正文 第十一章 岩質邊坡的塊體崩落——數值模擬程序在某些實例中的應用(1 / 3)

(意大利)

一、結言

由於對岩崩這一複雜問題所涉及的不同參量的定義及其有意義數值的確定存在著固有的困難,因此,已有的岩崩研究成果所提供的計算方法大部分隻適用於某一特例,而很少與其它情形有聯係。在許多情況下僅從理論的觀點出發實際上冒著將問題簡單化或複雜化的危險,從而導致分析結果不可靠或難以實用。

本項研究的主要目的是提出一個解決岩崩問題的簡單分析方法,並限製模擬過程中所采用的參量的數量,因而使模型使用者與負責工程項目的工程師更易合作,以保證充分而有效的分析結果。

二、已有研究成果

從已有的文獻中可能不外乎得到這樣兩方麵的資料:離不開理論觀點的參量;某些難以計算而隻能用經驗方法估計的參量的數值。因此,我們試用圖表形式歸納不同作者的觀點,表中給出了作者所考慮的參量的證據以及計算所采用的方法、從表1可觀察到大部分研究都想要定義然後再考慮——通常是或然性方法個或多個複位和滾動係數,即土對岩塊碰撞的響應及其在坡上的運動,後幾節將針對上麵提及的係數討論這些資料的可用性。

許多研究考慮了更複雜的情況,塊體因碰撞而裂為碎塊。盡管如此,其中一些文獻指出了各種碎塊的運移軌跡的計算或給出了確定發生規模的指標。通常滑動岩塊的尺寸看作與軌跡的預測無關,而塊體的形狀在包含有點、球、橢球和多麵體現象的力學分析中起著重要的作用,尤其在形狀不規則時更是如此。

通常由不同傾角直線段連接起來的起伏線表示作為塊體運動表麵的坡麵。因此外形輪廓上可能遇到的障礙會影響運動常數的數值確定,而這些數值影響著複位和滾動摩擦係數。

塊體所能到達的距離對於那些必須設計防護工程的邊坡是非常重要的指標。這一距離取決於邊坡的幾何和形態特征。假設一個二維幾何模型,在某些情況下可能會導致難以接受的簡單化。可是精確的三維模型目前好像尚不易處理,無法給工程師們提供一套每種情況下都有效的真正的工具。

然後,我們必須強調確定塊體運動動力學起始速度值的重要性,大麼數情況下與震動或機械破裂有關的起始速度值在1~3m/s之間。

三、模型描述

所使用的模型具有以下主要特征:

1.一個平麵上的軌跡;

2.由一條起伏線表示的坡麵;

3.空氣摩擦忽略;

4.碰撞後的速度由碰撞前法向和切向分量衰減後獲得,衰減參量。和依坡麵類型以統計的方式確定;

5.滾動由係數控製。

6.塊體破裂的可能性在每次碰撞中都要進行核實;如果塊體破裂,小塊體將以一個用隨機數值模擬獲得的新的起始速度沿著所研究的軌跡繼續運動。

四、碰撞分析

在下而的分析中塊體對邊坡的碰撞將分作兩個分離運動的組合:一是法向方向,另一個楚切向方向。

控製運動產生的主要參量有:塊體的尺寸及其形狀,土和塊體自身的物理力學特性,方向和接觸類型。

文獻中已提出許多不同的假設來估計塊體在坡麵上碰撞過程中的法向和切向作用力,但力到目前為止所迸行的動態力學研究仍是特別複雜的。這也就站為什麼常常用經驗係數表示碰撞前後速度或能量相關性的原因所在。

五、滾動分析

係數7取決於:運動類型(滑移,滾動,滑落),土的類型及其顆粒特征,塊體幾何特征及其質量和表麵植被,估計覆蓋有岩屑的邊坡其滾動摩擦角在25度~30度之間,建議滾動係數為0.8~1.05,建議采用坡長和坡高所得角度的正切值作為滾動係數。

在這項工作中沒有明確區分滑移,滾動和滑落,但所有這些運動都用相同的參量描述,所采用的數值根據現場觀測選擇。

基於實驗結果,比較了實際結果和模型所獲得的分析結果,特別強調值,兩者吻合很好。

六、結論

岩崩問題非常複雜而且涉及許多參量以致土木結構的防護工程常常與工程師的感知聯係在一起。本文概述了一個簡單模型怎樣去預測岩崩塊體滑坡運動的軌跡足一項有效的工程策略。實際上所有試例都表明計算結果和現場實際觀測有很好的對應性,我們希望所建議簡爾的方法能在實際中指出最危險的區域從而以正確的方法努力進行防護。

我們必須注意,在任何情況下最大的問題是所涉及的參量的定義。當前最好的辦法可能是對將要研究的現場進行反分析,在工程計算之前驗證模型。我們希望室內研究人員將很快找到一個確定所描述的參數的有效的方法,從而為工程師們進行岩崩軌跡預測提供一變完整的裝置。

地質結構對不連續岩體中地下開挖工程的影響

不連續岩體中地下工程的現場調查揭示了一個重要觀察現象,開挖後已收集到的大量資料證明塊體破壞僅同小部分節理半空間組合(節理錐)相關。在極不連續岩體中雖然有幾組代表性的節理錐,並由此產生的可移動節理錐的數量也相當大,但隻要有限數量的節理就會產生大規模破壞。這些節理飾通常決定最危險塊體,即開挖中的塌落體。對給定的開挖臨空麵,可移動節理產生塌落體的可能性由以下兩個因素決定:一是指構成已知節理邊界麵的每一節理錐的出現頻率或其平均間距值,具有最高頻率的節理錐所組成的節理誰最具有代表性。第二個因素是這一塌落可能性隨節理錐的形狀的變化而變化。一個狹長節理產生的塊體,其頂點距自由麵很遠,因此它構成危險塊體的可能性較小;而頂點距自由麵很近的節理構成危險塊體的可能性相對較大。現場調查的結果可說明這一方法的實用性。

一、序言

為設計最佳地下開挖工程,地質研究工作必須在施工之前進行。它能揭示岩層的岩性和結構,這也是我們在以後開挖中需調查的,其結果通常彙總在地質圖和剖麵圖上。在極不連續岩體中,細致的節理分析工作已成為固定工作程序。以上這些工作十分必要,但僅用此來判定開挖的安全性還很不充分。接下來的問題是:主要威脅開挖安全性的最關鍵結構是什麼?它是否僅出現在一處,或我們將預料它還會現?

本文中我們將提出一個方法來回答這些問題。采用直接現場觀察法就是為了確定開挖中遇到的那些有問題的結構;在極不連續岩體中,這一方法的關鍵是實際觀察。開挖中危險結構體也僅是由少數節理半空間組合體構成。根據已知的地質資料,這些危險組合體可以在開挖前預測,因此它可作為開挖設計中模型。

我們所提到的不連續麵,是指節理麵、斷層、剪切麵和片理麵。以下統稱“節理”。

二、不連續岩體中的岩石工程

1.模擬岩石特性——連續性和不連續性方法

岩石中褶皺和複雜結構麵的存在,不僅增加了岩層的複雜性,更重要的是出現了許多不連續麵,也因此產生了一係列問題。在相對連續、完整岩體中的開挖、按連續介質力學模擬。而在不連續麵的相互作用下產生的接近不連續介質的岩體中,連續介質力學也就不適用了。在這些情況下,主要的破壞機製應是沿早已存在的節理麵張開或下滑所引起的塊體運動,有時,軟弱結構麵和高應力的存在也促進了塊體的運動。洞室周邊的塊體鬆動可用合適而及時地施做支護加以製止。不連續麵的類型及其層間混質充填物決定了它的剪切強度(主要指摩擦強度);不同節理錐的產狀,間距決定開挖中形成的塊體的形狀和相對大小。