节理岩质边坡变形破坏的数值模拟分析

论文摘要

岩体是弱面体,其强度主要由结构面控制。研究这个主要的因素对边坡稳定性影响的定量分析与评述,对于边坡安全设计与维护具有重大科学价值。以往的边坡稳定性分析方法主要有极限平衡法、极限分析法等,这些方法存在相对不足的地方。而基于强度折减法原理的RFPA-Slope分析程序,可考虑岩土材料的非均匀性,考虑材料的拉伸破坏和剪切破坏机理。它还可以动态模拟边坡的渐进破坏过程,自动搜索边坡破坏时滑移面。与其它方法相比较,在定量分析上述复杂因素对边坡稳定性的影响方面具有很好的适用性。本文主要使用RFPA-Slope分析程序及EMU-Slope程序,对节理岩质边坡的稳定性进行了模拟分析,直观地得到了坡体的滑移破坏面,同时求得安全系数。证明了节理是控制岩质边坡破坏的主要因素,RFPA-Slope对节理岩质边坡破裂过程的模拟对于理解边坡的破坏形成机理具有重要意义,算例的模拟分析说明RFPA-Slope能够较为准确地预测节理边坡潜在破坏面的形状与位置及相应的稳定安全系数,对于节理岩质边坡的稳定性分析是非常实用的。本文主要研究工作有：1、使用RFPA分析程序对单裂纹、双裂纹、多裂纹的相互作用的应力场特征进行分析,研究单裂纹从裂纹在受载后,在裂纹端部会产生什么样的应力集中区,并研究加载时单裂纹的破坏模式；用RFPA软件分析双裂纹应力场的相互影响作用；最后使用RFPA对多裂纹岩石进行破坏机理分析。2、系统地介绍了RFPA-Slope分析程序有限元强度折减法原理,并将RFPA-Slope分析程序应用到边坡稳定性分析当中。通过岩质边坡算例说明边坡破坏时变形规律、边坡破坏模式以及边坡稳定性系数,然后使EMU-Slope程序进行验证,说明RFPA-Slope分析程序在边坡稳定性分析中的适用性。3、使用RFPA-Slope分析程序对单一节理、含两组节理等算例的岩质边坡的变形破坏规律进行分析,研究了岩体中节理贯通率,几何位置,倾角以及节理间岩桥长度等因素对边坡变形破坏模式,安全系数大小的影响,证明了节理是控制岩质边坡破坏的主要因素。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究问题的提出
• 1.2 影响边坡稳定性的主要因素
• 1.3 边坡稳定性分析研究现状
• 1.3.1 极限平衡法
• 1.3.2 滑移线法
• 1.3.3 极限分析法
• 1.3.4 有限元法
• 1.3.5 各种方法的比较与讨论
• 1.4 本文研究内容和主要工作
• 第2章 岩石裂纹破坏机理分析
• 2.1 概述
• 2.2 单裂纹应力分布分析
• 2.3 双裂纹应力场相互影响分析
• 2.4 多裂纹破坏机理分析
• 2.5 小结
• 第3章 RFPA-Slope分析程序有限元强度折减法原理
• 3.1 有限元强度折减法的提出
• 3.2 有限元强度折减法的优点
• 3.3 RFPA强度折减法基本原理
• 3.3.1 岩石介质的非均匀性
• 3.3.2 强度折减原理
• 3.3.3 强度屈服准则
• 3.3.4 稳定性系数定义
• 3.4 小结
• 第4章 岩质边坡变形破坏规律研究
• 4.1 无节理岩质边坡变形破坏规律研究
• 4.1.1 无节理岩质边坡破坏模式及稳定性系数
• 4.1.2 边坡的变形规律
• 4.2 具有一条软弱结构面的岩质边坡变形破坏规律研究
• 4.2.1 具有一条软弱结构面岩质边坡破坏模式
• 4.3 小结
• 第5章 节理对边坡稳定性、滑移模式的影响
• 5.1 具有单一、贯通节理的岩质边坡
• 5.2 具有单一、非贯通节理的岩质边坡
• 5.3 具有多条、非贯通节理的岩质边坡
• 5.4 具有两组平行节理的边坡
• 5.5 小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢