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岩质边坡岩体节理结构面抗剪强度的确定方法作者：刘远亮韩佳泳徐标来源：《城市建设理论研究》2013年第31期摘要：在岩质边坡地质勘察工作中，岩体节理结构面的抗剪强度是岩质边坡勘察要确定的重要参数，而节理结构面抗剪强度的确定一直是该领域的技术难题，本文将提出一种新的、操作性强的方法，利用抗圧试验求取节理结构面抗剪强度，并应用到实际边坡勘察工作中，实践证明，通过该方法确定的结构面抗剪强度更接近实际情况并更具有实用意义，而且操作、计算方便，对类似的边坡工程有一定参考价值。
关键词: 地质勘察；节理结构面；抗剪强度中图分类号：U213.1+3文献标识码：A引言结构面是岩体中力学强度较弱的部位或岩性相对软弱的夹层所构成岩体的不连续面，包括了一切的地质分离面。
不同的结构面，其力学性质不同、规模大小不一。
节理是岩石中的裂隙，其两侧岩石没有明显的位移。
地壳上部岩石中最广泛发育的一种断裂构造，而岩体节理结构面抗剪强度是岩质边坡地质勘察工作要确定的重要力学参数，也是影响边坡稳定性的重要因素之一，因为边坡岩体的破坏通常大多是沿结构面发生破坏的，符合―最弱环节‖原理。
目前如何求取节理结构面抗剪强度一直是工程界的技术难题。
节理结构面抗剪强度常用的求取方法主要有以下3种：(1)根据试验(原位剪切试验或室内直剪试验)分析选取。
(2) 按规范或估算法选取。
规范主要有国标、水利及铁路等行业规范标准等。
(3)利用极限平衡法或数值分析进行反演确定。
岩体节理结构面抗剪强度确定方法本文提出一种新的方法，利用―抗圧试验求取节理结构面抗剪强度‖。
1、计算原理：在岩石单轴抗压强度试验中，有大量的试验块体在轴向应力作用下未产生抗压性碎裂破坏，而是沿着岩石的节理面滑动分离成二块（见图1），这类破坏模式计算的抗压强度并不是真正的岩石单轴抗压强度，其数值与典型碎裂破坏模式的抗压强度严重偏小，不宜参加抗压强度标准值的统计计算。
而利用这类破坏模式的实验数据，可求得沿节理面滑动的抗剪强度，即节理结构面的抗剪强度。
岩石路堑边坡稳定性分析[摘要]本文主要阐述了影响岩石路堑边稳定性的主要因素，并且简要说明了岩石路堑边稳定性的分析方法，最后向大家介绍了，堑边路面稳定性的防治措施。
【关键词】堑边路面稳定性；分析方法；防治措施1、影响岩石路堑边坡稳定性的主要因素1.1岩石构造和地质类型影响边坡稳定性的因素主要有地理因素和工程因素。
地理因素包括岩石的结构密度，地貌特征等等因素。
而工程因素主要包括人为因素，工程损伤和地震等不可预计的事件。
在地理因素之中，岩性对边坡的稳定及其边坡的坡高和坡角起重要的控制作用。
坚硬的岩石如花岗岩、石灰岩等可以形成非常稳定的堑边坡。
而在淤泥集中的路段，由于淤泥的流动性非常强，几乎难以形成坚固的边坡。
不同的岩是层组成的边坡，其变形破坏的程度也有着很大的不同，以黄土地区为例，边坡的变形破坏形式以滑坡为主，而在花岗岩、厚层石灰岩、沙岩地区则以崩塌为主。
在碎屑岩以及松散土层的地区，容易产生碎屑流或者泥石流等自然灾害。
在区域构造比较复杂，褶皱比较强烈，新构造运动比较活动的地区，边坡稳定性差。
断层带岩石破碎，风化严重，又是地下水最丰富和活动的地区极易发生滑坡。
岩层结构的形状对边坡稳定也有很大影响，水平岩层的边坡稳定性较稳定，不过却存在陡倾的节理裂隙，则易形成崩塌和剥落。
同向缓倾的岩质边坡的稳定性比反向倾斜的差。
同向陡倾层状结构的边坡，一般稳定性较好，但由于是由薄层或软硬岩层的岩石组成，可能因蠕变而产生挠曲弯折或倾倒。
比较稳定的山坡上反向倾斜的类型，但垂直层面走向的山坡则易产生切层滑坡[1]。
1.2影响堑边坡稳定性中水的作用地表水和地下水是影响边坡稳定性的重要因素。
不少滑动都是由于水的流动而引起的。
处于水下的透水边坡将承受水的浮托力的作用，而不透水的边坡，将承受静水压力；充水的张开裂隙将承受裂隙水静水压力的作用；地下水的渗流，将对边坡岩体产生动水压力；水对边坡岩体还产生软化或泥化作用，使岩土体的抗剪强度大为降低；地表水的冲刷，地下水的溶蚀和潜蚀也直接对边坡产生破坏作用。
岩质高边坡崩塌特征和设计治理案例分析摘要：岩质高边坡崩塌是一种常见的地质灾害，对人员财产安全和生态环境造成严重威胁。
在岩质高边坡崩塌的治理过程中，需要对其崩塌特征进行全面分析，了解其发生机理和演化规律。
同时，应根据实际情况设计合理的治理方案，采取有效的措施进行修复和控制，以减少崩塌风险并恢复边坡的稳定。
本文将对岩质高边坡崩塌的特征进行分析，并通过案例展示不同类型边坡崩塌的设计治理方法和效果。
通过深入研究边坡崩塌的特点和治理案例，旨在为类似问题的处理提供参考和借鉴。
关键词：岩质高边坡；崩塌特征；设计治理引言岩质高边坡崩塌是工程施工中常见的地质灾害之一，它不仅会对工程安全带来严重威胁，还可能导致人员伤亡和财产损失。
因此，对岩质高边坡崩塌的特征及其设计治理案例进行深入分析和研究，对于预防和减轻其灾害的发生具有重要意义。
本文旨在通过对岩质高边坡崩塌特征和设计治理案例的分析，总结出一些解决方案和经验教训，为类似的工程提供参考和借鉴。
1岩质高边坡崩塌概述岩质高边坡崩塌通常是指由于地质条件、外力作用等原因导致边坡失稳并发生坡体破裂、滑动、塌方等现象。
其特征可分为地质特征、地貌特征、构造特征、破坏特征等方面。
2岩质高边坡崩塌特征2.1地质特征（1）岩层性质不均一。
岩质高边坡往往由多个岩层构成，不同岩层的强度、稳定性和透水性存在差异，这使得边坡易受到岩层间断层或接触面的影响。
（2）节理和构造面。
岩石中存在的节理和构造面会削弱岩体的整体强度，使得边坡易发生滑动或剥蚀。
（3）岩体风化和变质。
岩石的风化和变质现象会导致岩体的物理性质和力学特性发生变化，使得边坡易遭受破坏。
（4）岩性变异和脆性破坏。
不同类型的岩石具有不同的强度和韧性，某些岩石易发生脆性破坏，导致边坡崩塌。
2.2地貌特征（1）边坡形态陡峭。
岩质高边坡的斜度较大，为自然因素积累时间较长所致，这使得岩质边坡出现失稳的可能性增加。
（2）山体起伏和地形差异。
山体的起伏和地形的变化是边坡崩塌的重要影响因素，强于部分边坡的变形和崩塌。
浅析岩质边坡在地震条件下的稳定性影响因素摘要在岩土工程之中，边坡的稳定性，一直是一个重要的课题。
其中，岩质边坡由于其内部结构复杂程度高，影响因素多，尤其在地震作用下影响其边坡稳定的因素更加复杂，因此一直都受到广大学者的关注和研究。
岩质边坡在地震作用下，影响其稳定的主要因素可分为内因和外因两大类，两大因素的共同作用，是导致边坡失稳的主要原因。
本文分别从内因和外因这两个方面进行介绍。
关键词地震荷载岩质边坡稳定性1、引言在当前，岩质边坡在地震条件下的稳定性分析仍然是岩土工程界与地震工程界的热点研究课题之一。
受我国是多山地区这一特殊地理环境的影响，我国存在着大量的自然边坡[1]，这些边坡的稳定问题严重威胁着国家和人民的财产和人身安全。
但因其复杂性也给人们的研究带来了困难，尽管如此，仍受到大量学者的重视，并取得了丰硕的成果。
本文从内因和外因两个方面总结归纳了岩质边坡在地震条件下的稳定性影响因素。
2、内因分析[1-7]2.1断层的影响断层按照地震时是否能放出能量分类，有发震断层和非发震断层两类。
对于边坡稳定性，断层的影响，主要体现在以下方面：一是对边坡的整体性及连续性产生了破坏;二是断层带内的岩石一般破碎严重，风化程度也较高，这就为地下水活动提供了较好的场所，降低了边坡岩体的强度及抗变形能力;三是断层可以对地震波进行反射拉伸，从而在反射波的影响下，岩体可能会受到破坏，引起边坡的失稳。
2.2 岩体结构的影响在地震条件下，结构不同的岩体，它们呈现的反应往往是不一样的。
比如强度较高、整体性较好的块状结构的岩体，它们的力学特性与均质弹性体较为相近，地震发生时通常不易产生稳定破坏。
但如果边坡岩体中存在影响边坡稳定的结构面时，在发生较大强度地震时，可能会导致范围较大的崩塌的发生;当岩体结构为镶嵌型时，在地震的作用下，可能会导致边坡局部产生落石和崩塌，但大规模的失稳一般不会发生;边坡坡度及岩体的内摩擦角，是影响层状岩体结构边坡稳定性的重要因素，当层状岩体中发育有影响其稳定性的节理时，在地震发生时，边坡可能发生沿层面的崩塌或滑动现象;对于碎裂结构的岩体，其抗剪强度一般较低，在地震发生时，可能会产生局部的落石和崩塌，但大规模的失稳一般不会发生;稳定性很差的散体结构的岩体，极容易在地震的作用下发生破坏，通常表现为在烈度较高的区域内会发生岩石滑落及规模较小的滑动，更有甚者可能会发生大规模的滑坡。
第27卷 第3期2010年3月公 路 交 通 科 技Journal of Highway and Transportation Research and DevelopmentVol 27 No 3 Mar 2010文章编号:1002 0268(2010)03 0006 05收稿日期:2009 03 21基金项目:国家重点基础研究发展计划(九七三计划)资助项目(2008CB425802);铁道部科技研究开发计划课题资助项目(2008G010-A)作者简介:王建(1980-),男,四川泸州人,博士研究生,从事边坡工程抗震技术研究 (crest01@qq co m)边坡岩石块体动力响应及锚固抗震效应研究王 建,姚令侃,蒋良潍(西南交通大学 土木工程学院,四川 成都 610031)摘要:为研究路堑岩质边坡的抗震设防问题,在对汶川地震震区公路沿线岩质边坡进行震害调查的基础上,以川藏公路沿线某处典型岩坡为例,结合块体理论分析和动力数值计算,对边坡岩石块体的地震动反应特性及块体锚固效应进行研究。
结果表明:节理会造成加速度的显著放大,未锚固的楔形块体加速度放大系数比完好岩体大3倍;锚固后,加速度放大系数比锚固前减小了30%。
频谱分析表明,节理面降低了岩体的整体性,提高了地震动放大的幅值,扩大了加速度放大的频率范围,并使自振频率接近地震波的主频,从而增强了块体的地震动反应强度;锚固使节理岩体的自振频率远离地震波的主频,降低了节理面附近岩体响应加速度的幅值,从而提高了岩体的抗震能力。
关键词:道路工程;抗震设计;动力计算;岩质边坡;频谱分析中图分类号:P315 96 文献标识码:AResearch on Dyn amic Response of R ock Blocks in Slope and Anti seismicEffect of An chor Reinforcement to Rock MassW ANG Jian,YAO Lingkan,JI ANG Liangwei(School of Civil Eng i neering,South west Jiaotong Uni versity,Chengdu Sichuan 610031,China)Abstract:To research the anti seismic behavior of rock slope along cutting of highway,on the basis of field inves -tigation on the damages of rock slopes of highway in Wenchuan seismic area,some typical slope along Sichuan Tibet highway was taken for example to explore the seismic response behavior and anchorage effect of slope rock mass by combing block theoretical analysis with dynamic numerical calculation I t shows that (1)joints may cause significant a mplification of seismic motion,enhance the amplitude of the earthquake motion and make the natural frequency ofrock mass close to that of seismic wave with accelera tion a mplification factor of unanchored wedged block mass 3times larger than that of wholesome rock mass;(2)acceleration amplification factor of anchored wedged block mass will decrease by 30%to that of unanchored wedged block mass According to spectrum analytic result,the frequent range of seismic motion amplification in jointed rock mass is larger than that in the integrity of rock mass Anchor reinforcement will make the natural frequency of jointed rock mass go a way from the domain frequency of seismic waves,decrease the amplitude of seismic response acceleration of rock mass around joints,therefore improve the seismic capacityKey words:road engineering;seismic design;dynamic calculation;rock slope;spectrum analysis 0 引言现有的公路工程抗震设计规范(1989年规范),对于路堑岩质边坡仅给出如下说明[1]: 当石质破碎或有倾向路基的软弱面时,应视具体情况进行边坡设计。
第49卷第5期中南大学学报(自然科学版) V ol.49No. 5 2018年5月Journal of Central South University (Science and Technology)May 2018 DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2018.05.027节理倾角对类岩石冲击能量传递影响的试验研究王建国1, 2，梁书锋2，高全臣2，李祥龙3，王立娜1，赵炎1(1. 云南农业大学建筑工程学院，云南昆明，650201；2. 中国矿业大学(北京) 力学与建筑工程学院，北京，100083；3. 昆明理工大学国土资源与工程学院，云南昆明，650093)摘要：用砂浆材料模拟不同倾角的节理岩石试件，并借助霍普金森压杆试验系统(SHPB)装置对其进行相似速度下的冲击试验，研究节理倾角对应力波穿越节理面时的波动特性和能量传递及耗散的影响，并给出能量耗散比随节理倾角变化的表达式。
研究结果表明：在相似入射能量条件下，随着节理角度增大，反射能量比E R/E I(即反射波能量E R与入射波能量E I之比)先增大后减小，透射能量比E T/E I(即透射波能量E T与入射波能量E I之比)先减小后增大，且在节理倾角等于破坏角时，反射能量比和透射能量比到达极值；能量耗散比E D/E I(即节理试件耗散能量E D与入射波能量E I之比)随节理倾角的变化有所波动，分别在倾角为30°和90°时取得2个极大值。
关键词：节理倾角；节理岩石；SHPB；应力波；能量耗散中图分类号：O319.56 文献标志码：A 文章编号：1672−7207(2018)05−1237−07Experimental study of jointed angles impact onenergy transfer characteristics of simulated rock material WANG Jianguo1, 2, LIANG Shufeng2, GAO Quanchen2, LI Xianglong3, WANG Lina1, ZHAO Yan1(1. College of Civil and Architectural Engineering, Yunnan Agricultural University, Kunming 650201, China;2. School of Mechanics & Civil Engineering, China University of Mining & Technology(Beijing),Beijing 100083, China;3. Faculty of Land Resources Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650093, China)Abstract: Impact experiments at similar velocity were carried out on different angle jointed rock specimens which were simulated with mortar by split Hopkinson pressure bar(SHPB) device. The influential effects of jointed angles on wave propagation, energy transmission and dissipation were studied when the stress waves went through the jointed plane. An empirical model for energy dissipation ratio to the jointed angles was formulated. The results show that under the condition of similar incident energy, when the jointed angle increases, the reflection energy ratio increases at first, and then decreases, and the transmission energy ratio decreases at first, and then increases. In addition, when the jointed angle is equal to the damage angle, both of reflection energy ratio and transmission energy ratio reach the extreme value.Energy dissipation ratio fluctuates along with the change of jointed angle, reaching two maximum points respectively at the angles of 30° and 90°.Key words: jointed angle; jointed rock; split Hopkinson pressure bar(SHPB); stress wave; energy dissipation收稿日期：2017−06−10；修回日期：2017−08−12基金项目(Foundation item)：云南省自然科学基金资助项目(2016FD029)；云南省教育厅科研基金资助项目(2016ZZX108)；国家自然科学基金资助项目(51564027) (Project(2016FD029) supported by the Natural Science Foundation of Yunnan Province; Project (2016ZZX108) supported by Scientific Fund of Education Department of Yunnan Province; Projects(51564027) supported by the National Natural Science Foundation of China)通信作者：梁书锋，博士，从事岩石破碎与爆破测试技术研究；E-mail: liangsf204@中南大学学报(自然科学版) 第49卷1238岩石中的应力波传播到节理处将发生透射与反射，导致应力波能量衰减以及应力幅值发生改变，这与节理的倾角密切相关。
露天矿节理岩质边坡稳定性分析王家臣;陈冲【摘要】According to the structure characteristics of the joint rock mass of the east slope of Gongchangling open iron ore mine,using the 3 dimensional rock non-contact measurement system (3GSM),the investigation and statistical analysis of surface structure are performed.Detailed statistics data including surface structure tendency,inclination,joint trace length,and joints pitch are obtained.Based on Monte-Carlo stochastic simulation method,the three-dimensional network model of jointed rock mass is obtained by the structural network simulation software FracSim3D.The rock quality index RQD is obtained by drilling samples on the three-dimensional network model.Then the RMR index is evaluated combined with on-site point load test.The shear strength parameters of jointed rock mass are obtained by Hoek-Brown method.Jointed rock slope is modeled through the FISH language programming,and the stability of the slope using the discrete element software UDEC is performed.The results show that the slope is in a stable state,but the local wedge failure of rock mass occur in the upper areas of slope,which is controlled by the joints along slope direction.The phenomenon of block out also appears in dispersion zone.%针对弓长岭露天铁矿东帮节理岩体边坡的结构特征,使用3GSM三维岩体不接触测量系统,进行了结构面调查及统计分析,获取了结构面倾向、结构面倾角以及节理迹长、节理间距的详细统计数据.基于Monte-Carlo随机模拟方法,使用结构面网络模拟的软件FracSim3D,得到节理岩体的三维网络模型.在建立的三维网络模型基础上,采用钻孔取样方法获取节理岩体的岩体质量指标RQD,结合现场点荷载强度试验,进而获取RMR指标,基于Hoek-Brown经验方法得到节理岩体的抗剪强度参数.通过FISH 语言编程实现了对复杂节理岩体的精细建模,采用离散元软件UDEC对边坡进行稳定性分析.结果表明:边坡整体处于稳定状态,局部发生岩体变形,受顺倾结构面控制,边坡顶部岩体沿结构面产生楔体破坏,局部散体区域出现掉块现象.【期刊名称】《煤炭学报》【年(卷),期】2017(042)007【总页数】7页(P1643-1649)【关键词】节理岩体;边坡;三维网络模拟;稳定性分析【作者】王家臣;陈冲【作者单位】中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院,北京100083;放顶煤开采煤炭行业工程研究中心,北京100083;中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院,北京100083;放顶煤开采煤炭行业工程研究中心,北京100083【正文语种】中文【中图分类】TD854.6露天矿采场边坡由于开挖以及爆破震动等的影响导致边坡岩体节理裂隙发育，而节理会导致岩体强度降低，进而影响边坡的稳定性。
110国道某岩质边坡灾害分析及工程防治措施3、北京中交工程勘察有限公司，北京 1000884、北京城建集团四公司，北京 100083）摘要：随着我国高速公路建设向山区延伸和发展，高速公路两旁的路堑边坡稳定性对公路安全运行具有重要的影响。
根据110国道K50+880～K50+915路段高路堑边坡的地质勘察报告，分析了高边坡出现的滑塌和变形灾害现象是由于该地区地质条件差、地表水以及人工开挖等共同作用的结果，并采用FLAC2D数值模拟方法对滑坡灾害的演化进行了模拟分析研究，分析了该路堑高边坡在地质结构弱面、开挖活动等诱发因素下的稳定性。
根据变形破坏机制及岩体结构特点，提出了以预应力锚索为主，辅以锚杆框架、排水、减缓坡率等工程治理方案，并分析了加固后边坡的稳定性，该设计方案应用到现场，结果表明：采取的滑坡灾害防治措施可以很好解决该地区国道高路堑边坡的稳定性问题，应用效果良好。
关键词：高路堑边坡；滑塌；变形；数值模拟；预应力锚索；框架锚杆1 工程概述昌平（德胜口）至下营（京冀界）公路改建工程是110国道的重要组成部分，也是北京市重点建设项目之一。
改建路线走向N23°W，在K50+820～+920段地区，位于姑娘台2号隧道与姑娘台1号桥之间，横切山梁，于山腰通过，线路在该段形成路堑，边坡位于路线左侧，自然坡度42度，最大设计开挖深度43米。
该边坡自2006年6月开始施工，在开挖路堑坡时，边坡出现不同程度的坍塌；目前边坡已基本开挖完成，边坡呈上陡下缓的形状，综合坡率为1：0.6，最大高度为37m。
根据开挖揭示的坡体结构可以看出，坡体局部岩体破碎，节理发育且已松弛张开，在边坡开挖线外侧5m处出现一拉张裂缝，宽20cm；坡面沿坡体内发育的高角度节理和岩石层面发生多处垮塌，如不采取工程加固措施对边坡进行防护，则无法保证该边坡的长期稳定，影响到姑娘台1＃桥的延庆侧桥台的稳定。
为确保公路安全运营，有必要对该节理发育、岩体破碎边坡的滑塌灾害进行治理。
垂直节理发育红层软岩路堑边坡工程病害分析唐立明【摘要】红层软岩在我国广泛分布,其力学性质较差,具有强度低、亲水性强、遇水易软化、易崩解等特性,极易产生工程病害.文章针对垂直节理发育的红层典型软岩,通过具体工程病害分析,得出以下主要结论:(1)垂直节理裂隙发育的红层软岩,路堑开挖后形成临空面,节理裂隙变大,大爆破施工更加重裂隙的张开程度,因此,距离路堑坡面2～3m范围内,岩体宜采用机械开挖或小爆破施工;(2)严禁边坡采用大拉槽施工,严格执行“分级开挖分级防护”,不宜在雨季进行边坡开挖和防护施工;(3)完善临时和永久排水系统,坡面防护宜采用易形成防排水功能的措施,宜在路堑坡脚设置预加固桩,在坡面设置框架锚杆加固防护.【期刊名称】《高速铁路技术》【年(卷),期】2019(010)002【总页数】4页(P6-9)【关键词】垂直节理;红层软岩;工程病害;对策【作者】唐立明【作者单位】中铁二院工程集团有限责任公司,成都610031【正文语种】中文【中图分类】U213.1+58红层软岩在我国四川、重庆、广西、贵州等地广泛分布，我国红层软岩主要指中生代以来即侏罗系、三叠系、白垩系和新生代古近系的河流相、湖相、河湖交替相或是山麓洪积相等陆相碎屑岩，多以夹层互层出现，外表颜色为红色。
由于地质年龄相对较轻，经历的地壳变动相对较少，褶皱不剧烈，产状平缓，其岩性主要是砂岩、粉砂岩、泥岩、砂质泥岩、粘土岩或泥质页岩等，岩相变化大，并含透镜状或薄层状多孔疏松砂岩，都不同程度地发育有层间剪切带，还常见有诸如石膏等易溶岩类，与老地层相比，成岩作用差，有的呈半胶结状，强度较低。
红层软岩的岩体力学特性[1-6]，主要体现在以下两个方面：(1)红层软岩多由泥质岩类和砂岩类互层组成，软硬层间具有较大的差异性。
泥质岩类工程性质较差，表现为强度低，亲水性强、透水性弱，遇水易风化、易软化、易崩解等特点，并具有一定的膨胀性。
(2)红层软岩中节理和层面通常较为发育，尤其是层间结合差、软弱夹层发育且具有显著的蠕变性。
地震作用下节理岩质边坡的动力稳定性分析王泉伟;杜朋召;张涛;刘建磊【摘要】Based on discrete mathematics, the slope is dispersed lots of sub-regions. For researching dynamic stability of jointed rock slope, strength reduction method based on DEM is applied. The equilibrium condition is estimated based on convergence property of key points'displacement-time curve in every sub-region. Through analyzing the laws of the slope's seismic response, the results show that the sliding surface position and the safety factor determined by the method are proved reasonable. To analysis the characteristics of slope deformation and failure, the method above is applied to the stability analysis of a jointed rock slope under earthquake action. The study shows that the deformation and failure of slope has a shallow surface dynamic effect, which is reflected in many slope disasters of Wenchuan earthquake region. Consequently, the analysis on the mechanism of slope's shallow surface dynamic effect can provide a ref-erence for the prevention of jointed rock slope.%基于离散数学的思想,将边坡离散为众多子区域,利用离散元强度折减法,以子区域特征点的位移时程曲线是否收敛作为岩体的失稳判据,研究节理岩质边坡的动力稳定性.通过分析边坡的动力响应规律,验证了由该方法确定的边坡滑面位置及安全系数是合理的.在此基础上,以某大型节理岩质边坡为例,分析了地震作用下边坡的变形破坏特征.计算结果表明,边坡的变形破坏存在浅表层动力效应,该效应在汶川震区边坡震害中多有体现.通过分析边坡浅表层动力效应的产生机理,为节理岩质边坡的防护提供一定的参考.【期刊名称】《华北水利水电学院学报》【年(卷),期】2015(036)006【总页数】5页(P63-67)【关键词】边坡工程;节理岩质边坡;地震;动力稳定性;离散元;强度折减法【作者】王泉伟;杜朋召;张涛;刘建磊【作者单位】黄河勘测规划设计有限公司,河南郑州450003;黄河勘测规划设计有限公司,河南郑州450003;黄河勘测规划设计有限公司,河南郑州450003;黄河勘测规划设计有限公司,河南郑州450003【正文语种】中文【中图分类】P642近年来，随着我国西部大开发战略的实施，西部水利水电工程的数目越来越多，规模越来越大.但西部地区区域地质构造复杂,活动断裂发育，是高烈度地震的多发区域，区内存在11个8.5级、45个8级、208个7.5级和478个7级潜在震源区[1].处于西部高山峡谷中的水利水电工程岩质边坡，具有坡体高陡、坡型多变、岩体结构复杂、节理裂隙发育等特点[2].在地震作用下，节理岩质边坡的变形破坏较天然状况时更为严重，对水利水电工程的安全运营威胁更大，已成为亟待解决的重大工程问题.郑颖人等[3]提出利用有限元强度折减法，对岩土体折减后的抗拉、抗剪强度进行动力计算，根据关键点位移曲线的变化趋势来分析边坡稳定性；李海波等[4]在研究地震作用下顺层岩质边坡稳定性时，结合离散元强度折减法，以关键点位移时程曲线是否收敛为依据判断边坡的临界状态，确定边坡动力稳定系数.但采用有限元分析时，折减系数及关键点位移曲线的拐点不易判断；对于节理岩质边坡，地震作用下边坡的破坏范围及滑动面的位置仍无法准确确定.为此，本文尝试基于离散数学的思想，将边坡离散为众多小的子区域，以每个子区域的形心或特征点的位移时程曲线作为研究对象，通过分析地震作用下各子区域的变形特征，来确定边坡整体的变形破坏规律.同时，将强度折减法与离散元动力计算相结合，以位移时程曲线是否收敛作为岩体的失稳判据，通过分析不同折减系数下各子区域特征点的时程曲线，来确定边坡的变形破坏范围及动力安全系数.运用上述方法对某大型节理岩质边坡进行动力分析，总结地震作用下节理岩质边坡的变形破坏机理.1.1.1 岩体模型岩体模型取水平宽度为100 m，高度为80 m.其中，坡高为50 m、坡度为45°.岩体中取一组节理，节理倾角为30°.将模型部分离散为边长为2 m的子区域，如图1所示.将模型顶部第1排子区域记为监测线L1，监测线靠近坡面的第1个点为L11.1.1.2 计算模型及参数数值模拟中，岩石材料采用理想弹塑性模型，屈服准则采用Mohr-Coulomb强度准则；结构面选用面接触的Coulomb滑动模型.模型岩石材料和结构面的物理力学指标分别见表1和表2.1.1.3 地震波输入在模型底面施加余弦剪切应力波，其加速度时程方程为式中：振幅λ取1.25 m/s2，相当于Ⅶ度区的地震加速度振幅；频率f取4 Hz，地震持续时间t取1 s，计算时间为2 s.模拟选用三角形单元，网格尺寸取1 m.采用局部阻尼，阻尼系数α为0.125.模型左右两边选用自由边界，模型底部施加黏性边界.1.2.1 强度折减前对模型进行动力计算，得到各监测点的位移时程曲线，如图2所示.不同高度距坡面距离相同点的位移如图3所示.由于模型影响深度有限，边坡深部的检测点对结果的意义不大，故每排选取5~6个代表性监测点进行研究.从图2和图3中可以看出：1)在地震作用期间，模型各监测点位移曲线上下波动，质点在剪切应力波作用下左右振荡；2)地震作用结束后，模型各监测点位移保持恒定，变形不再增加，表明边坡整体处于稳定状态；3)地震作用结束后，模型同一监测线上由内向外各监测点位移逐渐增加，边坡水平放大效应显著，且放大效应主要集中在坡面附近一定范围内；4)地震作用结束后，模型中距坡面距离相同的各监测点的位移随高程的增加而增大，高程放大效应明显.上述计算结果与地震作用下边坡的变形规律基本一致，由此表明模型计算结果是合理、正确的.1.2.2 强度折减后对模型岩体参数进行等比例折减，当折减系数为1.16时，通过动力计算，得到模型中各监测点的位移时程曲线，如图4所示.折减后边坡变形破坏区域，如图5所示.从图4和图5中可以看出：1)模型岩体参数折减后，在地震作用下，模型部分监测点位移时程曲线不收敛，岩体位移随时间持续增加，表明岩体已失稳破坏；2)模型监测线L1中不收敛曲线数目为3，监测线L2、L3、L4、L5的数目分别为2、2、1和1，由此可以确定边坡的变形破坏范围及滑动面；3)岩体折减系数为1.16时，边坡在地震作用下发生整体失稳破坏，表明模型动力安全系数为1.16.以黄河上游某大型水利水电工程边坡为研究对象，边坡位于电站右岸坝前石门沟上游—双树沟范围内，距大坝500~1 300 m.坝址区为典型的深切“V”字型河谷地貌，蓄水前边坡地段水面高程约为2 250 m，坡顶平台前缘高程约为2 950 m，相对高差700 m.边坡上陡下缓，自然坡度为40°~50°.边坡基岩出露，主要为中生代印支期花岗岩，由表及里依次分为散体带、碎裂带、块裂带和原岩.由于复杂的地质构造背景和河谷演化历史，两岸岩体浅表层改造强烈，边坡区域存在大量的结构面.其中Ⅱ、Ⅲ级断裂结构面共10条，延伸长度约50~200 m，如LF1、Hf104等；Ⅳ、Ⅴ级结构面数目众多，分布广泛，主要有4组对边坡岩体变形破坏起控制作用的节理、裂隙，其在边坡岩体中的分布如图6所示.实测地应力资料表明，坝址区地应力在400 m深度范围内为20~30 MPa，在河床部位可达50 MPa以上，为高地应力区.坝址区地震基本烈度为Ⅶ度，设计地震烈度为Ⅷ度，100年超越概率2%的基岩地震动峰值加速度为0.23 g.对于边坡Ⅱ、Ⅲ级断裂结构面，在模型中直接模拟；对于Ⅳ、Ⅴ级随机结构面，在模型中采用网络模拟.边坡结构面网络模拟结果如图7所示[5].综合现场及室内试验，并结合相关工程经验，边坡岩体及结构面的力学参数取值见表3和表4.对边坡进行动力计算时，模型左右施加自由场边界，底部施加黏性边界；选取美国EL CENTRO地震波作为动力输入条件，并对其进行低通滤波和基线校正处理，以使速度与位移变数在最终时刻归零或基本归零，生成合理的加速度波形，如图8所示.由于EL CENTRO地震波的能量主要集中在前30 s，30 s后地震加速度基本趋于0 g.因此，边坡动力计算时，地震持续时间取30 s.边坡的动力计算结果显示，在地震作用的初始阶段，边坡内部的潜在滑动面尚未贯通，边坡的变形破坏以表层岩体局部掉块、垮塌为主；随着地震持续时间的增加，岩体内部的结构面逐渐张开、延伸，最终形成贯通滑面，导致边坡产生滑坡或崩塌破坏；边坡的变形破坏具有渐进性.通过分析边坡各子区域关键点的位移时程曲线，得到边坡在地震作用下的变形破坏区域，如图9所示.从图9中可以看出，地震作用30 s后，边坡变形破坏区域主要集中在边坡表层的散体区和碎裂区，即边坡的浅表层区域.文中将这种现象称为地震作用下节理岩质边坡变形破坏的浅表层动力效应，该现象在汶川震区边坡震害中多有体现[6].地震作用下，节理岩质边坡浅表层动力效应机理主要包括以下3个方面：1)边坡内部不存在显著的软弱面，即不存在确定性的滑动面.因此，在地震作用下，边坡岩体难以产生沿某一贯通滑面的整体动力失稳，岩体的变形破坏是一个随地震作用而渐进损伤的过程.2)边坡浅表层岩体内节理、裂隙发育，完整性差，而边坡内部岩体节理、裂缝的发育程度较低，完整性较好；由于地震波在完整岩石内传播速度快，在破碎岩体中传播速度减慢，导致边坡浅表层与坡体内部岩体间的不协调运动，从而在边坡浅表层岩体中产生往复的剥离拉应力.在这种力的作用下，边坡浅表层岩体损伤加剧，岩体内部的结构面逐渐张开、延伸，最后形成贯通性滑动面，导致边坡浅表层岩体失稳破坏.3)边坡浅表层破碎岩体的自振频率相对于内部完整岩体较小，而自然地震的地震波能量主要集中在低频范围内，因此，边坡浅表层岩体的共振效应相对内部岩体更加强烈.同时，边坡浅表层岩体强度相对较低，由此导致边坡浅表层成为地震作用下岩体变形破坏的主要区域.通过分析边坡的动力响应规律可知，将边坡离散为众多子区域，以子区域特征点的位移时程曲线是否收敛作为岩体的失稳判据，并结合离散元强度折减法，能够准确确定边坡的破坏范围及滑面位置，得到合理的边坡动力安全系数.某大型节理岩质边坡的动力分析结果显示：在地震作用下，边坡的变形破坏具有显著的渐进性特征；随地震持续时间的增加，岩体内部的结构面逐渐张开、延伸，最终形成贯通滑面，导致边坡产生滑坡或崩塌破坏.地震作用下，节理岩质边坡的变形破坏存在浅表层动力效应，该现象在汶川震区边坡震害中多有体现，文中分析了边坡浅表层动力效应的机理，为节理岩质边坡的防护提供一定参考.【相关文献】[1]胡聿贤．地震工程学:水利水电工程卷[M]．北京：地震出版社，2006．[2]黄润秋．岩石高边坡发育的动力过程及其稳定性控制[J]．岩石力学与工程学报，2008，27(8)：1525-1544．[3]郑颖人,叶海林,黄润秋，等．边坡地震稳定性分析探讨[J]．地震工程与工程振动，2010，30(2)：173-180．[4]李海波,肖克强,刘亚群．地震荷载作用下顺层岩质边坡安全系数分析[J]．岩石力学与工程学报，2007，26(12)：2385-2394．[5]杜朋召,刘建,韩志强，等．基于复杂结构精细描述的岩质高边坡稳定性分析[J]．岩土力学，2013，34(S1)：393-398．[6]蒋良潍,姚令侃,胡志旭，等．地震扰动下边坡的浅表动力效应与锚固控制机理试验研究[J]．四川大学学报(工程科学版)，2010，42(5)：164-174．。
节理岩石边坡的抗冲击分析1概述天然岩体在漫长的地质历史作用过程中，形成了大小不等、方向各异的节理或结构面。
由于岩体承受了这些不同时期、不同性质的节理裂隙的切割，使得岩体成为非均质体，其展现出来的力学特性应该是各向异性的。
工程实际中，由于岩体各向异性特性认识的复杂性，加之我们对岩体力学的研究还不够深入，一般是按均质体来考虑的，基本没有考虑到岩体的各向异性力学特性，但是，在实际的岩石边坡中，节理岩石随处可见，节理对边坡稳定性的研究非常有必要，而且由于节理的发育，经常会发生崩塌落石，这些落石对边坡的冲击荷载作用，在室内很难研究，因此，本文主要采用有限元的模拟方法，来分析节理岩石在落石作用下的稳定性问题2 ANSYS/LS - DYNA的原理LS-DYNA 是以显式为主、隐式为辅的通用非线性动力分析有限元程序，适合求解各种二维、三维非线性结构的高速碰撞、爆炸问题。
它以Lagrange 算法为主，兼有ALE 和Euler 算法；以显式求解为主，兼有隐式求解功能；以结构分析为主，兼有热分析、流体-结构耦合；以非线力分析为主，兼有静力分析。
有限元碰撞过程中运动方程可以表示为：（1）式中：[M]为质量矩阵；[C]为阻尼矩阵；[K]为高度矩阵；{a}为加速度向量；{v}为速度向量；{F}为包括碰撞力在内的外力向量。
崩塌落石的受力机理可以描述为：崩塌岩石与地面碰撞，产生冲击应力，当岩石撞击地面时，撞击产生的应力波为一维应力波，做这样的简化便于分析时，不考虑落石形状对崩塌体本身势能和动能的影响。
波动方程为：式中：—岩石x方向的位移；—岩石的密度；E—岩石的弹性模量。
应力波传播速度C 为：由于节理岩体的岩体结构、赋存环境和作用因素的多样性，在节理岩石的边坡力学特性就显得十分复杂，在采用有限元模拟时，需要更多的裂隙模拟单元。
另外，考虑到已有崩塌土体，主要是落石的滚动运动对边坡的影响，岩体边坡在开挖条件下的防护问题也至为重要，以及在开挖时保证卸荷对节理岩体的影响最小化，同时考虑结果面的各向异性问题。
岩石边坡稳定及防治措施研究摘要：随着国家经济的飞速发展，工程建设项目也越来越多，而在矿山、公路交通等项目建设中高陡边坡的稳定性问题变得越来越突出。
文章通过多年经验对影响高边坡稳定性的因素进行了比较深入的研究，并就其问题提出了有效地防治措施，对工程建设高边坡处理和工程整体运行有积极的促进作用。
关键词：岩石；边坡稳定；影响因素；防治技术随着工程项目规模的逐渐加大，工程建设中出现了越来越多的高陡边坡，而高边坡的稳定性问题也变得越来越严重，这些边坡的稳定性直接影响了工程施工的安全和企业利益，需要得到及时解决；另一方面由于工程需要，需要原来稳定岩体而形成新的人工边坡，从安全角度来讲坡脚越小越好，但从经济上讲坡脚越大越经济，因此，如果要真正对边坡的稳定性做出符合于客观实际的正确评价，就需要真正了解影响岩石边坡稳定的主要因素，并提出合理有效并且经济的边坡稳定防治措施，保障工程顺利进行。
1岩质边坡破坏失稳模式岩质边坡破坏失稳主要包括4种破坏模式：第一，沿倾向和走向大致平行的软弱结构面发生平面滑动破坏；第二，当存在多个不连续结构面时，则可能沿多个交线发生楔形破坏；第三，在比较破碎的岩质节理边坡中，最容易沿着近似弧线发生圆弧破坏；第四，当岩层中含有多层次的软弱夹层时，由于各层面风化程度不一样，容易产生折线破坏。
2岩质边坡失稳破坏的影响因素分析岩质边坡失稳是内外多方面复杂原因造成的，内部因素主要包括地质构造特征和岩体结构等，它是产生失稳破坏的内在条件。
外部因素包括地下水、地表水得腐蚀，地震、人工加载和开挖等，是产生失稳破坏的触发因素。
因此，在进行边坡稳定分析的时候，必须同时分析内部原因和外部原因，抓住主要原因，对边坡进行科学有效地预防和治理。
①地质构造因素：地质构造主要由节理、断层、破碎带及其软弱夹层组成，经验表明地质构造因素决定了岩层的产状及发育程度、结构面包括断层的性质，而结构面决定了滑动面的形状和位置，特别是在地质条件复杂、地质活动强和断裂破碎带附近，边坡失稳情况更为普遍，另一方面边坡层理产状与岩质边坡破坏也有非常密切的关系，当山坡坡度大于层面倾角时，就容易发生滑动破坏，而且倾角越大越不稳定。
