基于REV的岩质边坡力学参数模拟试验方法

关于岩质边坡力学参数的选择与应用１岩质边坡力学参数的确定1. 1 试验是力学参数的基础边坡稳定分析中，岩体和结构面参数的确定是重要的一部分。

岩体是天然地质体，有其发生、发展和改造的过程，其组成成分、结构、构造和赋存环境复杂多变，很难有均匀的、连续的、有规律的或两者完全一致的岩体。

岩体、包括结构面的宏观力学参数的确定是非常困难的。

目前比较实际的解决方法是：首先进行工程地质分区，使每个分区内的岩体大致有相对均匀、相对有规律的力学特性；然后选择有代表性的岩块、岩体和结构面，进行室内和野外试验，对试验成果进行统计、分析，得出有代表性的数据，最后结合具体地质条件和工程效应，提出力学参数建议值。

试验成果是提出力学参数的基础。

1. 2 不能直接使用试验数据的原因主要基于以下原因试验数据不能直接用于计算。

1) 天然地质体的复杂性由于岩体和结构面本身的复杂性，以及取样、试验方法的困难和局限性，试验成果不能直接使用。

首先是成果常有较大的分散性，取决于众多的复杂因素。

在进行统计分析时，人们经常认为试验数量不够，特别是由于大型原位试验有较大的难度，不可能作大量试验，这是个实际问题。

例如关于坝基抗滑稳定力学参数，在GB50287-99《水利水电工程地质勘察规范》中第５.３.２条第４款就规定：“控制坝基抗滑稳定的岩层或滑动面的原位抗剪和抗剪断试验组数不应少于４组。

”假如就做了４组试验，则抗剪断参数只有４个（采用单点法抗剪参数可以得到16～20个，然而关键数据仍是抗剪断强度）。

这４个抗剪断参数无论比较接近或比较分散，人们都可能怀疑其代表性。

即使取得足够数量的试验值，当人们了解这些不尽相同的值是由于不同因素的影响形成时，例如：壁面起伏、夹泥厚度、成分、结构、密实度和含水量，以及制样和试验过程中的不同情况等，人们还是怀疑能不能用简单的统计方法去对待这些试验成果。

特别是对于多组裂隙发育的岩体，即所谓的节理岩体，其抗剪断和抗剪参数与节理本身的强度，以及节理的产状、长度、间距、连通率和相互组合情况等密切相关，原位试验常常得出差异很大的成果。

收稿日期:20230508基金项目:江苏省政策引导类计划项目(B Y 2015002-05)㊂作者简介:丁 玎(1999),男,河南南阳人,硕士研究生㊂通讯作者:陈志坚(1963),男,福建福清人,教授,博士㊂第36卷第2期2024年 4月沈阳大学学报(自然科学版)J o u r n a l o f S h e n y a n g U n i v e r s i t y (N a t u r a l S c i e n c e )V o l .36,N o .2A pr .2024文章编号:2095-5456(2024)02-0163-08基于离散元的岩质高边坡开挖支护数值模拟丁 玎,陈志坚*(河海大学地球科学与工程学院,江苏南京 211100)摘 要:为分析岩质路堑高边坡的开挖支护对边坡变形破坏及边坡稳定性的影响,利用离散元数值模拟与原位监测相结合的方法,对开挖适时支护与开挖未支护两种工况进行比较,评价了锚杆支护的效果㊂结果表明:边坡开挖引起的竖向位移主要集中于开挖面中部;在相同开挖条件下,经适时支护后,边坡开挖面临空向水平位移最大值减小2.50c m ,安全系数提高8.62%,处于基本稳定状态;数值模拟结果与原位监测数据基本吻合,说明离散单元法对于分析岩质边坡稳定性问题的适用性㊂关 键 词:路堑边坡;数值模拟;离散单元法;现场监测;锚杆加固中图分类号:T U 457 文献标志码:A N u m e r i c a lS i m u l a t i o n o f H i g h R o c k S l o p e S u p p o r t U n d e r E x c a v a t i o nB a s e d o nD i s c r e t eE l e m e n tM e t h o dD I N GD i n g ,C HE NZ h i ji a n (S c h o o l o fE a r t hS c i e n c e s a n dE n g i n e e r i n g ,H o h a iU n i v e r s i t y ,N a n j i n g 211100,C h i n a )A b s t r a c t :I no r d e rt oa n a l y z et h ei m p a c to fe x c a v a t i o na n ds u p p o r to fh i g hr o c kc u t t i n g s l o p e so nt h es t a b i l i t y o fs l o p e ,t h et w oc o n d i t i o n s w e r ec o m p a r e d b e t w e e n e x c a v a t i o n w i t h o u t s u p p o r ta n dt i m e l y s u p p o r t e db y b o l t .T h ee f f e c to fb o l ts u p p o r t w a se v a l u a t e d t h r o u g h t h e m e t h o d o f c o m b i n i n g d i s c r e t e e l e m e n t n u m e r i c a l s i m u l a t i o n w i t h f i e l d m o n i t o r i n g .T h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h ev e r t i c a ld i s p l a c e m e n tc a u s e db y e x c a v a t i o n w a s m a i n l y c o n c e n t r a t e di n t h e m i d d l e o ft h e e x c a v a t i o nf a c e .U n d e rt h es a m e e x c a v a t i o n c o n d i t i o n s ,t h e m a x i m u m v a l u e o f t h e s l o p e e x c a v a t i o n f a c e s p a c e -f a c i n g h o r i z o n t a l d i s p l a c e m e n tw a s r e d u c e d b y 2.50c m ,a n d t h e s a f e t y f a c t o r o f c u t t i n g s l o p ew a s i n c r e a s e d b y 8.62%,i n d i c a t i n g t h a t t h e s l o p ew a s i nab a s i c a l l y s t a b l e s t a t e .I n a d d i t i o n ,t h e v a l i d i t y a n d c o r r e c t n e s so ft h en u m e r i c a ls i m u l a t i o nr e s u l t s w e r ev e r i f i e db y c o m p a r i n g w i t ht h ef i e l d m o n i t o r i n g d a t a ,w h i c hi n d i c a t e d t h e a p p l i c a b i l i t y o ft h e d i s c r e t e e l e m e n t m e t h o d f o r a n a l y z i n g t h e s t a b i l i t y o f r o c k y s l o p e .K e y w o r d s :c u t t i n g s l o p e ;n u m e r i c a l s i m u l a t i o n ;d i s c r e t e e l e m e n tm e t h o d ;f i e l dm o n i t o r i n g ;a n c h o r b o l t r e i n f o r c e m e n t随着我国公路网络的不断完善,在山区交通的修建过程中,由于工程地质条件的限制,不可避免地形成了数量众多的岩质高陡路堑边坡㊂人工开挖改变了天然边坡的边界条件与载荷条件,致使边坡内部应力重新分布,造成局部区域应力集中进而影响边坡稳定性㊂边坡从变形至失稳破坏是一个渐进的过程[12],具有一定规律的演变过程,但边坡变形缓慢,难以凭借工程经验判断边坡变形演变情况,故通常对边坡进行现场监测,及时掌握边坡内部变形趋势,采取相关措施进行加固,达到避免边坡发生失稳破坏的目的㊂现场监测[3]作为评价边坡稳定性的有效手段,为边坡施工期治理提供可靠的依据与建议,通过分析监测数据及时采取有针对性的加固措施,降低边坡失稳所带来的损失㊂边坡开挖引起的滑动破坏㊁崩塌等边坡失稳问题严重威胁人们的生命财产安全,引发了大量学者的关注与研究㊂梁靖等[4]基于现场调查和监测结果分析,揭示了边坡变形破坏特征,定性评价了边坡稳定性;彭绍才等[5]通过分析乌东德水电站施工期的监测成果,揭示了边坡发生变形的原因,进一步评价了边坡的稳定性㊂但现场监测只能采集到特定测点的位移㊁应力等,利用数值模拟可以对任意点进行位移㊁应力分析,故数值模拟通常与现场监测相补充㊂梁远禄等[6]利用A N S Y S 有限元软件对路堑边坡分级开挖进行了模拟,分析了逐级开挖各阶段的位移与剪应变变化,阐述了边坡开挖后采取适时支护措施的必要性;闫强等[7]采用有限元法对及时支护和未及时支护两种工况进行了模拟,分析了两种不同支护方式下边坡开挖稳定性变化特征,探究了开挖支护时序对边坡稳定性的影响;吴江鹏等[8]利用有限差分法模拟了边坡在降雨条件下的开挖过程,与现场调查相结合,探究了边坡在开挖扰动及降雨工况下的失稳破坏机理;D o u 等[9]基于有限元强度折减法分析了土质路堑高边坡在开挖与降雨条件下的破坏机理,对不同的加固方案效果进行了比较,结果表明适时加固可以降低开挖扰动对边坡稳定性的不利影响;周子涵等[10]利用有限差分法研究了边坡在开挖扰动作用影响下的系统能量变化㊁稳定性变化和失稳破坏机制;相较于土质边坡,岩质边坡内部赋存的大量结构面对边坡稳定性起控制作用㊂因此,在进行数值模拟时不适合将节理岩体视作各向同性材料,宜采取离散单元法进行模拟与分析㊂黄俊辉等[11]利用二维离散元软件模拟了多级边坡的开挖过程,将模拟结果与现场监测数据对比,评价了边坡开挖稳定性,分析了开挖稳定性的影响因素;罗沙等[12]借助颗粒离散元法,从微观角度探究了应力水平㊁裂隙密度等因素对于开挖卸荷作用下边坡稳定性的影响;徐奴文等[13]利用二维离散元软件模拟了顺层岩质边坡的开挖卸荷过程,揭示了顺层岩质边坡的变形失稳机制,根据模拟结果提出加固措施建议,对于同类型工程具有良好的借鉴意义㊂随着计算机技术的发展,三维离散元法逐渐走入学者们的视野㊂单仁亮等[14]通过三维离散元软件(3D E C )模拟了岩质边坡开挖过程,根据模拟结果提出了边坡支护方案,评价了支护后边坡的稳定性;倪勇等[15]利用3D E C 建立了辽宁建兴高速公路某段路堑边坡离散元模型,模拟了该路堑边坡的开挖过程,依据数值模拟结果确定失稳块体的位置,为边坡支护设计提供了依据㊂图1 路堑边坡的开挖坡率F i g .1 E x c a v a t i o n s l o p e r a t eo f t h ec u t t i n g s l o pe 鉴于此,本文依托连云港东疏港高速公路路堑边坡,采用3D E C 软件建立具有起伏地形的天然边坡三维模型,对边坡开挖未支护工况与开挖适时支护工况进行模拟,结合原位监测数据,评价了边坡支护效果与边坡稳定性,为相似工程背景下的研究提供借鉴㊂1 工程背景1.1 工程概况连云港东疏港高速公路起自连云港南侧港区进港道路,穿越后云台山,向南经中云台山,跨242省道与连徐高速公路相连,全长约13k m ㊂线路采用明挖方式横穿中云台山,进而在高速公路两侧均形成了高陡岩质路堑边坡㊂其中,东坡最大开挖深度超200m ,属1级边坡工程,相较于西坡,坡度更陡㊁开挖级数更多,在开挖扰动工况下更易发生边坡失稳,故选择东坡为研究对象㊂该边坡总体走向为N E~S W 方向(52.5ʎ~232.5ʎ),开挖段路线全长1050m ,路基设计标高为15~17m ㊂实际边坡工程中,边坡按单级坡高10m ,单级坡角55ʎ,分20级自上而下逐级开挖并进行支护㊂各级平台除第5㊁9㊁13㊁15级外,宽度均为3m ,总体坡角为42.4ʎ㊂边坡开挖坡率及各级台阶宽度的具体布置如图1所示㊂461沈阳大学学报(自然科学版) 第36卷1.2 工程地质条件由地质地面调绘㊁钻探㊁现场试验及物探成果形成的工程地质剖面图(图2)可知:边坡岩体岩性单一,基岩为前震旦系海洲群云台组变粒岩,以肉色白云钠长变粒岩为主,具变斑状及变余晶屑塑性岩屑结构,似片麻状构造;主要矿物成分为长石㊁石英㊁云母等;其软化系数为0.84~0.90,为硬质岩㊂图2 路堑边坡工程地质剖面图F i g .2G e o l o g i c a l p r o f i l em a p o f t h ec u t t i n g s l o pe 边坡岩体以块状结构为主,岩体中主要发育走向为N N E ㊁N E ㊁NWW 及N E E 向的结构面㊂其中,片理面为主要结构面,总体倾向东南,产状为150ʎø30ʎ~110ʎø20ʎ,对边坡工程地质性质影响较大㊂坡内有数条绿泥石片岩发育,产状为N E 40ʎ~60ʎ/S Eø10ʎ~30ʎ,自西南至东北方向贯穿东坡,缓倾向坡内㊂主要矿物为绿泥石,抗压强度较低,试验测得软化系数为0.4~0.6,为易软化岩,在地下水活动较频繁地段岩体强度变化大,抗风化能力差㊂2 离散元数值模拟连云港东疏港高速公路路堑边坡内部结构面较为发育,边坡岩体在大规模开挖过程中可能沿结构面产生错动与滑移,因此要求数值模型允许块体转动乃至脱离,有限单元法㊁有限差分法对于结构面的模拟具有一定局限性㊂为确保数值模拟的合理性,本文采用3D E C 软件对该边坡开挖与支护过程进行模拟,为边坡施工期稳定性分析提供依据㊂图3 天然边坡离散元模型F i g .3 D i s c r e t ee l e m e n tm o d e l o f n a t u r a l s l o pe 2.1 天然边坡模型建立综合考虑,连云港东疏港高速公路路堑边坡的实际地质情况与勘察报告,建立具有起伏地形的可视化天然边坡三维数值模型如图3所示㊂模型尺寸为500mˑ250mˑ255m ,取边坡底部高程为-50m ㊂依据地质勘探资料及岩体风化程度,将边坡从上至下分强风化变粒岩㊁中风化变粒岩和微风化变粒岩㊂由于边坡控制性结构面间距小㊁数量多的特点,本文主要对绿泥石片岩及其两侧陡倾结构面进行模拟,将绿泥石片岩夹层简化为厚度2m 的软弱夹层㊂地下水作为边坡重要控稳因素之一,为模拟天然边坡内部地下水准静态分布情况,体现其对于边坡的影响,基于施工期地下水监测数据,选取各测点历史最高水位作为模型在该点的地下水位㊂根据边坡岩土体材料特性,模拟计算采用摩尔库伦屈服条件的弹塑性模型;3D E C 中采用接触摩擦型节理模拟接触关系,服从库伦滑移破坏准则,结构面采用库伦滑移模型进行计算[16],以自重应力作为初始应力㊂同时,模型对底部进行位移约束,坡顶和坡面为自由表面㊂数值计算中所需的体积模量K 561第2期 丁 玎等:基于离散元的岩质高边坡开挖支护数值模拟与剪切模量G 可按式(1)和式(2)进行取值[17],相关岩体与结构面力学参数根据试验和相关规范确定,如表1㊁表2所示㊂K =E 3(1-2μ),(1)G =E 2(1+μ)㊂(2)式中:E 为弹性模量,M P a ;μ为泊松比㊂表1 边坡岩体物理力学参数T a b l e1 P h y s i c a l a n dm e c h a n i c a l p a r a m e t e r s o f s l o pe r o c km a s s 岩 性密度/(k g ㊃m -3)天然密度饱和密度弹性模量/M P a 摩擦角/(ʎ)黏聚力/M P a 泊松比强风化变粒岩205021601300270.150.35中风化变粒岩230024103650330.450.30微风化变粒岩2650274021500551.550.23绿泥石片岩 179019901250250.090.37表2 结构面物理力学参数T a b l e2 P h y s i c a l a n dm e c h a n i c a l p a r a m e t e r s o f s t r u c t u r a l pl a n e 结构面类型黏聚力/M P a 摩擦角/(ʎ)法向刚度/G P a 剪切刚度/G P a 陡倾结构面0.05282.801.20软弱夹层 0.02160.330.112.2 数值模拟结果分析基于天然边坡模型,由开挖底面与坡面共同确定开挖区域,进行20级边坡逐级开挖模拟㊂由于边坡开挖级数较多,本文以边坡开挖模拟完成后的应力场㊁位移场及加固后的锚杆受力状态为着手点进行分析㊂为直观展示边坡开挖所引起的边坡变形,在开挖模拟开始前将自重平衡所产生的边坡变形量清除,模拟所得结果即为开挖引起的变形量㊂2.2.1 边坡开挖未支护工况边坡模拟开挖完成后位移情况如图4所示,开挖引起的回弹变形主要集中在软弱夹层以下的开挖平台中部区域㊂竖直向位移在坡面上呈现同心圆状,由54平台中部向四周扩散;随着高程降低,岩体内部弹性势能得到释放,竖向回弹位移随之增大;竖直向位移最大值出现在14平台中部,为8.68c m ㊂临空向位移随着高程降低,呈现出先增大后减小的趋势,154平台以上坡体向坡内产生变形,最大值为0.63c m ㊂随着开挖施工的进行,边坡临空向约束作用逐渐减弱,开始向临空面方向发生变形,在绿泥石片岩夹层附近达到最大值5.10c m ㊂由于绿泥石片岩夹层与陡倾结构面的存在,最小主应力在软弱夹层处发生应力陡增与应力集中现象,使得绿泥片岩区域附近的岩体在开挖完成后,沿软弱夹层结构面产生较大的临空向位移㊂利用强度折减法计算边坡开挖未支护工况下的安全储备系数F s =1.03,根据规范规定[18],此时边坡处于欠稳定状态㊂(a)竖直向位移场(b)临空向位移场图4 未支护工况下的边坡位移场F i g .4 S l o p ed i s p l a c e m e n t f i e l d u n d e r u n s u p p o r t e dc o n d i t i o n 661沈阳大学学报(自然科学版) 第36卷边坡应力主要由自重应力场控制,故边坡内部主应力方向与自重应力方向相一致㊂随着开挖量的不断增加㊁开挖高程不断降低,边坡内部最大主应力不断调整㊂在桩号K 10+50处取边坡典型剖面,该剖面应力场如图5所示㊂根据图5(a )可知:134平台以上最大主应力等值线分布近水平;134平台以下最大主应力等值线近似平行于开挖坡面㊂最大主应力的最大值存在于坡体底部,约为5096.10k P a ;最小值出现在坡顶,约为50.39k P a ,符合一般应力场分布规律㊂由图5(b )可知:最小主应力等值线分布受到软弱结构面影响,在绿泥石片岩软弱夹层处出现应力集中现象,最大值约为1630.90k P a ;边坡开挖坡面附近的最小主应力值为1.00~3.00k P a㊂(a )最大主应力(b)最小主应力图5 边坡K 10+50剖面的应力场F i g .5 T h es t r e s s f i e l da t t h eK 10+50s e c t i o no f t h es l o p e 2.2.2 边坡开挖适时支护工况边坡经大规模开挖后由岩体卸荷回弹产生的变形较大,同时在绿泥石片岩夹层附近产生较大的位移量与塑性变形,边坡处于欠稳定状态,因此有必要采取加固措施对边坡进行适时加固支护㊂实际边坡加固工程中,根据设计要求及岩性确定锚固深度,采用规格分别为Ф20mmˑ4m ㊁Ф20mmˑ6m ㊁Ф25mmˑ8m 的普通砂浆锚杆进行新奥法施工㊂在模拟中,对锚杆布置进行简化,利用3D E C 软件自带的f i s h 语言编制锚杆自动施加程序,进行全坡面锚杆支护,依据实际工况在各开挖坡面布置对应规格参数的锚杆㊂图6 锚杆轴力等值线云图F i g .6 C o n t o u r d i a g r a mo f a x i a l f o r c e 锚杆支护工况下的锚杆受力情况如图6所示,锚杆受力集中在坡顶至软弱夹层附近,锚杆轴力自坡顶向下逐渐增大㊂锚杆轴力在软弱夹层处最大,为11.43k N ㊂锚杆轴力较大值的分布情况与软弱夹层在开挖坡面上的出露情况相一致,这是由于绿泥石片岩夹层岩体性质较差,在开挖过程中发生应力集中现象,施加锚杆后抑制了其产生变形,故锚杆轴力相应增大㊂此外,锚杆轴力自边坡内部向坡面逐渐增大,主要原因是开挖扰动所导致的边坡变形大部分发生在人工坡面开挖处,坡内所受影响逐渐减小,使得锚杆轴力主要作用在开挖面附近的一定深度岩体范围内㊂锚杆支护工况下的边坡位移场如图7所示,在边坡开挖适时支护工况下的位移等值线云图分布规律与开挖未支护工况类似;边坡南侧位移量较北侧位移量大;锚杆通过抑制结构面所切割岩板间的相互滑动减小了边坡的临空向变形,临空方向位移在软弱夹层处较大,最大位移量相较于未支护工况减少了2.50c m ,开挖及时支护工况下的边坡安全储备系数F s =1.12,边坡处于基本稳定状态㊂模拟结果表明,在边坡开挖后适时进行锚杆支护,使边坡开挖面附近岩体的临空向位移变幅减小,体现了锚杆支护的加固作用,边坡稳定安全系数增大说明采取适时加固措施可以有效提高边坡开挖后的稳定性㊂761第2期 丁 玎等:基于离散元的岩质高边坡开挖支护数值模拟(a)竖直向位移场(b)临空向位移场图7 锚杆支护工况下的边坡位移场F i g .7 S l o p ed i s p l a c e m e n t f i e l d u n d e r b o l t s u p p o r t c o n d i t i o n 2.3 边坡原位监测数据与模拟结果对比分析为及时掌握边坡内部变形趋势,确保边坡工程的稳定性,该边坡自施工期起便开始布设包括滑动式测斜仪㊁多点位移计和渗压计在内的大量现场监测仪器,多种监测手段并施,对岩坡内水平位移㊁锚杆轴力㊁地下水渗透压力等进行监测,形成了完备的边坡安全监测系统㊂其中,通过钻孔测斜仪测定坡体内不同垂直深度的水平位移,为边坡治理与稳定性评价提供可靠依据㊂原位监测作为边坡稳定性评价的有效手段,将其与数值模拟相结合可以更好地阐述边坡变形机制㊂本文选取194平台观测孔L 194与134平台南部观测孔L 1342施工期及部分运营期的测斜监测数据进行分析,选取测斜孔所在位置模型剖面,沿测斜孔方向间隔0.5m 设置监测点,以测斜孔底为不动点,计算监测点与测斜孔底部的相对位移,将监测点的相对位移值与现场监测数据对比,据此验证数值模型的合理性㊂L 194观测孔现场监测数据及模型剖面如图8所示㊂监测数据显示,测斜孔顶部相对于底部产生了向坡内的水平位移,最大值为3.50mm ,位移值呈现出顶大底小的特征㊂这是由于水平位移监测略滞后于边坡开挖,致使观测孔附近岩体基本完成了卸荷变形,故该观测孔范围内岩体产生的水平位移变幅较小㊂模拟结果显示测斜孔顶部相对于底部向坡内产生了2.90mm 的水平位移,与监测数据相差0.60mm ,二者基本吻合㊂(a )L 194测孔剖面位移云图(b )L 194测孔监测数据图8 194平台测孔的模型剖面及监测数据F i g .8 194p l a t f o r mb o r e h o l em o d e l p r o f i l ea n dm o n i t o r i n g d a t a 134平台观测孔实测数据及数值模型剖面见图9㊂监测数据显示,该测孔顶部相对于底部产生的水平位移较小,在测斜孔中下部测点水平位移产生的增幅最大值为5.0mm ,向临空面方向产生了11.60mm 位移,这是由于该区域绿泥石片岩夹层所致,突变位移方向与夹层反倾方向一致㊂与L 194观测孔不同,该测孔水平位移呈现出先增大后减小的变化趋势,自孔顶至位移突变处向坡外运动,而后随着深度增加向坡内产生位移㊂主要原因为134平台测斜孔位于该边坡南侧,靠近废弃采石场使得该处岩体两面临空,岩体松动和爆破开挖所致裂隙较为发育,加之岩体较为破碎,故使得该测孔处岩体剪切变形和蠕变更为严重,从而产生向坡外变形的趋势㊂由L 1342测孔所在剖面的水平位移云图显示,观测顶部临空方向位移值为8.30mm ,由于受绿泥石片岩夹层影响,随着测孔深度的增加水平位移值861沈阳大学学报(自然科学版) 第36卷也随之增加,在软弱夹层处位移值达到了12.10mm ,随后突变至7.60mm ,观测孔底部位移为4.80mm ㊂测斜孔顶部相对于测斜孔底部产生了临空向变形,相对位移量呈现出测孔两端位移小中间大的特征,与实际监测数据所反应的特征一致㊂(a )L 1342测孔剖面位移云图(b )L 1342测孔监测数据图9 134平台测孔的模型剖面及监测数据F i g .9 134p l a t f o r mb o r e h o l em o d e l p r o f i l ea n dm o n i t o r i n g d a t a 3 结 论本文采用离散单元法建立了连云港东疏港高速公路路堑边坡三维数值模型,对开挖未支护㊁开挖适时支护两种工况进行了模拟,分析了两种工况下边坡位移场㊁应力分布㊁锚杆轴力与边坡变形情况,与现场监测数据进行了对比,得出了以下结论:1)连云港东疏港高速公路路堑边坡位移场分布规律主要受边坡岩性㊁开挖范围和软弱夹层分布的影响㊂由卸荷回弹引起的边坡竖向位移主要集中在开挖面的中部㊂2)在相同的开挖条件下,开挖后采取适时支护措施使边坡开挖面临空向最大水平位移减少了2.50c m ,提升了边坡人工开挖面临空向水平位移的协调性㊂3)边坡支护后临空向位移减小,支护工况下的安全系数为1.12,相较于未支护工况下的安全系数1.03提高了8.62%,边坡处于基本稳定状态㊂绿泥石片岩夹层处受压剪作用,产生变形较大,建议在路堑边坡运营期加强对该区域的监测㊂4)模拟结果与实际监测数据基本吻合,验证了模型的合理性与正确性,为工程背景相近的边坡稳定性分析提供了参考依据㊂参考文献:[1]康佳辉,刘晓辉,张永彬,等.基于R F P A 3D 不同加载方法的边坡渐进破坏分析[J ].西华大学学报(自然科学版),2021,40(4):99107.K A N GJH ,L I U X H ,Z H A N G YB ,e t a l .P r o g r e s s i v e f a i l u r e a n a l y s i s o f s l o p e b a s e do nd i f f e r e n t l o a d i n g RF P A 3D m e t h o d s [J ].J o u r n a l o fX i h u aU n i v e r s i t y (N a t u r a l S c i e n c eE d i t i o n ),2021,40(4):99107.[2]吕金星,韩磊,陈辉,等.胜利露天矿边坡工程渐进性破坏分析研究[J ].煤炭工程,2020,52(9):126129.L Y UJX ,HA N L ,C H E N H ,e ta l .A n a l y s i sa n dr e s e a r c ho n p r o g r e s s i v ef a i l u r eo fs l o p e i nS h e n g l io p e n -p i t m i n e [J ].C o a l E n g i n e e r i n g ,2020,52(9):126129.[3]WA N G Y Q ,Z H A N GSB ,C H E NLL ,e t a l .F i e l dm o n i t o r i n g o nd e f o r m a t i o no f h i g h r o c k s l o p e d u r i n g h i g h w a y co 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g i n e e r i n g:G B50330-2013[S].B e i j i n g:C h i n aA r c h i t e c t u r e&B u i l d i n g P r e s s,2014.ʌ责任编辑:赵炬ɔ。

岩质边坡物理模型试验相似材料研究张彦君;年廷凯;王亮;唐军【摘要】岩质边坡物理模型试验中相似材料的选取与制作,通常只是考虑密度、粘聚力、内摩擦角和弹性模量参数在数值上的相似关系,并未考虑相似材料是否能够再现复杂应力条件下岩石的强度和变形特性.为了解决这一问题,通过统计分析汶川地震所诱发滑坡的地层岩性,选取其中常见的石英岩和砂岩作为沉积岩原型;确定相似材料制备的主要控制指标以及试样成型方法,并分别采用两种常用的地质模型相似材料制备方法,在实验室制备其三轴压缩试验标准试样;开展两种相似材料标准试样的三轴压缩试验,研究其在不同围压条件下的应力应变特性与破坏模式.试验结果表明:不同围压条件下,实验室制备的两种相似材料标准试样在剪切破坏之前的应力应变曲线变化规律同实际的岩石原型相符,表现为线弹性关系;相似材料标准试样所受围压与其单轴抗压强度的比值不同的情况下,试样剪切破坏时所受偏应力与其单轴抗压强度的比值与实际岩石原型三轴试验中的比值相近,但相似材料试样的破坏应变均小于实际岩石原型的破坏应变.【期刊名称】《西南交通大学学报》【年(卷),期】2019(054)001【总页数】7页(P55-60,72)【关键词】模型边坡;相似材料;沉积岩;三轴试验;应力应变特性【作者】张彦君;年廷凯;王亮;唐军【作者单位】大连理工大学土木工程学院,辽宁大连116024;大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室,辽宁大连116024;大连理工大学土木工程学院,辽宁大连116024;大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室,辽宁大连116024;大连理工大学土木工程学院,辽宁大连116024;大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室,辽宁大连116024;大连理工大学土木工程学院,辽宁大连116024;大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室,辽宁大连116024【正文语种】中文【中图分类】TU452岩质边坡物理模型试验作为研究外部环境荷载作用下边坡内部应力应变的分布和变化规律，以及再现滑坡失稳破坏和运移堆积的大变形过程的有效技术手段，其试验结果的可信性在很大程度上取决于模型边坡与原型边坡的相似程度. 因此，在进行岩质边坡物理模型试验相似设计时，构成模型边坡主体的相似材料的性质是否能够近似反映原型边坡岩体结构的特点显得尤为重要. 目前，岩质边坡物理模型试验中相似材料的选择与制备通常只是基于密度、粘聚力、内摩擦角和弹性模量等主要参数取值之间所满足的相似关系[1-8]，制备所得的相似材料虽然能够再现岩体材料的自重应力场、剪切破坏模式以及一维应力条件下的线弹性特征，但是并不能够确保其同原型边坡内部处于复杂应力条件下的岩石材料具有相似的应力应变特性. 因此，针对复杂应力条件下岩石材料及其相似材料的应力应变曲线的相似问题，本文采用目前常用的两种地质模型相似材料制备方法，确定原型岩石的相似材料各成分配比并且制备相似材料三轴压缩试验标准试样，开展相似材料室内静力三轴压缩试验，研究其相似材料在复杂应力条件下的变形和强度特性，完善岩质边坡物理模型试验相似材料的选择与制备依据.1 相似材料三轴试验标准试样制备1.1 相似材料制备的主要控制指标在岩质边坡物理模型试验的相似设计过程中，组成模型边坡的相似材料同原型边坡的岩体材料之间的物理力学参数不可能全部满足相似关系，所以需要根据试验目的确定相似材料选择与制备的主要物理力学参数控制指标. 以岩质边坡振动台模型试验为例，通常情况下，此类动力模型试验主要关注边坡在地震荷载作用下的动力响应特性和变形破坏机制. 因此，首先为了真实地还原边坡所处的自重应力场以及地震作用过程中可能具有的惯性力，模型边坡与原型边坡组成材料的密度之间需严格满足相似关系；其次，岩质边坡的变形破坏机制通常与岩体材料自身的剪切破坏紧密相关，材料自身的破坏模式可用摩尔库仑强度准则描述，因此为确保模型边坡具有同原型边坡相似的变形破坏机制，粘聚力和内摩擦角参数应当同时作为相似材料制备的控制指标；此外，地震荷载作用下岩质边坡的动力响应通常会随着地震动幅值的逐渐增加而表现出非线性特性，导致材料的弹性模量等线弹性参数之间的相似关系逐渐失效，加上弹性模量的试验确定方法并不唯一，因此实际制备相似材料时很难满足弹性模量参数之间的相似关系. 基于上述分析，本文在制备相似材料三轴试验标准试样的过程中始终确保相似材料的密度、粘聚力和内摩擦角参数严格满足相似关系，而弹性模量等参数之间的相似关系不要求严格满足，位于目标值一定范围内即可.1.2 相似材料三轴试验标准试样成型方法通常情况下，岩石介质相似材料由多种散粒体的混合物通过黏结材料胶结而成. 考虑到需要通过加压的方式使散粒体混合物充分密实和胶结，本文设计制作直径为50 mm，高度为100 mm的成型模具用于批量制作相似材料三轴试验标准试样.通过制备大量的相似材料标准试样，可以发现，由于液体介质在散粒体混合物中所占的质量百分比很小，且在压制过程中会有部分挤出，压制结束时标准试样的成型密度同其完全干燥以后的密度差别很小. 相似材料标准试样的密度简单易测，而粘聚力和内摩擦角等强度参数需要通过室内直接剪切试验或者三轴压缩试验才能测定，因此，本文在制备相似材料标准试样时首先考虑其密度是否满足相似关系. 在此基础之上，选择散粒体混合材料的成型密度作为压制过程结束的控制标准，即通过相似材料的目标密度计算标准试样的质量，量取等质量的散粒体混合物装入成型模具中，利用竖向加压将散粒体混合物的堆积高度压缩至标准试样高度，压制结束即可得到成型密度等于目标密度的标准试样. 随后，拆除模具，试样编号，待其完全干燥后重新测定试样密度，判断是否能够满足相似关系.图1 相似材料标准试样制备过程Fig.1 Manufacturing process of the standard samples for similar materials图1 为相似材料三轴试验标准试样的压制过程，万能试验机竖向压缩模具内部的散粒体混合材料，成型后拆除模具便可得到试验试样成品.1.3 相似材料组成成分及配比通过统计分析汶川地震所诱发的大型滑坡的地层岩性（表1），可以得知真实滑坡区域的岩石材料多数为沉积岩[9]. 因此，本文选取石灰岩和砂岩为岩石原型代表，制备其相似材料并开展相关试验研究.表1 汶川地震大型滑坡的地层岩性统计Tab.1 Stratigraphy of Wenchuan earthquake-induced large-scale landslides地震滑坡名称滑坡区域主要地层岩性安县大光包滑坡白云岩、灰岩、页岩、砂岩安县罐滩滑坡砂岩、灰岩、白云岩、页岩安县老鹰岩滑坡白云质灰岩北川县唐家山滑坡砂岩、泥岩、硅质岩北川县王家岩滑坡砂岩、粉砂岩、砂质页岩北川县北川中学新区滑坡粉砂岩、灰岩北川县鼓儿山滑坡粉砂岩、千枚岩、灰岩、硅质岩青川县东河口滑坡砂岩、灰岩、白云岩、千枚岩青川县窝前滑坡白云岩、硅酸盐岩、泥质岩青川县石板沟滑坡灰岩、白云岩、千枚岩青川县大岩壳滑坡白云岩、板岩青川县董家滑坡板岩汶川县牛眠沟滑坡花岗岩、砂岩、泥质板岩绵竹市文家沟滑坡灰岩、石英粉砂岩、页岩彭州市谢家店子滑坡斜长岩、火山岩、页岩、砂岩平武县平溪村滑坡灰岩平武县郑家山滑坡硅质板岩映秀—卧龙公路K24滑坡千枚岩、石英岩、灰岩目前，岩质边坡物理模型试验设计中所采用的相似材料主要有两种配制方法：（1）由重晶石粉、石英砂、石膏、甘油和水配制而成，其中重晶石粉和石英砂为骨料，石膏为黏结材料，甘油为保水剂[1-3，8]；（2）由铁粉、重晶石粉、石英砂和松香酒精溶液配制而成，其中铁粉、重晶石粉和石英砂为骨料，松香酒精溶液为黏结剂[4-7，10].针对上述两种不同的相似材料制备方法，本文前期采用响应面分析方法进行相似材料的配比试验设计，确定相似材料主要物理力学指标同其组成成分质量比例之间的回归关系. 具体说来，将相似材料的密度、粘聚力和内摩擦角作为研究指标，相似材料散粒体混合物中各成分的质量比例作为试验因素，采用数理统计响应面分析法中的二次通用旋转设计制定相似材料配比试验的方案. 随后，按照设计实验方案制备相似材料标准试样，并且进行室内试验，测定不同配比条件下标准试样的密度、粘聚力和内摩擦角等参数. 最后，根据试验数据结果，分别建立相似材料密度ρ、粘聚力c和内摩擦角ϕ同相似材料各组成成分质量比例之间的回归方程，并对回归方程以及各回归系数进行显著性检验以确保最后所得回归方程简单合理. 基于相似材料配比试验所得到的回归方程，可以相对简单的初步确定配制具有目标物理力学指标的相似材料所需要的各组成成分的质量配比，极大地减少确定相似材料各组成成分质量配比所需要的试验量. 另外，为了能够尽可能全面地研究不同制备方法所得的相似材料在复杂应力条件下的共性，本文采用段首提到的两种方法分别制备不同类型沉积岩的相似材料，其物质组成及质量比例详见表2，其中材料-1用于模拟石灰岩，材料-2用于模拟砂岩.表2 相似材料组成及质量配比Tab.2 Composition and mass mixing ratio of similar materials编号相似材料组成及配比（质量百分比/%）材料-1 重晶石粉（30）∶石英砂（57）∶石膏（5）∶甘油（3）∶水（5）材料-2 铁粉（40）∶重晶石粉（40）∶石英砂（14）∶2%浓度松香酒精溶液（6）2 相似材料标准试样静力三轴试验2.1 相似材料三轴试验方案岩质边坡振动台模型试验相似设计中，相似材料标准试样的强度和刚度通常要远低于原型材料的强度和刚度，常规的岩石静力三轴试验仪器的有效测力或者有效测压范围往往不能满足相似材料的静力三轴试验要求，因此考虑采用土体的静力三轴试验方法开展相似材料标准试样的三轴压缩试验. 基于上述考虑，适当改装大连理工大学海洋土力学试验室所拥有的应变控制式土工静力三轴仪，相似材料标准试样端部打磨光滑，并在试样外侧套上薄层乳胶膜进行防水处理后，以0.10 mm/min的剪切速率分别开展两种相似材料标准试样在不同围压作用下的静力三轴压缩试验. 图2（a）所示即为基于TSZ-1型应变控制式三轴仪所开展的相似材料静力三轴试验，图2（b）则为试验结束时压力腔室内的标准试样在轴压和围压共同作用的剪切破坏形态.图2 相似材料标准试样静力三轴实验Fig.2 Triaxial compression tests of the standard samples of similar materials2.2 相似材料三轴试验结果及强度参数确定两种相似材料在不同围压作用下的应力应变曲线分别如图3和图4所示，其中横纵坐标分别表示试样在实验过程中的轴向应变（εa）和偏应力（σ1 -σ3），σ1和σ3分别为轴压和围压. 根据图3和图 4可知，相似材料标准试样在不同围压作用下剪切破坏时的峰值应力，将其绘制于主应力坐标系内，分别拟合得到两种相似材料的破坏包线，如图5和图6所示，图中横纵坐标分别表示试样剪切破坏时的平均主应力（（σ1 + σ3）/2）和偏应力值的一半（（σ1 - σ3）/2），σc为试样的单轴抗压强度. 观察图5和图6中曲线的拟合程度，可认为实验室制备的两种相似材料的剪切破坏模式均可以采用线性摩尔库仑强度准则来描述. 上述两种相似材料静力三轴试验标准试样的密度、粘聚力及内摩擦角等参数详见表3.图3 不同围压作用下材料-1的应力应变曲线Fig.3 Stress-strain curves of material-1 under various confining pressures图4 不同围压作用下材料-2的应力应变曲线Fig.4 Stress-strain curves of material-2 under various confining pressures图5 材料-1的拟合摩尔库仑破坏包络Fig.5 Fitted Mohr-Coulomb failure envelope for material-1图6 材料-2的拟合摩尔库仑破坏包线Fig.6 Fitted Mohr-Coulomb failure envelope for material-2表3 相似材料主要物理力学参数Tab.3 Physical and mechanical parameters of the similar materials编号ρ/（g·cm-3）c/MPa ϕ/（°）材料-1 2.06 0.205 38材料-2 2.52 0.147 423 复杂应力条件下的材料相似问题3.1 相似材料破坏前的应力应变过程相似问题对比分析图3和图4中两种相似材料三轴试验的偏应力与轴向应变之间的关系曲线可知，试样破坏时的偏应力和轴向应变均随着围压的增大而逐渐增加，其中，破坏时偏应力峰值的增加更为明显. 试样破坏前，两种相似材料标准试样的应力应变曲线基本都表现为线弹性关系，较小偏应力引起较大轴向应变的压密阶段不存在或是不明显，表明标准试样在制备时已经达到较大的密实度且内部存在较少的微裂隙；不同围压之下，相似材料应力应变曲线的线性变化阶段的斜率之间存在差异，表明相似材料的弹性参数会受到围压的影响. 此外，两种相似材料在较低围压之下都表现为典型的脆性破坏特点，但是随着围压的增加将会逐渐表现出延性. 例如，根据图3可以推测材料-1的脆性—延性转化围压大约为700 kPa，当试验围压大于转化围压以后，材料-1将表现出完全延性的破坏特点.通过对比分析上述两种相似材料和各向同性岩石材料[11]的静力三轴压缩试验结果可知，相似材料和各项同性岩石材料在某一围压作用下的应力应变曲线的发展过程相似，以及围压增加对应力应变曲线的影响作用相似，因此，可以认为相似材料在静力三轴试验下具有同多数岩石材料类似的强度和变形特性. 另外，考虑到相似材料在剪切破坏之前，其应力应变曲线中的线性变化阶段的弹性参数可能会受到围压影响，因此，单独依靠弹性参数来判断相似材料同岩石材料在复杂应力条件下剪切破坏之前的应力应变过程是否相似并不可靠.3.2 相似材料破坏时的应力应变状态相似问题相似关系的存在导致相似材料和岩体材料剪切破坏时的应力状态参量在数值上存在很大差距，因此，为便于对比分析相似材料与岩石材料剪切破坏时的应力应变状态，首先需要将三轴试验曲线中的应力状态参量（σ1和σ3）除以材料自身的单轴抗压强度（σc）做归一化处理.图7所示为经过归一化处理的两种相似材料的三轴压缩强度同围压之间的关系曲线，以及该试验曲线同已有沉积岩试验曲线[12]之间的对比. 观察两种相似材料的试验数据曲线发现，其变化趋势同常见沉积岩剪切破坏时的应力状态变化趋势近似：其中，材料-1的试验数据点位于白云岩和石灰岩的应力状态曲线之间，其变化趋势随着围压增加逐渐趋于石灰岩的应力状态曲线；材料-2的试验数据点多数落在白云岩的曲线之上，其变化趋势同白云岩和砂岩的应力状态曲线近似. 此外，两种相似材料在低围压作用下剪切破坏时的应力状态差别不太，意味着两种相似材料可能在低围压条件下表现出相似的脆性破坏特征.图7 相似材料同沉积岩的三轴压缩强度对比Fig.7 Comparison of the triaxial compression strength of various sedimentary rocks and the two similar materials图8 为经过归一化处理的两种相似材料在三轴压缩试验过程中破坏应变（εf）同围压之间的关系曲线，以及该试验曲线同已有沉积岩试验曲线[12]之间的对比.图8 相似材料同沉积岩三轴试验的破坏应变对比Fig.8 Comparison of the failure strains in triaxial compression tests for various sedimentary rocks and the two similar materials对比观察材料-1和材料-2的试验数据曲线可知，两种相似材料剪切破坏时的破坏应变均会随着围压增加而近似呈线性增加趋势，区别在于材料-1数据曲线增加幅度显著大于材料-2. 对比两种相似材料的试验数据曲线同常见沉积岩破坏应变的变化曲线发现，材料-1和材料-2的所有试验数据点均位于常见沉积岩破坏应变数据曲线的左上方，意味着两种相似材料在实验室围压条件下剪切破坏时的应变均大于常见沉积岩的破坏应变，推测可知在试验室围压条件下，试验室制备的相似材料的弹性模量参数明显低于常见沉积岩的弹性模量参数. 材料-1的数据曲线的变化趋势同石灰岩的破坏应变曲线变化趋势近似一致，而且根据曲线的走势，可以推测无论围压如何变化，材料-1的破坏应变总是大于常见沉积岩的破坏应变；材料-2的数据曲线的变化趋势同砂岩的破坏应变曲线变化趋势相似，根据曲线的走势，可以推测随着围压的逐渐增加，材料-2的破坏应变将逐渐接近或低于真实沉积岩的破坏应变值.综合上述对本文中两种相似材料剪切破坏时应力应变状态的分析发现，相似材料同常见沉积岩破坏时的应力状态虽然相似，但是应变状态存在较大差异，说明相似材料的选择和制备需要同时兼顾强度和变形两个方面的要求；单从相似材料剪切破坏时的应力应变变化规律来看，材料-1同石灰岩相似，材料-2同砂岩相似.4 结论通过研究实验室制备的两种相似材料在静力三轴压缩试验中的强度和变形特性，为岩质边坡物理模型试验中岩石块体相似材料的选择与制备提供合理依据，主要得出以下几点结论和建议：（1）实验室制备的两种相似材料在复杂应力条件下剪切破坏之前的应力应变曲线的变化规律同多数各项同性岩石材料基本相符，但该变化过程是否相似并不能简单采用弹性参数进行判断.（2）实验室制备的两种相似材料在复杂应力条件下剪切破坏时的应力状态同常见沉积岩相符，但破坏应变均大于常见沉积岩的破坏应变.（3）为确保相似材料能够真实模拟岩石块体在复杂应力条件下的强度和变形特性，建议在选择与制备岩石块体的相似材料时，除了必须满足相似材料同原型材料的密度、粘聚力和内摩擦角等主要指标之间的相似关系，还应当开展相似材料的强度和变形试验，综合判断相似材料剪切破坏前的应力应变过程以及剪切破坏时的应力应变状态是否与原型材料相似.【相关文献】[1]许强，刘汉香，邹威，等. 斜坡加速度动力响应特性的大型振动台试验研究[J]. 岩石力学与工程学报，2010，29(12)： 2420-2428.XU Qiang， LIU Hanxiang， ZOU Wei， et al. 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专利名称：一种检测岩石力学参数的测试方法专利类型：发明专利
发明人：李迎春,张正虎,胡李华,马天辉
申请号：CN202010162992.3
申请日：20200310
公开号：CN111272565A
公开日：
20200612
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种检测岩石力学参数的测试方法，所述检测岩石力学参数的测试方法包括以下步骤：S1、根据实验要求，制作岩石样本，对岩石样本进行预处理，在岩石样本中线位置开设一条滑槽；S2：将岩石样本固定在固定夹上，将传感器放置到滑槽内，传感器检测面与滑槽一面接触，传感器另一端固定在固定夹上；S3：在驱动装置上安装力学传感器，通过驱动装置推动岩石一侧，直至传感器传感数据发生变化；S4：记录力学传感器数值；S5：重复S1‑S4，记录相关数值，本发明在检测岩石力学参数时，直接检测岩石样本的最大抗压强度，则钻取的岩石样本的最大抗压强度。

整个检测过程操作简单，容易实现。

申请人：大连理工大学
地址：116024 辽宁省大连市甘井子区凌工路2号
国籍：CN
代理机构：北京德崇智捷知识产权代理有限公司
代理人：高琦
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岩质边坡岩体结构动力响应数值模拟研究的开题报告一、研究背景岩质边坡是一种常见的地质工程，其稳定性问题一直是工程建设中需要解决的关键问题。

由于岩质边坡普遍处于崇山峻岭、地形险峻之中，因此其稳定性问题往往涉及到复杂的地质情况和复杂的岩石结构动力响应问题。

因此，对于岩质边坡的岩体结构动力响应进行数值模拟研究，具有一定的理论和实践意义。

二、研究内容本研究将通过数值模拟方法，对岩质边坡岩体结构动力响应进行研究。

具体研究内容如下：1.对典型的岩质边坡进行现场调查和采样，获取其岩体结构参数和物理力学参数。

2.利用ANSYS等数值分析软件，对岩质边坡的岩体结构和应力场进行建模和仿真。

3.利用FLAC3D等数值分析软件，对岩质边坡的岩石结构动力响应进行建模和仿真。

研究岩石结构在地震、风、水等自然因素下的响应及其对岩质边坡稳定性的影响。

4.通过对模拟结果的分析和对比，总结出不同地质环境下岩质边坡岩体结构动力响应规律，并对边坡稳定性提出相应的建议和措施。

三、研究意义本研究通过对岩质边坡的岩体结构动力响应进行数值模拟研究，对于有效提高岩质边坡稳定性贡献了一定的理论和实践价值。

具体意义如下：1.为岩质边坡的设计、施工和监测提供科学依据和技术支持。

2.丰富岩石结构动力响应研究领域，推动该领域的发展和进步。

3.为其他类似工程的稳定性研究提供经验和参考。

四、研究方法本研究将采用数值仿真方法，通过对现场数据的采集和对比对岩质边坡岩体结构动力响应进行数值模拟研究。

具体方法包括：1.现场调查和采样：对典型的岩质边坡进行现场调查和采样，获取其岩体结构参数和物理力学参数。

2.数值建模：利用ANSYS软件对岩质边坡的岩体结构和应力场进行建模和仿真。

3.数值分析：利用FLAC3D软件对岩质边坡的岩石结构动力响应进行建模和仿真，并分析模拟结果。

4.数据分析：通过对模拟结果进行分析和对比，总结岩石结构动力响应规律，并提出相应的建议和措施。

五、研究进度本研究计划于2022年3月开始，预计于2023年3月完成。

基于MATLAB的岩体结构面三维模拟与表征单元体研究作者：李钰洁来源：《科技资讯》2015年第19期摘要：岩体中的结构面对岩体等效物理力学参数有重要影响，当岩体体积大于表征单元体体积（REV）时，岩体等效参数趋于稳定。

以新疆提依尔金矿为工程背景，使用Matlab软件，采用蒙特卡洛方法进行岩体结构面网络三维模拟，建立了与实际岩体具有相同统计特征的结构面三维模型；通过定义REV指标，综合确定岩体表征单元体为13m×13m×13m，约为最大节理迹长的3.7倍，为后续研究提供了基础数据。

关键词：Matlab 蒙特卡洛方法结构面三维模拟表征单元体中图分类号：TU452 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）07（a）-0093-02研究岩体工程问题前需要合理确定岩体的等效力学参数，然而由于岩体存在复杂的结构面（断层、节理、裂隙等），其物理力学性质表现出不均匀、不连续性。

分析大尺度岩体的力学行为时，应当注意一般情况下岩体的物理力学性质随岩体体积增大逐渐趋于稳定，即岩体存在表征单元体积（REV）。

目前通常可采用数值分析的方法确定岩体的等效力学参数，国内外不少学者对此进行了深入研究[1-2]。

使用数值分析方法确定岩体等效参数时，需要先明确岩体的REV尺度，只有当岩体模型体积大于岩体的REV时，才能保证数值分析法得到的力学参数与岩体实际的力学参数具有等效性。

岩体内结构面分布具有随机性，可用概率分布描述[3]。

该文以新疆提依尔金矿露天采场岩质边坡为工程背景，根据现场结构面测量数据统计分析所得的结构面产状概率分布及特征参数，利用Matlab软件，运用蒙特卡洛方法建立了与边坡岩体具有相同分布特征的结构面三维模型，然后以此为基础，研究了边坡岩体的REV大小，为后续边坡稳定性研究提供了依据。

1 岩体结构面三维模拟该文的研究对象为新疆提依尔金矿露天采场南部边坡岩体。

该部分边坡以凝灰岩为主，结构面发育，主要表现为节理，属于Ⅳ级结构面。

岩质边坡稳定性数值模拟及动力响应分析虢柱;刘小平;黄赣萍【摘要】采用快速拉格朗日方法,以差分技术引入时间因素实现了从连续介质小变形到大变形的分析模拟,对湖南省对口援建项目-四川理县至小金公路工程中豹子嘴边坡建立了三维模型,并采用2008年5.12汶川M8.0级地震中木卡站实测的地震波,在对地震波进行校正的基础上,进行动力数值模拟,分析了地震荷载作用下岩质边坡的位移、加速度和速度的动力响应过程和规律.岩质边坡动力响应分析表明地震荷载下岩质边坡最小水平永久位移、最小水平加速度反应峰值及最小水平速度反应峰值均发生在坡脚处,且在竖向方向均存在较明显的放大效应,其位移、加速度和速度的放大效应存在一定差异,放大倍数分别为18,1.3和6.35.%Based on the fast lagrangian finite-difference method, the numerical simulation analysis on a small deformation of continuous medium to large deformation was achieved by differential technology taken the time factor into account. A three-dimensional model was established on the Baozizui slope in the Xiaojin-Li County Sichuan highway which was the counterparts on reconstruction projects of Hunan Province. And the dynamic numerical analysis of the slope was simulated by the seismic waves observed in Muka station during the Wenchuan 5 · 12 M8.0 earthquakes in 2008, based on the correction of seismic wave. The displacement, acceleration and speed dynamic response regularity of rock slope were analyzed under the seismic loads. The results showed that the minimum horizontal permanent displacement, the minimum response peak of horizontal acceleration and the minimum response peak of horizontal speed were occurred at the rockslope foot under seismic loading, and in the vertical direction there were obvious displacement amplification effect in which there exist differences in the amplifying effect of displacement, acceleration and speed whose magnification ratio was 18, 1.3 and 6.35, respectively.【期刊名称】《公路工程》【年(卷),期】2012(037)005【总页数】6页(P23-28)【关键词】边坡;地震;数值模拟;动力响应;FLAC 3D【作者】虢柱;刘小平;黄赣萍【作者单位】湖南省高速公路管理局,湖南长沙 410001;桂武高速公路建设开发有限公司,湖南郴州 423000;桂武高速公路建设开发有限公司,湖南郴州 423000【正文语种】中文【中图分类】U416.1+4边坡地震反应是指地震动作用下所引起的边坡响应，它包括地震动在边坡中所引起的加速度、速度、位移和内力等。