岩体稳定性分析.PPT

5 岩体稳定性分析Stability Analysis of Rock Masses 5.1 岩体结构分析 5.2 岩体稳定性分析 5.3 赤平极射投影 5.1 岩体结构分析 5.1.1 结构面及其成因分类 5.1.2 结构面特征及强度 5.1.3 岩体结构特征及其工程地质性质 结构面及其成因分类 1，原生结构面 2，构造结构面 3，次生结构面 原生结构面与构造结构面 次生结构面 结构面的特征 产状：倾向、倾角 规模： 形态：粗糙程度、起伏情况 密集程度： 充填物： 结构面的强度指标 岩体结构特征及工程地质性质 5.2 岩体稳定性分析 5.2.1 岩体失稳的边界条件 5.2.2 岩体稳定性分析方法简介 岩体失稳的边界条件 岩体稳定性分析方法简介 岩体结构分析法 岩体稳定性分类-地质类比法 数值模拟分析 地质模型试验 岩体结构分析法-刚体极限平衡法 单一滑面： 1 滑面与坡面走向接近或平行； 2 滑面在坡面出露，滑动面倾角小于坡角； 3 滑动面倾角大于该面的摩擦角； 对张裂隙与滑面充水情况： 1 坡顶张裂隙走向与坡面平行； 2 张裂隙垂直坡顶面，且与滑动面相交，充水； 3 水沿张裂隙底部进入滑动面，水沿滑动面流动，由坡趾渗出； 岩体结构分析方法 岩体稳定性分类法 5.3 赤平极射投影(Stereographic Projection) 1，作图方法 作图时，将物体几何要素平移到球心，由球发射射 线，将点、线、面投影到球面（即由球面上的点坐 标表示空间几何要素），得到球面投影。再以投影 球的南极（或北极）为发射点，将球面投影再投影 到赤道平面上。 2，投影网 按上述原理可用几何方法直接作图，但繁琐。 1902年俄国学者吴尔福首先建立了赤平极射网，即 吴氏网。投影网外圆代表投影球的赤道平面（基 圆），其直径为20cm（或10cm），投影网的网格 由20或50分格的一组经线与一组纬线组成。 吴氏网 直线投影 例1 已知直线倾向S300E，倾角200 1 在透明纸做基圆，直径与投影网相同，标出圆心，E，W，S，N； 2 在基圆上，依据倾向标出A点； 3 将透明图置于投影网上，使OA与投影网E，W重合，在OA相对半部找到与已知直线倾角相同的经线，与E,W交点P，连接OP即为直线投影。 面的投影 结构面的法向线及极点投影 两结构面的组合交线 两结构面的夹角 （一）数值分析方法的分类 在岩石力学有关领域的数值分析方法应用中，主要使用的方法为有限元法，边界单元，离散单元法，拉格朗日单元法及块体理论等 （二）有限元法原理 原理：通过变分原理（或加权余量法）和分区插值的离散化处理把基本支配方程转化为线性代数方程，把待解域内的连续函数转化为求解有限个离散点（节点）处的场函数值。 应用要点： １.正确划分计算范围与边界条件 2.正确输入岩体参数及初始地应力场 3.采用特殊单元来考虑岩体的非连续性和边界效应 （三）岩石力学问题的其他数值分析方法 1.边界单元法 有限元法是对问题的微分近似表达式给出了精确解，它实质上属于微分法。 与微分法相对应的是积分法，积分法所涉及的边界可包围整个问题域，而数值分析的离散化仅在边界上近似。下图表示了在外部问题模拟时微分法与积分法之间的区别。 2.离散单元法 离散单元法完全强调岩体的非连续性。它认为，岩体中的各离散单元，在初始应力作用下各块体保持平衡。岩体被表面或内部开挖以后，一部分岩体就存在不平衡力，离散单元法对计算域内的每个块体所受的四周作用力及自重进行不平衡计算，并采用牛顿运动定律确定该岩块内不平衡力引起的速度和位移。反复逐个岩块进行类似计算，最终确定岩体在已知荷载作用下是否将破坏或计算出最终稳定体系的累计位移。 离散单元法算例：研究地下煤层开挖引起冒落和岩层移动，研究冒落带深度与节理间距的关系。 3.块体理论 块体理论就是针对个性各异的岩体中具有结构面这一共性，根据集合论柘朴学原理，运用矢量分析和全空间赤平投影图形方法，构造出可能有的一切块体类型，进而将这些块体和开挖面的关系分成可移动块体和不可移动块体，对几何可移动块体在按力学条件分为稳定块体、潜在关键块体、关键块体。 此外，在计算方法上，还有半解析法、加权残余法以及松弛法中的经松弛法以及上述方法的耦合应用。 例子 五、位移反分析法在岩体力学中的应用 1.位移反分析法：在岩体工程施工开挖过程中，通过测量位移、应变或应力，来确定岩体的初始地应力或岩体力学参数。 2.应用 反问题法不仅是参数估计，它的进一步推广应用是工程预测和险情预报、反馈动态设计、调整施工方案以及可靠度评价等 六、新的数学计算方法和软科学在岩石力学中的应用 1.分形几何及其在岩石