岩质边坡块体空间模型建立及其块体滑落分析

论文摘要

工程岩体边坡稳定性问题一直是岩土工程研究领域的一个重要内容。大量的研究表明,岩质边坡破坏现象的发生绝大部分与岩体结构面有关,由于结构面的存在,不仅破坏了岩体的完整性,而且直接影响岩体的力学性质和应力分布形态,因此研究结构面对岩体边坡稳定性的影响至关重要。能否建立合适的工程岩体空间模型,真实地反映结构面的信息,并较合理地分析结构面对岩体稳定性的影响,是进行岩体边坡工程稳定性分析的关键和难点。块体理论就是针对岩体在结构面切割下的稳定性问题进行研究的方法,它是应用几何方法研究由结构面和临空面组成的块体类型及可动性,根据块体的静力平衡条件求出滑动力,计算安全系数,评价它的稳定性。本文在阅读大量文献,并对目前国内外边坡工程稳定性分析方法进行较系统总结的基础上,主要开展如下研究工作：首先,本文采用数字摄影测量分析系统采集岩体边坡开挖面结构面信息,在进行处理分析之后,运用结构面网络模拟技术（蒙特卡洛法）模拟出真实的岩体结构面信息,实现了岩体结构面信息的真实表征；其次,在一般块体理论的基础上,对边坡稳定性分析方法进行改进,实现了基于有限长圆盘结构面切割岩体假设下的岩质边坡关键块体的搜索和分析方法。再次,对岩体边坡稳定性分析软件GeoSMA-3D进行二次开发,遵照“化复杂为简单”的依据（通过把复杂的凹形几何体分解为若干个简单的凸形几何体,然后对它们进行合理的拼装组合）,首次实现了任意形状的岩质边坡空间几何模型的建立,同时还实现了结构面的计算机模拟、关键块体识别、关键块体的稳定性分析以及结果的输出和动态滑落显示等功能。最后,结合庄河至盖州高速公路某岩体边坡工程,采用ShapeMetriX3D系统采集现场结构面信息,通过结构面网络模拟方法模拟出真实的结构面三维网络图,随后建立起真实的岩体边坡空间模型,并通过程序搜索出此边坡的关键块体,分析它的稳定性,进行关键块体动态滑落演示,从而检验该软件的实用性和有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 岩质边坡稳定性分析方法综述
• 1.2.1 定性分析方法
• 1.2.2 定量分析方法
• 1.2.3 块体理论在边坡稳定性分析中的应用现状
• 1.3 岩体真实信息的表征在岩体工程中应用的必要性
• 1.4 岩体边坡工程计算分析软件的研究现状
• 1.5 本文主要研究内容和思路
• 第2章 岩质边坡的破坏机理
• 2.1 岩质边坡的特性
• 2.2 影响边坡变形破坏的因素
• 2.3 岩质边坡的破坏类型及破坏机理
• 2.3.1 边坡岩体变形的基本类型
• 2.3.2 边坡岩体的破坏模式
• 2.4 本章小结
• 第3章 岩体结构面的真实信息表征及块体单元的形成
• 3.1 岩体结构面现场调查与采集技术
• 3.1.1 接触式岩体结构面信息采集
• 3.1.2 非接触式岩体结构面信息采集
• 3.2 岩体结构面的基本特征
• 3.2.1 结构面的分级
• 3.2.2 岩体结构面描述
• 3.3 岩体结构面网络模拟
• 3.3.1 结构面模拟的基本假设
• 3.3.2 结构面分组的基本原则
• 3.3.3 岩体结构面网络模拟
• 3.4 块体单元的形成
• 3.4.1 块体与棱锥的基本类型
• 3.4.2 块体单元的形成
• 3.5 本章小结
• 第4章 岩体边坡稳定性分析程序开发
• 4.1 岩体稳定性分析软件开发的背景及思路
• 4.2 GeoSMA-3D边坡程序的特点及技术路线
• 4.3 软件基本功能的操作
• 4.4 GeoSMA-3D边坡辅助功能的介绍
• 4.5 本章小结
• 第5章 岩质边坡的空间模型建立
• 5.1 空间几何模型的建立及其实现
• 5.2 空间力学参数的取值
• 5.3 空间模型及其块体的图象三维显示
• 5.4 本章小结
• 第6章 关键块体的判断及其稳定性分析
• 6.1 可移动块体单元的搜索
• 6.1.1 结构面对岩体的空间切割
• 6.1.2 边坡可移动块体的识别技术
• 6.2 关键块体的判断及其稳定性判别
• 6.2.1 矢量分析
• 6.2.2 块体稳定性力学计算
• 6.2.3 关键块体的空间显示及滑落过程显示
• 6.3 块体的体积及滑动面面积的计算
• 6.3.1 构成块体的空间结构面方程
• 6.3.2 结构面交线及块体顶点的计算
• 6.3.3 块体体积及面积的计算
• 6.4 本章小结
• 第7章 工程实例
• 7.1 程背景
• 7.1.1 工程地质条件
• 7.2 边坡工程岩体结构面信息的采集与分析
• 7.3 边坡空间模型建立
• 7.4 系统在边坡稳定性分析中的应用
• 7.4.1 关键块体搜索及其稳定性分析
• 7.4.2 不同边坡坡角对结果分析的影响
• 7.5 本章小结
• 第8章 结论与展望
• 8.1 结论
• 8.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 附录