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块体理论是近十儿年来发展和完善起来的一种适合于裂隙岩体稳定性分析的行之有效的工程方法,其研究方法已经较为成熟,各种方法也均有较大进展。本论文对目前国内外块体理论研究及工程应用状况、结构面的力学及儿何分析方法进行了较系统的总结,综合应用块体理论的矢量分析、赤平投影分析、结构面网络模拟技术和可靠性分析方法分析边坡稳定性,对岩质边坡中关键块体的识别、评价及防治方法进行了深入研究与探讨。并将理论方法应用在下川岛1116号边坡的稳定性评价及防治设计中,力求达到真实解决块裂岩质边坡稳定性问题的目的。
本文内容主要包括:
1.采用块体理论中矢量分析法和全空间赤平极限投影相结合的方法确定了边坡节理裂隙构成的诸多块体中的有限和无限块体,从中寻找出可能滑动的块体及滑动面情况,并编制计算程序完成搜寻过程。
2.随机块体几何分析方法。分析了结构面的几何形态模型,讨论了结构面产状、迹长、间距、隙宽的统计分析方法及概率分布模型。采用蒙特卡洛方法对结构面网络模拟进行模拟。在此基础上,通过对结构面与坡面交切的迹线,应用切枝、节点搜索基本回路得到块体闭合区域,应用“有形即有限”的分析方法可以搜索出所有在临空面上出露的有限块体。此外,利用网络模拟得到岩体质量指标(RQD)进行岩体分类及估计岩体强度,为后续边坡稳定性评价工作提供重要参数。
3.块体可靠性分析。在块体单面与双面滑动稳定性分析的基础上,采用同时考虑结构面几何形态与力学强度参数随机变化的可靠度分析方法。对结构面倾角、倾向、滑动面面积、块体体积等儿何要素对可靠度的影响进行了分析,最后确定将结构面倾角、摩擦角及粘聚力三个主要影响因素作为随机变量,进行了单面与双面滑动模式的可靠指标计算公式推导。随后,对块体大小分布概率进行了研究,并根据交棱长度划分块体大小区间,分析各区间内块体的出现概率、失稳概率,并实现了块体总失稳概率的计算。
4.运用本文相关研究成果对下川岛1116号边坡进行了分析计算。首先,对边坡工程地质条件分析,根据节理发育规模不同,将节理面分为两类,采取不同的分析过程进行可靠性分析。深入研究了边坡滑动块体的组合方式及滑动面情况,分析了结构面参数改变对块体可靠性的影响。在稳定性分的基础上,采取合理的支护设计结构。通过对工程中遇到问题和分析方法的讨论,为关键块体分析理论在工程中的更广泛应用和成果的推广奠定了基础。