危岩三维稳定性分析方法研究

作     者：秦鑫 

作者单位：重庆交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈洪凯

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 080104[工学-工程力学] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

主      题：危岩 三维分析 稳定性分析 极限平衡 计算方法 

摘      要：危岩崩塌是一种世界泛生型地质灾害,对危岩崩塌地质灾害的防治研究具有重大科学价值。危岩崩塌地质灾害防治工作的首先任务是危岩的识别与危岩稳定性分析。危岩稳定性计算是危岩崩塌地质灾害防治的关键,合理准确的计算方法对危岩崩塌地质灾害防灾减灾预测具有重大意义。目前针对危岩稳定性分析的理论有极限平衡理论,结构理论、断裂扩展论,能量论,动力时程分析,波动理论、突变理论、几何学等。总的来说危岩稳定性计算的发展经历了材料力学法→断裂力学分析法的过程,具体涉及力学解析法、图解法、数值分析法。危岩稳定性计算方法的研究发展至今,仍是在假定危岩体主控结构面是由贯通段和非贯通段组成且结构面形态不随危岩长度方向变化的条件下,着眼于危岩体主控结构面二维扩展问题,未涉及危岩体主控结构面分布形态为贯通区域和非贯通区域组合情况下的危岩体主控结构面三维稳定性问题。危岩体失稳破坏的本质是岩体内部错综复杂的裂纹在空间上的发展贯通,其发展方向、规模、速度(突变)都具有不确定性且个体差异大,因此从微观角度分析计算危岩体稳定性于工程计算意义不大,而将危岩贯通形态看做宏观裂纹并利用微观断裂力学的知识来计算分析危岩体的稳定性,从断裂力学的本质来说该方法的合理性值得进一步论证,值得注意的是目前施行的《地质灾害防治工程设计规范》(DB50/5029-2004)在危岩体稳定性计算这一块采用的是刚体力学理论的二维平衡,其计算方法具有一定的简易性、实用性,但其忽略了危岩体的三维形体特征。鉴于目前研究的不足和工程应用需要,本文基于重庆万州首立山危岩典型实例,立足三维空间,考虑危岩体三维形态特性和主控结构面的分布情况,利用极限平衡理论和岩体强度理论对中间区域粘结周边贯通型危岩的三维稳定性计算方法进行了研究,研究成果可归纳如下:1)分析梳理了目前危岩稳定性计算方法的优劣点,发现目前危岩稳定性计算方法大多着眼于危岩主控结构面二维扩展问题而忽略了危岩体是三维实体的问题本质,而且分析计算模型大多数采用的是贯通段和非贯通段组成的线性模型,缺乏对中间区域粘结周边贯通型危岩三维稳定性的计算方法的研究。2)基于重庆万州首立山危岩实例深入系统剖析了中间区域粘结周边贯通型危岩形成演化机制,并基于岩体力学、断裂力学理论从微观角度分析了岩体剪断拉断机制。3)采用斜坡上滑块失稳运动实例侧面论述了危岩失稳方式和危岩体形体特征之间的关系,研究表明危岩三维形体特征是决定危岩体失稳方式的主要因素,对于危岩体稳定性的计算分析具有方向性作用。4)聚焦危岩领域研究缺陷和工程应用需求,考虑危岩体三维形体特征、主控结构面粘结情况,立足三维空间,基于极限平衡理论、强度理论,首次系统构建了滑塌式、倾倒式、坠落式等三类危岩的三维稳定性计算方法。5)结合重庆万州首立山危岩W53、W51对本文提出的危岩体三维计算方法进行实例分析,与工程实际监测结果对比分析发现采用本文所提出的危岩三维稳定计算方法来分析判断危岩的稳定性更加切合实际。