CN109117586A - 一种顺层岩质边坡三维地质模型建立及稳定性评价方法 - Google Patents

一种顺层岩质边坡三维地质模型建立及稳定性评价方法 Download PDF

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向波
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Abstract

本发明公开了一种顺层岩质边坡三维地质模型建立及稳定性评价方法，本发明通过地质要素表达，借助三维地质建模软件构建边坡三维地质模型，并通过科学合理的三维计算模型进行边坡稳定性评价，和现有规范相比，采用本发明得到的计算结果更加合理和可靠，能够节约大量工程治理费用。

Description

一种顺层岩质边坡三维地质模型建立及稳定性评价方法
技术领域
本发明属于地质学领域，具体为一种顺层岩质边坡三维地质模型建立及稳定性评价方法。
背景技术
近年来，随着国民经济的快速发展以及国家基本建设力度的加大，大量工程在山区开工建设，岩、土边坡稳定性问题日益增多，边坡的安全失稳和垮塌事件时有发生，给工程建设和人民生命财产安全带来巨大的威胁和损失。岩质边坡由于内部岩体的复杂性(不均匀性、各向异性和不连续性)导致其稳定性评价成为岩土领域的技术难题。现有的技术采用规范计算模型进行二维稳定性计算明显存在缺陷，计算结果较为保守，将增加治理工程费用，不利于指导该类边坡稳定性评价及工程设计。如何根据野外现场地质要素准确建立三维地质模型，并选择合适的稳定性计算方法对岩质边坡稳定性评价显得十分重要。
发明内容
针对上述背景技术存在的问题，本发明旨在提供一种建立顺层岩质边坡三维地质模型和进行三维稳定性计算的方法，本发明可以提高岩质边坡稳定性计算结果的可靠度，从而指导边坡稳定性评价和优化工程治理设计。
为此，本发明采用以下技术方案：一种顺层岩质边坡三维地质模型建立及稳定性评价方法，其特征是，包括以下步骤：
第一步，利用钻孔、探槽或天然露头揭露获取岩质边坡岩性、产状的特征，通过现场调查，统计斜坡岩体内结构面的分布、贯通程度、充水条件、深度、长度、张开度的特征参数，调查滑带土饱水状态；
第二步，通过三维地质建模软件根据上述的特征参数建立边坡三维地层模型；其中若边坡为层状岩体，则每层岩体均应建立模型，并通过颜色对不同块体进行区分，若为火成岩，则可把潜在滑面以上整体建立为一个块体；
第三步，在边坡三维地层模型中加入结构面、滑面的特征要素，构建边坡三维地质模型；
第四步，建立顺层岩质边坡三维稳定性计算模型
基于三维地质模型对边坡稳定性进行整体分析，其稳定性评价公式如下：
式中：τ-滑带土抗滑力(kN)；
T-后缘裂缝未贯通岩体拉力(kN)；
S-滑体下滑力(kN)；
-滑面内摩擦角(°)；
c-滑面黏聚力(KPa)；
θ-滑面倾角(°)；
t-岩体抗拉强度(MPa)；
U-底滑面扬压力(kN)；
V-后缘静水压力(kN)；
l(i)-单位滑块长度(m)；
b(i)-单位滑块宽度(m)；
h(w)-后缘水头充水高度(m)；
第五步，边坡稳定性评价
通过室内试验获取滑带土黏聚力c、内摩擦角后缘岩体抗拉强度t的力学参数并带入三维稳定性计算模型中，求得边坡稳定性系数及剩余下滑力。
作为对上述技术方案的补充和完善，本发明还包括以下技术特征。
第二步中，所述的三维地质建模软件为EVS、Revit、Midas、Ansys、Autodesk。
第三步中，还包括分析不同结构面对边坡稳定性的影响，具体为后缘裂缝是否具备充水条件、充水深度。
本发明可以达到以下有益效果：本发明结合三维地质建模软件，建立岩质边坡三维地质模型，能够直观反映边坡内在结构，查明不同部位滑带土饱水状态，利于分析边坡破坏模式。另外，本发明的计算模型考虑了后缘岩体抗拉强度，认为底滑面和后缘裂缝部分饱水或全部充水，静水压力、扬压力及受软化滑带土面积较现有规范计算公式也偏小，原有规范公式计算较为保守，现计算更加合理和可靠，能节约大量治理费用。
附图说明
图1为本发明的流程示意图。
图2为本发明的顺层岩质边坡三维地质模型示意图。
图3为本发明的顺层岩质边坡三维受力分析示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述。
如图1-图3所示，本发明包括以下步骤：
第一步，利用钻孔、探槽或天然露头揭露获取岩质边坡岩性、产状等特征，通过现场调查，统计斜坡岩体内结构面的分布、贯通程度、充水条件、深度、长度、张开度等特征参数，调查滑带土饱水状态；
第二步，通过三维地质建模软件根据上述的特征参数建立边坡三维地层模型；其中若边坡为层状岩体，则每层岩体均应建立模型，并通过颜色对不同块体进行区分，若为火成岩，则可把潜在滑面以上整体建立为一个块体；三维地质建模软件可以采用EVS、Revit、Midas、Ansys、Autodesk等。
第三步，在边坡三维地层模型中加入结构面、滑面的特征要素，构建边坡三维地质模型；分析不同结构面对边坡稳定性的影响，具体为后缘裂缝是否具备充水条件、充水深度。
第四步，建立顺层岩质边坡三维稳定性计算模型
基于三维地质模型对边坡稳定性进行整体分析，其稳定性评价公式如下：
式中：τ-滑带土抗滑力(kN)；
T-后缘裂缝未贯通岩体拉力(kN)；
S-滑体下滑力(kN)；
-滑面内摩擦角(°)；
c-滑面黏聚力(KPa)；
θ-滑面倾角(°)；
t-岩体抗拉强度(MPa)；
U-底滑面扬压力(kN)；
V-后缘静水压力(kN)；
l(i)-单位滑块长度(m)；
b(i)-单位滑块宽度(m)；
h(w)-后缘水头充水高度(m)；
第五步，边坡稳定性评价
通过室内试验获取滑带土黏聚力c、内摩擦角后缘岩体抗拉强度t的力学参数并带入三维稳定性计算模型中，求得边坡稳定性系数及剩余下滑力。
实施例：本发明以长100米，宽60米，厚12米的小型泥岩边坡为例进行稳定性试算和评价。泥岩抗拉强度取3MPa，滑带土饱和状态粘聚力c取10kpa，内摩擦角取13.5°，后缘裂缝横向贯通50％，即30米，充水高度为4米，底滑面50％滑带土处于饱水状态，岩层倾角14°，安全系数取1.05。利用本公式计算得到边坡在暴雨工况下稳定性系数为1.03，剩余下滑力1623KPa，利用现有规范公式，后缘裂缝均充水4米，底滑面滑带土均采用饱水状态，计算结果分别为1.01和1925KPa，剩余下滑力增大302KPa，若采用抗滑桩工程进行支挡，工程投资将增加300余万元。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种顺层岩质边坡三维地质模型建立及稳定性评价方法，其特征在于，所述的顺层岩质边坡三维地质模型建立及稳定性评价方法包括以下步骤：
第一步，利用钻孔、探槽或天然露头揭露获取岩质边坡岩性、产状的特征，通过现场调查，统计斜坡岩体内结构面的分布、贯通程度、充水条件、深度、长度、张开度的特征参数，调查滑带土饱水状态；
第二步，通过三维地质建模软件根据上述的特征参数建立边坡三维地层模型；其中若边坡为层状岩体，则每层岩体均应建立模型，并通过颜色对不同块体进行区分，若为火成岩，则可把潜在滑面以上整体建立为一个块体；
第三步，在边坡三维地层模型中加入结构面、滑面的特征要素，构建边坡三维地质模型；
第四步，建立顺层岩质边坡三维稳定性计算模型
基于三维地质模型对边坡稳定性进行整体分析，其稳定性评价公式如下：
式中：τ-滑带土抗滑力(kN)；
T-后缘裂缝未贯通岩体拉力(kN)；
S-滑体下滑力(kN)；
-滑面内摩擦角(°)；
c-滑面黏聚力(KPa)；
θ-滑面倾角(°)；
t-岩体抗拉强度(MPa)；
U-底滑面扬压力(kN)；
V-后缘静水压力(kN)；
l(i)-单位滑块长度(m)；
b(i)-单位滑块宽度(m)；
h(w)-后缘水头充水高度(m)；
第五步，边坡稳定性评价
通过室内试验获取滑带土黏聚力c、内摩擦角后缘岩体抗拉强度t的力学参数并带入三维稳定性计算模型中，求得边坡稳定性系数及剩余下滑力。
2.根据权利要求1所述的一种顺层岩质边坡三维地质模型建立及稳定性评价方法，其特征在于：第二步中，所述的三维地质建模软件为EVS、Revit、Midas、Ansys、Autodesk。
3.根据权利要求1所述的一种顺层岩质边坡三维地质模型建立及稳定性评价方法，其特征在于：第三步中，还包括分析不同结构面对边坡稳定性的影响，具体为后缘裂缝是否具备充水条件、充水深度。
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