对边坡岩体卸荷的分析研究

边坡岩体风化卸荷特征研究及在姚家坪水利工程中的应用周黎明;肖国强;王法刚;付代光
【期刊名称】《长江科学院院报》
【年(卷),期】2014(031)011
【摘要】姚家坪水利枢纽工程两岸边坡稳定性研究内容包括边坡卸荷带划分和卸荷岩体质量评价2部分.通过采用小排列折射波法,有效消除了试验平洞开挖后形成的岩体松动区对边坡卸荷带划分的影响,获得了边坡内部与风化卸荷有直接关联的未扰动层原岩波速;根据平洞地质素描和波速测试资料分析高边坡岩体卸荷带的风化卸荷特征;按照国家工程岩体分级标准,根据平洞波速和室内岩石力学试验求取卸荷区岩体的BQ值及其分布规律,最终达到了充分了解和掌握该工程边坡岩体稳定条件的目的.
【总页数】6页(P81-86)
【作者】周黎明;肖国强;王法刚;付代光
【作者单位】长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室,武汉430010;长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室,武汉430010;长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室,武汉430010;长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室,武汉430010
【正文语种】中文
【中图分类】TU457
【相关文献】
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2.折射波法在边坡岩体卸荷风化分带中的应用 [J], 肖国强;刘天佑;王法刚;周黎明;李运栋
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4.模糊综合评价方法在边坡岩体卸荷程度分级中的应用 [J], 王泉伟;刘建磊;杜朋召;
5.声波法在三峡工程永久船闸边坡岩体卸荷松弛监测中的应用 [J], 肖国强;覃毅宝;王法刚;周黎明
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文章编号:1006 2610(2022)06 0104 07某库岸开挖边坡卸荷岩体分析评价方法研究白亚妮1,胡习文2,毛振凯3,袁秋霜3,陈兴周1(1.西安科技大学建筑与土木工程学院,西安　710054;2.中国葛洲坝集团股份有限公司,武汉430000;3.中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司,西安　710065)摘　要:深切峡谷中电站库区岩质边坡开挖过程中形成的卸荷岩体,是影响边坡开挖支护设计与防范库岸产生渗透潜蚀作用及实现坡体长期变形预测所需关注的重点对象㊂以某电站库区岩质开挖边坡为对象,结合工程地质剖面及应力卸荷量,构建了考虑分级开挖过程和开挖面附近岩体卸荷松弛效应的数值计算模型;以室内分级卸荷试验为基础,界定了不同卸荷量级下变形参数的取值范围;综合对比岸坡初始场应力应变试算结果,遴选确定了考虑开挖卸荷效应的岩体力学参数;结合本构模型的优缺点,对比了Mohr-Coulomb与Drucker-Prager准则分析开挖卸荷岩体的适用性㊂结果表明:对象边坡初始场特征是遴选岩体计算参数的基础,卸荷分带的预估可为边坡开挖支护范围及变形预测提供参考,区分边坡拉剪与压剪等应力状态是本构模型优选的前提㊂关键词:水工边坡;开挖卸荷;数值计算;强度准则;变形分析中图分类号:P642;TU452 文献标识码:A DOI:10.3969/j.issn.1006-2610.2022.06.018Study on Analysis and Evaluation Method of Unloading Rock Mass of Excavated Slope of a Reservoir Bank BAI Yani1,HU Xiwen2,MAO Zhenkai3,YUAN Qiushuang3,CHEN Xingzhou1(1.Department of Architecture and Civil Engineering,Xi'an University of Science and Technology,Xi'an　710054,China;2.China Gezhouba Group Co.,Ltd.Wuhan　430000,China;3.PowerChina Northwest Engineering Corporation Limited,Xi'an　710065,China) Abstract:The unloading rock mass formed during the excavation of the rock slope in the reservoir area of the power station in the deep canyon is the key object that affects the design of slope excavation and support,prevents the seepage potential corrosion of the reservoir bank and realizes the long-term deformation prediction of the slope.Taking the rock excavation slope in the reservoir area of a power station as the study object, combined with the engineering geological profile and stress unloading,a numerical calculation model considering the graded excavation process and the unloading relaxation effect of rock mass near the excavation surface is constructed.Based on the indoor step-by-step unloading test,the value range of deformation parameters under different unloading orders is defined;By comprehensively comparing the trial results of stress and strain in the initial field of bank slope,the mechanical parameters of rock mass considering excavation unloading effect are selected and deter⁃mined;Combined with the advantages and disadvantages of the constitutive model,the applicability of Mohr-Coulomb criterion and Drucker-Prag⁃er criterion for analyzing excavated unloaded rock mass is compared.The results show that the initial field characteristics of the object slope are the basis for selecting the calculation parameters of rock mass.The prediction of unloading zoning can provide a reference for the excavation and support range and deformation prediction of slope.Distinguishing the stress states such as tension shear and compression shear of slope is the premise for the optimization of constitutive model.Key words:hydraulic slope;excavation unloading;numerical calculation;strength criterion;deformation analysis 收稿日期:2022-06-28 第一作者简介:白亚妮(1998-),女,陕西省神木县人,在读硕士研究生,主要从事水工岩体力学研究. 通讯作者简介:陈兴周(1980-),男,陕西省周至县人,教授,博士生导师,主要从事水工岩体力学及工程渗流方面的教学与科研工作. 基金项目:国家自然科学基金项目(U1965107,51979218)㊁陕西省自然科学基金项目(2018JM5118).0　前　言深切峡谷中陡峻岩质边坡的开挖,是中大型电站建设过程中不可避免的工程问题;且库区原生陡倾岩坡多数具有复杂的坡体结构及易于伴随工程活动产生卸荷变形的应力渗流环境㊂工程开挖与库水蓄泄是诱导开挖边坡发生变形甚或产生坍塌失稳的主要因素,结合岸坡结构与场区环境研究涉水岩质401白亚妮,胡习文,毛振凯,袁秋霜,陈兴周.某库岸开挖边坡卸荷岩体分析评价方法研究===============================================岸坡的变形破坏特征,可为工程设计优化及风险防范提供参考㊂陡高岸坡的开挖活动是诱导岸坡发生应力释放与形成开挖卸荷岩体及诱发卸荷扰动区裂隙网络贯通的根本因素㊂与河流潜蚀过程滋生的岸坡自然卸荷变形相比,工程建设导致的岸坡开挖卸荷岩体往往具有应力释放迅速㊁原生结构破坏显著且变形短时间突出的显著特点,即开挖卸荷岩体与紧邻岸坡原岩既存在结构性差异,更存在力学参数衰减特征,是岸坡非特殊滑面之外所需支护的重点对象,也是防范库水蓄泄过程产生渗透潜蚀作用的核心区域㊂关注岸坡开挖卸荷岩体的衍生机理及分析评价方法,既是合理评估开挖卸荷岩体范围及其稳定性研究所要解决的核心问题,也是实现预测开挖岩坡变形规律及服务工程设计的有效途径㊂因此,有必要结合库岸边坡结构与赋存环境及初拟开挖设计方案,开展岸坡开挖卸荷岩体分析评价方法及其在场区环境或工程活动干扰下长期力学特性与变形破坏机理方面的研究工作㊂国内学者哈秋舲[1]于1997年首次提出了 卸荷岩体力学”概念,在此之前,工程开挖岩体问题的研究多数基于加载岩体力学理论,所得结论与工程实际观测结果很不一致㊂此后,诸多学者基于卸荷岩体力学理念,开展了多因素复合作用下岩体开挖卸荷变形机理及分析方面的研究工作㊂张永兴[2]提出了卸荷岩体力学分析方法 变刚度迭代法,通过取不同卸荷区域岩体力学参数有效模拟了岩体卸荷非线性特征㊂李建林等[3]通过室内试验研究了卸荷岩体的应力应变关系及变形参数随卸荷阶段的变化规律㊂周济芳等[4]研究得到随着卸荷量的增大,岩体的宏观力学参数衰减,岩体质量不断劣化的规律,为卸荷岩体力学特性的进一步深入研究提供了依据㊂刘泉声等[5]通过对高应力条件下花岗岩进行卸荷试验,得出卸荷过程中岩石横向变形剧烈㊁扩容显著,变形参数损伤劣化的规律与初始围压相关等结论㊂王兴霞等[6]应用卸荷岩体理论计算得到开挖边坡水平位移值是常规算法所得位移值的2 ~4倍,验证了边坡岩体工程采用卸荷岩体力学理论更符合工程实践情况㊂柏俊磊等[7]通过三维有限元模拟考虑岩体开挖卸荷作用的影响,对比分析了边坡模型的应力应变过程及塑性区变化范围㊂胡田飞等[8]以偏应力增量为主要评判指标,依托数值分析法确定了边坡开挖松弛区范围㊂刘爽等[9]基于岩体损伤力学理论,构建了考虑岩体材料非均匀性和损伤特性的边坡分步开挖卸荷数值计算模型,并通过案例分析给出了开挖过程中松弛区范围及松弛程度㊂陈兴周等[10]指出依据边坡岩体的卸荷量级对卸荷扰动岩体进行分区,并根据卸荷岩体分区结果提出加固及相应的支护方案㊂李宁等[11]提出边坡潜在滑动面力学参数最小取值准则,为有效进行边坡初始场岩体力学参数的遴选提供了思路㊂本文采用室内试验和数值仿真研究方法,以对象边坡岩体为试样载体,开展室内常规三轴压缩及三轴卸荷试验;对比加载与卸荷过程中试样应力-应变曲线变化规律,获取试样卸荷量级与弹性模量降低百分比之间的相关性,为后续数值分析中岩体变形参数的确定提供参考;构建边坡分级开挖数值计算模型,依托地勘报告和数值计算结果开展初始场参数细化及遴选工作,并依据应力卸荷量开展开挖松弛区域划分与对应岩体力学参数取值及本构模型适应性对比;同时考虑支护设计及库水影响下岩体变形稳定问题,为岸坡开挖卸荷岩体分析评价提供参考㊂1　室内卸荷试验1.1　试验方案结合地勘报告和工程类比手段,并参考GB/T 50266-2013‘工程岩体试验方法标准“规范要求,将砂岩制备成50mm×100mm(直径×高度)的标准圆柱体岩样,表面无明显可见节理,整体完整性较好㊂为减小试验结果的离散性,对岩样进行了纵波波速测定,并剔除结果异常的岩样,选定岩样如图1所示㊂图1　试验岩样采用岩石THMC多场耦合三轴流变测试系统,针对试验岩样分别开展不同围压下(8㊁12㊁16MPa)的三轴压缩及三轴卸荷试验㊂综合实际工程坡体开挖强度及三轴压缩试验结果,选取不同围压下三轴峰值抗压强度的70%作为卸荷试验的轴向应力水平;并从边坡开挖过程岩体应力环境入手,三轴卸荷501西北水电㊃2022年㊃第6期===============================================试验的应力路径最终选定为恒轴压卸围压㊂1.2　变形参数特征分析依据室内试验结果,绘制了8㊁12㊁16MPa 围压下常规三轴压缩及三轴卸荷试验的应力-应变关系曲线,如图2所示㊂图2　不同应力路径下应力-应变关系曲线 三轴压缩试验结果表明,随着初始围压的增加,岩样的峰值抗压强度逐渐增大,主要因围压对试样环向变形约束越大,对新生微裂隙发育的抑制作用㊁对原有微裂隙扩展的束缚作用越明显,故承载能力有所增强㊂卸荷试验结果表明,不同围压下卸围压过程中试样环向应变增长迅速;围压越高,卸荷过程中环向变形越大㊂究其原因在于模拟开挖方式的同等卸荷速率条件下,试样初期应力环境越高,卸荷过程中应力释放量级越大,类似于为试样环向承受拉剪作用提供了更大荷载,从而导致了试样环向微裂隙的迅速滋生㊁扩展㊁贯通㊂因此,试样卸荷破坏主要因环向扩容显著所致,加载破坏主要因轴向压缩变形较大所致㊂依据三轴卸荷试验结果可知,初始围压水平一致时,试样弹性模量随卸荷量的增加而减小,且随着卸荷量级的增大,弹性模量降低百分比增量急剧增加,主要因围压卸载引起试样强烈的卸荷回弹变形及沿卸荷方向张性扩容,进而导致力学性质劣化㊂不同初始围压下卸荷量与试样弹性模量降低百分比关系见表1㊂当卸荷量小于40%时,弹性模量降低约5%以内;卸荷量在40%至80%,弹性模量削减量在5%~14%;大于80%时,由于岩样环向扩容显著㊁变形急剧增加,处于结构性破坏状态,内部裂隙贯通,试样的力学性质大幅度劣化,弹性模量降低约60%㊂表1不同初始围压下卸荷量与弹性模量降低百分比关系初始围压/MPa 弹性模量降低百分比/%卸荷量20%卸荷量40%卸荷量60%卸荷量80%接近破碎82.22 4.47 6.8910.0350.5212 2.04 4.477.7312.1653.2816 2.425.038.5213.6371.92结合表1试验参数特征,针对边坡分步开挖计算模型,以围压卸荷量为60%和岩样接近破碎时所对应的弹性模量削减百分比作为初步参考值,以模拟边坡分步开挖过程中产生的不同卸荷松弛影响区域对岩体力学参数的影响,实现边坡开挖过程中变形参数的遴选匹配㊂2　模型构建与参数遴选2.1　模型构建依据工程地质剖面图构建边坡分级开挖模型,模型总高度为150m,宽度290m,坡顶至坡脚采用台阶式放坡开挖,共分5级开挖㊂采用生死单元算法模拟边坡分步开挖,选取四节点四边形单元进行网格划分,共划分为12036个单元㊁12212个节点,其中坡面网格划分密集,远离坡面的区域划分相对稀疏,并在坡面和坡体间采用过渡单元,以减小计算结果产生的误差㊂模型底部为固端约束,两侧为水平约束,坡面为自由边界,允许其发生变形;整个计算过程只考虑坡601白亚妮,胡习文,毛振凯,袁秋霜,陈兴周.某库岸开挖边坡卸荷岩体分析评价方法研究===============================================体自重作用,忽略构造应力和外部载荷的影响㊂本构模型采用理想弹-塑性模型,屈服准则选取Mohr-Coulomb 准则和Drucker-Prager 准则对比分析㊂数值计算模型及监测点布置如图3所示㊂为了更加直观反映随边坡分步开挖,卸荷效应对坡体变形的影响,沿坡面从上至下布置4个监测点,编号依次为1~4号㊂主要选取位于第四级边坡中部的监测点3号为例进行数值计算结果讨论㊂图3　数值计算模型及监测点布置2.2　参数遴选岩体力学参数的选取极大的影响数值计算结果,也是决定计算结果是否符合工程实践的关键因素㊂本文主要依托已构建的边坡初始场模型,以李宁等[11]提出的潜在滑动面力学参数最小取值原则为思路及地勘报告所建议的岩体力学参数范围为参考进行试算㊂计算结果分析如下㊂图4为初始场应力矢量分布图㊂由图4可知,坡面附近最大主应力方向与坡表近于平行,最小主应力与坡面近于垂直㊂随边坡深度的增加,任一点最大㊁最小主应力增大且方向互相近于垂直,即深处岩体应力分布近似处于静水压力状态㊂图4　初始场应力矢量分布图5为初始场剪应变等值线图㊂自然环境下边坡坡体表面岩体风化剥蚀较为严重,故剪应变较大值主要集中在坡面中上部和坡脚位置处,此时剪应变区域尚未贯通,坡体深处剪应变值较小;自然状态下经过长期的地质构造作用,边坡处于稳定状态㊂图5　初始场剪应变等值线　单位:% 结合初始场应力应变试算结果,以地勘报告岩体参数范围为参考,遴选确定出基本吻合对象边坡的岩体力学参数,如表2所示㊂表2　Mohr-Coulumb 准则下试算确定的初始参数岩层分类γ/(kN㊃m -3)C /MPa φ/(°)弹性模量E/GPa泊松比ν地层1200.425 1.50.30地层2220.628 2.50.25地层322 1.03070.22地层4252.540150.22为探讨不同本构模型对开挖卸荷岩体的适用性,采用关联法则推导出与M-C 准则匹配的D-P 准则参数计算公式,如下所示:α=sin φ3(3+sin 2φ)(1)k =3c cos φ3(3+sin 2φ)(2)公式(1)~(2)中:k ㊁α为材料常数;c 为黏聚力,MPa;φ为内摩擦角,(°)㊂依据表2所得参数,利用公式(1)和公式(2),计算得出Drucker -Prager 准则等效参数,如表3所示㊂表3　Drucker-Prager 准则下的等效参数岩层分类γ/(kN㊃m -3)αk 弹性模量E/GPa泊松比ν地层1200.410.35 1.50.30地层2220.450.51 2.50.25地层3220.480.8370.22地层4250.601.80150.222.3　边坡开挖卸荷分区试算边坡在长期地质构造作用下处于稳定状态,工程开挖扰动造成坡体局部岩体应力释放,应力发生重分布,临近坡表岩体逐渐向临空面移动㊁发生变形及破裂,随着分步开挖的进行,其变形破裂程度由开挖面向坡内逐级递减,岩体的力学性质也由于应力释放量不同而发生不同程度的劣化[12]㊂由于边坡701西北水电㊃2022年㊃第6期===============================================开挖的进程导致坡体不同区域卸荷程度不断变化,即岩体的卸荷模拟应该是一个不断调整的动态过程;因而在数值分析中,需根据边坡开挖卸荷扰动程度,对应将坡体不同卸荷区域取与之对应的岩体力学参数,以实现吻合工程开挖实际情况㊂室内三轴卸荷试验结果表明,试样弹性模量随围压卸荷量的增加而折减,说明卸荷量与开挖岩体的力学性质有一定联系㊂参考王瑞红等[13]研究提出的通过比较开挖前后应力场变化,将降低比值相同的区域划分为岩体同一开挖卸荷带思想,即利用应力卸荷量构建考虑岩体开挖卸荷应力松弛效应的数值计算模型㊂假设开挖前边坡岩体所受应力为σa,开挖后的应力为σb,则应力变化百分比Δσ表示为:Δσ=σb-σaσa(3) 通过公式(3)可将应力变化百分比相同的区域划分为同一开挖卸荷带,根据应力变化值从高到低将边坡岩体划分为强卸荷区㊁弱卸荷区和原岩区㊂依据室内试验所得变形参数特征,对应取应力变化百分比为50%和10%作为依据划分出强㊁弱卸荷区域㊂针对强㊁弱卸荷区域岩体弹性模量分别降低50%和10%,主要依托有限元分析软件内置方法实现边坡开挖对强弱卸荷影响区内材料参数的动态折减,以模拟边坡开挖卸荷过程,使其更加吻合工程开挖实际情况㊂3　边坡开挖卸荷数值计算结果分析3.1　分步开挖进程应力应变分析(1)位移分析工程岩体随开挖卸荷进程损伤逐渐累积,近坡面处岩体由于应力释放,不断滋生微小裂隙,且张开微裂隙不断形成㊁扩张,直至最后贯通,岩体破碎,承载力下降㊂图6为开挖过程卸荷分区后水平位移净增量变化图,由图可知,水平位移增量较大值主要分布在近坡面中下部,坡脚位移增量最大;主要因岩体的风化程度随埋深的增加而减小,岩层稳定性逐渐向好,故远离开挖面位移增量较小㊂靠近坡面中下部位移等值线连续,而靠近边坡开挖第一级台阶处,等值线出现明显变化,主要因岩层交界面处岩体性质差异较大导致㊂室内卸荷条件下,岩样破坏形式通常为形成贯通的剪切破裂带,此时,剪应变可反映岩体破坏程度㊂图7为开挖完成后坡体剪应变等值线图㊂由于对岩体力学参数按卸荷扰动程度的不同进行了折减,靠近坡面为强卸荷区域,故开挖完成后边坡表面变形影响范围增大㊂较初始场剪应变分布图,开挖面附近剪应变等值线几近贯通,且主要在坡顶㊁坡面中下部分布较为集中,为张拉破坏;坡脚剪应变分布最为密集,且数值较大,为压剪破坏㊂图6　水平位移净增量变化 单位:m图7　开挖完成后剪应变等值线　单位:%图8为监测点3号随开挖水平位移净增量图,从第2步开始进行第一台阶坡体开挖,水平位移增量随分级开挖呈增长趋势;12步开始开挖第四级台阶,故越靠近开挖面,扰动程度越大,位移增量越显著㊂综合分析,工程开挖中采用考虑卸荷松弛效应对岩体力学参数进行动态调整的计算方法,所得结果对优化工程设计和风险防范更具有参考意义㊂图8　监测点3号随边坡开挖水平位移净增量801白亚妮,胡习文,毛振凯,袁秋霜,陈兴周.某库岸开挖边坡卸荷岩体分析评价方法研究=============================================== (2)应力分析随边坡分级开挖,初始场应力受到扰动,距开挖面距离不同,应力释放量不同㊂因只考虑自重应力的影响,故上覆岩体的开挖,使第三主应力总体呈下降趋势㊂监测点3号第三主应力变化趋势如图9所示㊂开挖级数越多,开挖面附近应力变化越明显,卸荷松弛效应也更加显著,第三主应力减小;岩体开挖卸荷回弹导致局部坡体开挖面附近产生拉应力,即第14步开挖以后,岩体应力由压应力转为拉应力状态,应力值为负㊂依据室内卸荷试验,可知岩体的承载力下降,脆性特征增加,从侧面反映了边坡抗滑力随工程开挖不断减小,边坡整体稳定性下降图9　监测点3号随边坡开挖第三主应力变化3.2　岩体开挖下M -C 与D -P 准则结果分析Mohr-Coulomb 屈服准则能较好地描述岩土材料的强度特性,在岩土工程领域得到了广泛的应用,但计算时忽略了中间主应力对破坏面的影响,且其屈服面在π平面上为不等角六边形,存在尖顶和棱角,数值计算存在一定困难㊂Drucker -Prager 准则屈服面在π平面上为圆形,表述简单且数值计算效率高[14]㊂针对其各自的优缺点,通过对比边坡开挖卸荷下选用两种屈服准则的计算结果,验证摩尔匹配D-P 准则在边坡开挖工程中的适用性㊂图10为两种屈服准则下监测点3号水平位移净增量对比图㊂图10表明,D-P 准则计算得到的位移增量普遍略大于M-C 准则的计算结果,主要由于摩尔匹配D-P 准则屈服面为M-C 屈服面的内切圆,计算时低估了材料的抗屈服能力,因此屈服区较大,且不存在尖顶处数值计算问题,故计算结果略大㊂图11为两种屈服准则下计算迭代次数对比㊂D-P 准则较M-C 准则总迭代次数略多,各步迭代次数分散更加均匀,收敛更快㊂对于数值分析而言,屈服准则表述越简单,计算越易收敛,计算时间越短㊂结果表明,选用D-P 屈服准则计算时间为26s,选用M -C 准则计算时间为55s,时间缩短至一半,但结果相差不大㊂综合分析,说明摩尔匹配D-P 准则具有一定的可信度,在数值模拟边坡开挖卸荷分析中,根据实际需求可采用D-P 屈服准则,提高计算效率㊂图10　两种屈服准则下监测点3号水平位移净增量对比图11　两种屈服准则下计算迭代次数对比4　开挖支护与蓄水下数值计算结果结合边坡分步开挖划分的卸荷带区域,对边坡岩体采用锚杆和锚索联合支护㊂图12为开挖支护前后监测点3号水平位移净增量对比图,由图可知,边坡岩体仅开挖下变形趋势最显著,随分级开挖的901西北水电㊃2022年㊃第6期===============================================进行变形迅速增大;对边坡岩体边开挖边进行支护,因加固措施改变了边坡开挖应力场,减小了其卸荷量,故水平位移净增量有所减小㊂图12　支护前后监测点3号水平位移净增量对比水库蓄水后,库岸边坡受力状态发生改变,随着蓄水高度的增加,边坡岩体在水的软化作用下,矿物联结力降低,导致抗剪强度下降,变形增加㊂图13　蓄水工况下监测点3号水平位移净增量变化图13为监测点3号在蓄水前后水平位移净增量变化图,随水库水位的增加,边坡变形增大,尤其在边坡岩体开挖完成后至水库开始蓄水至正常水位时位移净增量幅度最大,可见蓄水对边坡变形影响显著㊂因此,对于水电站库岸边坡考虑水库蓄水影响下边坡的变形特征,具有实践意义㊂5　结　论本文以库岸工程地质剖面及开挖边坡卸荷岩体为对象,结合室内卸荷试验参数特征分析,构建了考虑卸荷效应的边坡分级开挖数值计算模型,分析了开挖卸荷对坡体变形的影响及库水作用下边坡的变形特征,并研究了M-C 与D-P 准则在卸荷岩体分析中的适用性,形成结论如下:(1)开展室内试验,界定了不同卸荷量级下变形参数取值范围,随围压的降低,弹性模量发生不同程度的削减㊂卸荷作用诱导岩样沿卸荷方向发生卸荷回弹变形㊁裂隙张性扩容以及产生一定量的拉剪裂隙,使变形参数呈现出非线性劣化特征㊂(2)边坡开挖岩体随应力释放和应力重分布,卸荷损伤逐渐累积,其中不同卸荷范围影响区内的岩体力学参数发生不同程度的弱化㊂根据开挖前后边坡应力场变化特征划分卸荷带,且卸荷分带区域可为边坡支护范围及变形预测提供参考㊂(3)开挖岩体变形显著,近坡面最大剪应变区域逐渐贯通㊂随开挖边坡的进行,坡面最小主应力释放诱导坡面岩体结构松弛,局部产生拉应力,但坡脚主要为压应力集中带㊂(4)采用摩尔匹配D-P 准则和M-C 准则分析计算结果相差不大,说明该准则具有一定的可信度,并且计算时间较短,迭代次数多,计算效率更高㊂考虑边坡支护与蓄水下边坡变形计算成果,对于边坡岩体变形预测具有重要的实践意义㊂参考文献:[1]　哈秋舟令.岩石边坡工程与卸荷非线性岩石(体)力学[J].岩石力学与工程学报,1997,16(04):93-98.[2]　张永兴.三峡工程永久船闸陡高边坡岩体卸荷非线性力学分析[J].重庆建筑大学学报,1997(02):77-84.[3]　李建林,熊俊华,杨学堂.岩体卸荷力学特性的试验研究[J].水利水电技术,2001,32(05):48-51.[4]　周济芳,李建林,杨学堂,等.影响卸荷岩体力学特性的因素及力学参数研究[J].灾害与防治工程,2004(01):50-54.[5]　吕颖慧,刘泉声,江浩.基于高应力下花岗岩卸荷试验的力学变形特性研究[J].岩土力学,2010,31(02):337-344.[6]　王兴霞,李建林,邓华锋,王瑞红.开挖卸荷条件下边坡的变形分析[J].安徽水利水电职业技术学院学报,2005(02):4-7.[7]　柏俊磊.卸荷条件下某水电站岩质边坡动态开挖稳定性分析[J].西北水电,2013(04):9-12.[8]　胡田飞,杜升涛,师亚龙.基于偏应力增量的边坡开挖松动区的确定方法[J].防灾减灾工程学报,2017,37(06):892-899.[9]　刘爽,束加庆,周晨露,等.基于损伤理论的岩体边坡开挖卸荷松弛数值模拟研究[J].武汉大学学报(工学版),2018,51(S1):273-278.[10]　陈兴周,邓钦,段金林,等.边坡工程中卸荷岩体的探讨[J].安徽水利水电职业技术学院学报,2005(03):24-26.[11]　李宁,钱七虎.岩质高边坡稳定性分析与评价中的四个准则[J].岩石力学与工程学报,2010,29(09):1754-1759.[12]　李建林.卸荷岩体力学[M].北京:中国水利水电出版社,2003.[13]　王瑞红,李建林,蒋昱州,等.考虑岩体开挖卸荷边坡岩体质量评价[J].岩土力学,2008,154(10):2741-2746.[14]　邓楚键,何国杰,郑颖人.基于M-C 准则的D-P 系列准则在岩土工程中的应用研究[J].岩土工程学报,2006,28(06):735-739.011白亚妮,胡习文,毛振凯,袁秋霜,陈兴周.某库岸开挖边坡卸荷岩体分析评价方法研究===============================================。

河谷区岩质边坡卸荷变形特征研究的开题报告
一、选题背景
河谷区是我国重要的生产生活水源地，其地质条件决定了河谷区的岩质边坡特别常见。

岩质边坡是具有不确定性和复杂性的地质体系，受到多种因素影响容易发生卸
荷变形和滑坡等地质灾害。

因此，对岩质边坡的卸荷变形特征进行深入研究，可以更
好地预测和防治河谷区的岩质边坡灾害，保障人民生命财产安全和河谷区的稳定发展。

二、研究目的和意义
通过对河谷区岩质边坡卸荷变形特征的研究，探究岩质边坡卸荷失稳的机制和规律，为预防和控制岩质边坡的灾害提供科学依据和理论支持。

此外，还可以为岩质边
坡的工程设计和施工提供参考，提高岩质边坡的稳定性并减少潜在的地质灾害风险。

三、研究内容和方法
1.研究区域的岩性、结构和水文地质特征，并对卸荷变形特征进行野外调查和测量。

2.通过对研究区域的室内和室外试验，探究卸荷变形特征对岩石力学性质的影响。

3.利用数值模拟的方法，模拟研究区域的卸荷变形特征，明确不同因素对岩石卸荷稳
定性的影响。

4.根据实测资料和数值模拟结果，建立相应的岩质边坡卸荷失稳的预测
和防治模型。

四、预期结果和创新点
1.探究河谷区岩质边坡卸荷变形特征及其机制和规律，建立相应的预测和防治模型，为河谷区岩质边坡的工程治理提供科学依据和理论支持。

2.揭示岩质边坡卸荷变
形特征与岩石力学性质之间的关系，提高岩质边坡的稳定性并减少潜在的地质灾害风险。

3.通过深入研究河谷区岩质边坡卸荷变形特征，为相关领域的研究和应用提供新
的思路和创新点。

专 业 推 荐↓精 品 文 档强卸荷、倾倒拉裂破碎岩体条件下高边坡岩锚破坏性试验研究李正兵(中国水利水电第七工程局成都水电建设工程有限公司,四川成都　611130)摘　要:在建的雅砻江锦屏一级水电站工程,其左岸人工开挖边坡高差达550余m ,该边坡岩体卸荷强烈、倾倒拉裂变形严重,并伴随深部裂缝。

为解决边坡局部滑块与整体稳定问题,设计上采用了布置数量众多、规模宏大的压力分散型预应力锚索作为进行边坡加固的主要手段之一。

通过在边坡锚索破坏性试验,验证了该类型锚索结构的合理性、锚固单元体受力性能的适应性、施工工艺可操作性及锚索受力破坏特征,并结合监测与试验数据进行研究,以探讨锚索极限承载的各项性能指标。

关键词:高边坡;强卸荷;破碎岩体;锚索;受力机理;破坏特征;试验研究;锦屏一级水电站中图分类号:T V551142(271) 文献标识码:B 文章编号:100020860(2009)022*******Exper im en t a l study on fa ilure m echan is m of h i gh slope 2rock anchor cable under cond iti on ofstrong 2un load i n g and toppli n g fractured rock ma ssL I Zheng 2bing(Chengdu Hydr opower Constructi on Company of Sinohydr o Engineering Bureau 7Co 1,L td 1,Chengdu 611130,Sichuan,China )Abstract:During the constructi on of J inp ing Hydr opower Stati on I on Yal ongjiang R iver under constructi on at p resent,the eleva 2ti on difference of the manually excavated sl ope of the left bank is up t o 550m with str ong un 2l oading,heavy t opp ling fractured de 2f or mati on and deep cracking 1T o s olve the p r oble m s fr om the l ocal sliding bl ock and overall stability of the sl ope,a large a mount and great scale of p re 2stressed anchor cables under concentrated tensi on and dis persive p ressure,which are t o be arranged there 2in,are taken as one of the main measures f or the sl ope reinf orce ment in the design 1Thr ough the destructive test on the anchor ca 2ble,the rati onality of the anchor cable structure,the adap tability of the stress perf or mance of the anchored unit,the feasibility of the constructi on technol ogy and the feature of stress failure are validated and studied combined with the relevant monit oring and test data,s o as t o find out vari ous characteristic indexes of the ulti m ate bearing capacity of the anchor cable 1Key words:high sl ope;str ong 2unl oading;fractured r ock mass;anchor cable;stress mechanis m;failure feature;ex peri m ental study;J inp ing Hydr opower Stati on I收稿日期:20082082221　工程地质条件锦屏一级水电站左岸边坡工程规模大,工程技术条件复杂,自然谷坡高陡,地应力水平较高,岩体卸荷强烈,并发育有断层、层间挤压带、深部裂缝,场地地质条件复杂,其开挖边坡最大高度达到550m 级,且左岸坝头变形拉裂特征明显,f 42-9断层构成了左岸坝头变形拉裂岩体的下游边界和底滑面。

灾害与防治工程2006年第1期(总第60期)边坡开挖卸荷条件下稳定性研究邓　科摘要:在原始和卸荷两种不同的力学状态下,分析了边坡的稳定性。

岩石边坡开挖为卸荷力学条件,采用卸荷岩体力学的方法分析边坡的位移变形比较符合实际。

关键词:边坡;　变形;　卸荷Study on the Slope Stability of Excavation and U nloadingDeng KeAbstract　The slope stability of a rock slope is analyzed in bot h original intact condition and excavation condition.Since t he excavation is unloading p rocess,t he deformation re2 sult s based on unloading rock mechanics analysis met hod are consistent wit h in sit u meas2 urement s.K eyw ords　slope;　deformation;　unloading自然边坡经过漫长的地质构造及自然风化作用,其表面地应力风化卸荷,岩体基本上处于平衡状态。

在进行人工切削边坡和深切边坡后,岩体的自然平衡状态遭到严重破坏,其受力条件的改变只能依靠自身来承担。

岩体至少在一个方向大面积卸荷,造成应力的二次调整,形成大规模的卸荷体,局部可能存在拉应力,卸荷条件下的应力应变极为复杂和不利[1]。

在这种情况下,常规的力学加载方法已经不适合研究卸荷条件下的岩体力学特征。

1　工程概况1.1　工程地质条件鲤鱼塘水库溢洪道开挖边坡岩性总体上呈软硬相间型,出露基岩为侏罗系中统千佛岩组砂岩与炭质页岩,呈互层状分布。

砂岩泥质含量较大,坡面总体上呈黄色,平均总厚度4m,单层厚度10～50cm,夹5～10cm厚的泥质砂页岩;炭质页岩平均总厚度2～4m,单层作者简介:邓　科(1979-),男,三峡大学土木水电学院硕士研究生;邮编:443002。

第09卷 第8期 中 国 水 运 Vol.9 No.8 2009年 8月 China Water Transport August 2009收稿日期：2009-06-17作者简介：孙洋，中国地质大学（武汉）工程学院。

卸荷作用下岩体变形破坏影响因素孙 洋（中国地质大学（武汉）工程学院，湖北 武汉 430074）摘 要：通过对岩体在卸荷前后的研究，分析了工程中边坡卸荷岩体破坏变形的影响因素，其中的关键因素包括岩体弱面结构构造和分布形式以及地下水赋存条件等。

并在此基础上，探讨了卸荷岩体的破坏机理。

关键词：卸荷岩体；抗拉强度；各向异性；渗流中图分类号：P642.3 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2009）08-0182-02一、引言边坡稳定性问题在岩土工程施工中非常普遍。

在影响边坡稳定性的众多因素中，人工开挖引起的卸荷不容忽视。

作为常见的岩石高边坡动力学现象，边坡卸荷及其卸荷带破坏了岩体的完整性，降低了岩体质量，形成了风化、地下水等外动力作用的通道。

因此，研究卸荷作用下岩体的破坏机理，对岩石边坡稳定性及相关的岩土工程问题都有重要意义。

由于岩体是处于一定的地质环境、具有一定结构的地质体，其变形破坏规律有别于完整的岩石材料，其变形破坏过程不仅受控于岩石的性质及其赋存环境，也和岩体的结构密切相关，因此岩体卸荷破坏机制具有高度的复杂性。

十多年来，由于工程建设和岩石力学发展的需要，岩石卸荷试验研究在卸荷岩石的变形破裂特征、强度与应力路径的关系等方面取得了一些成果，这些为卸荷状态下岩体变形破裂性质的研究奠定了一定基础。

但是，现有研究大多局限于岩石，远不能满足岩体工程活动的需要。

为了弥补传统研究的上述不足，本文通过对岩体在卸荷前后的研究，分析了在工程实际中边坡卸荷岩体破坏变形的影响因素。

二、试验研究及分析对于岩体边坡，通过弹性有限单元法计算可知，边坡内的应力分布具有如下特征[1]：第一，边坡附近的最大主应力与坡面平行，最小主应力与坡面近于正交，并向坡体内逐渐恢复初始应力状态；第二，不同部位其应力状态不同；第三，坡面岩体处于双向应力状态，向坡内逐渐转为三向应力状态；第四，坡体内最大剪应力迹线由原来的直线变为凹向坡面的弧线。

开挖卸荷后节理岩质边坡的稳定性分析
节理岩质边坡开挖卸荷后的稳定性分析是目前一个比较热门的研究课题之一。

按照分类可将技术稳定性分析分为三类：一类是利用微观技术的岩质边坡稳定分析，研究其稳定性的影响因素；二是利用力学理论和复杂的数据分析软件对岩质边坡的稳定性进行数值化的计算分析；三是综合考虑岩质边坡开挖卸荷后，其稳定性影响参数与工程实践的安全分析。

关于岩质边坡开挖卸荷后的稳定性分析，可从岩石本身的物理力学、内部构造、地质条件、渗透特性、抗裂弹性及建筑物地基的质量和技术设计等多方面进行分析，总结出岩质边坡开挖卸荷后的稳定性影响因素。

岩质边坡开挖卸荷后，应该首先确定物理力学以及内部构造等方面的信息，这
是岩质边坡开挖卸荷后稳定性分析的基础，实际工程中应引入现场检测和试验结果，使用力学理论和复杂的数据分析软件对方坡的稳定性进行评估，优化岩质边坡的稳定性。

综上所述，节理岩质边坡开挖卸荷后的稳定性分析，既要注重基础的实验研究，依托物理力学和内部构造的资料，同时也要综合运用数值计算理论和现代高科技保证分析的精确度，最终形成完善的稳定性分析方案，以提高岩质边坡开挖卸荷后稳定性处理的正确率与经济性。

卸荷裂隙对岩体边坡地震动影响的数值模拟研究作者：张晓欣田小甫来源：《科技资讯》2013年第20期摘要：本文采用数值模拟的方法，利用UDEC软件，开展了卸荷裂隙对岩体边坡地震动影响的数值模拟研究，研究内容涉及卸荷裂隙密度及卸荷裂隙带深度的影响。

根据该数值模拟出的结果可以看出，鞋盒裂隙的密度呈现的越大，其地震动就在该卸荷区域内的动力响应就会更加的强烈，而在坡肩上的加速度放大系数也就很大；卸荷带水平深度越大，卸荷岩体的动力响应的加速度放大系数就越小。

上述规律对于岩质卸荷裂隙发育边坡地震稳定性分析具有指导意义。

关键词：卸荷裂隙岩质边坡数值模拟中图分类号：TU45 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）07（b）-0069-02岩质边坡在人工开挖和风化侵蚀下其侧向应力减弱，发生卸荷回弹，导致卸荷裂隙在岩质边坡中普遍发育[1]。

这些卸荷裂隙一般是平行与坡面分布，与软弱面或岩层面相交切割边坡后往往形成危岩体，这些危岩体在地震力、重力及水压力的共同作用下有可能形成崩塌、滑坡等地质灾害，严重威胁人民群众的生命财产安全。

本文展开了卸荷裂隙对岩体边坡地震动影响的二维数值模拟研究。

鉴于离散元软件UDEC 可以很好地解决离散岩体的非线性动力分析问题，并已经在边坡工程、地下结构工程和采矿工程等领域上广泛的应用了[5]，本文的数值模拟采用了UDEC软件。

为便于边坡内不同位置地震动强度的比较，研究中定义边坡岩体中一点地震动峰值加速度aP与坡脚处地震动峰值加速度aP0之比为边坡的地震动加速度放大系数x（x=aP/aP0）。

本文研究内容涉及卸荷裂隙间距及卸荷深度对岩体边坡地震动加速度放大系数空间展布的影响。

1 含卸荷裂隙边坡动力响应模拟方案1.1 基本假定岩质边坡动力响应所受结构面的影响，以下就是本文的研究，且遵循如下假定。

（1）应力应变关系：平面是应变状态。

（2）岩石材料：各向同性材料是均匀的。

（3）结构面本构关系：莫尔-库伦滑动模型。