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。     

锦屏左岸拱肩槽边坡稳定性及预应力锚索加固措施研究

应用大型分析系统软件FINAL,采用特有的接触界面单元模拟潜在滑动面和特殊的锚索单元模拟预应力锚索,对锦屏一级水电站左岸拱肩槽边坡潜在不稳定块体进行稳定性分析和加固措施研究。高边坡开挖、预应力锚索加固施工过程的数值仿真分析结果表明,采用界面单元、锚索单元,充分考虑了岩体中的不连续结构面以及预应力锚索的预应力和刚度对岩质高边坡稳定性和应力场、位移场的重要影响,较好地反映出预应力锚索在各种工况下的工作性态及加固机制,对工程中岩质高边坡的稳定性分析、加固设计有较好的借鉴和指导作用。     

三峡地下厂房顶拱典型块体研究

 岩石块体稳定性问题是三峡工程地下电站洞室工程的主要地质问题之一。电站主厂房洞室跨度大、边墙高，形成的临空边界宽大。本文介绍块体软件GeneralBlock的基本分析过程，并采用GeneralBlock软件建立三维岩石块体模型，对顶拱进行块体识别和稳定性分析。根据块体识别及分析结果，并考虑各块体内的组合形式，设计、施工了相应的预应力锚索或锚杆加固处理，并对锚杆、锚索和块体进行系统监测。监测结果表明，块体变形控制在2 mm以内，锚杆应力和锚索损失率保持稳定，锚固效果较好。     

软岩高边坡土钉支护的监测分析与优化设计

结合某软岩高边坡工程，对土钉支护结构的受力和位移进行了监测。通过对开挖过程中土钉所受轴力的试验数据分析，研究了土钉支护技术的加固机理，总结出确定软岩高边坡最危险滑裂面的判据，并对其稳定性进行了分析。根据施工过程中对边坡水平位移的监测，及时调整了边坡的支护参数、开挖深度和支护时间，控制了施工过程中边坡的变形，保证了软岩高边坡的整体稳定。     

向家坝水电站岩石高边坡模糊数值分析

 岩石工程中各种岩体的力学参数往往具有模糊不确定性,模糊不确定性在计算中表现为有限元控制方程中各个物理量均是模糊数。有限元计算结果也模糊数。利用编写的模糊有限元程序,对向家坝水电站左岸高边坡典型坡面稳定性进行了模糊有限元分析,同时分析了参数模糊性对人工高边坡应力和位移分布的影响。研究结果表明：向家坝水电站左岸高边坡岩石力学参数模糊性将引起边坡拉应力区分布范围出现较大的变化,边坡加固设计时应充分考虑拉应力区深度变化对加固范围选择的影响,以降低工程风险。     

重庆市某高边坡加固的工程实例

本文论述重庆市某高边坡锚杆挡墙工程，该工程经高边坡专家组评估发现边坡稳定性系数低，存在较大的安全隐患。根据边坡勘察，设计和施工资料，结合边坡上缘附加荷情况进行综合分析，提出边坡的加固补救措施，并取得良好的使用效果。     

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）。     

重庆市某高边坡加固的工程实例

本文论述重庆市某高边坡锚杆挡墙工程，该工程经高边坡专家组评估发现边坡稳定性系数低，存在较大的安全隐患。根据边坡勘察、设计和施工资料，结合边坡上缘附加荷载情况进行综合分析，提出边坡的加固补救措施拼取得良好的使用效果。     

泥化夹层对边坡工程稳定性影响及控制方法研究

岩体边坡工程的稳定性往往由岩体结构 (尤其是泥化夹层 )所控制 ,因此边坡工程一般需对控制边坡稳定的主要结构面进行控制处理 .以某边坡工程系统进口顺向及出口“上硬下软”逆向岩石边坡为例 ,分析了泥化夹层对边坡稳定的控制作用 ,介绍了采用洞挖方式设置混凝土阻滑键及采用混凝土置换泥化夹层以改善边坡稳定性的方法 ,通过阻滑键内、置换体内及边坡的实际应力、应变监测 ,分析了这两种加固处理方法对改善边坡稳定性的作用 ,提出了有待解决的问题     

槲疃山体滑坡边坡加固监测变形稳定性分析

安全监测是公路侧山体滑坡加固工程建设中不可分割的一部分,它对于查明高边坡的工作性状、评价高边坡的安全稳定性和验证设计都是十分必要的。本文在对槲疃山体滑坡边坡加固工程进行安全监测的基础上进行了边坡的稳定性分析。     

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。     

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.     

复杂岩石块体识别的单元重构–聚合方法

 为解决工程岩体开挖中含有复杂开挖边界时的块体识别问题,提出岩石块体识别的单元重构–聚合方法。首先,引入成熟的网格划分技术,通过建立网格模型(如有限元模型),实现对复杂开挖边界的精确模拟;其次,采用基于单元重构技术的结构面建模方法,将分布于岩体内的结构面建入网格模型;然后,提出基于单元聚合技术的块体构建方法和考虑有限性结构面时的单元组处理方法;最终可实现基于网格模型的复杂岩石块体识别。该方法识别所得的块体系统基于网格模型,块体的所有特征信息均可通过模型的单元和节点提取,块体的可视化也可在既有网格模型图形显示平台上实现。算例验证表明,当将结构面分别考虑为无限延伸和有限延展时,该方法的块体识别和稳定分析成果均与通用块体分析软件的结果一致。进一步将该方法应用于水电站大型地下洞室群的块体识别,可证明其应用于复杂岩石块体识别的有效性和优越性。因此,该方法是一种能够考虑复杂工程岩体开挖边界的岩石块体识别的新方法,其实现过程独立于基于拓扑原理的传统块体识别思路,为块体稳定分析提供了新的实现途径。     

考虑多失效模式相关的岩质边坡体系可靠度分析

 岩质边坡稳定的可靠度分析中包含多个相关的失效模式,传统的岩质边坡体系可靠度分析方法不能有效地考虑多失效模式相关的体系可靠度问题。为此,提出考虑多失效模式相关的岩质边坡平面滑动的体系可靠度分析方法。建立考虑多失效模式相关的岩质边坡平面滑动体系可靠度分析的概率故障树模型。采用b分布描述岩质边坡稳定分析中张裂缝的位置、岩体的黏聚力和内摩擦角。张裂缝中充水深度用截尾指数分布来描述。采用自适应重要抽样方法计算岩质边坡平面滑动的体系可靠度,并进行随机变量分布参数的敏感性分析。算例结果表明,概率故障树模型能够有效地分析岩质边坡多失效模式相关的体系可靠度问题,如果不考虑失效模式间的相关性对边坡体系可靠度的影响,岩质边坡的体系可靠度将会被低估。岩质边坡2个块体之间不发生相互作用的可能性明显地比2个块体之间发生相互作用的可能性要高。建议在进行岩质边坡体系可靠度分析时将张裂缝中充水深度系数取为区间[0.0,1.0]内的截尾指数分布。此外,变量的均值敏感性因子和标准差敏感性因子都表明,张裂缝中充水深度和张裂缝位置对边坡的体系可靠度影响最大,因此设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边坡稳定性的有效措施。变量的均值和标准差敏感性因子之间是高度相关的,它们都可以用来识别最敏感的随机变量。     

Stochastic analysis of progressive failure of fractured rock masses containing non-persistent joint sets using key block analysis

A stochastic key block method is developed for the analysis of complex blocky rock masses containing non-persistent joint sets. A robust block generation program is developed to model the non-persistent discontinuities. Various uncertainties of geological and geometrical parameters of the discontinuities are considered and Monte Carlo simulations of key blocks are performed. Based on the present analysis, progressive failure of a rock mass can be evaluated in a stochastic manner and the statistics of the key blocks including the total number and volume, the maximum and mean volume, shape and failure mechanism, etc. can be assessed. This approach is applied to a hypothetical horseshoe shaped tunnel in a highly fractured rock mass. Three scenarios with varying mean discontinuity size are analyzed to consider size effect on the predicted blocks and key blocks. It is shown quantitatively that a persistent discontinuity network assumption causes over-fragmentation of predicted blocks, overestimation of key blocks, and underestimation of the largest key block volume compared with non-persistent ones. More realistic representation of the discontinuities by considering the non-persistence is important to give out more reliable failure estimation of fractured rock mass. In addition, a case study application to a slope at the right bank of the Jinping I hydropower station has been conducted. Key block statistics is also helpful in support design.     

三维不连续变形分析理论及其在岩质边坡工程中的应用

 三维非连续变形分析主要包括3个关键问题：块体系统的拓扑识别问题;单个块体(刚体或变形体)运动方程建立与求解;伴随着块体运动和变形,块体间的接触关系需要不断地判别和更新。针对这3个关键问题,从代数拓扑中单纯形及单纯复合形的概念出发,依靠边界算子来生成三维空间块体的几何识别算法,采用Euler-Poincaré公式来确保块体搜索的准确性;利用单纯形积分来获得块体物理特征量的解析解;在一阶位移模式下,按照最小势能原理建立三维块体系统非连续变形分析的总体平衡方程;针对岩体工程破坏特点,提出面–面接触模型,并在此基础上采用强度折减法来计算岩质边坡的安全系数。由简单楔形体破坏算例可知,三维DDA能够解决由传统极限平衡方法假定条件带来的问题,能够正确计算楔形体破坏的抗滑安全系数。通过工程边坡算例可知,采用三维非连续变形分析方法来研究岩体边坡稳定问题,既能深入理解岩质边坡的破坏机制,又能方便地确定临界滑动块体位置、体积、滑动方向以及相应支护方式等;同时,鉴于DDA方法能够精确地求解切向滑动力,结合强度折减法能够获得比较合理的安全系数。     

山区公路高边坡微震监测与稳定性应用研究

山区公路高边坡的稳定是公路建设和运营过程中必须重视的重大问题,而有效监测是保证高边坡稳定的重要技术手段。依托实际工程详细介绍微震监测技术基本原理、微震监测系统以及现场监测方案等内容,运用微震监测系统对边坡开挖过程中的微震活动性进行实时监测,研究微震事件随着边坡开挖在时空上的分布规律,实现对边坡开挖过程的有效监控。并对土质边坡和土石过渡部位增加传统测斜监测技术,与微震监测数据相互补充分析。研究结果表明:微震监测技术可以对山区公路高边坡失稳进行有效预测和监控,为山区公路高边坡后期安全开挖和加固提供科学依据。     

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.     

Safety monitoring and stability analysis of left abutment slope of Jinping Ⅰ hydropower station

Safety monitoring and stability analysis of high slopes are important for high dam construction in high mountainous regions or precipitous gorges. In this paper, deformation characteristics of toppling block at upper abutment, deforming tensile rip wedge in the middle part and deep fractures are comprehensively analyzed based on the geological conditions, construction methods and monitoring results of left abutment slope in Jinping I hydropower station. Safety analyses of surface and shallow-buried rock mas...