基于离散单元法的节理岩体边坡稳定性分析

在边坡工程中,节理岩体边坡稳定分析是个十分重要的问题。其领域涉及公路、铁路、水利工程、采矿等。在实际工程中,由于节理岩体边坡的受力特征与地质条件比较复杂,坡体失稳破坏的影响因素复杂多变,目前,对于复杂节理岩体边坡的稳定性分析还没有比较完善的方法,传统的极限平衡法通过圆弧搜索滑动面不太合适,一般只有在滑动面已知的情况下才能得到较准确的安全系数;其他的数值分析方法虽然能计算边坡的位移、应力、塑性区等,但都是基于连续介质的思想,其分析结果的可靠性取决于计算方法采取的假设与实际情况的接近程度。 节理岩体边坡作为一种复杂的地质体属于非连续介质,坡体不同部位的力学性质、位移规律、应力状态等都是不同的。本文引入基于离散元理论的颗粒流程序(PFC2D),对节理岩体坡的失稳破坏进行仿真模拟,采用该程序模拟分析时,不需要假定材料的本构关系以及滑裂面位置,直接从细观上定义颗粒之间的接触关系,其计算过程是边坡内部材料自身求得稳定状态的调整过程,不要求变形协调、位移连续,通过可视化直接描述边坡的滑移、倾倒、裂缝的开展过程,以及滑动面的几何形状和位置。 建立了完整岩石及节理岩体的颗粒流细观模型,利用模拟平面应变试验标定其宏观力学参数,通过调整岩体PFC模型的细观参数,使其与真实材料的宏观力学参数匹配。分别建立了含有两组贯通节理及多组断续节理的岩体边坡模型,定性的分析了节理的分布形式对边坡稳定性及破坏模式的影响,尝试性地提出了基于细观离散的强度折减安全系数计算方法,并与有限元算例进行了比较。利用PFC中的应力监测机制,对坡体不同位置的应力变化情况进行监测,根据坡体内部应力的变化规律,分析了节理岩体边坡失稳破坏的机理。