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边坡岩土参数优化确定方法研究

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收稿日期:2010-06-15 作者简介:郭兵兵(1982-),男,河南洛阳人,硕士,2009年毕业于中国矿业大学采矿工程专业,现在河南工程学院安全工程系从事采矿工程教学与科研工作。

边坡岩土参数优化确定方法研究郭兵兵,孙光中,孙　强,陈国祥(河南工程学院安全工程系,河南郑州　451191) 摘　要:岩土参数是影响边坡稳定性分析结果准确性和可靠性的重要影响因素之一。

论文介绍了目前参数确定的主要方法:试验法、经验类比法、公式估算法、岩体质量分类法、反演法,分析了影响参数确定的主要因素,提出了一个优化确定岩土参数数值的综合方法。

在伊敏露天矿东南帮边坡稳定性分析中,应用该方法确定东南帮边坡地层中泥岩的抗剪强度参数,得到较合理的参数值,获得了较准确可靠的稳定性分析结果。

关键词:岩土参数;优化方法;露天矿;边坡稳定性分析 中图分类号:T D82417 文献标识码:A 文章编号:1671-0959(2011)022*******Study on m ethod to opti m i ze rock and so il param eter of slopeG UO B ing -bing,S UN Guang -zhong,S UN Q iang,CHE N Guo -xiang(Depart m ent of Safety Engineering,Henan I nstitue of Engineering,Zhengzhou 451191,China )Abstract:The r ock and s oil para meters are one of the i m portant fact ors influenced t o the accuracy and reliability of sl ope stability analysis results .This paper intr oduces main methods t o deter m inati on of geotechnical para meters p resently,which are test method,e mp irical method,the e mp irical f or mula method,r ock mass quality classificati on and deter m inati on of inversi on method,analyses the main fact ors affecting deter m inati on of geotechnical para meters and puts for ward a comp rehensive method about para meter op ti m izati on .I n the sl ope stability analysis of Yi m in open -p it coal m ine,by thiscomp rehensive method,more reas onable parameter values were got,more accurate and reliable analysis results were obtained in deter m ining the shear strength parameters of mudst one measured in the s outheast sl ope .Keywords:r ock and s oil para meters,method of op ti m izati on,open -p it m ine,analysis of sl ope stability 岩土参数是边坡稳定性分析的基础数据。

参数取值的合理性会严重的影响到分析结果的准确性和可靠性。

边坡岩土体参数数值确定的方法有:根据规程进行试验,包括室内试验和现场原位试验[1-2],对试验数据进行概率统计分析后确定;根据类似地区或条件,采用经验数据或用经验公式确定[3-4];根据岩体质量分级确定[5],用参数反演的方法确定[6-7];综合确定法等。

边坡稳定性分析计算需要的参数有很多,本文主要讨论强度参数和变形参数。

1　岩土参数的确定的方法111　试验法确定岩石的抗剪强度参数测定室内试验有:直剪强度试验,变角剪切试验,三轴剪切试验。

现场试验有:平推法和斜推法直剪试验。

岩石的变形参数指标有弹性模量和泊松比。

在实际工程中,弹性模量常采用应力—应变曲线上单轴抗压强度的50%作为应力和该应力下的纵向应变值进行计算得出。

泊松比用单轴抗压强度的50%时的横向应变和纵向应变计算得出。

现场试验可用承压板法和声波法测定岩体的变形参数,在现场常用声波法来实测岩体的弹性波速度,求出岩体的动变形参数,再根据岩体完整性系数换算为静变形参数。

试验数据的统计分析[2],室内试验后,对试验的成果进行综合的整理分析和归纳,岩块的物理力学参数采用试验值的算术平均值作为试验的最佳值,根据需要进行计算相应的均方差、偏差系数、绝对误差及精度指标。

112　经验公式估算11211　Hoek -B r own 经验方程估算Hoek 和B r own 在大量试验的基础上,通过对大量岩石三轴试验资料和岩体现场试验成果的统计分析,提出了Hoek -B r own 经验准则[8],根据该准则可以导出:σm c =S σc01σm t =σc (m -m2+4S )2C m=Aσc σσc-T B-AB σσc-TB -1φm =a rctg AB σσc-T B -1式中　σm c ———岩体的单轴抗压强度,M Pa;　σt m ———岩体的单轴抗拉强度,MPa;　C m ———岩体的粘聚力,M Pa;　φm ———岩体的内摩擦角,(°)。

　m 、S 、A 、B 、T ———是与岩性及结构面情况有关的常数,根据岩体性质确定。

11212　根据岩体的完整性系数估算弹性波在穿过岩体时,根据弹性波在岩石试块和岩体中的传播速度比,可判断岩体中的裂隙发育程度,此比值为岩体的完整性系数。

根据岩体的完整性系数可以估算准岩体强度。

σc m =K v σc σm t =K v σt式中　σc ———岩石试件的抗压强度,MPa;　K v ———岩体的完整性系数;　σt ———岩石试件的抗拉强度,MPa 。

除了Hoek -B r own 经验方程估算法,完整性系数估算法外,常用的经验法还有R MR 法,CSI RO 分类法、孙广忠经验法等[9-10]。

113　岩体质量分级依据《工程岩体分级标准》(G B50218-94)进行岩体质量分级,然后根据边坡岩体质量等级得到强度参数的规范参考值。

岩体质量分级时,岩体基本质量分级,应根据岩体基本质量的定性特征和岩体基本质量指标BQ 两者相结合。

岩体基本质量指标BQ 按照(1)式计算:BQ =90+3R c +250K v(1)式中　R c ———岩石单轴饱和抗压强度,MPa;　K v ———岩体的完整性指数值。

当R c >90K v +30时,应以BQ =30+90K v 和K v 带入计算BQ ;当K v >0104R c +014时,应以K v =0104R c +014和R c带入计算BQ 。

当岩体遇到地下水、高地应力或岩体稳定性受软弱结构面影响时,应该对岩体的基本质量指标BQ 进行修正,按照修正后的值确定岩体级别。

114　工程经验类比工程经验类比,依据岩土体条件和所处工程地质环境,选择附近相似地区或条件相似地区,应用工程类比的方法选取边坡的岩土体的参数值。

工程经验类比法的关键是类比对象的相似性,通过对岩体结构面的分布情况、结构面的性质及地下水作用等岩体工程地质性质的研究,充分利用有限试验资料,对工程性质相似的结构面或工程岩体,根据现场试验资料采用定量类比的方法进行参数取值。

各类规范、规程、手册[11]都给出了较多的经验数据,应用时,可以根据条件进行选取。

115　反演法确定反演方法是利用实测的位移或根据研究对象所处的稳定状态,特别是处于极限稳定状态的边坡和已经存在的滑坡,假设其稳定性系数,采用各种计算方法反算岩土体的力学指标和变形参数的一种方法[6-7]。

2　岩土参数的优化确定体系边坡岩土参数优化确定体系如图1所示,岩土参数的合理取值确定受以下因素的影响[12]:1)岩土介质复杂性的必然反映。

由于各种岩石组成矿物不同,成岩过程不同,经受的地质构造运动和地质营力作用不同,岩土体的物质组成与结构组合,风化程度,岩体结构,主要结构面的状态,边坡岩体地质质量及其分布规律等是影响其力学参数值的重要因素。

图1　边坡岩土参数优化确定体系101 2)采用不同的试验方法、不同试验仪器获得的结果不同。

岩石力学试验是确定其力学参数的基础性工作,是获得力学参数所需原始资料的一种常用途径。

以不同的试验方法、不同的试验设备进行试验,所获得“试验值”的合理性和可信度是不相同的。

试验成果在多大程度上反映边坡地质实际,就要做具体分析和判断。

3)边坡工程经验。

边坡工程经验对岩土力学参数计算值的影响是多方面的。

有的无法进行力学试验时,专家们根据有限的直观信息,结合工程经验确定边坡力学参数计算值。

经验类比时,不同工程经验的专家采用不同的值,有的需要借鉴前人的经验成果,也造成参数的不同取值。

4)尺寸效应的影响。

不同尺度岩体参数取值不同,随着岩体尺度增加,岩体力学参数逐渐降低并趋于稳定值。

室内外试验成果是确定岩土体力学参数的基础,对试验数据进行统计分析,做出一定的筛选,剔除粗差的数据。

在对现场岩土充分调查的基础上,进行工程岩体分级,确定力学参数的参考值,同时搜集附近工程的力学参数资料进行对比。

用反演分析方法来验证。

在试验的基础上,根据多种经验方法及公式进行比较评定,依据实际工程岩体条件和工程经验确定力学参数计算值,综合运用试验法、经验公式法、工程类比法和参数反演法。

注重多种确定方法的相互验证,以获得技术上可靠、经济上合理的结果[9]。

3　工程实例伊敏露天煤矿东南帮边坡赋存的地层有:第四系沉积层、泥岩、砂质泥岩、砂岩、粉砂岩、煤。

其中的泥岩软弱层天然含水量小于液限而大于或接近于塑限,其饱和度高达90%以上,天然状态下的泥岩处于近饱和状态,呈现塑性特征,浸水后的泥岩有软化和崩解性。

东南帮边坡属于受泥岩控制的软岩边坡,泥岩的强度指标是决定边坡稳定的主要因素之一。

针对东南帮泥岩强度较弱、透水性较差、分布范围较广、层位变化较多、含水程度不同等特性,重点对其抗剪强度进行研究。

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对边坡勘察若干重要问题的研究

对边坡勘察若干重要问题的研究

对边坡勘察若干重要问题的研究【摘要】边坡（side slope）就是为了保证路基的稳定，在路基的两侧设置具有一定坡度的坡面。

按照成因，边坡可分为自然边坡以及人工边坡；按照地层岩性进行分类，可分为研制边坡和土质边坡，本文研究的喀斯特边坡属于岩质边坡。

在工程建设的过程中，可能会遇到各种各样的问题，边坡的勘察属于工程地质勘察中不可忽视的环节。

本文主要针对边坡勘察中的若干重要问题展开研究和分析。

【关键词】边坡勘察；喀斯特地形；岩质边坡0.引言喀斯特（KARST）即岩溶，主要是由于水对可溶性岩石（岩盐、碳酸盐岩以及石膏等）进行流水冲蚀、潜蚀以及崩坍等机械作用为辅的一种地质的作用。

边坡勘察首先需要对当期的气象资料进行收集，充分的了解该地区的年降水量以及季节性分布。

然后对边坡进行实地勘察、测量，明确边坡的土壤、坡度以及土质等。

为了更好的帮助施工人员开展工作，本文对喀斯特岩质边坡进行分析。

1.边坡勘察的重要性在对边坡进行勘察的过程中，就要面临边坡的问题，以及原始地形坡度较大，可能会产生滑坡的情况。

还可能因为工程建设改变原始地形后促使其形成新的边坡，诱发滑坡，对施工人员的安全以及施工场地造成威胁。

因此在勘察的过程中，就必须综合考虑各方面的因素，制定出有效的勘察方案，对于斜坡的稳定性以及可能会出现的危险进行分析，提供相应的计算参数，更好的为边坡治理服务。

2.确定边坡的类型在勘察的过程中，首先应当对现场进行初步勘察，收集相关的规划方案、地形图以及场平方案等资料，明确场平后形成的边坡高度以及范围和规模等较为详情的资料，明确工作场地的地质条件，确定场地属于地边坡、土质边坡、高边坡或者是岩质边坡等。

本文主要研究的对象为喀斯特地貌，喀斯特地层属于层状岩质边坡。

层状结构岩质边坡主要是由于沉积岩以及一些变质岩和火山岩组成的，岩层的层面是控制边坡稳定的优势结构面。

层状结构岩质边坡的力学性质是不连续的各向异性。

层状岩体在平行以及垂于的岩层方向上拥有的抗剪强度以及抗拉强度是不同的，而这种各向异性以及发育产生的多组裂隙是造成层状岩质边坡较为复杂的重要因素。

岩土工程边坡勘察难点及技术优化

岩土工程边坡勘察难点及技术优化

- 110 -工 程 技 术在目前的建筑、公路和水利工程中，边坡勘察是一项很重要的工作，高水平的边坡勘察，能有效降低施工过程中的安全风险并提高工程质量。

在研究中，相关工作人员以龙岩市新罗区红坊镇紫金山公园10号地块四标段的研学路为研究对象，深入分析此项目地段岩土边坡勘察工作存在的难题，并尝试利用多元化技术路径，提高边坡勘察的质量。

在此基础上，利用BIM 技术对三维地质进行建模，以期全面提高岩土工程边坡勘察效率，保证项目的顺利实施。

1 工程背景研究对象为龙岩市新罗区红坊镇紫金山公园10号地块四标段的研学路，设计路面宽度为24m ，属于次干路，采用挖方边坡施工方案。

边坡长度约为300m ，坡顶和临近地段不存在地面建筑物，坡顶顺接自然山坡，边坡高度为15~100m ，工程勘察等级为一级。

2 岩土边坡勘察技术难题分析2.1 高边坡问题高边坡和超高边坡出现滑移、崩塌的概率相对较高，并且通常滑塌产生的土方量和落石量较大，对建筑物、人员和车辆安全造成威胁。

高边坡和超高边坡划定标准，旨在界定土质边坡和岩质边坡的高度范围，以便在土木工程和地质工程等领域中对这些边坡进行管理和评估。

此外，通过定义高边坡和超高边坡的高度范围，能为相关施工人员提供管理和评估这些边坡的参考标准，有助于在土木工程和地质工程中对边坡进行处理和设计，见表1。

表1 高边坡和超高边坡划定标准（单位：m）类别土质边坡岩质边坡高边坡高度范围10~1515~30超高边坡高度范围＞15＞30结合项目边坡实际情况，最低高度为15m ，最高接近100m 。

项目同时有高边坡和超高边坡。

从边坡勘察的角度看，高边坡扩大了勘察范围，增加了钻探工作量，给边坡稳定性分析带来较大挑战，勘察单位承担的风险也更高。

2.2 长、高边坡稳定性评价岩土工程边坡勘察的核心目的是评价边坡的稳定性，设计科学的边坡支护方案。

根据《建筑边坡工程技术规范》 （GB50330—2013），项目边坡中存在挖方边坡和自然边坡，须对其稳定性进行验算。

边坡工程第8章-岩土体力学参数确定(冶金出版社)

边坡工程第8章-岩土体力学参数确定(冶金出版社)


8.1.5 考虑渗流条件边坡土体抗剪强度参数选用
(3) 稳定渗流期土坡稳定性分析 稳定渗流期是施工期间由于填筑土体内所产生的超孔隙水压力已经全部消散，水库长期蓄水，上下游水位差 在坝体内已形成稳定渗流，坝体内的渗流网得以唯一确定，而且不随时间变化。这种情况下，坝体内各点的孔隙 水压力均可由流网确定，因此，原则上应该采用有效应力法分析，抗剪强度指标都应采用有效强度指标。 (4) 水位骤降期土坡稳定性分析 1) 总应力法 水位骤降前，在原水位情况下渗流已经稳定，固结已完成。骤降快速发生，来不及排水，故总应力法应采用 固结不排水强度指标或固结快剪指标。这里的固结是指原水位下的固结，与下降前的稳定渗流相比，一方面由于 强度指标改为固结不排水剪强度指标，安全系数公式中的分子减小了；另一方面，水位下降又使下滑力增加，即 安全系数公式中的分母增加。因此，安全系数会比稳定渗流情况降低很多，这也是为什么水位骤降常引起滑坡的 主要原因。 2) 有效应力法
特别感谢本教材及PPT中引用文献及图片的作者！
边坡工程
Slope Engineering
吴顺川 北京科技大学 2017.10
第八章
岩土体力学参数确定
本章主要内容
本章针对土质边坡，介绍土体抗剪强度参数c和φ值及 不同类型参数的测定方法，并结合土坡的稳定性分析合理 地选择参数，以期达到最优工程效果；针对岩质边坡，结
(2)《碾压式土石坝设计规范》(SL274)
2) 采用与滑动受力条件相似的方法；
3) 采用反分析方法检验滑动面的抗剪强度指标。 地基稳定性可采用圆弧滑动面法进行验算，抗剪强 度参数宜根据土 ( 岩 ) 的性质和当地经验，可采用试
式中， σ’为作用于剪切面上的法向有效应力；c’、 υ’分别为有效应 力强度指标。
浅议边坡岩体力学参数的确定方法

浅议边坡岩体力学参数的确定方法

民营科技2010年第1期6MYKJ 科技论坛浅议边坡岩体力学参数的确定方法谭力良（深圳市岩土综合勘察设计有限公司，广东深圳518172）岩体力学参数选取是岩质边坡理论分析，设计计算的基础性工作和关键环节，目前国内外岩体工程广泛使用经典弹性理论和莫尔—库仑强度准则，采用岩体力学参数包括岩体学模量、岩体抗剪强度指标值C、Φ岩体抗拉强度、岩体抗压强度等，这些岩体学参数主要依据室内现场试验，经验强度准则、参数反演、工程类比方法取值。

下面首先介绍岩体力学参数研究中所涉及的几个术语概念，然后讨论边坡岩体学参数的常用值方法及其主要影响因素。

1岩体中相关术语的概念1）真值：真值是某一岩体或试件客观存在的力学参数真实值。

2）实验值：实验值是指在进行岩体力学试验时，按规定的取值方法所得到的试验成果值，容易理解，对试件本身而言，只要试验合理，其实验值就是真值。

3）标准值：取一定数量同性质岩体的实验值，用一定的统计分析方法（如果解法、算数平均法、小值平均法、最小二乘法、点群中心法和优定斜率法等），舍去不合理的离散值，并进行经验修正后，所求的实验成果综合值称为标准值，显然，只要试验合理，试件状态与实际地址条件相似。

其标准值可近似理解为真值。

4）计算值：计算值是供设计和稳定验算时使用的量值。

就边坡岩体而言，地址建议值或建成“建议值”即为计算值。

当边坡岩土质量十分单一和均匀时，其标准值可近似作为“计算值”但有时也应做适度的调整。

此外，应以其各自力学组合来表现，例如以其“标准值”的加权平均值为基础，根据诸多工程地质因素做出适当调整后所求的参数值，可作为：“计算值”。

2确定力学参数计算值的常用方法岩体力学参数确定的岩体工程分析、设计的基础工是一个非常重要环节，常用的岩体力学参数取值方法有实验法、经验公式法、反分析法、工程类比和数值计算法等。

1）实验法：试验研究是确定岩体力学参数最直接的方法，包括现场原位试验和室内试验，由于岩体中结构面存在，岩体结构尺寸效应的影响，以及水、风化等外应力的作用，使得岩体的力学行为与室内石试块所表示的力学行为之间存在着很大的差异，即使是现场原位试验也知识包含部分不连续，也还不足以代表公车个岩本尺度范围，并且现场实验室常常试验数量有限且成果分散，因此实验值一般不直接作为计算值，大多需要对实验值进行经验折减，或者用一定的统计分析方法求标准值。