岩质高边坡稳定性数值模拟与岩体力学参数反分析

边坡失稳破坏造成的崩塌、滑坡、泥石流同地震和火山并列成为全球三大地质灾害,它涉及矿山工程、土木工程、铁路公路工程、水利水电、港口、废渣及垃圾处理等诸多工程领域,以及山坡、岸坡等自然领域。近几年来,采矿、水利、交通和建筑等工程蓬勃发展,工程建设规模和力度也越来越大,边坡地质灾害更为突出,边坡问题从简单的土坡延伸到复杂的岩质高大边坡,由此岩质边坡稳定性问题的研究成为一个热点。本文分析了西南某岩质高边坡的工程地质条件和区域地质条件,分别采用边坡稳定性刚体极限平衡的Bishop圆弧滑动法、Sarma法、三维楔形体法等分析了各种工况及不同开挖锚固情况下边坡的安全稳定性,特别是用FLAC3D有限差分法对岩质高边坡进行了数值模拟与分析,将边坡施工监测数据与数值计算结果进行比较和分析,通过正反分析方法反演岩体力学参数,得到了一系列有价值的成果直接提供给设计施工方作参考。主要研究内容如下: 首先简要的介绍了刚体极限平衡分析方法、数值方法及反分析方法等高边坡稳定性分析方法。针对西南某岩质高边坡,根据边坡的工程地质条件和区域地质条件,分析并选定了岩体物理力学参数取值范围,选取几个具有代表性的剖面结合不同的结构面组合情况和土层情况,进行了圆弧滑动破坏失稳模式(Bishop圆弧滑动法)、沿结构面滑动破坏失稳模式(Sarma法)及三维楔形块体局部失稳模式等边坡稳定刚体极限平衡法分析,分别对正常持久状况、暴雨短暂状况和Ⅷ度地震工况在不同的开挖锚固情况下进行边坡稳定安全系数的计算及锚索锚固后的安全系数计算,用以对边坡开挖稳定性及锚索锚固效果的评价。 其次介绍了FLAC3D有限差分软件的原理、特点及其在边坡工程中的应用。选取了一段有代表性的岩质高边坡,确定所需的岩土体各输入参数及锚索锚固参数。用ANSYS实体建模,将ANSYS模型用接口程序导入到FLAC3D中,用FLAC3D软件对开挖和锚固过程进行数值模拟。选取每个开挖台阶边缘作为监控点,模拟边坡实际的开挖和锚索加固过程和施工工序,计算边坡在开挖加固过程中边坡体的应力、应变、位移和塑性区分布,分析计算结果并对边坡锚索加固效果进行评价。 最后,对现场监测数据进行了分析,选取了有代表性的监测数据与数值计算结果进行分析和比较,并通过正反分析方法反演岩体物理力学参数。进而验证了用FLAC3D软件在岩质高边坡稳定性分析中的可行性。