[发明专利]一种受陡缓倾角控制的碎裂松动岩体边坡稳定性分析方法

说明书

本发明公开了一种受陡缓倾角控制的碎裂松动岩体边坡稳定性分析方法，其特征在于：收集研究区岩体结构发育特征，建立坝肩边坡的二维数值计算模型；随机结构面特征参数获取及模拟过程，在UDEC程序中将调查获得的陡缓倾角组合长大裂隙数据信息导入离散元模型，输入岩体力学参数和结构面强度参数，计算碎裂边坡稳定性；模拟分析天然条件下边坡变形特征，同时分析边坡失稳破坏模式。与传统的构建方式对比，基于UDEC软件充分考虑岩体结构特征以及陡缓倾角对边坡的影响的数值计算结果同实际更加的契合、精准，可以很好的模拟节理化岩体、碎裂结构岩质边坡的变形和破坏过程分析。

技术领域

本发明涉及一种受陡缓倾角控制的碎裂松动岩体边坡稳定性分析方法，属于岩土工程及地质灾害监测预警领域。

背景技术

碎裂松动岩体的稳定性研究对水工建筑布置具有显著影响，是拟建水电站的主要工程地质问题之一，也是建坝适宜性评价的主要内容之一。对碎裂松动岩体边坡稳定性分析的目前主要的思路如下：基于现场调查与室内分析获取的工程地质结构模型，以刚体极限平衡法、离散单元法和有限差分法为主要理论支撑、数值模拟为主要分析手段，通过建立工程地质计算模型和数值分析概念模型，进行边坡稳定性计算与分析。具体步骤为：(1)通过野外对边坡地形地貌、岩体结构与变形破坏现象的调查与分析，判断边坡可能的变形破坏模式，并对边坡稳定性进行定性评价；(2)对边坡可能存在的大型块体失稳进行分析，并通过刚体极限平衡分析法对其稳定性进行评价；(3)借助通用离散单元法程序UDEC，对坝肩边坡的未来演化发展开展数值模拟，通过对不同迭代时步下斜坡的位移云图、位移矢量图、变形速度矢量图等计算结果进行对比分析，确定坝肩边坡岩体未来的变形破坏模式与主要变形破坏范围；(4)基于有限差分法，对边坡概念模型进行应力、应变特征的变形稳定性计算与分析，确定边坡演化发展与工程岩体开挖过程中的变形破坏模式，并确定潜在滑动面。

UDEC(Universal Distinct Element Code)是一款基于离散单元法理论的计算分析程序，源于对拉格朗日求解模式FLAC方法的完美沿承，UDEC必然具备连续介质力学范畴内的普遍性分析能力，而离散单元法的核心思想更是赋予UDEC在处理非连续介质环节上的本质优势，特别适合于固体介质在荷载(力荷载、流体、温度等)作用下静、动态响应问题的分析，如介质运动、大变形、或破坏行为甚至是破坏过程研究。

UDEC已经在工程，咨询，教学和研究中应用了近二十年，利用显式解题方案为岩土工程提供精确有效的分析，显式解题方案为不稳定物理过程提供稳定解，并可以模拟对象的破坏过程，该软件特别适合于模拟节理岩石系统或者不连续块体集合体系在静力或动力荷载条件下的响应。UDEC软件的设计思想是解决一系列的工程问题，例如，矿山、核废料处理、能源、坝体稳定、节理岩石地基、地震、地下结构等问题的研究。

UDEC在岩土工程应用中，基本涵盖FLAC程序全部应用行业，但本质上较之FLAC更有解决优势。主要集中在介质的变形、渐进破坏问题上，例如大型高边坡稳定变形机理、深埋地下工程围岩破坏、矿山崩落开采等。伴随分析功能的逐渐丰富，UDEC更是成为复杂行业问题研究的首选工具，如岩体结构渗透特征(裂隙流)、动力稳定性、爆破作用下介质破裂扩展、冲击地压、岩体强度尺寸/时间效应和多场耦合(水—温度—力耦合)等问题。

道路、桥梁、水电站等工程建设过程中，经常出现岩质边坡，岩质边坡通常具有独特的非连续性、各向异性和非均质性等特性。岩质边坡区别于常见的土质边坡，其通常以结构面间的剪切破坏为主，破坏主要由于外荷载、渗流等因素的叠加作用在软弱节理间率先失效，但由于其在空间的独特分布规律，导致岩质边坡失稳破坏模式多样。对于普通裂隙岩体而言，无法针对每一条结构面进行精准的量测，因此，一种准确反映诸多无序结构面在坡体结构中的空间分布规律的模型提出显得尤为重要。