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某水库岩质边坡三维离散元稳定性分析

更新时间:2009-03-28

1 引言

随着大规模水利工程的建设,工程开挖往往形成高陡岩质边坡,一旦边坡发生失稳破坏将会造成严重经济损失。例如1989年云南漫湾水电站在开挖左坝肩过程中发生滑坡,滑坡体积达到10.8×104m3,导致水电站延迟一年发电,直接经济损失超过1亿元[1]。边坡岩体由结构面和它所围限的结构体组成,结构面是岩体内形成的具有一定延伸方向、长度和规模的地质界面或带,例如层面、断层、节理、裂隙等。岩质边坡稳定性除受到工程地质条件、岩石物理力学性质、天然应力、地下水和外部荷载作用影响外,主要受岩体结构面控制[2]

目前岩质边坡稳定性分析主要有定性分析法和定量分析法。定性分析法通过研究边坡岩体结构、地质构造等,结合边坡成因及演化规律,定性地阐释边坡可能发生的变形破坏方式。常见的定性分析法有工程地质类比法、自然历史分析法、模型试验法和图解法等[3]

定量分析法包括极限平衡法和数值分析法两类。数值分析法中,有限元法(FEM)、边界元法(BEM)和有限差分法(FLAC)对连续介质比较适用。而离散单元法将岩体离散为块体单元,允许单元自由移动和离开,可以真实模拟裂隙岩体内部应力应变状态,分析结果更为可靠[4]

本文以某水库岩质边坡为研究对象,在现场工程地质调查基础上,统计分析了边坡优势结构面产状,对岩体进行质量分级,提出了岩体和结构面的物理力学参数。运用赤平投影法分析了边坡可能发生的破坏模式,采用3DEC软件分别分析了边坡在自然、暴雨和地震不同工况下发生平面滑动、楔形体滑动的稳定性,对边坡稳定性进行综合评价。

2018年全国两会期间互联网行业为首的全国人大代表们积极建言献策,提出个人信息保护立法必须提上日程。美国、德国的立法模式具有自身特色,其立足于本国的实际情况。但由于国内与西方国家存在法律制度和法律文化的差异,应结合目前我国个人信息保护立法的实际需求,借鉴但需谨慎地尽快制定一套符合我国国情的个人信息保护立法模式。为此,笔者从如下方面分析研究我国相关立法模式。

“三年前,这山还是一座光秃秃的石头山,除了能挖石头别的没啥用。”站在凤凰山顶,看着往来的游客,村民石兆利心里乐开了花。

物久成精。这岩鹰活了几十年,与人类打过无数次的交道,竟也懂得了人类之所以能够悬在空中,乃是由上方的绳索使然。它连续两扑不中,立时改变了策略,啄断了对方的绳索。

2 边坡工程地质条件

边坡坡高60m,坡面倾向135°,开挖有5级马道,坡角为63°。典型剖面的工程地质剖面图见图2.1所示。

  

图2.1 边坡典型剖面工程地质剖面图

边坡岩体主要为中元古界马家河组安山玢岩,块状构造,斑状结构,弱风化,弱风化上带厚度在14m左右。岩体内穿插有辉绿岩脉,主要矿物为斜长石和辉石,辉绿结构,弱风化。岩体内发育有多条断层和裂隙,断层带夹有断层角砾岩,裂隙面粗糙、微张开,多填充有泥质、铁锰质薄膜。岩石物理力学性质见表2.1所示。

得出优势结构面有五组,产状见表3.1所示。

 

2.1 边坡岩石物理力学参数

  

岩石天然密度/(g/cm3)饱和单轴抗压强度/MPa软化系数泊松比变形模量/GPa安山玢岩2.6564.70.780.2212.00辉绿岩2.6221.10.380.2019.35断层角砾岩2.6016.80.270.4810.4

3 结构面特征与岩体质量分级

3.1 边坡优势结构面分组

结合室内试验和工程地质类比,边坡岩体和结构面的物理力学参数计算建议值见下表3.2和3.3。

绘制了结构面的玫瑰花图和极点等密度图,见图3.1和图3.2所示。

  

图3.1 结构面玫瑰花图

  

图3.2 结构面极点等密度图

边坡区历史上从未发生过三级以上地震,属于构造稳定区,不考虑初始地应力作用。根据边坡钻孔显示,边坡地下水位较低,在自然状态下岩体裂隙内未见滴水,故自然状态下不考虑地下水作用。

 

3.1 边坡优势结构面产状

  

J1J2J3J4J5190°∠55°10°∠75°270°∠60°63°∠68°276°∠15°

3.2 边坡岩体质量分级

采用国标《工程岩体分级标准》(GB50218-94)提出的二级分类对边坡岩体进行质量分级[5],见式(3-1)。其中,σcw为岩块饱和单轴抗压强度,Kv为岩体完整性系数[6][7]。算得边坡安山玢岩BQ值为356.8,属于Ⅲ级岩体,岩体为碎裂结构。

BQ=90+3σcw+250Kv

急性冠脉综合征就是心脏冠状动脉内出现不稳定粥样斑块破裂或者糜烂引起的完全或者不完全闭塞性血栓形成引起的疾病,包含不稳定型心绞痛、非ST段以及ST段抬高型心肌梗死,前两者合称为NSTE ACS。如今,心血管疾病已经成为全球性的公共卫生问题,急性冠脉综合征则是心血管疾病中比较严重的高致死率疾病,直接威胁患者的健康。据统计,我国农村地区在2015年急性心肌梗死死亡率为7.09/10万,城市地区则为56.38/10万[1] 。本文针对急性冠脉综合征NSTEACS诊断及其治疗方案作一综述,具体内容如下。

采用赤平投影法,做出边坡结构面和坡面的赤平投影图,五组结构面交线的产状见图4.1所示。

(3-1)

3.3 边坡岩体和结构面物理力学计算参数

边坡岩体发育有十几条长数米、宽0.1~1m不等的断层,断层面张开,一般较粗糙,且分布有断层角砾岩,部分已风化。岩体还发育有几十条裂隙,长度在十几厘米至3米之间,宽度一般在3mm以内,裂隙面微张开,粗糙不平,有充填物,充填物多为泥质、铁质、铁锰质薄膜。

 

3.2 边坡岩体物理力学参数

  

岩体γ(kN/m3)完性系数σ/MPaK/GPaG/GPac/MPaφ/(°)E/GPa安山玢岩上带24.50.320.022.391.010.830.965安山玢岩上带26.50.340.034.672.81.241.997.5辉绿岩260.980.023.891.410.932.2119.1断层角砾岩22.50.300.520.230.127.53.8

 

3.3 边坡结构面物理力学参数

  

法向刚度Kn/(MPa/cm)法向刚度Kn/(MPa/cm)粘聚力с/MPa摩擦角φ/(°)结构面0.020.0090.328

4 边坡变形破坏模式

“让蓝天白云更多一些”“让孩子有更好的教育”“在每一个案件中都能感受正义的力量”“企业最害怕折腾,最期望公平”……

  

图4.1 边坡结构面赤平投影图

分析可知,边坡可能沿着J1结构面(190°∠55°)发生平面滑动,还可能沿着J1、J4结构面交线I14发生楔形体滑动。

5 3DEC数值分析

5.1 原理与方法

采用3DEC软件分析边坡稳定性,可以得到任意单元的位移和应力。在计算时,对结构面的摩擦角φ和粘聚力с进行折减。刚开始,折减系数取值比较小,结构面抗剪强度较大。随后逐步增大折减系数,结构面抗剪强度逐步较小,直到边坡岩体刚好发生失稳破坏时终止折减。取实际抗剪强度与此时折减的抗剪强度之比为边坡稳定的安全系数[8]

5.2 模型建立

在X方向固定模型的左右边界,在Y方向上固定模型的前后边界,在Z方向固定底面边界,同时将顶面视作自由边界。Z方向还施加一个与坐标轴方向相反的重力加速度,大小取值9.8m/s2

5.3 计算工况

选取自然状态、暴雨及地震3种工况,分别分析边坡发生平面破坏和楔形体破坏的稳定性。在暴雨工况下,结构面强度指标按照自然状态下80%计算。在地震工况下,按照边坡区基本地震烈度为Ⅵ度计算,增加一个指向坡面倾向方向的水平地震加速度,地震加速度取0.05g。

本文采用混合物模型作为描述气液两相冲压发动机内部流场的基本模型, 混合物模型是一种简化的多相流模型, 将每一相流体视为是连续的, 可以模拟具有不同速度的多相流动, 但是假定了在短尺度空间上的局部平衡, 通过求解混合物的质量守恒方程、 动量守恒方程和能量守恒方程及离散相的体积分数方程及代数形式的相对速度方程, 对多相流动进行建模. 稳态条件下其主要控制方程如下:

5.4 边界条件

用3DEC建立考虑风化带和5组优势结构面的边坡地质力学模型,其它结构面反映在岩体计算参数的弱化上。假定结构面无限延伸且剪出口位于坡角处。模型计算范围长300m、宽50m、最高点高114.04m。计算采用莫尔-库仑屈服条件的弹塑性模型,模型X轴指向坡面倾向方向,Y轴与坡面走向平行,Z轴竖直向上。

5.5 结算结果

以边坡在天然状态下发生楔形体滑动为例,边坡的应力和位移图见5.1-5.4所示。

  

图5.1 边坡天然状态下楔形体滑动最大主应力分布图

  

图5.2 边坡天然状态下楔形体滑动最小主应力分布图

  

图5.3 边坡天然状态下楔形体滑动X轴向位移图

  

图5.4 边坡天然状态下楔形体滑动Z轴向位移图

由图可知,边坡最大主应力值从边坡底部到顶部逐渐减小,最大值约为14.514MPa,位于边坡山脊底部处。最大主应力在边坡表面产生了拉应力,大小在0~0.004MPa左右。最小主应力值从坡脚到坡顶也逐渐减小,最大值约为4.771MPa,位于边坡山脊底部处。最小主应力在边坡坡面处也产生了拉应力,大小在0~0.004MPa左右。

X轴向位移呈现出坡面中间最大、坡顶和坡脚逐渐减小的特点,最大位移约10.29cm位于边坡坡面中部马道处。Z轴向位移随高程的增大而增大,最大位移约12.207cm。

经过强度折减法稳定性计算,得出自然工况下边坡楔形体破坏的稳定性系数为1.18。

五是训练组织不经常。网络安全行业自出现伊始,就带着鲜明的个性化、地下化印记。近年来更是发展迅猛,已然形成巨大产业规模。但是网络安全培训却始终缺乏标准化、可复制的培养模式,特别是具备优秀组训能力的师资力量更是一师难求。各级网络民兵自组建以来,按民兵专业分队有关要求落实了集中编组联训。但从训练的组织情况看,共同训练完成较好,专业训练难以深入,基本停留在讲授安全知识、观看教学录像、理论交流发言的老套路,没有打通从理论到实践的路径,缺少模拟实战化网络环境的技战术攻防训练,专业技术能力主要依靠个人在工作岗位上的自学自训,民兵网军的专业训练还没有真正落地。

3DEC软件分析了边坡在自然状态、暴雨和地震工况下的应力、位移场,计算了边坡的稳定性系数,其余工况和破坏模式下的稳定性系数见表5.1。

 

5.1 边坡不同工况下稳定性系数

  

平面滑动楔形体滑动自然1.231.18暴雨1.101.06地震1.041.00

6 结论

根据《建筑边坡工程技术规范)(GB 50330-2013),边坡安全等级为一级,边坡保持稳定的安全系数为1.35。边坡在自然状态、暴雨和地震工况下稳定性系数均低于保持稳定的安全系数,边坡在局部地区产生拉应力,边坡极有可能发生平面滑动和楔形体滑动破坏,暴雨和地震作用下会加速破坏。

参考文献

[1]刘佑荣,唐辉明.岩体力学[M].北京:化学工业出版社,2009.

[2]邹桂林.谈谈工程地质中和地质力学相关的问题[J].江西建材,2009(04).

[3]陈祖煜,汪小刚,杨健.岩质边坡稳定分析[M].北京:中国水利水电出版社,2005.

[4]李松,苏生瑞,高晖,等.离散元在地震引发的滑坡——碎屑流规律上的应用[J].甘肃地质.2012(2).

[5]建设部,国家质量监督检验检疫总局.工程岩体分级标准(GB50218-2014)[S].北京:中国建筑工业出版社,2015.

[6]程世勇.工程岩体分级法在采空区稳定性分析中的应用[J].露天采矿技术,2013(09).

[7]王涛.大峪沟—三峡岭引水隧洞围岩稳定性分析[D].辽宁:辽宁工程技术大学,2009.

[8]韦立德,杨春和,高长胜.基于三维强度折减有限元的抗滑桩优化探讨[J].岩土工程学报.2005(11).

 
文新,曹东勇,安亚杰
《江西建材》 2018年第05期
《江西建材》2018年第05期文献

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