【摘 要】
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边坡岩体的力学行为强烈依赖于不连续结构面的几何性质和力学性质,因此岩体结构面的存在是导致岩质边坡破坏失稳最为关键的因素,故为了更好地探究岩体结构面的相关性质,从而合理开展关于岩质边坡稳定性的分析研究,本文以青海省祁连县黄藏寺水利枢纽坝址区边坡工程为背景,利用三维激光扫描技术及结构面三维粗糙度表征方法,对工程尺度岩体结构面三维粗糙度进行研究,并合理估计了岩体结构面的抗剪强度参数;然后,通过对该工程边
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边坡岩体的力学行为强烈依赖于不连续结构面的几何性质和力学性质,因此岩体结构面的存在是导致岩质边坡破坏失稳最为关键的因素,故为了更好地探究岩体结构面的相关性质,从而合理开展关于岩质边坡稳定性的分析研究,本文以青海省祁连县黄藏寺水利枢纽坝址区边坡工程为背景,利用三维激光扫描技术及结构面三维粗糙度表征方法,对工程尺度岩体结构面三维粗糙度进行研究,并合理估计了岩体结构面的抗剪强度参数;然后,通过对该工程边坡岩体结构特征的统计分析,构建了融合统计特征的复杂岩体结构边坡模型,并结合岩体结构面强度折减方法,利用离散元软件3DEC对黄藏寺右岸坝肩边坡模型进行稳定性分析。主要研究成果如下:(1)提出了粘结块体模型与离散裂隙网络相互结合(BBM-DFN)的边坡离散元裂隙网络模型,将粘结块体模型(BBM)块体结构面分布特征的随机性与离散裂隙网络模型(DFN)结构面统计分布的规律性相结合,在概化模型的同时也实现了高陡岩质边坡复杂岩体结构的合理表征。(2)以岩体结构面三维激光扫描点云数据和Grasselli三维粗糙度表征法为基础,开展了窗口取样中心位置对工程尺度岩体结构面三维粗糙度的多尺寸影响规律研究。研究结果表明:窗口取样中心位置不同,导致结构面三维粗糙度的尺寸效应不同,且针对特征取样中心而言存在最小有效采样尺寸,如本文针对特征取样中心的结构面有效采样尺寸为1550mm*1550mm;窗口取样中心位置不同,导致相同尺寸结构面同一剪切方向上的三维粗糙度值不同,且粗糙度的差异随着取样窗口尺寸的增大而减小;分析方向不同,结构面的三维粗糙度值不同,故结构面的三维粗糙度具有各向异性,而对于结构面的最小三维粗糙度值而言,取样中心位置的不同对其存在范围的影响较小,且本文研究的工程尺度岩体结构面最小粗糙度值存角度区间为110°~130°。(3)以Cottrell修正改进后的Grasselli抗剪强度理论为基础,结合特征取样面三维粗糙度值及设计单位根据室内岩石力学试验获取的力学参数,综合估计了黄藏寺右岸坝肩边坡岩体结构面的抗剪强度参数,并将估计得到的岩体结构面抗剪强度参数与设计单位根据现场试验确定的岩体结构面抗剪强度参数值进行对比分析,验证了本文岩体结构面的抗剪强度估计方法及其评估参数的合理性。(4)基于对黄藏寺右岸坝肩边坡岩体结构特征的统计分析,构建符合统计特征的BBM-DFN结合的边坡离散元裂隙网络模型,并结合岩体结构面强度折减方法,利用3DEC离散元软件对不同工况下黄藏寺右岸坝肩边坡进行稳定性分析。分析可知,黄藏寺右岸坝肩边坡稳定性主要受断层fs01及断层fp04-6的组合控制,且不同工况下该边坡的安全系数分别为:天然右岸坝肩边坡的安全系数为1.13、高程2631m以上开挖未支护时右岸坝肩边坡的安全系数为1.19、完全开挖未加支护时强度未折减条件下右岸坝肩边坡极不稳定发生了较为严重的变形破坏,安全系数明显小于1;完全开挖支护时右岸坝肩边坡的安全系数可达到1.25。
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