地质工程块体理论
堆积体边坡稳定性分析研究现状
堆积体边坡稳定性分析研究现状【摘要】我国西南地区地质灾害频发，与此同时，正在兴建和规划当中的大多数水利工程也正是在该地区，因此，水库堆积体边坡的滑动范围和稳定性成为移民选址、水库安全和水利工程经济效益考虑的焦点之一。
本文立足于西南水库岸堆积体边坡，从堆积体的成因类型、物质组成、特征和失稳形式入手，研究目前边坡稳定性的理论分析方法。
【关键词】堆积体；边坡；稳定性分析；研究现状0.引言我国是一个地质灾害十分频繁的国家，尤其是我国西南地区，不仅地质灾害数量多，而且灾种全。
其中崩塌、滑坡、泥石流等浅层表生地质灾害异常突出，分布有大量的由滑坡堆积、崩塌堆积、残积层、冰溃堆积、坡积物等组成的松散堆积体斜坡[1]。
与此同时，西南地区一系列大型乃至巨型正在建设或规划中的水电站相继开工建设，在复杂地质环境和大规模工程活动、水库蓄水及暴雨等复杂条件下，可能会有大量的水库库岸堆积体边坡发生变形甚至失稳破坏。
水库库岸堆积体边坡失稳的代价是巨大的。
斜坡或边坡作为一种人类不可回避的地学环境与工程形式，总是伴随着人类的工程活动，人类为了安全始终关注着边坡的稳定性。
一百多年来，人们对边坡变形过程、失稳形式、失稳机制、稳定评价及滑坡预测预报等进行了广泛的研究，借助数学、力学和计算科学理论与方法，试图对边坡的稳定、演化及滑坡的预测预报进行研究，并应用到工程实践中。
1.土坡稳定性分析理论研究现状1.1边坡稳定性分析现状边坡失稳作为普遍存在的工程问题受到国内外学者的重视。
对此课题的研究，国内外都经历了从实践积累到理论归纳，再实践，再归纳，并逐步总结提高的过程。
十九世纪末二十世纪初，随着发达国家的大规模土木工程建设，大量边坡工程问题、特别是滑坡问题随之产生，并造成了很大损失，人们开始应用材料力学和近代土力学的理论对边坡问题进行半经验、半理论的研究。
上世纪五十年代，我国学者引进了前苏联的工程地质分析的体系，继承和发展了地质历史分析法，着重研究边坡的工程地质背景和边坡类型的划分，以此进行边坡的工程地质类比分析，在滑坡的分析和研究中取得了一定的成果。
几种常用隧道围岩分类方法的综合运用
几种常用隧道围岩分类方法的综合运用隧道围岩是指隧道壁面周围的岩石体。
如何对隧道围岩进行分类是隧道工程设计和施工的重要任务之一、本文将综合介绍几种常用的隧道围岩分类方法及其运用。
一、工程地质分类方法工程地质分类方法是根据围岩的物理力学性质和工程性质对隧道围岩进行分类。
常用的地质分类法有ZT-RMR法、Q系统法和GSI系统法。
1.ZT-RMR法ZT-RMR法是采用岩石力学(Rock Mass Rating，简称RMR)作为分类基础的方法，包括围岩强度、岩层切理、围岩耐候性、地下水情况和围岩支护情况等5个方面，加权得出RMR值，进而划分围岩质量等级。
2.Q系统法Q系统法是根据岩体的er值（评估岩体性质的一种指标）和岩压条件进行分类。
Q值是由地质参数与地应力之间的关系确定的，可作为评价岩体质量的依据。
该方法常用于大断面软弱围岩的分类。
3.GSI系统法GSI系统法主要依据岩体透气性、风化程度、裂隙发育度等进行分类。
与RMR系统相比，GSI系统能够更准确地评估围岩的强度。
二、地质装置分类方法地质装置分类方法侧重于分析围岩的结构特征和变形特征，常用的方法有分级法、变形能力法和结构影响范围法。
1.分级法分级法是将围岩根据断裂、节理和裂缝等结构特征分为不同等级，进而评估围岩的稳定性。
等级越高，围岩越稳定。
2.变形能力法变形能力法是根据围岩的变形能力和岩体强度划分等级，以评估围岩的稳定性。
变形能力较大的岩体等级较高。
3.结构影响范围法结构影响范围法是划分围岩质量等级的一种方法，通过分析断层、节理等对隧道围岩稳定性的影响，判断结构影响的范围和等级。
三、地质力学分类方法地质力学分类方法是将围岩划分为若干力学单位块，并对每个力学单位块进行力学性质和破坏特征的分析。
常用的方法有块体理论法、松软加载法和相容加载法。
1.块体理论法块体理论法是将围岩划分为多个力学单位块，并对每个块体进行分析，如稳定性判断、破坏特征等，以评估围岩质量。
基于Unwedge裂隙岩体围岩块体稳定性及巷道轴向分析
基于Unwedge裂隙岩体围岩块体稳定性及巷道轴向分析武旭;郭奇峰【摘要】地下工程中,由裂隙切割形成的块体是影响岩体稳定性的主要因素.根据关键块体理论,结合围岩裂隙三维扫描及地应力测量结果,基于Unwedge程序对巷道块体稳定性及巷道轴线方向进行分析.计算结果表明,三山岛金矿某巷道走向北东55°,倾角0°,3组优势结构面与巷道临空面形成的块体最小安全系数为1.015,巷道块体掉落风险较大.施工过程中应避免该水平巷道轴向方位在北东57°~70°区间内.对于已经揭露的巷道围岩需进行有效支护,支护后的块体安全系数达到1.5以上,可以确保巷道稳定及工作环境安全.%In the underground engineering,the block formed by fractures is the main influence factor of the stability of rock mass. According to the key block theory and based on the Unwedge program,the block stability and the roadway axis di-rection are analyzed in combination with 3d scanning fracture data of surrounding rock and in-situ stress. The analysis results show that when the roadway trend is NE55o and the plunge is 0o,the minimum safety coefficient of the block formed by three groups of advantage structural planes and free surface of the roadway is 1. 105,the fall risk of roadway block is high. Therefore, during the processing of roadway construction,the roadway axial direction should be avoided in NE 57~70°. In view of the re-vealed surrounding rock,the block should be supported effectively and the block safety coefficient can be reached above 1. 5, the roadway stability and safety working environment should be ensured effectively.【期刊名称】《金属矿山》【年(卷),期】2017(000)008【总页数】6页(P63-68)【关键词】裂隙岩体;Unwedge程序;块体安全系数;巷道轴向;数值模拟【作者】武旭;郭奇峰【作者单位】北京科技大学土木与环境工程学院,北京100083;金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室,北京100083;北京科技大学土木与环境工程学院,北京100083;金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室,北京100083【正文语种】中文【中图分类】TD313巷道是地下施工中的主要工程，其稳定性对整个地下工程的安全、高效运行起决定性作用。
块体理论赤平解析法及其在硐室稳定分析中的应用_张子新
[ ]
2 n ×n
由式(7)便可求出 ( x1，y1，z1 ) ，于是可以求解出可动 块体重量： G = ∑ Viγ (8) 式中： γ 为岩体容重。 在求出可动块体重量及判断出可能的滑动模式 后，便可进行稳定系数计算。 (1) 可动块体垂直塌落时，稳定系数 η = 0 。 (2) 单面滑动时 G cos δ tan ϕ + ∆sc η= G sin δ (9)
{
}
• 1758 •
岩石力学与工程学报
2002 年
为了便于分析运算， 首先引入 “位置参量 ( Lij k)” 的概念。 ( xi − R tan α k sin β k ) 2 + L = sign 2 2 ( yi − R tan α k cos β k ) − R 2 cos α k
而四面体的顶点 ( x1，y1，z1 ) 可由构成四面体的 , 结构面方程求解。设结构面为 P k ，其方程 i ， Pj ， P 为 Ai x + Bi y + Ci z = Di Aj x + B j y + C j z = D j Ak x + Bk y + Ck z = Dk (7)
3 可动块体稳定系数计算
在判断出可动块体后，有必要进行稳定系数计 算，以确定可动块体的稳定性，首先必须计算可动 块体的重量。 可动块体可以划分为若干四面体，只要能计算 出四面体的体积，就可求出可动块体的体积，进而 求出其重量。 设四面体 4 个角点的坐标为 ( xi，yi，zi ) ，则其 体积为 x2 − x1 1 V = x3 − x1 6 x4 − x1 y2 − y1 y3 − y1 y4 − y1 z2 − z1 z3 − z1 z4 − z1 (6)
块体理论的研究进展
块体理论的研究进展马紫娟;郑龙;王文丽【摘要】块体理论是近几十年来发展起来的一种岩体工程稳定性分析方法.介绍了块体理论的基本概念,及其建立以来一些学者对其的研究进展,从而总结出块体理论下一步可能的发展方向,为块体理论更好地在岩体稳定性分析方面的应用起到积极的指导作用.【期刊名称】《甘肃科技》【年(卷),期】2016(032)008【总页数】3页(P55-57)【关键词】块体理论;概率关键块法;分形块体法;DDA【作者】马紫娟;郑龙;王文丽【作者单位】中国地震局兰州地震研究所,甘肃兰州730000;中国地震局兰州地震研究所,甘肃兰州730000;中国地震局兰州地震研究所,甘肃兰州730000【正文语种】中文【中图分类】TU45目前，分析岩体稳定性主要有两个思路，一个是将岩体作为连续介质，以弹塑性力学作为主要基础进行研究，另一个则是将岩体看作非连续介质进行研究。
前者以深入了解岩体本构为前提，引进了有限元、边界元等解题手段，在分析复杂的岩石工程应力场和位移场等方面取得了重大进展，解决了许多工程实际问题。
但为了更好地研究地下工程周围出现的岩石冒落、边坡滑动和岩层移动等课题，必须充分考虑岩体的非连续性[1]。
考虑岩体非连续性的方法主要有离散单元法、块体理论、刚弹元法等，其中块体理论以其分析过程简便快捷，结果又能直接用于工程需求的优点得到广泛应用。
对块体理论的基本概念和进展进行了综述，并提出了其今后可能的发展方向。
块体理论是由石根华和R.E.Goodman于20世纪80年代共同创立[2]。
该理论认为，岩体是由断层、节理裂隙、层面以及软弱夹层等结构面和坚硬岩块所构成的非均质非连续体，并做了以下假设：(1)结构面为无限大的平面；(2)结构面贯穿研究的岩体，即不考虑岩石块体本身的强度破坏；(3)结构体为刚体，不考虑块体的自身变形和结构面的压缩变形；(4)岩体失稳是岩体在各种荷载作用下，沿着结构面产生剪切滑移。
传统块体理论分析的基本方法是依据由几何拓扑学推导而来的两大基本定理——有限性定理和可动性定理排除所有的无限块体和不可动块体，再通过运动学分析，找出在工程力和自重作用下所有可能失稳的块体，采用极限平衡理论对这些块体进行力学分析，确定出荷载作用下不稳定的块体，即关键块体并根据分析结果给出支护措施。
块体理论赤平解析法的节理裂隙岩体破坏预测分析
向 Ｎｗ ， 倾 角 ８ 。 走 向 长 ５ ０ ３； ０ ｍ， 宽 ８ １ ｍ， ～ ０ 倾 向 延 伸 可 达 ７ ０ ８ ０ ，属 正 断 层 。 Ｆ 断 层 将 ０～ ０ｍ 。 矿 床 分 割 为 大 杏 山 和 小 杏 山 两 部 分 。 结 构 面 剖 面
图 见 图 １ 。
基金 项 目 ：国 家 “ 一 五 ” 科 技 支 撑 计 划 “ 天 转 地 下 相 互 协 调 十 露 安 全 高 效 开 采 关 键 技 术研 究 （ 号 ：２ ０ Ｂ ０ Ａ１ ） 编 ０ ６ ＡＢ ２ ７
常 必要 。在 区域 工 程 地 质 条 件 和结 构 面调 查 研 究 基 础 上 ，运 用 块 体 理 论 赤 平 解 析 法 分 析 了 巷 道 开 挖 面 在
Ｆ 断 层 、优 势 节 理 面 Ｊ 和 Ｊ 。的影 响 下 形 成 的 可 动 块 体 ，并 对 可 动 块 体 的 滑 动 形 式 进 行 了 研 究 。可 动 块 体 及 滑 动形 式 的研 究 ，为 巷 道 围岩 失 稳 预 测 及 其 支护 提供 了理 论 依 据 。
ｍ ｅ ｈｏｄ ｂａ ｅ ｉ ｌ ｋ ｔ ｏ ｙ ｔ ｓ ｄ Ｏ ｌ ｂ ｏｃ ｈｅ ｒ
Ｗ Ｕ ｏ ｗｅ ，ＣＡＩ Ｍｅ— ｅ ｇ Ｈａ — ｉ ｉｆ ｎ
（ ｃ ｏ ｌｏ ｖｌ ｎ ｖｒ ｎ ｎ ｇｎ ｅ ，Ｕｎｖ ｒｉｙｏ ｃｅ ｃ ｎ ｃ ｎ ｌｇ ｅｊ ｇ，Ｂ ｉｎ ０ ０ ３，Ｃｈｎ ） Ｓ ｈ ｏ ｆＣｉｉａ ｄ Ｅｎ ｉ ｍｅ ｔＥｎ ｉｅ ｒ ｏ ｉｅｓｔ ｆＳ ｉｎ ｅａ ｄ Ｔｅ ｈ ｏｏ ｙＢ ｉｎ ｉ ｅｊ ｇ １ ０ ８ ｉ ｉａ
５ ～ ５。 ０ ６ ；西 翼 倾 向 Ｓ ＥＥ；倾 角 ６ ～ ６ 。 向 斜 北 ０ ５。
块体理论在地下水封石洞油库围岩稳定性的分析与应用
块 体 理 论 在 地 下 水 封 石 洞 油 库 围岩 稳 定 性 的 分 析 与 应 用
朱 华 汪 飞２刘 阳 ， ， ， 张 洪 牛 庆 明 ，
（． １北京东方新 星石化工程 股份有限公司 ， 北京 １０７ ； ． ００ ０ ２ 河北大地建设科技有 限公 司，河北 石家庄 ００ ３） ５０ ５
ｔ ｅ ｋ ｙ ｂｏ ｋ ｉ ａｃ ｌｔｄ ｉ ｈ ｏ ｒｍ ．Ｏｎ ｔｅ ｗｈ ｌ ｈ ｅ ｌ ｃ ｓ ｃ ｕ ａｅ ｎ ｔ ｅｐｒｇａ ｌ ｈ ｏｅ，ｔｅ ｃ ｃ ｌｔｄ ｒｓ ｌｓａ ｅｂ ｓｃ ｌ ｏ ｆｒ ｄ ｗ ｔ ｃｕ ｏ ． ｈ ａ ｕａｅ ｅ ｕ ｔ ｒ ａ ｉａ ｙ ｃ ｎ ｏｍｅ ｈ ａ ｔ ａ ｃ ｎ ｌ ｌ ｉ ｌ
Ａｂｓｒ ｃ ：Ｆ ｒｔ ｅ ｕ ｄ ｒｒ ｕ ｄ ｏｌｓｏａ ｅ ｉ ｏ ｋ ｃ ｖ ｒ ｎ ｇ ｏ ｕ ｒｕ ｄｎ ｏ ｋ ｃ ｎ ｉ ｏ ｓ ｔ ｏ ａ ｌｃ ｎ ｔｂ ｌｔ ｔａ ｔ ｏ ｈ ｎ ｅ ｇｏ ｎ ｉ ｔｒｇ ｎ ｒ ｃ ａ ｅｎ ｉ ｏ ｄ ｓｒ ｏ ｎ ｉｇ ｒｃ ｏ ｄｔ ｎ ，ｉｓｌｃ ｌｂｏ ｋ ｉ ｓａ ｉｉ ｉ ｙ ｉ ｔｅ ｍａ ｎ ｄ ｓｒ ｃｉｎ ｔｐ ｓ ｈ ｉ ｅ ｔ ｔｏ ｙ ｅ．Ｉ ｒ ｅ ｏ ａ ａｙ ｉ ｈ ｏ ｓｂ ｌ ｙ ｏ ｏ ａ ｌｃ ｎ ｔ ｉ ｔ ｈｅ ｓ ｅ ｅ ｉ ｖ ｓｉａ ｉｎ ｉ ａ — ｕ ｎ ｏ ｄ ｒｔ ｎ ｓｓｔ ｅ ｐ ｓｉ ｉｉ ｆｌｃ ｌｂｏ ｋ ｉｓａ ｌ ｙ．ｔ ｃ ｎ ｎ ｅ ｔ ｔ ｓｃ ｒ ｌ ｔ ｂ ｉ ｇ ｏ ｌ ｄ ｏ ｔｔ ｄ ｏ ｔｔ ｏ ｓｂｅ ｂｏ ｋ，ｃ ｎｉｍ ｅ ｓｉ ｉｇ ｍｏ ｅ．ｆｅ ａｃ ｌｔ ｈ ｏ ｋ ｓａ ｉｉ ｏ ｆｉｉｎ ｔ ｅｉ ． ｆｅ ｕ ｏｆｎ ｕ ｅｐ ｓｉｌ ｌ ｃ ｉ ｈ ｏｆ ｒ ｔ ｌ ｎ ｄ ｈ ｄ ｈ ｎ ｃ ｕ ａｅ ｔｅｂｌｃ ｔ ｌ ｙ ｃ ｅ ｃｅ ｔｗｉ ｔ ｎ ｌ ｂ ｔ ｈ ｈ
利用块体理论对地下洞室稳定性的研究
董
利用块体理论对地下洞室稳定 Ｉ的研究 生
蒋 月 文 胡 义
（ ． 庆 市 市政 设 计 研 究院 ，重 庆 ４ ０ ２ ；２长 江 岩 土 工 程 总 公 司 ， 湖 北 武 汉 ４ ０ ０ ） １重 ０００ ． ５ ０ ０
பைடு நூலகம்
摘
要：随 着我 国近 几年 来加快 基础设施建 设 的逐 步实施 ，我 国西南地 区一 系列 大型地 下厂 房 式水 电站 已建和待建 。作
投 影 法 以 及 矢 量 分析 法 两 种 分 析 方 法 结 合 的 方 式 ，来 对 地 下 洞 室 围 岩 稳 定 性 进 行 分 析 。
关 键 词 ： 块 体 理 论 ；稳 定性 分 析 ；地 下 洞 室
Ｄ Ｉ １ ．９ ９ ｊｓｎ１ ７１ ５ ６２ １ ． １０ ８ Ｏ ： ５ ６ ／ ．ｓ．６ —６ ９ ． ０ １ ．０ ｏ ｉ １
ｌ 判 别 圭 厂 房 顶 拱 可 动 块 体
块 体 理 论 中 块 体 可 动 的 充 分 必 要 条 件 足 其 裂 隙 锥 （Ｐ 为非 空集 ，且 该裂隙 锥 （Ｐ Ｊ） Ｊ ）完 全 包 括 在 空 间 锥
（Ｐ 内， 用 数 学 语 言 表 示 即 为 ：Ｐ≠ ， ｝有 Ｊ Ｐ 。 Ｓ） Ｊ Ｉ ＰｃＳ Ｊ
（ ）Ｏ ８ ～ ０ １０ ， 本 段 顶 拱 围岩 分 类 主 要 为 Ｉ类 ２ ＋ Ｏ ＋ ２ｍ Ｉ
匿 岩 ， 其 主 要 优 势 裂 隙 有 以 下 四 组 ： ① Ｎ ５ ｗ Ｓ ７ ３。 ／ｗ ５
。
；
＠ Ｎ Ｓ ／ｗ ７ 。 ；＠ Ｎ ０ ／ Ｅ ０ ； ④ Ｅ ／ ６ 。Ｅ Ｎ ８ ６ 。Ｅ Ｓ ＿ 。 ／７ ｗｓ （ ）０ ２ ￣０ ８ ｍ 本 段 顶 拱 围岩 分 类 主 要 为 Ｉ 类 ３ ＋０ ＋０， Ｉ Ｉ
块体稳定性研究综述
中图法分类号 ： Ｐ ６ ４ ２
岩体 是一 种复 杂 的 地 质体 ， 通 常认 为岩 体 由岩块 和结 构 面两部 分组 成 ； 结构 面如 节理 、 断层 、 岩层 层 面 、
块 体 稳 定 性 的 影 响 进 行 了 阐述 。 指 出 了不 同方 法 所 具 有 的适 用性 和 优 缺 点 ， 阐 明 了在 今 后 的研 究 中 需进 一 步
改 进 和 深 化 的 方 向。
关
键
词： 地 下 洞 室 ；块 体 识 别 ；几何 可 动 性 ； 稳 定 性 分 析 ；岩 质 边 坡
信息 ， 快速 准 确地识 别 不 稳 定 岩 块 ， 确 定 其 空 问分 布 、 体积 及稳定 性 ， 一 直都 是水 电工 程 中大型地 下洞 室 、 高
边坡 所面 临 的难题 之 一 。
石根 华认 为地 下 洞 室 或边 坡 开 挖 后 ， 结 构 面 和 临
空 面 的切 割 引起 的塌 滑体 可分 ２种 ： ① 在 临 空 面上 直
Ｊ ｕｎ ｅ， ２０１ ７
块体 稳 定 性 研 究 综 述
肖 云 华， 许 琦 ， 刘 冲 平， 张 熊， 郝 喜 明， 魏 雨 军
（ 长 江 三 峡 勘 测 研 究 院有 限公 司 （ 武汉）， 湖北 武汉 ４ ３ ０ ０ ７ ４ ） 摘要 ： 块 体 理 论 由于 能 较 合 理 地 分 析 岩 石 块 体 沿 结构 面 的 滑 动 力 学 问 题 ， 一 直 是 岩 质 边 坡 及 地 下 洞 室 中 工 程 岩 体 稳 定 性 分析 的 主要 方 法 之 一 。在 国 内外研 究 的 基 础 上 ， 分 别 阐 述 了块 体 的 几 何 识 别 、 可 动 性 判 断及 稳 定
工程中块体的强度、刚度和稳定性分析
工力09-1班
焦波波 李海东 高清毅 邓戎龙
第一节 块体理论
1.1块体理论介绍 1.2块体的分类 1.3块体理论的基本假设
1.1块体理论介绍
块体理论是基于自然界中岩体(含大量结构面的岩石所组成的 结构体)针对过去将岩体作为弹性的均质连续体而提出的一种完全 不同的认识。块体理论认为，岩体是被断层、节理裂隙、层面以 及软弱夹层等结构面切割许多坚硬岩块所组成的结构体而形成的 非均质连续体。运用该理论对岩体进行稳定分析时，把岩体看作 是刚性块体组成的结构体，破坏机理为刚性块体沿软弱结构面滑 移，力学模型为刚性平移。
引入内摩擦角，并定义 f tan ，这个准则在平面上 是一条直线。当此应力圆与式(3-1)所表示的直线相切时， 即发生破坏 。 根据材料力学： ( 1 3 ) ( 1 3 ) cos 2
1 ( 1 3 ) sin 2 2 库仑准则在主应力平面上的表示:
第三节 块体的强度及刚度计算
3.1强度及刚度介绍 3.2岩石的强度理论 3.3岩体的强度分析
3.1强度及刚度介绍
强度是指材料承受外力而不被破坏(不可恢复的变形也属 被破坏)的能力.根据受力种类的不同分为以下几种: (1)抗压强度--材料承受压力的能力。 (2)抗拉强度--材料承受拉力的能力。 (3)抗弯强度--材料对致弯外力的承受能力。 (4)抗剪强度--材料承受剪切力的能力。
摩尔库伦准则在主应力平面上的关 系
对于莫尔—库仑准则，需要以下指出三点： （1）库仑准则是建立在实验基础上的破坏判据。 （2）库仑准则和莫尔准则都是以剪切破坏作为其物理 机理，但是岩石试验证明：岩石破坏存在着大量的微破 裂，这些微破裂是张拉破坏而不是剪切破坏。
基于块体理论岩体稳定性分析及三维数值模拟研究
２ Ｊ ａ ｇ ｉ ａ ｏ ｏ ｉａ ｕ ｅ ｕ ． ｉ ｎ ｘ Ｃｏ ｌＧｅ ｌｇ ｃ ｌＢ ｒ ａ ，Ｎａ ｃ ａ ｇ ３ ０ ０ ， Ｃｈｎ ） ｎ ｈ ｎ ３ ０ １ ｉａ
Ａｂ ｔａ ｔ ｓｒｃ ：Ｔｈ ｌｃ ｈ ｏ ｙ ｏ ｉｃ ｕ ｔｄ ｆｒ ｔ ｎ ｍｅｈ ｄ ｉ ｉｔｏ ｕ ｅ ． Ｂ ｓ ｄ ｏ ｈ ｒｊｃ ａ ｋ ｅｂｏ ｋ ｔ ｅ ｒ ｆｄ ｓｏ ｎ ｅｏ ｍａｉ ｔｏ ｓ ｎｒ ｄ ｃｄ ｏ ａ ｅ ｎ ｔ ｅｐ ｏ ｔｂ ｃ ｅ
ｂｌ ｋ ａ ｅ ａ ａ ｙ ｅ ｏｃ ｒ ｎ ｌ ｚ ｄ． Ｆｏｒｔ ｏ ｋ ｓ ｒ ｏｕ ｈｅ ｒ ｃ ｕ ｒ ｎｄｉｇ ｉ ｉｓ ａｂｌｔ ｎ ｓ ｎ ｔ ｉｉｙ， Ｓ ｈｅ ｇｒ ｔｎ ｎｄ ｂ ｔｎ ｅ ｈｏ ｓ ｓ ｄ ｔ Ｏ ｔ ｏｕ ｉ ｇ ａ ｏｌｉｇ ｍ ｔ ｄｓ ｉ ｕ ｅ ｏ ｓ ｐｏ ｔｎｇ ｔ ｅ ｃ ｌａ ｓｎｇ． Ｔ ｈ ｕｐ ｒ ｉ ｈ ｏ ｌ ｐ ｉ ｅ ３ＤＥＣ ｅ ｈ ｓ ｕ ｅ ｔ ｒｆ ｈｅ ｅ ｆ ｃ ｆｓ ｐｏ ｔｎｇ ｍｅｔ ｏｄ ｍ ｔ ｏｄ ｉ ｓ Ｏ ｖｅ ｉｙ ｔ ｆｅ ｔｏ ｕｐ ｒ ｉ ｈ ． Ｋｅ ｗｏ ｄ ｙ ｒ ｓ： ｂｌ ｋ ｈ ｏｒ ｏｃ ｔ ｅ ｙ； ＢＳ ； Ｕ ＮＷ ＥＤＧ Ｅ； ｋｅ ｆ ａ ｔ ｌ Ｔ ｙ ｒ ｃ ａ ｂｌ ｃ ｏ ｋ； ｒ ｉ ｏｒ ｅ ｅ ａ ｓ ｅｎｆ ｃ ｍ ｎｔ ｎｄ ｕｐｐ ｔｎｇ； ｏｒｉ ３ ＥＣ ｉ ｌａｔｏ Ｄ Ｓｍ ｌ ｉｎ １
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块体理论在某水电站楔形体稳定性分析中的应用
２１ ０ ０年 １ 月 ０
资 源 环 境 与 工程
Ｒｅ ｏ ｒ ｅ ｓ ｕ ｃ ｓＥｎｖｒ ｎ ｎ ｉｏ ｍｅ ｔ＆ Ｅｎ ｉ ｅｉ ｇ ｇｎｅ ｒｎ
ＶＤ．２ Ｎｏ １ ４． ．５ Ｏｃ ．２ ０ ｔ ， ０１
块体 理 论在 某 水 电站 楔 形体 稳 定 性分 析 中的应 用
（ ）裂 隙面 ２ ２ ０ ２ ０ Ｌ２ 。 ３ 。 间距 １０— ２ ：８ 。一 ９ 。 ５ 一 ５ ， ．
楔形 体 ， 本文运用块体 理论 的全空 问赤平投影 法判 断其 滑动模式 ， 并采用矢 量分析法对 其进行 了稳定
分析 。
１ 块体理论方法概述
块 体理论 首先将 结构 面和开挖 临 空面看 成 空 间平
某水 电 站 厂 房 后 边 坡 坡 高 约 １０ ｍ， 坡 走 向 ７ 边
岩体 的开挖 ， 得暴露在 临空面上 某些块 体失去 原 使
始 的静 力 平 衡 状 态 ， 因而 造 成 某 些 块 体 先 沿 着 结 构
面滑移 、 失稳 ， 进而产 生连锁反应 ， 成岩 体工程 的 ２０ ； 造 ８ 。组成边 坡 的岩 性 为 紫 红 色 钙 质 泥 岩 、 砂 质 泥 粉 破坏 。块体理论 …能较好地分析此类局部块体失稳 岩 、 岩 、 泥 泥质 粉砂 岩夹石 英砂 岩 、 质细 砂 岩 ， 钙 以较软 引起 连锁 反 应 的破 坏 模 式 ， 一 方 法 被 引 入 国 内后 ， 岩为主， 这 具有失水风化崩解性 。岩层产状 ２０ ～ ７ 。 ６ 。 ２０
张 涛 ，朱 伟 ， 闫思泉 ，高 旭 辉
（ 河勘 测 规 划 设 计 有 限公 司 ， 南 郑州 黄 河 ４ ００ ） ５０ ３
块体理论在隧道围岩稳定分析中的应用
处于稳定状态 Ｊ 。通过计算净滑动力 Ｆ的值 ， 从而确定关键块体 。
ｌ
Ｉ
２ 块体 理 论分 析隧 道 围岩稳 定性
某分离式公路 隧道南北走 向 ， 净宽 １ Ｏ ． ７ ５ ｍ， 净高 ５ １ ２ １ 。根据 地质测量与概率 统计 ， 该 隧道 主要有 三组优 势结 构面 ， 其参 数取
是影 响岩体整体稳定性 的关键 因素 ， 往往在施工 及运 营过程 中造
＋ ５
成 灾害 Ｊ 。在分析 围岩 稳定性 时 ， 可 主要对 这些 失稳块 体进 行
分 析和加 固， 就可 以确保整个工程岩体 的稳定 。
ａ ） 块体直接掉 落
ｂ ） 块体 沿单 面下滑
Ｃ ） 块体 沿双面 下滑
３
３ ２ ８
８ ４
ｃ＝０， （ ｂ＝３ ０ 。
根据可动块体 判别 标准 ， 在 隧道 的顶部 、 两 侧及底 部形 成如 图３ 所示的关键块体 。由于块 体 １ ， ２ 在底 部 ， 属稳定块 体 。因此
表 ２ 关键块体的几何特征
块体 滑 动方式
， ５ ， ７ ， ８ 进 行加 固 ， 其块体特征如表 ２所示 。 非全部是 可移 动的 ， 如果 只 由结构 面形成 的裂 隙锥 为有 限 ， 由临 主要对块体 ４
体积 ３ ． ４ ０ ８ １ ． ３ ５ ３ 重量 ８ ． ５ ２ Ｏ ３ ． ３ ８ ２
４ ５ ７ ８
单 面滑动 双 面滑 动 单 面滑动 直接掉 落
１ ． ３ 关键 块 体 的运动 学分析
以上都是纯几何学 的论述 ， 接下 来从运 动学 的角 度对 可动块 体进 行分析 。作用 于可 动块 体上 的力有 ： 主动力 合力 ， 、 滑动面上
水电站地下洞室块体稳定性研究
水电站地下洞室块体稳定性研究【摘要】目前，由于我国近些年水电工程施工数量较多，很多工程环境各不相同，因而影响水电站地下洞室安全的因素也逐渐的增大，其中块状的稳定性是影响水电站地下洞室安全的主要因素。
所以，在进行地下洞室开挖时，对于地下洞室的整体稳定性研究是十分重要的，本文通过对地下洞室和岩体应力变化的主要内容进行简要的分析，对地下洞室块体的稳定性进行了一定的研究。
【关键词】水电站；地下洞室；岩体应力；块体；稳定性在水利工程中，地下洞室的开挖有着十分重要的意义，它的安全问题直接关注到整个水利工程的质量，因此在进行地下洞室开挖的时候，我们必须要保证对地下洞室的各个工程环境因素进行勘察，确保地下洞室的安全性得到保障，这样也有利于我国水利工程的发展。
其中岩块的稳定性是影响水利工程地下洞室安全的重要因素，而岩体的稳定性和地下洞室岩体的应力变化有关，因此我们进行分析讨论的时候，一定要对其地下洞室的岩体应力进行一定程度的分析。
下面我们就以实际案例为例来对其进行系统的分析和处理。
1.地下洞室的概述地下洞室泛指于在地表以下岩土体中修建的各种形式和用途的建筑。
地下洞室是岩土工程中的重要组成部分，广泛应用于工业与民用建筑、交通、采矿、水利水电、国防等部门，如作为地下工厂、交通隧道、矿山巷道、水电站地下厂房、地下商场、储备仓库、地下防空洞等等。
地下洞室的共同特点是：都建设在地下岩土体内，具有一定断面形状和尺寸，并有较大延伸长度。
地下洞室的断面形状一般有曲线型、折线型和两者的组合型。
地下洞室断面形状的选择，应考虑洞室的用途和服务年限、洞室的围岩性质、岩土体地应力的分布特征；洞室的支护或衬砌方式和材料等因素综合确定。
一般地来讲，曲线型洞室（圆形、椭圆形和马蹄形等）的稳定性较好，对周围岩土体的稳定有利。
折线型洞室（矩形、方形和梯形等）的断面利用率高、施工方便、开挖工艺简单。
洞室的尺寸主要取决于洞室的用途，一般性隧道高（或宽）在 3 m-5m，有些可达20m以上，而地下厂房的断面则要大得多，一般高度可达60m-70m，宽度在20m-35m之间。
块体运动工程地质
崩落的
多种形式 陷 落
崩 落 物
控制块体运动发生的因素
发生条件和发育因素 １. 山坡的陡度及其表面构造——峡谷地区坡度达到55—
75°，高度超过30米，较易发生崩塌。如山坡表面凹凸不平， 突出部分可能崩塌。
2.岩石性质和节理程度——。
①如果高陡边坡是由软硬岩石互层，软岩层易风化，硬岩层 则会失去支持而引起崩塌
焙烧
崩塌（崩落)
斜坡前缘的部分岩体被陡倾的结构面分 割，并突然脱离母体，翻滚而下，造成 岩块互相冲撞、破坏，最后堆积于坡脚 而形成岩堆，这种过程与现象称为崩塌。
按规模大小可分为：山崩、落石。
崩塌（崩落)
崩塌发生条件
1.山坡的坡度及其表面的 构造 2.岩石性质和节理程度 3.地质构造
散
坠
落
落 落翻
润滑作用 5.其他条件风吹、雷电轰击，使块体受到短暂的推力。地震、 人工爆破、震动、掏蚀使块体下部失去支撑。
崩落物的堆积（地貌）
倒石堆——崩落下一步来的碎屑在平 缓的坡脚下堆 积成为不规则的锥形体。（ 堆积物大小混杂，颗粒棱角状，岩性与斜坡 一致）。
山区雨季山坡 上极易发生
各种崩落物
倒石堆
倒石堆
之间的动量 是渐变的，属粘滞性运动。
蠕动
冻－融交替时斜坡上颗粒的移动
蠕动中滑动体和不动体是渐变的
泥石流：含大量泥沙、石块等固体物质的特殊洪流。
按固体碎屑的成分分类：
① 泥水流型泥石流——固体物质以粉砂、粘土为主，含水量 达30%的稠状流体，常见于黄土地区。
② 水石流型泥石流——棱角状的石块与水的混合流体。
③ 泥石流型泥石流——大量的泥沙、石块被水充分饱和的粘 性流体顺坡快速流动。
五讲、块体力学
有限性定理
设某凸块体由n个半空间的交集构成，平移各 半空间界面使之通过座标原点而形成棱锥；若棱 锥为空集，则相应的凸块体为有限；反之，若棱 锥为非空集，则相应的凸块体为无限。
块体有限的充分必要条件是：裂隙锥与开挖锥 的交集为空集：
JP EP
棱锥为非空集的含意是，组成棱锥的各半空 间存在公共域。这类棱锥称为非空棱锥。根据有 限性定理，非空棱锥相应于无限块体
② 滑动面上法向反作用力 N。 ③ 切向摩擦力合力 T 。
ˆ T N L tanl s
L
ˆ s -块体的运动方向；
④ 滑动面上虚设切向力 F 。
φL-结构面L的内摩擦角。
ˆ ˆ r N L vL T F s 0
L
若F＞0，即净滑动力为正值，则该可动 块体为关键块体。
②块体的运动方向 s 使i以外各结构面与岩体脱开。 ˆ
ˆv ˆ s·L 0
（3）沿双面滑动
块体同时沿平面i和j滑动 岩体脱开。
接触且运动方向 s 使块体除i和j以外，各结构面都与 ˆ
ˆ v ˆ s j ·i 0
ˆ v ˆ si ·j 0
ˆv ˆ s·L 0
r
必须使块体与滑动面i和j
现代岩体力学
第五讲 岩体的基本力学性能
块体力学
1. 绪论
1.1 块体理论的基本概念 在坚硬和半坚硬地层中，岩体被结构面切割成各种类 型的空间镶嵌块体。在自然状态下，这些空间块体处于 静力平衡状态。当进行边坡、地基以及地下洞室的人工 开挖，或对岩体施加新的荷载后，使暴露在临空面上某 些块体失去原始的静力平衡状态，因而造成某些块体首 先沿着结构面滑移、失稳、进而产生连锁反应，造成整 个岩体工程的破坏。我们称这种首先失稳的块体为"关 键块体"。块体理论的目的就是研究上述岩体结构模型
地质学基础(第十七章：块体运动)
三、其他因素作用
还受诸如山坡坡角、地形地貌、地质构造、岩土体结构和人
类活动等多种因素影响。
© 2012, Henan Polytechnic University
普通地质学---块体运动
第十七章
第一节
第二节
块体运动
影响块体运动的主要因素
块体运动的类型
第三节
相关地质灾害及其防治
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普通地质学---块体运动
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辽宁 甘肃 四川 重庆 贵州 云南
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普通地质学---块体运动
第二十章
第一节
第二节 第三节 第四节 第五节
© 2012, Henan Polytechnic环境地质学的一般概念
城市的兴衰与地质环境 人类健康与地质环境 废物处理的地质环境 人为地质作用
第二节
块体运动
影响块体运动的主要因素
块体运动的类型
第三节
相关地质灾害及其防治
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普通地质学---块体运动
第十七章
第一节
第二节
块体运动
影响块体运动的主要因素
块体运动的类型
第三节
相关地质灾害及其防治
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块体理论的发展
1 块体理论的产生和基本原理
块体理论是70年代由石根华提出的。
1985年春, 石根华与美国R.E.Goodman 出版了专著, 这标志着块体理论作为岩体工程分析的一种有方法己得到公认。
我国不少学者撰文把这一理论介绍到国内，刘锦华等(1985年) 还出版了系统介绍该理论的小册子。
这些工作无疑推动了块体理论在我国的初步应用。
在国外, 已有许多介绍该理论的论文以及该理论在工程实践中应用的报道。
块体理论作了如下假说:（1）结构面为平面并贯穿研究的岩体;（2）结构体为刚体;（3）岩体破坏沿结构面产生剪切滑移。
块体理论中有2个基本定理, 即有限性定理和可移性定理。
这2个基本定理已给予了严格的数学证明, 是块体理论的基本核心。
应用块体理论的目的是寻找开挖临空面上所有可动块体中的关键块体。
对于要求保持开挖稳定的岩休工程, 应保证关键块体在完全暴露之前加以处理使其
稳定。
块体理论的破坏准则为关键块的稳定性, 这与工程地质中的突破观点是一致的，可以归结为极限平衡法的范畴。
采矿中有一种自然崩落法, 这种方法则是使关键块大而多并保证崩落时形成适当的块度。
块体理论的两种研究手段—矢量运算法和赤平投影法，在具体应用时是十分简便的。
石根华对矢量分析法用BASIC 语言编制了大量程序, 在微机上运算,可以自动给出全部判断和计算结果; 赤平投影法的运用既简便又直观, 仅需圆规和直尺作图或微机绘图。
这2 种方法很易被工程技术人员接受, 并能直接用于施工现场。
块体理论的研究对象是具有明显滑动面的空间岩体运动, 这种运动局限于
平行移动,而不能考虑岩体的倾覆; 块体理论考虑了结构面间的杭剪强度, 但不能考虑岩块本身的强度破坏和变形。
林德璋(1987年) 提出了另一种块体分析方法。
该方法在确定块体的几何参数时采用了代数拓扑学中同调论的方法, 另外,林氏考虑了块体的倾倒旋转, 为确定第一块块体脱落后的后续运动的块体, 林氏采用了树状结构.
2 不连续变形分析(DDA)
块体理论是以刚体的平移运动为出发点。
将块体理论与岩体的应力、应变分
析结合起来, 这就是石根华的不连续变形分析(DDA)。
在美国25届岩石力学会议上( 1984年) ,石根华等人提交了“不连续变形分析”的论文；作者介绍的是一种反分析方法, 其思想是仅从一些变形测量数据就可以给出复杂岩体的行为模式, 在计算机中输人测点的坐标和位移以及结构面信息, 计算得出块体的平移, 转动和应变。
1988年, 石根华完成了题为“二维不连续变形分析—岩体系统一个新动静数值模型”的博士论文, 1990年石根华又撰文对该法作了发展和总结。
这时候, 不连续变形分析已发展成为一种正算法, 并已脱离了纯几何分析的束缚。
DDA是在假定位移模式下, 由弹性理论位移变分法建立总体平衡方程式, 通过施加或去掉块体界面刚硬弹簧, 使得块体单元界面之间不存在嵌人和张拉现象,由此满足位移边界条件。
DDA已克服了单纯几何分析方法的不足，能够考虑结构体的变形和位移，特别适合于模拟岩体移动的不连续大位移行为。
DDA与有限元法的不同之处是: 单元界面之间的变形可以是不连续的；单元形可以是任意的凸形, 凹形或组合多边形；单元之间的接触不一定要求角点与角点的接触；未知数是所有块体自由度的总和。
DDA与Cundall的离散元法也有不同之处，DDA是一种位移方法, 离散元法是一种力法。
在国内, 长江科学院(1991年) 根据DDA理论也已成功地编制了相应的程序, 并把该程序用于三峡船闸边坡开挖变形研究,也已取得了初步成果。
3 块体理论与其他方法的结合
像其他理论一样, 块体理论既有其独到的优点, 也有许多局限性。
为了使这种理论方法更真实更方便地模拟工程现实, 国内外已有许多学者把其他方法引人到块体理论中, 使块体理论和其他方法有机地结合, 发挥每一种方法的优点。
概率关键块模型(Chan，1984；石根华等,1985；Chan和Goodman，1987) 是通过模拟开挖面上交又节理形迹，计算形迹之间的交又, 最终确定关键块形迹。
节理形迹展示法，是把三维图形展开成为二维节理形迹挖面图。
可移块体的形迹是一个封闭环路, 通过消去非环的树枝和最大可移块体基本环路域外的环路, 根据行进方向确定块体边界, 这样可以确定最大关键块体的分布, 再引人摄动方法, 这种寻找实际上变成了一维问题。
给定平均节理长度, 间距及岩桥长度,
并假定节理遵循某种分布, 最终可以求出最大关键块的概率分布。
裴党民等(1990年) 用形迹展示理论分析了某水电站地下厂房洞室的关键块体。
David等(1991)运用了有限元与关键块体联合的方法求解关键块的稳定性, 首先利用块体理论找出关键块体, 然后在关键块以外的区域采用有限元法求解; 在关键块与有限元域交界处采用刚硬弹簧以防嵌人, 并遵循摩尔一库仑摩擦准则; 研究了在动静力荷载作用下关键块的稳定性。
陈胜宏等（1991）假定结构体仍为刚性体, 引人了结构面的弹粘塑性变形性质和渗流性质, 形成了弹粘塑性块体理论的分析方法。
这种充分模拟结构面的方法正是从块状岩体破坏受结构面控制的观点着手, 有着重要的意义。
4 结语
尽管近期的发展已逐步考虑结构面的物理力学参数, 但是仍没有考虑结构面的密度,尺寸、扩容等效应; 块体理论的适用范围很窄, 因为满足3个假定的岩体实际上并不多；块体理论中也没有办法考虑岩石非贯通结构面在压剪应力作用下的断裂, 即由凹块体向凸块体的转化。
针对以上不足, 今后可能在以下几个方面得到发展:
（1）将出现更符合现实的节理模型, 损伤断裂的引人可能有比较大的意义；加强对结构面几何形貌和力学性质, 尺寸效应的研究是十分必要的。
（2）各种数值方法将与块体理论互相结合, 取各自之长, 避各自之短; 现代数学, 如随机场、系统分析、流形等将引人到块体理论之中。
（3）块体理论的使用范围将会逐渐拓宽,适用性增强。