巖石邊坡開挖松動區(qū)研究

巖石邊坡開挖松動區(qū)研究鄧建輝四川大學(xué)工程科學(xué)與災(zāi)害力學(xué)研究所二零零六年五月二十五日.內(nèi)容概要開挖邊坡松動區(qū)的概念開挖邊坡松動區(qū)的研究意義開挖松動區(qū)巖體的強(qiáng)度特性開挖松動區(qū)的變形特性與反演分析小結(jié).一、開挖邊坡松動區(qū)的概念由于開挖爆破等人工干擾，以及地應(yīng)力釋放在開挖面下形成的，完整性相對較差、力學(xué)性質(zhì)相對軟弱的一層巖體。開挖卸荷概念：按經(jīng)典塑性力學(xué)定義應(yīng)為加載。為避免混淆，土力學(xué)使用了“減P路徑”術(shù)語，相對于巖石力學(xué)的“卸荷”術(shù)語精確。.包絡(luò)線開挖區(qū)人工邊坡開挖引起的應(yīng)力釋放與主軸偏轉(zhuǎn).二、開挖邊坡松動區(qū)的研究意義研究邊坡的破壞特征，為穩(wěn)定性分析提供基礎(chǔ)；研究邊坡的變形機(jī)制，預(yù)測變形范圍與量級；深化加固機(jī)理研究，確定加固范圍。巖體滲透特性研究.

.巖石邊坡破壞實(shí)例——大冶鐵礦露天坑北幫邊坡滑坡.巖石邊坡的變形與破壞特征

１.張裂傾倒2.崩落３.解體４.堆積５.滑坡.滑坡體下掛幫礦開采實(shí)例——大冶鐵礦象鼻山采區(qū)2003.3.222003.4.92003.4.302003.5.21.開采終了圖.象鼻山采區(qū)北幫滑坡變形破壞機(jī)制分析.4月9日4月17日3月22日4月30日5月21日結(jié)束.臨時船閘施工期破壞情況失穩(wěn)前的征兆不明顯破壞具有突發(fā)性。.三、開挖松動區(qū)巖體的強(qiáng)度特性三峽工程臨時船閘高邊坡與隔墩試驗(yàn)結(jié)果解釋數(shù)值模擬（FEM）成果的物理意義；為澄清有關(guān)永久船閘中隔墩穩(wěn)定與變形量級的不同認(rèn)識提供測試依據(jù)。.圖中塑性區(qū)的物理意義？隔墩能站住嗎？不同單位的分析變形量級從幾公分至1.4m。為什么？.研究方法地質(zhì)調(diào)查（節(jié)理裂隙編錄，鉆孔，RQD）現(xiàn)場測試單孔聲波，孔間地震波穿透電磁波CT成像鉆孔電視節(jié)理裂隙統(tǒng)計(jì)鉆孔彈摸室內(nèi)測試：巖塊聲波波速，UCS數(shù)值分析（FEM）與位移反分析.170m.臨時船閘開挖形貌.GeologicalStructuresinTS..CrossSection3-3.臨時船閘高邊坡計(jì)算模型.塑性區(qū)分布（3-3剖面）.隔墩頂面裂隙統(tǒng)計(jì)成果.鉆孔電視裂隙分布.鉆孔RQD指標(biāo)沿深度分布.單孔聲波.試驗(yàn)方法最大值最小值平均值集中范圍值波速6060286056105500-6000.地震波穿透.試驗(yàn)方法最大值最小值平均值集中范圍值地震波5986210043003000-35004000-5500.孔號2905-29062906-29072907-2908分界點(diǎn)高程(m)687467分界點(diǎn)以上平均波速（m/s）

3166347930953206分界點(diǎn)以下平均波速（m/s）

4782524549504997下降百分比(%)33.833.737.535.8地震波速統(tǒng)計(jì).電磁波層析成像.巖塊試驗(yàn)結(jié)果No.123456789UCS(MPa)1011661391211571537511084E(GPa)38II665853616038IV5038.Goodman千斤頂試驗(yàn)結(jié)果.彈性模量統(tǒng)計(jì)孔號2905290629072908分界點(diǎn)高程(m)65687167分界點(diǎn)以下平均值(GPa)23.532.533.029.8分界點(diǎn)以上平均值

(GPa)37.137.037.337.8下降百分比

(%)31.312.311.521.0.試驗(yàn)結(jié)果小結(jié)單孔聲波只能反映巖塊的波速和局部結(jié)構(gòu)面的存在。開挖對巖塊力學(xué)性質(zhì)的影響極小。松動區(qū)巖體主要表現(xiàn)為巖塊沿原生結(jié)構(gòu)面的張裂與錯動，因此隔墩上部巖體的地震波速與鉆孔彈模值表現(xiàn)出明顯的下降。電磁波層析成像只能反映巖塊的物理力學(xué)特性，對結(jié)構(gòu)面不敏感。在隔墩內(nèi)部未發(fā)現(xiàn)新生結(jié)構(gòu)面.閉合結(jié)構(gòu)面的張裂.由鉆孔彈模與地震波速確定的松動區(qū)范圍.松動區(qū)范圍與塑性區(qū)比較.松動區(qū)范圍與拉應(yīng)力區(qū)比較.在參數(shù)基本正確的前題下，有限元的塑性區(qū)與拉應(yīng)力區(qū)范圍可以作為加固范圍的參考。.永久船閘施工期破壞情況.四、開挖松動區(qū)的變形特性與反演分析巖體的變形主要由松動區(qū)的變形構(gòu)成，而松動區(qū)的變形包括“張開位移”和“應(yīng)變位移”兩部分。對脆性巖體而言，“張開位移”約占全部變形的60％左右。.永久船閘20剖面松動區(qū)變形

——滑動變形計(jì)觀測成果.直立墻.鉆孔電視監(jiān)測結(jié)果.三峽永久船閘一期反演.彈模反演結(jié)果(MPa)微新花崗巖弱風(fēng)化花崗巖強(qiáng)風(fēng)化花崗巖設(shè)計(jì)建議值40,00015,0001,000反分析值24,8655,496434目標(biāo)函數(shù)值8.8510-7m2.永船一期反演的不足反演彈模偏小，計(jì)算位移小于監(jiān)測位移監(jiān)測點(diǎn)TP28GP02TP29GP02開挖結(jié)束預(yù)測變形值（mm）22.4722.49開挖結(jié)束實(shí)測變形值（mm）39.5136.36.第一期反演的預(yù)測位移曲線與實(shí)測位移曲線對比（北坡，水平向位移）.第一期反演的預(yù)測位移曲線與實(shí)測位移曲線對比（南坡，水平向位移）

.可能的原因分析流變問題花崗巖體堅(jiān)硬，結(jié)構(gòu)面主要為硬性；開挖施工結(jié)束變形很快停止本構(gòu)模型問題巖體的變形機(jī)制問題.不同本構(gòu)模型計(jì)算結(jié)果比較——永船NodeNo.12345678910E14.716.418.020.9-5.20.5-21.4-16.0-13.8-11.7EP14.616.318.021.9-4.91.8-23.0-15.9-13.8-11.7EBP14.816.418.222.3-6.62.5-25.5-16.1-13.9-11.8.不同本構(gòu)模型計(jì)算結(jié)果比較NodeNo.1234567E-16.2-19.1-24.116.67.719.919.2EP-16.1-19.0-24.817.07.420.019.3EBP-16.4-19.1-26.718.05.920.919.3.考慮開挖松動區(qū)的反演成果..彈模反分析結(jié)果(MPa)未擾動微新花崗巖未擾動弱風(fēng)化花崗巖強(qiáng)風(fēng)化花崗巖F215微新花崗巖松動區(qū)微風(fēng)化花崗巖松動區(qū)Minf/mm223,01211,5033004,52512,8456,20229.8524,8655,496434////.計(jì)算與監(jiān)測位移比較（南坡）.計(jì)算與監(jiān)測位移比較（北坡）.五、小結(jié)松動區(qū)巖體主要表現(xiàn)為巖塊沿原生結(jié)構(gòu)面的張裂與錯動，這與巖質(zhì)邊坡或巖質(zhì)高邊坡總