时，建议加固坡高70m以上坡面岩体及壁顶，对岸坡后缘出现的裂缝进行灌浆处理。     

三峡地区奉节县城缓倾层状岸坡变形破坏模式及成因机制

结合奉节缓倾层状岸坡的特点,分析认为软硬相间的岩性组合、近水平的岸坡结构,加之垂直层面的密集短小节理的切割构成了奉节地区独特的岸坡结构形式。岸坡变形破坏主要以压致拉裂、差异卸荷、重力蠕变-滑移-倾倒和结构沉陷等4种模式进行。巴东组第二段(T2b2)紫红色泥岩的易风化,崩解特性以及第三段(T2b3)泥灰岩的脆性,易溶蚀特性使得该区边坡岩体结构被深度改造,导致岩体结构沉陷,使得岸坡出现了似滑非滑、似塌非塌的变形破坏特征,存而导致了关于其破坏模式认识上出现了很大争议。