岩质高边坡关键块体的确定及稳定性评价研究——以汤屯高速公路为例

摘要

在岩质高边坡，特别是长大节理发育的岩质边坡中，岩体的失稳破坏常常表现为由几组结构面和临空面切割的岩块失稳。这些块体的失稳可能会严重影响到边坡的整体稳定、威胁施工安全。块体理论是评价块体稳定性的基本理论和方法，找出关键块是块体理论的评价基础。但如何快速自动的判断关键块体，还没有成熟的方法。有鉴于此，论文结合汤屯高速公路的Ⅰ-1和Ⅱ-9高边坡，利用先进的离散元模拟技术，探讨关键块体的自动识别方法；在此基础上，采用基于块体理论的SASW软件来实现边坡块体的稳定性评价和支护设计。主要研究内容和成果如下： (1)在块体建模方面，创新性地利用ANSYS软件，实现复杂块体的建模；并通过编写软件，成功的导入3DEC，解决任意复杂块体在3DEC中的建模问题；通过3DEC软件，成功的实现了关键块体的识别；利用基于块体理论的SASW软件，对识别出的关键块体进行稳定性校核和块体稳定性影响因素的敏感性分析，并提出了有效的支护方案；利用3DEC进行支护效果的模拟验证，为支护方案的可行性进行分析。 (2)通过对Ⅰ-1和Ⅱ-9高边坡的挤压带，节理、层面等结构面进行系统的描述和研究，分析边坡可能的变形破坏模式。其中，Ⅰ-1高边坡屯溪侧呈碎块结构以及山岔侧坡体内主要结构面与坡面组合成的关键块体对边坡的稳定性起控制作用；Ⅱ-9高边坡沿层面的软弱夹泥层和结构面的组合，可能会形成坡面上的方量较大的关键块体。 (3)利用上述建模思路，识别出Ⅰ-1和Ⅱ-9高边坡的关键块体分布，并选择典型剖面进行了坡体的位移分析。结果表明，两高边坡的关键块体稳定性较差，需要及时的支护。 (4)通过SASW软件对两高边坡的关键块体进行稳定性校核，并对该块体进行了因素敏感性分析，得出爆破和地震对块体稳定性的影响显著的结论；在此基础上，进行了有效的支护设计。 (5)通过3DEC软件对支护措施进行模拟验证，结果表明支护措施有效地控制了坡体变形，对关键块体起到了很好的锚固作用。通过与监测反馈资料的对比分析可知，研究结果与实际情况较吻合。 综上，利用离散元来识别关键块体，并结合块体理论进行支护设计的方法，对高边坡块体稳定性的评价有一定的指导意义。

目录

文摘

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第1章前言

1.1选题依据及研究意义

1.2国内外研究历史与现状

1.2.1块体理论国内外研究历史与现状

1.2.2离散单元法的研究历史及现状

1.2.3研究特点

1.3研究内容及技术路线

第2章工程地质环境条件

2.1气象水文

2.1.1气象

2.1.2水文

2.2地形地貌

2.3地层岩性

2.4地质构造

2.5水文地质条件

2.6地震

第3章边坡地质结构特征及变形破坏机制分析

3.1 Ⅰ-1高边坡地质结构特征及变形破坏机制分析

3.1.1边坡的基本地质条件

3.1.2边坡基本特征

3.1.3边坡变形破坏机制分析

3.2 Ⅱ-9高边坡地质结构特征及变形破坏机制分析

3.2.1边坡的基本地质条件

3.2.2边坡结构特征

3.2.3边坡变形破坏机制分析

第4章复杂块体建模方法与块体稳定性评价

4.1离散元法在块体稳定性评价方面的优势与特色

4.2复杂块体建模的基本思路

4.3空间块体在ANSYS中的建模方法

4.4 ANSYS向3DEC的转换

4.4.1基本思路

4.4.2利用体面线点文件导入3DEC

4.4.3利用ANSYS节点单元文件导入3DEC

4.5 3DEC中关键块体的判断与识别

第5章典型高边坡关键块体稳定性评价

5.1 Ⅰ-1高边坡关键块体稳定性评价

5.1.1模型建立

5.1.2计算方法的选取

5.1.3物理力学参数的选取

5.1.4计算结果分析

5.2 2-9高边坡关键块体稳定性评价

5.2.1模型建立

5.2.2计算方法的选取

5.2.3物理力学参数选取

5.2.4计算结果分析

第6章关键块体支护设计

6.1高边坡块体加固的基本方法概述

6.1.1普通锚杆

6.1.2抗拉锚杆

6.1.3预应力锚杆

6.2 Ⅰ-1高边坡基于块体理论的块体稳定性分析与支护设计

6.2.1基于块体理论的边坡块体稳定性分析

6.2.2影响边坡稳定性的因素敏感性分析

6.2.3支护设计

6.3 Ⅱ-9高边坡基于块体理论的块体稳定性分析与支护设计

6.3.1基于块体理论的边坡块体稳定性分析

6.3.2影响边坡稳定性的因素敏感性分析

6.3.3支护设计

第7章高边坡支护模拟验证与监测反馈分析

7.1 Ⅰ-1高边坡支护模拟验证与监测反馈分析

7.1.1支护模拟验证

7.1.2监测结果反馈分析

7.2 Ⅱ-9高边坡支护模拟验证与监测反馈分析

7.2.1支护模拟验证

7.2.2监测结果反馈分析

结论

致谢

参考文献