基于離散元強(qiáng)度折減方法的巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性參數(shù)分析

鄭曉妍

摘?要：本文首先簡(jiǎn)略引出了巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析的重要性，其次概述了離散元強(qiáng)度折減方法在巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析中的優(yōu)越性，最后簡(jiǎn)單分析了結(jié)構(gòu)面參數(shù)（結(jié)構(gòu)面剛度系數(shù)、結(jié)構(gòu)面內(nèi)摩擦角、結(jié)構(gòu)面粘聚力）對(duì)巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的影響。

關(guān)鍵詞：離散元;UDEC;強(qiáng)度折減;巖質(zhì)邊坡;參數(shù)分析

隨著社會(huì)的發(fā)展，露天礦山的開(kāi)采持續(xù)向大規(guī)模發(fā)展，深度與坡高也逐步增加，邊坡失穩(wěn)現(xiàn)象層出不窮，涌現(xiàn)出一系列亟待解決的問(wèn)題[1]，給人民的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)重大威脅，正確進(jìn)行巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性分析是解決問(wèn)題的重要途經(jīng)。

1 離散元強(qiáng)度折減方法

存在于實(shí)際巖體中的復(fù)雜結(jié)構(gòu)面給巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性分析帶來(lái)巨大困難[2]。極限平衡法不能正確評(píng)價(jià)巖體的變形特征，有限元法無(wú)法動(dòng)態(tài)模擬整個(gè)邊坡破壞過(guò)程，相較而言離散元強(qiáng)度折減方法能真實(shí)表達(dá)節(jié)理巖體的幾何特征，便于處理非線(xiàn)性變形和破壞都集中在節(jié)理面上的巖體破壞問(wèn)題[3]，結(jié)合UDEC強(qiáng)大的內(nèi)置程序語(yǔ)言FISH自編節(jié)理模擬函數(shù)，更容易實(shí)現(xiàn)巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性安全系數(shù)計(jì)算，利于進(jìn)行影響巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)面參數(shù)分析[4]。

2 巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)面參數(shù)分析

雖然離散元強(qiáng)度折減方法在巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析中具有優(yōu)勢(shì)，但它與以往的極限平衡法或者有限差分強(qiáng)度折減法相比，計(jì)算安全系數(shù)時(shí)需要更多的參數(shù)，因而參數(shù)分析對(duì)離散元強(qiáng)度折減方法的發(fā)展顯得尤為重要[5]。下面主要對(duì)結(jié)構(gòu)面剛度系數(shù)、結(jié)構(gòu)面內(nèi)摩擦角和結(jié)構(gòu)面粘聚力與巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性之間的關(guān)系進(jìn)行分析。計(jì)算分析過(guò)程采用一個(gè)簡(jiǎn)單的邊坡模型，坡高260m，坡度55°，模型中的巖體被表示為可變形的Mohr-Coulomb材料，其不連續(xù)行為表現(xiàn)為Coulomb節(jié)理材料，模型中可變形塊的最大區(qū)域大小為15m。邊坡具有兩組節(jié)理，節(jié)理組一傾角45°，間距20m，節(jié)理組二傾角-60°，間距30m。巖體平均密度為2600KG/m3，體積模量K=6.3GPa，剪切模量G=3.6GPa，粘聚力c=650KPa，內(nèi)摩擦角=43°。

2.1 結(jié)構(gòu)面剛度系數(shù)

本節(jié)主要研究結(jié)構(gòu)面剛度系數(shù)對(duì)邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)計(jì)算結(jié)果的影響，取結(jié)構(gòu)面內(nèi)摩擦角=40°，粘聚力c=0KPa。由表1和圖1可知，隨著結(jié)構(gòu)面剛度系數(shù)的遞增，安全系數(shù)只是在一個(gè)較小的范圍內(nèi)隨機(jī)波動(dòng)，因此，結(jié)構(gòu)面剛度系數(shù)對(duì)安全系數(shù)的計(jì)算結(jié)果影響不大。

2.2 結(jié)構(gòu)面內(nèi)摩擦角

本節(jié)主要研究結(jié)構(gòu)面內(nèi)摩擦角對(duì)邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)計(jì)算結(jié)果的影響，取Kn=1GPa，Ks=1GPa，結(jié)構(gòu)面粘聚力c=0KPa。由表2和圖2可知，結(jié)構(gòu)面內(nèi)摩擦角與穩(wěn)定性安全系數(shù)是基本線(xiàn)性關(guān)系，結(jié)構(gòu)面內(nèi)摩擦角越大，邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)越高，符合我們已知的基本常識(shí)。

2.3 結(jié)構(gòu)面粘聚力

本節(jié)主要研究結(jié)構(gòu)面粘聚力對(duì)邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)計(jì)算結(jié)果的影響，取Kn=1GPa，Ks=1GPa，結(jié)構(gòu)面內(nèi)摩擦角=40°。由表3和圖3可知，結(jié)構(gòu)面粘聚力與穩(wěn)定性安全系數(shù)是基本線(xiàn)性關(guān)系，結(jié)構(gòu)面粘聚力越大，邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)越高，符合我們已知的基本常識(shí)。

3 小結(jié)

巖質(zhì)邊坡中含有大量不同構(gòu)造的結(jié)構(gòu)面，這些結(jié)構(gòu)面往往能控制巖質(zhì)邊坡的破壞模式。離散元強(qiáng)度折減方法在處理巖體破壞問(wèn)題時(shí)能具體地表達(dá)其破壞特征，結(jié)合應(yīng)用UDEC內(nèi)置程序語(yǔ)言FISH，分析結(jié)構(gòu)面系數(shù)與巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性之間的關(guān)系，得出以下結(jié)論：邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)與結(jié)構(gòu)面剛度系數(shù)關(guān)系不大;與結(jié)構(gòu)面內(nèi)摩擦角、結(jié)構(gòu)面粘聚力呈線(xiàn)性相關(guān)，隨著二者的增大而增大。

參考文獻(xiàn)：

[1]丁參軍，張林洪，于國(guó)榮，等.邊坡穩(wěn)定性分析方法研究現(xiàn)狀與趨勢(shì)[J].水電能源科學(xué)，2011，29（8）：112-114.

[2]孔不凡，阮懷寧，朱珍德，等.邊坡穩(wěn)定的離散元強(qiáng)度折減法分析[J].人民黃河，2013，4：1000-1379.

[3]雷遠(yuǎn)見(jiàn).順層邊坡穩(wěn)定性分析[D].中國(guó)科學(xué)院研究生院，2006.

[4]Mathew Fournier.Investigations Into the Shear Strength Reduction Method Using Distinct Element Models[D].The University Of British Columbia，2008.

[5]雷遠(yuǎn)見(jiàn)，王水林，等.基于離散元的強(qiáng)度折減法分析巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性[J].巖土力學(xué)，2006，27（10）：1693-1698.