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节理岩体高边坡稳定性研究及应用——以云南小湾水电工程6#山梁为例

作　者: 汤明高
导　师: 许强；韩文喜
学　校: 成都理工大学
专　业: 地质工程
关键词: 节理岩体变形破坏模式 ANSYS7.1 3DEC 有限元强度系数折减法有效潜在滑面
分类号: TV223
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
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内容摘要

工程实践证明，节理岩体高边坡的稳定性取决于边坡中的不连续结构面，如节理、裂隙、软弱面和不同岩层的分界面，这类结构面的存在使岩体变形破坏的特性与完整岩石截然不同，因此，有必要加强对节理岩体高边坡变形破坏机制的研究及相应的节理岩体高边坡稳定性评价方法的研究。本文结合云南澜沧江小湾水电工程6#山梁高边坡，针对节理岩体的变形破坏模式和机制、节理岩体高边坡的变形破坏过程及节理岩体高边坡的稳定性评价方面作了有益的探讨，为非完全贯通节理岩体高边坡的稳定性评价提供了一种确切可行的方法。具体内容分如下几个方面： 1．结合小湾水电工程6#山梁高边坡的具体情况，卸荷裂隙的发育程度、节理裂隙的分布规律性及软弱结构面的影响等情况，提出了针对这些问题的非贯通性节理岩体稳定性分析。 2．通过大量地野外地质调查，分析总结了6#山梁的各种变形破坏迹象和变形破坏机制，归纳出6#山梁区存在三种岩体变形破坏模式，并进行了详细地分析和阐述。 3．为了研究节理岩体高边坡的变形破坏现状及变形破坏过程，充分利用现代计算技术，有限元数值分析和离散元数值模拟(ANSYS7.1和3DEC)，对6#山梁高边坡进行了多种形式相结合的系统论证。再现了研究区的三种变形破坏模式；实现了6#山梁节理岩体高边坡整体稳定性和局部塌方影响范围的模拟分析；运用离散元对6#山梁可能的变形破坏方式进行了全过程动态仿真模拟；分析中，地质调查与室内分析的结合、局部塌方与整体稳定性的结合、现状模拟与过程模拟的结合，充分体现了工程地质分析中定性与定量相结合的思维方法，使我们对6#山梁节理岩体高边坡的变形破坏机制和过程有了一个较完整的认识。 4．通过节理岩体高边坡的极限状态分析，采用有限元强度系数折减法，对6#山梁非贯通性节理岩体高边坡进行了稳定性分析。该方法通过调整边坡岩体的抗剪强度参数，逐步逼近边坡的极限状态，同时自动搜索边坡的有效潜在滑动面，求解边坡的稳定性系数。通过与传统稳定性计算成果的对比分析，表明：只要调查充分，模型合理，加上良好的计算分析程序，对非贯通性节理岩体高边坡的稳定性评价，有限元强度系数折减法是确切可行的。 5．依据以上各种形式的分析结果，对6#山梁高边坡提出了简要的优化设计方案。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-5
目录  5-7
第1章引言  7-16
  1.1 研究区概况  7-8
  1.2 选题依据及研究意义  8-9
  1.3 国内外节理岩体边坡的研究现状  9-14
    1.3.1 岩体结构控制论  9-11
    1.3.2 岩体力学模型  11-13
    1.3.3 岩质边坡稳定性评价方法  13-14
    1.3.4 研究的创新点  14
  1.4 研究思路及技术路线  14-16
第2章研究区工程地质环境条件  16-21
  2.1 区域地质与区域稳定性  16
  2.2 地形地貌  16
  2.3 地层岩性与地质构造  16-18
  2.4 风化卸荷  18-20
  2.5 水文地质条件  20-21
第3章 6#梁节理岩体变形破坏模式研究  21-33
  3.1 6#梁岩体结构特征分析  21-24
    3.1.1 岩体结构特征  21-22
    3.1.2 边坡岩体力学参数  22-24
  3.2 6#梁变形破裂迹象及形成机制分析  24-27
    3.2.1 6#梁的变形破裂迹象  24-26
    3.2.2 6#梁变形破裂的形成机制分析  26-27
  3.3 6#梁滑塌区变形破坏迹象及形成机制分析  27-29
  3.4 6#梁变形破坏模式分析  29-32
    3.4.1 平面滑动模式  29-30
    3.4.2 阶梯状滑动模式  30-31
    3.4.3 倾倒变形破坏模式  31-32
  3.5 小结  32-33
第4章 6#梁节理岩体高边坡变形破坏状态和过程研究  33-61
  4.1 有限元建模平台和建模技术  33-37
    4.1.1 ANSYS的菜单界面  33-34
    4.1.2 ANSYS软件的主要功能  34-36
    4.1.3 ANSYS的建模途径和方法  36
    4.1.4 节理岩体边坡数值模型的概化  36-37
  4.2 6#梁变形破坏模式的数值分析  37-41
    4.2.1 平面滑动变形的分析结果  37-38
    4.2.2 阶梯状滑动破坏的分析结果  38-39
    4.2.3 倾倒变形的分析结果  39-40
    4.2.4 小结  40-41
  4.3 6#梁节理岩体高边坡变形破坏状态模拟  41-53
    4.3.1 剖面6-2数值模拟  42-48
      4.3.1.1 建模  42-43
      4.3.1.2 模拟结果评价  43-48
    4.3.2 剖面6-3数值模拟  48-51
      4.3.2.1 建模  48-50
      4.3.2.2 模拟结果评价  50-51
    4.3.3 小结  51-53
  4.4 6#梁节理岩体高边坡变形破坏过程模拟  53-61
    4.4.1 离散单元法基本原理  53-54
    4.4.2 3DEC软件及其功能  54-55
    4.4.3 3DEC的建模过程及方法  55-56
    4.4.4 剖面6-2离散元模型与边界条件  56
    4.4.5 节理岩体高边坡的变形破坏过程  56-60
    4.4.6 小结  60-61
第5章 6#梁的稳定性评价和计算  61-89
  5.1 局部稳定性评价  61-71
    5.1.1 局部稳定性分析  61-64
    5.1.2 剖面6-3位置滑塌区塌方影响范围确定  64-70
      5.1.2.1 建模  64
      5.1.2.2 塌方前模拟结果评价  64-65
      5.1.2.3 塌方后模拟结果评价  65-70
    5.1.3 小结  70-71
  5.2 深卸荷岩体稳定性评价  71-89
    5.2.1 变形破坏的极限状态分析  71-73
      5.2.1.1 岩质边坡极限状态的确定  71-72
      5.2.1.2 有效潜在滑面的搜索  72-73
    5.2.2 有限元强度系数折减法原理  73-75
    5.2.3 利用有限元强度系数折减法进行稳定性分析  75-87
      5.2.3.1 稳定性系数的求解  75-86
      5.2.3.2 有限元强度系数折减法分析的结论  86-87
    5.2.4 常规稳定性计算成果  87
    5.2.5 计算结果的对比分析  87-89
第6章 6#梁的支护设计建议  89-92
  6.1 支护设计方案的选取  89-91
  6.2 支护设计方案的优化  91-92
第7章结论及展望  92-94
参考文献  94-96
致谢  96

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