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危岩水力劈裂分析的扩展有限元法

岩土力学 2018年第9期39卷 3461-3468,3476页

作者：郑安兴罗先启浙江水利水电学院水利与环境工程学院浙江杭州310018 上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240

危岩是三峡库区典型的地质灾害类型之一,而主控结构面受荷断裂扩展是危岩发育成灾的关键核心。将危岩主控结构面类比为宏观裂纹,利用扩展有限元法在模拟裂纹扩展方面的优势,基于考虑裂纹面水压力作用的虚功原理推导出了采用扩展有限元... 详细信息

危岩是三峡库区典型的地质灾害类型之一,而主控结构面受荷断裂扩展是危岩发育成灾的关键核心。将危岩主控结构面类比为宏观裂纹,利用扩展有限元法在模拟裂纹扩展方面的优势,基于考虑裂纹面水压力作用的虚功原理推导出了采用扩展有限元法分析水力劈裂问题的控制方程,给出了危岩主控结构面水力劈裂问题的扩展有限元实现方法,对重庆万州太白岩危岩主控结构面的水力劈裂进行了数值模拟分析。计算结果表明:暴雨是威胁危岩稳定性的最敏感因素,随着裂隙水压力上升,裂端拉应力会急剧升高,危岩的稳定性降低;I型裂纹扩展是危岩主要的结构面扩展形式,结构面一旦发生开裂,将处于非稳定扩展状态。

关键词：危岩水力劈裂扩展有限元法断裂数值模拟

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危岩体稳定性分析三维极限平衡法

金属矿山 2024年

作者：苏国韶刘本朝刘友能范秋雁广西大学广西岩溶区水安全与智慧调控工程研究中心广西大学工程防灾与结构安全教育部重点实验室广西大学土木建筑工程学院

针对二维极限平衡法不完全适用于三维危岩体稳定性分析的问题，根据极限平衡理论，考虑结构面宽度方向两侧贯通程度不一致时危岩体具有侧向扭转倾向的情况，提出了一种改进的危岩稳定性分析三维极限平衡法。该方法通过对危岩体主控结构... 详细信息

针对二维极限平衡法不完全适用于三维危岩体稳定性分析的问题，根据极限平衡理论，考虑结构面宽度方向两侧贯通程度不一致时危岩体具有侧向扭转倾向的情况，提出了一种改进的危岩稳定性分析三维极限平衡法。该方法通过对危岩体主控结构面进行拉伸拓展，得到三维计算简图，进而对三维计算简图进行受力分析，计算其抗滑（扭）力（矩）和滑动（扭转）力（矩）的比值，得出了滑移式、坠落式和倾倒式等三类危岩相应的稳定性系数计算公式，依据所提公式与数值模拟分析了侧向贯通率及上部贯通率对危岩稳定性的影响。研究表明，随着侧向贯通率及上部贯通率的增大，危岩体的稳定性呈下降趋势。相较于传统的二维极限平衡法，本文所提方法计算精度更高，计算相对误差减小了50%以上，并且能够同时适用于主控结构面竖向与侧向完全贯通条件与不完全贯通条件下的危岩稳定性分析，有效解决了现行规范推荐的二维极限平衡法无法考虑主控结构面侧向贯通影响的局限性问题，扩展了二维极限平衡分析方法的适用范围、丰富了危岩稳定性分析理论。

关键词：危岩崩塌稳定性系数极限平衡法

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基于无人机模型的危岩运动模拟及风险区划

铁道工程学报 2023年第2期40卷 6-11,17页

作者：邹杨刘毅李建强冯涛张广泽邹飞中铁二院工程集团有限责任公司成都610031 成都工贸职业技术学院成都611731

研究目的:青藏高原东南缘板块交界处的金沙江区域海拔高,地壳活动频繁,岩体较破碎,沿岸地形起伏大,高位危岩发育。传统的地质勘察手段人力难以企及,安全风险极高且效率低下,因此亟需开展非接触式测量、运动模拟及风险区划技术的相关研... 详细信息

研究目的:青藏高原东南缘板块交界处的金沙江区域海拔高,地壳活动频繁,岩体较破碎,沿岸地形起伏大,高位危岩发育。传统的地质勘察手段人力难以企及,安全风险极高且效率低下,因此亟需开展非接触式测量、运动模拟及风险区划技术的相关研究与实践,探索出一套适宜高原山区的危岩落石勘察和风险评价分析体系。研究结论:(1)针对高原山区海拔高、低温低氧、地形起伏大、风速大等不利环境因素,选定了非接触式的无人机平台及精细化建模技术,替代了高原山区传统的勘察工作模式;(2)获取了高陡边坡、高位危岩落石区域的真实地形表面特征,可实现高陡边坡高位危岩落石的解译识别、岩体结构几何信息的定量提取、三维滚落运动模拟及特征分析和落石时空风险区划;(3)通过大量的应用实践,这种新型勘察评价体系可极大地提高勘察精度和效率,保障勘察设计施工的安全,研究成果可为高原山区勘察工作提供借鉴和参考。

关键词：危岩落石无人机精细化建模三维模拟风险区划

库岸危岩剪切带—基岩界面宏细观剪切贯通机制及力学特性研究

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岩石力学与工程学报 2024年第5期43卷 1096-1109页

作者：刘新荣郭雪岩周小涵罗新飏王浩李沛瑶周福川重庆大学土木工程学院重庆400045 重庆大学库区环境地质灾害防治国家地方联合工程研究中心重庆400045 重庆大学山地城镇建设与新技术教育部重点实验室重庆400045 重庆工程职业技术学院重庆402260

以三峡库区“板壁岩”危岩为研究背景,在总结岸坡危岩内部剪切带形成过程及基本特征的基础上,通过室内剪切试验和数值模拟手段,从宏细观的角度研究该岸坡危岩内部剪切带–基岩界面的剪切贯通机制及其力学特性。研究表明:(1)剪切带为危... 详细信息

以三峡库区“板壁岩”危岩为研究背景,在总结岸坡危岩内部剪切带形成过程及基本特征的基础上,通过室内剪切试验和数值模拟手段,从宏细观的角度研究该岸坡危岩内部剪切带–基岩界面的剪切贯通机制及其力学特性。研究表明:(1)剪切带为危岩体失稳的主控因素,内部充填物质具有层状无胶结特征;(2)在常法向应力作用下,界面的破坏模式可以总结为台阶根部张裂–台阶爬坡,岩板损伤–台阶剪断,岩板裂纹贯通–台阶剪碎;(3)界面剪切应力–剪切位移曲线分为压密阶段、近加载端台阶根部斜裂缝出现阶段、近似弹性变形及微裂隙扩展阶段、近加载端台阶剪断阶段、剩余台阶剪断阶段及残余阶段6个阶段;(4)界面的峰值剪切强度和残余强度随法向应力、层厚和台阶高度的增加而增加,竖向累积位移随法向应力的增加而减小、随层厚和台阶高度的增加而增加;(5)界面裂纹数量变化曲线呈“S”型,共经历裂纹缓慢增加(岩板表面磨损)–裂纹迅速扩展(台阶剪断)–裂纹数量稳定(残余摩擦)3个发展阶段,试样内部颗粒应变能和胶结应变能变化趋势与剪切应力–剪切位移曲线变化相近,总能量、摩擦能及阻尼能随剪切位移的增加而增加。研究成果对剪切带整体力学性质及含剪切带危岩稳定性的研究具有借鉴意义。

关键词：岩石力学三峡库区危岩剪切带–基岩界面剪切力学特性数值模拟

基于岩腔后退的危岩断裂破坏分析——以重庆市万州区太白岩危岩为例

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防灾减灾工程学报 2023年第1期43卷 138-148页

作者：周云涛蔡强谢忠胜梁炯中国地质科学院探矿工艺研究所四川成都611734 自然资源部地质灾害风险防控工程技术创新中心四川成都611734

硬质岩体危岩的突发性破坏本质是岩体的脆性断裂破坏。以重庆市万州区太白岩危岩为例,将危岩后缘卸荷裂隙的扩展贯通简化为半无限大板的边缘裂纹断裂问题,建立了卸荷结构面接触与非接触的裂纹断裂力学模型,推导了Ⅰ型裂纹、Ⅱ型裂纹应... 详细信息

硬质岩体危岩的突发性破坏本质是岩体的脆性断裂破坏。以重庆市万州区太白岩危岩为例,将危岩后缘卸荷裂隙的扩展贯通简化为半无限大板的边缘裂纹断裂问题,建立了卸荷结构面接触与非接触的裂纹断裂力学模型,推导了Ⅰ型裂纹、Ⅱ型裂纹应力强度因子以及联合应力强度因子表达式,并基于数值模拟手段提出了危岩结构面正应力与剪应力确定方法。万州太白岩危岩W10断裂破坏分析结果表明:危岩崩塌失稳受控于岩腔的深度,岩腔深度加大,后缘卸荷裂隙扩展,其力学机制根据岩腔深度变化表现为拉破坏和拉剪破坏;对于危岩W10,裂纹联合应力强度因子随岩腔深度的增大表现出先增加后降低再增大的趋势,Ⅰ型裂纹断裂应力强度因子具有与联合应力强度因子相同的变化特征;岩腔深度3~6 m以及9~10 m内,危岩裂纹主要为拉应力集中状态;岩腔深度6~9 m时,危岩裂纹处于拉剪应力状态;当岩腔深度为3.8 m时,危岩W10发生拉剪断裂破坏,断裂扩展角为29.5°。

关键词：断裂力学模型应力强度因子断裂判据危岩岩腔

基于断裂力学的高寒地区边坡危岩体稳定性分析

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计算力学学报 2023年第6期40卷 955-962页

作者：李祥庆吴顺川刘兴雷张小强张化进韩龙强昆明理工大学国土资源工程学院昆明650093 北京科技大学土木与资源工程学院北京100083

高寒地区露天矿山中的危岩体受冻融作用影响时常发生滑塌,为保障露天矿山企业持续生产,对矿山靠帮边坡中存在的危岩体进行基于断裂力学的稳定性分析。以高寒地区某露天矿山为工程背景,分析冻融循环对工程影响,首先建立不同时间点温度场... 详细信息

高寒地区露天矿山中的危岩体受冻融作用影响时常发生滑塌,为保障露天矿山企业持续生产,对矿山靠帮边坡中存在的危岩体进行基于断裂力学的稳定性分析。以高寒地区某露天矿山为工程背景,分析冻融循环对工程影响,首先建立不同时间点温度场,结合温度场提出一种方法来判定冻融深度是否能影响主控结构面产生冻胀力。引入最大周向应力准则对坡体中出现的拉裂缝进行分析,进而推导出安全系数表示方法。以反倾岩质边坡为研究主体,将边坡危岩体拆分为n个潜在不稳定的近似矩形岩体,并基于此建立考虑冻胀力、裂隙水压力与重力共同作用的断裂力学边坡稳定性计算方法。针对相应算例,通过该方法计算得到分割后各岩体的安全系数,并发现冻胀力对岩体稳定性有一定程度影响,结合工程实际验证了提出方法的可行性。最后结合相关危岩稳定性评价标准,针对不同岩体稳定性情况提供相应治理措施。

关键词：危岩断裂力学主控结构面冻胀力温度场

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危岩锚固工程锚杆数量计算方法研究

应用力学学报 2021年第2期38卷 770-775页

作者：陈洪凯王圣娟王全才枣庄学院城市与建筑工程学院枣庄277160 中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所成都610041

危岩锚固工程设计的关键是合理确定所需锚杆数量。本文构建了压剪破坏型危岩和拉剪破坏型危岩的锚固计算模型,根据静力平衡关系给出了压剪破坏型危岩的锚固荷载计算方法,根据力矩平衡关系给出了拉剪破坏型危岩锚固荷载计算方法;由锚固... 详细信息

危岩锚固工程设计的关键是合理确定所需锚杆数量。本文构建了压剪破坏型危岩和拉剪破坏型危岩的锚固计算模型,根据静力平衡关系给出了压剪破坏型危岩的锚固荷载计算方法,根据力矩平衡关系给出了拉剪破坏型危岩锚固荷载计算方法;由锚固荷载和单根锚杆承载力,得到了危岩的锚固工程所需锚杆数的计算式。实例分析表明该方法具有良好的可操作性,该研究成果已被中国地质灾害防治工程行业协会正在组织编撰的《地质灾害防治指南》采纳,对于有效防治危岩灾害具有积极意义。

关键词：危岩锚固工程锚固荷载锚杆数计算方法

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危岩破坏激振效应试验研究

岩土工程学报 2013年第11期35卷 2117-2122页

作者：唐红梅陈洪凯王智何晓英朱绣竹重庆交通大学岩土工程研究所重庆400074 三峡大学水利与环境工程学院湖北宜昌443002

危岩破坏瞬间存在能量突然释放问题,对相邻危岩体产生明显的激振作用,可采用激振加速度、峰值速度及激振位移表征。以坠落式危岩为例,进行危岩破坏激振效应模型试验,获得了13万多个危岩破坏激振加速度测试数据。试验结果表明,实验条件... 详细信息

危岩破坏瞬间存在能量突然释放问题,对相邻危岩体产生明显的激振作用,可采用激振加速度、峰值速度及激振位移表征。以坠落式危岩为例,进行危岩破坏激振效应模型试验,获得了13万多个危岩破坏激振加速度测试数据。试验结果表明,实验条件下危岩破坏激振作用持续时间30 ms左右,激振加速度、峰值速度及激振位移均是竖直方向大于水平方向,存在约2倍关系,竖向激振加速度最大可及48.7979 m/s2,竖向激振峰值速度达27.2 mm/s,竖向激振位移可及0.0560 mm。基于试验现象,分析了危岩破坏机理进一步研究中应高度重视的两个重要科学问题,即危岩破坏过程中主控结构面端部遵循纯拉状态→弱剪强拉状态→强剪弱拉状态→纯剪状态的演变规律,科学描述各阶段的力学演绎过程,危岩稳定性分析中应考虑危岩破坏激振效应,科学表征危岩破坏瞬间相邻危岩体的瞬时稳定性态。研究成果为进一步分析危岩破坏机制及致灾效应具有一定参考借鉴作用。

关键词：岩石力学激振效应破坏过程危岩模型试验

基于倾斜摄影的高位危岩特征获取和稳定性评价——以重庆万州观音山危岩带为例

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中国地质灾害与防治学报 2022年第5期33卷 66-75页

作者：康尘云陕西铁道工程勘察有限公司陕西西安710043

观音山危岩带对拟建恩广高速万开段庙垭隧道、苎溪河特大桥和临近居民构成安全威胁,急需调查治理,但因危岩地处高位,传统调查、评价手段难以实施。通过地质调查、钻孔取样和室内试验获取基础地质信息;利用倾斜摄影对危岩进行识别、几何... 详细信息

观音山危岩带对拟建恩广高速万开段庙垭隧道、苎溪河特大桥和临近居民构成安全威胁,急需调查治理,但因危岩地处高位,传统调查、评价手段难以实施。通过地质调查、钻孔取样和室内试验获取基础地质信息;利用倾斜摄影对危岩进行识别、几何特征获取和边界条件分析;以赤平投影法和刚体极限平衡法分别进行危岩带、危岩体的稳定性分析;对不稳定危岩单体利用Rocfall软件进行运动学模拟。结果表明:陡崖发育6处主要危岩单体,体积400~5 000 m^(3)不等;岩体受2组节理面切割和结构面组合控制,整体稳定性较差,易发生坠落式和倾倒式破坏;其中W3、W6危岩体在暴雨工况下处于不稳定状态,对拟建工程形成滚动冲击,动能为5~12 kJ不等。研究结果可以为观音山危岩治理措施的选型、规模提供设计参数,为高位危岩的调查防治提供参考,对利用航测手段提高传统地质调查效率和精度做出了新思考。

关键词：危岩倾斜摄影稳定性落石模拟防灾措施