基于随机裂隙的岩质边坡稳定性参数分析

摘要

边坡稳定性研究一直是岩土工程领域的一个重要内容,迄今为止,对岩质边坡的稳定性分析,特别是将边坡中随机分布的结构面网络考虑在内的情况下尚没有令人满意的方法,现有的边坡稳定性分析软件也不具备模拟岩体中随机裂隙网络的功能。本课题根据蒙特卡罗(Monte-Carlo)法,拓展了离散元程序UDEC在模拟随机裂隙网络方面的功能、改进了边坡安全系数求解程序。在此基础上，研究了节理各几何参数(组数、密度、倾角、迹长)、结构面力学参数(粘聚力、内摩擦角)、岩体重度以及边坡高度和边坡倾角对边坡稳定性的影响。
　　(1)通过分析岩质边坡中节理裂隙分布规律,在离散元程序 UDEC中根据蒙特卡罗法,利用FISH语言编制了随机裂隙网络模拟程序,使在UDEC中可以生成符合特定分布规律的裂隙网络模型。
　　(2)根据强度折减法,用FISH语言编制了强度折减程序,解决了UDEC在计算具有随机裂隙的岩质边坡安全系数时求解步数不足及耗时严重的问题。
　　(3)通过与文献中边坡算例的解析解对比,验证了用UDEC根据自编强度折减程序计算边坡安全系数的可靠性,对影响求解精度的因素进行了分析。
　　(4)最后采用正交试验方法,结合补充试验研究了各影响因素对边坡稳定性的影响。所得结论如下:边坡安全系数随节理组数增加而减小,减小过程主要集中于前三组节理范围内;边坡安全系数随节理密度、节理迹长、岩体重度及边坡坡高的增大而减小,随着各参数的增大安全系数减小幅度逐渐变小;边坡安全系数随边坡坡角的增大而减小,随着坡角的增大安全系数减小幅度逐渐变大;边坡安全系数随结构面粘聚力的增大而增大,随着粘聚力增大安全系数增幅逐渐变小,而随着内摩擦角的增大安全系数增幅逐渐变大;节理倾角对边坡安全系数的影响与边坡坡角有关,节理倾角越接近坡角,边坡安全系数越小,安全系数的减小幅度越小:节理倾角的方差对边坡安全系数的影响没有明显的规律性。通过极差分析,节理组数、边坡高度及结构面内摩擦角对边坡安全系数的影响显著;结构面粘聚力、节理密度、节理倾角、节理迹长以及边坡坡角对安全系数也有较强影响;节理倾角方差和岩体重度对边坡安全系数的影响相对较小。

目录

摘 要

Abstract

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2边坡稳定性研究现状

1.2.1 边坡稳定性的研究方法

1.2.2 边坡稳定性的研究现状

1.3 本文的主要研究内容

第2章 随机裂隙网络在离散元程序UDEC中的实现

2.1 离散元的基本原理

2.1.1 概述

2.1.2 离散元的基本方程

2.1.3 UDEC程序简介

2.2 蒙特卡罗法的基本原理

2.3 裂隙网络模型在UDEC中的实现

2.3.1 裂隙的几何参数分布

2.3.2节理裂隙模拟的基本假定

2.3.3 裂隙边坡模型在UDEC中的实现

2.4 算例说明

2.5 本章小结

第3章 基于强度折减法计算边坡安全系数

3.1 引言

3.2 强度折减法介绍

3.2.1强度折减法的基本原理

3.2.2 失稳破坏的判定

3.3 强度折减程序的编写

3.3.1 UDEC中强度折减法的实现

3.3.2 强度折减程序的具体算法

3.4 程序验证

3.5 强度折减法确定边坡潜在滑裂面

3.6 强度折减法计算精度影响因素分析

3.6.1 网格尺寸对求解精度的影响

3.6.2 边界范围对求解精度的影响

3.6.3 求解步数对求解精度的影响

3.7 本章小结

第4章 裂隙岩质边坡稳定性参数分析

4.1 引言

4.2 确定参数取值

4.2.1 各参数取值分析

4.2.2 参数取值方案

4.3 试验方案设计

4.3.1正交试验部分

4.3.2补充试验部分

4.4 试验结果与分析

4.4.1 正交试验部分计算结果

4.4.2 补充试验计算结果

4.6 本章小结

结 论

参考文献

附录

附录1 三组节理生成程序

附录2 生成表2-2模型的UDEC命令流

附录3 强度折减程序

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致 谢