基于離散元強度折減方法的巖質邊坡穩定性參數分析

鄭曉妍

摘?要：本文首先簡略引出了巖質邊坡穩定性分析的重要性，其次概述了離散元強度折減方法在巖質邊坡穩定性分析中的優越性，最后簡單分析了結構面參數（結構面剛度系數、結構面內摩擦角、結構面粘聚力）對巖質邊坡穩定性的影響。

關鍵詞：離散元;UDEC;強度折減;巖質邊坡;參數分析

隨著社會的發展，露天礦山的開采持續向大規模發展，深度與坡高也逐步增加，邊坡失穩現象層出不窮，涌現出一系列亟待解決的問題[1]，給人民的生命財產安全帶來重大威脅，正確進行巖質邊坡的穩定性分析是解決問題的重要途經。

1 離散元強度折減方法

存在于實際巖體中的復雜結構面給巖質邊坡的穩定性分析帶來巨大困難[2]。極限平衡法不能正確評價巖體的變形特征，有限元法無法動態模擬整個邊坡破壞過程，相較而言離散元強度折減方法能真實表達節理巖體的幾何特征，便于處理非線性變形和破壞都集中在節理面上的巖體破壞問題[3]，結合UDEC強大的內置程序語言FISH自編節理模擬函數，更容易實現巖質邊坡的穩定性安全系數計算，利于進行影響巖質邊坡穩定性的結構面參數分析[4]。

2 巖質邊坡穩定性的結構面參數分析

雖然離散元強度折減方法在巖質邊坡穩定性分析中具有優勢，但它與以往的極限平衡法或者有限差分強度折減法相比，計算安全系數時需要更多的參數，因而參數分析對離散元強度折減方法的發展顯得尤為重要[5]。下面主要對結構面剛度系數、結構面內摩擦角和結構面粘聚力與巖質邊坡穩定性之間的關系進行分析。計算分析過程采用一個簡單的邊坡模型，坡高260m，坡度55°，模型中的巖體被表示為可變形的Mohr-Coulomb材料，其不連續行為表現為Coulomb節理材料，模型中可變形塊的最大區域大小為15m。邊坡具有兩組節理，節理組一傾角45°，間距20m，節理組二傾角-60°，間距30m。巖體平均密度為2600KG/m3，體積模量K=6.3GPa，剪切模量G=3.6GPa，粘聚力c=650KPa，內摩擦角=43°。

2.1 結構面剛度系數

本節主要研究結構面剛度系數對邊坡穩定性安全系數計算結果的影響，取結構面內摩擦角=40°，粘聚力c=0KPa。由表1和圖1可知，隨著結構面剛度系數的遞增，安全系數只是在一個較小的范圍內隨機波動，因此，結構面剛度系數對安全系數的計算結果影響不大。

2.2 結構面內摩擦角

本節主要研究結構面內摩擦角對邊坡穩定性安全系數計算結果的影響，取Kn=1GPa，Ks=1GPa，結構面粘聚力c=0KPa。由表2和圖2可知，結構面內摩擦角與穩定性安全系數是基本線性關系，結構面內摩擦角越大，邊坡穩定性安全系數越高，符合我們已知的基本常識。

2.3 結構面粘聚力

本節主要研究結構面粘聚力對邊坡穩定性安全系數計算結果的影響，取Kn=1GPa，Ks=1GPa，結構面內摩擦角=40°。由表3和圖3可知，結構面粘聚力與穩定性安全系數是基本線性關系，結構面粘聚力越大，邊坡穩定性安全系數越高，符合我們已知的基本常識。

3 小結

巖質邊坡中含有大量不同構造的結構面，這些結構面往往能控制巖質邊坡的破壞模式。離散元強度折減方法在處理巖體破壞問題時能具體地表達其破壞特征，結合應用UDEC內置程序語言FISH，分析結構面系數與巖質邊坡穩定性之間的關系，得出以下結論：邊坡穩定性安全系數與結構面剛度系數關系不大;與結構面內摩擦角、結構面粘聚力呈線性相關，隨著二者的增大而增大。

參考文獻：

[1]丁參軍，張林洪，于國榮，等.邊坡穩定性分析方法研究現狀與趨勢[J].水電能源科學，2011，29（8）：112-114.

[2]孔不凡，阮懷寧，朱珍德，等.邊坡穩定的離散元強度折減法分析[J].人民黃河，2013，4：1000-1379.

[3]雷遠見.順層邊坡穩定性分析[D].中國科學院研究生院，2006.

[4]Mathew Fournier.Investigations Into the Shear Strength Reduction Method Using Distinct Element Models[D].The University Of British Columbia，2008.

[5]雷遠見，王水林，等.基于離散元的強度折減法分析巖質邊坡穩定性[J].巖土力學，2006，27（10）：1693-1698.