节理岩体关键块体稳定的概率分析_张瑞新
基于块体理论的围岩稳定性分析及数值模拟研究
基于块体理论的围岩稳定性分析及数值模拟研究段会玲;李廷春;吕连勋;陈佃浩【摘要】The integrity of rock and development degree of joint and fracture are the two main factors which influence the stability of surrounding rock, the potential failure block will cause problems such as fall-block, spalling, sliding and even collapse.Taking Xiaosanchakou tunnel as an example, by the means of combination of surrounding rock structure analysis and numerical simulation method based on the theory of block, the potential unstable region was posited, the movable block was found and the key block was determined from the angle of rock mass structure characteristic.And an in-depth analysis was make on instability deformation of surrounding rock, reveals the deformation and stress characteristics of surrounding rock without supporting conditions.The results showed that the development of jointed rock mass, bad combination caused by joint surface cutting each other and poor rock mass structural plane combination are the fundamental reasons of surrounding rock instability;the movement of key blocks is the direct cause of instability of surrounding rock.%岩体的完整性及节理裂隙的发育程度是影响围岩稳定性的主要因素.潜在失稳块体将引起围岩掉块、剥落、滑移甚至坍方等失稳现象.以小三岔口隧道为依托,基于块体理论研究,借助围岩结构分析和数值模拟相结合的方法,从岩体结构特征入手,定位隧道开挖潜在失稳区域,寻找可动块体,确定关键块体,深入分析围岩失稳变形模式,揭示无支护条件下围岩的变形、受力特征并提出针对性施工建议.研究结果显示:岩体节理裂隙发育、节理面相互切割成不利组合和岩块结构面结合性差是围岩失稳的根本原因;关键块体的运动是造成围岩失稳的直接原因.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2016(016)033【总页数】8页(P267-273,296)【关键词】围岩;隧道工程;稳定性;块体【作者】段会玲;李廷春;吕连勋;陈佃浩【作者单位】山东科技大学,山东省土木工程防灾减灾重点实验室,青岛266590;山东科技大学,山东省土木工程防灾减灾重点实验室,青岛266590;北京市勘察设计研究院,北京100038;山东科技大学,山东省土木工程防灾减灾重点实验室,青岛266590【正文语种】中文【中图分类】TU457围岩稳定性是影响隧道建设及其他洞室开挖过程施工安全的关键因素。
岩石力学研究最新进展报告
岩石力学研究新进展报告姓名：XXX学号：XXXXXXXX专业：岩土工程岩石力学研究新进展报告1 引言时光如白驹过隙，一学期的《XXXXX》课程在不知不觉间结课了。
这一学期的学习，使我在岩石力学方面有了很大的启发，特别是分形理论在岩石力学中的应用令我神往。
下面我对岩石力学研究的新进展做简要报告。
岩石力学可以作为固体力学的一个新分支，用以研究岩石材料的力学性能和岩石工程的特殊设计方法。
岩石力学经过近50年的发展，在土木工程、水利工程、采矿工程、石油工程、国防工程等领域都得到了广泛的应用，随着科学技术的进步，岩石力学涉及的领域会进一步扩大。
岩石力学是一门内涵深，工程实践性强的发展中学科。
岩石力学面对的是“数据有限”的问题，输入给模型的基本参数很难确定，而且没有多少对过程（特别是非线性工程）的演化提供信息的测试手段。
另一方面，对岩体的破坏机体还不能准确的解释。
岩石力学所涉及的力学问题是多场（应力场、温度场、渗流场、甚至还存在电磁场等)、多相（固、液、气）影响下的地质构造和工程构造相互作用的耦合问题。
这就表明，工程岩体的变形破坏特征是极为复杂的，其大多数是高度非线性的。
目前，岩石力学的许多数学模型是不准确和不完整的，可以广泛接受和适用的概化模型并不多。
基于此，近年来，多种数值方法、细观力学、断裂与损伤力学、系统科学、分形理论、块体理论等在岩石力学中的应用以及各种人工智能、神经网络、遗传算法、进化算法、非确定性数学等域岩石力学的交叉学科的兴起，为我们提供了全新和有效的思维方式和研究方法，更能激发研究者的创新精神，这也为突破岩石力学的确定性研究方法提供了强有力的理论基础[1]。
本报告主要对分形岩石力学、块体岩石力学、断裂与损伤岩石力学和岩石细观力学四部分的研究新进展做简要报告。
由于时间和精力有限（最近导师安排的任务非常多，而且要准备英语和政治期末考试），每部分内容除第一大段的研究新进展综述外，只对近几年的三篇比较好的文献做分析说明，包括两篇中文学术论文和一篇外文学术论文，这12篇学术论文我都比较仔细的看了。
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
节理发育特征与岩体稳定性的关联分析
节理发育特征与岩体稳定性的关联分析概述岩石中的节理是岩体中的裂隙或裂纹，对岩石的稳定性和力学性质有着重要影响。
本文将探讨节理发育特征与岩体稳定性之间的关联，以帮助理解和评估岩石的工程性质。
一、节理的发育特征1. 节理的形态节理的形态多种多样，可以是直线状、弯曲状、交叉状等。
形态的多样性与岩石物理性质、应力环境和变形历史有关。
2. 节理的密度和间距节理的密度和间距是评估岩石稳定性的重要指标。
密度越大、间距越小，岩体的稳定性越差。
3. 节理的走向和倾角节理的走向和倾角与应力场密切相关。
当应力场与节理面平行或垂直时，岩体的稳定性较好。
二、节理与岩体稳定性的关联1. 岩体强度与节理特征岩石中的节理是岩体的弱面，对岩体的强度起到了显著影响。
节理的密度和间距增加会导致岩体整体强度下降。
2. 应力分布与节理特征岩体的稳定性受到应力分布的影响。
当应力与节理面夹角较小时，岩体的稳定性较好；而当角度较大时，岩体易发生破裂和滑动。
3. 水文地质与节理特征地下水对岩体的稳定性也有重要影响。
当节理中存在着大量的水流时，水的渗透和膨胀会削弱岩体的强度，降低岩体的稳定性。
三、节理对岩体工程破坏的影响1. 岩体塌方岩体的节理对塌方有重要影响。
如果节理发育密度大、间距小，岩体易发生破坏和滑动，增加了工程建设的风险。
2. 岩体滑动节理对岩体滑动的影响也很明显。
当节理的走向与滑动方向相一致并形成倾斜面时，岩体易发生滑动，对工程建设构成威胁。
3. 塌方预测与防治通过分析节理的特征，可以较好地预测岩体的稳定性。
在工程建设中，可以采取相应的措施来防止岩体的塌方和滑动，确保工程的安全。
结论节理发育特征与岩体稳定性息息相关。
合理评估岩石中节理的发育特征，对安全地进行岩体工程建设具有重要意义。
通过对岩体的节理特征的分析和理解，可以为工程建设提供可靠的依据，并采取相应的措施来防止岩体的塌方和滑动，保障工程的顺利进行。
节理破碎岩体隧道稳定性研究
施工有一定指导意义。
【 关键 词】 节理破 碎岩 体 剪切滑 移 区 扰 动 区 ＵＤ Ｃ 隧道稳 定 性 Ｅ
的溃 决破坏 、 大利 的瓦 伊 昂大坝 边坡 塌滑 、 意 中国
ｌ 概
述
长 江 三 峡链 子 崖 新滩 滑 坡等 事 故都 有 与其 自身 节
理 、 隙 的扩展 和贯 通密 切相 关 。 裂 当前 ， 国内外地 下工程发 展迅速 ， 越来越 多的能
间距 的进 一步缩 小 ， 方 区域 并没有 明显扩 大 。 塌
节理 间距 为 ０２ 时 ，剪切 滑移 区几乎延 伸 到 了整 ．ｍ
个模 型边 界 。剪切 滑移 区在 隧道 周 围呈 “ Ｘ”形分
ａ模型一张开 区 ｂ模型二张开区
布 ， 与在 实验 室所做 的岩 体双 轴抗压 试验 的破坏 这 模 式基本 一致 。 切滑 移 区之所 以呈 “ 形 分布 的 剪 ｘ” 主 要原 因是 由于最大 剪切 应力存 在于 这个 范 围， 而 节 理面 的破坏 通 常是 由剪切 破坏 造 区域 内节 理面之 间法 向应 力和 剪切 应力 在
为零 ， 也就 是张开 区内的岩块 处于脱落 的临界状态 ， 如 果有进 一步 的扰动 ， 可能 发生 塌方 ； ３ 剪 切滑 就 （） 移 区：在这 个 区域 内节 理面 问发 生相 对剪 切滑 移 ， 这一 区域 将是塌 方形 成 的潜在 区域 ， 同时也会 改变 节理 裂 隙间 的渗流 场 。在 这三 个 区域 中 ， 方 区是 塌 影 响隧道 安全施 工 的关键 区域 ， 而节 理张 开 区和剪
岩块 岩 块 岩块 节 理 节 理 节 理 节 理
重度 弹 性 泊松 法 向 （Ｎ 模量 比 刚度 ｋ／
ｍ （ ａ ） ＧＰ ）
岩体节理及岩块力学参数对TBM净掘进速率的影响
岩体节理及岩块力学参数对TBM净掘进速率的影响
史勇;陈勇;张康健;张志强
【期刊名称】《铁道建筑技术》
【年(卷),期】2024()2
【摘要】为研究岩体节理及岩块力学参数对TBM净掘进速率的影响,采用离散元法分析岩体节理倾角和间距对TBM净掘进速率的影响。
结合施工现场统计资料,研究岩块力学参数与TBM净掘进速率相对关系。
结果表明:(1)当其他条件不变,节理倾角在0°~60°时,TBM净掘进速率随节理倾角增大而加快;而当节理倾角在
60°~90°时,TBM净掘进速率随倾角增大而降低。
(2)一定范围内,节理面发育程度越高,节理组数越多,TBM净掘进速率越高。
(3)TBM净掘进速率随岩石单轴抗压强度和弹性模量增大而减小,随泊松比增大而提高。
本文得出一系列有意义的拟合曲线,可为定量分析TBM净掘进速率与岩体节理及岩块力学参数之间关系提供依据。
【总页数】6页(P14-18)
【作者】史勇;陈勇;张康健;张志强
【作者单位】重庆交通建设(集团)有限责任公司;西南交通大学土木工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】U455.31;TU457
【相关文献】
1.基于岩体指标和掘进参数的TBM净掘进速率预测模型
2.节理岩体力学参数对双护盾TBM卡机的影响
3.节理倾向对TBM滚刀破岩模式及掘进速率影响的试验研究
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随机节理岩坡系统失稳概率与结构控滑机制研究
随机节理岩坡系统失稳概率与结构控滑机制研究全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：随机节理岩坡系统是岩石力学研究中一个重要的研究领域，节理岩体的分布、结构以及力学性质直接影响着岩坡的稳定性和安全性。
随机节理岩坡系统失稳概率与结构控滑机制研究是岩坡工程领域中一个关键的问题，对于提高岩坡系统的稳定性和延长岩坡的使用寿命具有重要意义。
一、随机节理岩坡系统失稳概率研究1.1 节理岩体的分布特点节理岩体是由于地质构造作用、岩石岩层成岩作用和岩体变质作用等原因形成的岩体内具有规则或不规则裂隙的特殊岩层，裂隙间的结构受到不同程度的变形和受力作用，从而影响了岩体的力学性质和稳定性。
节理岩体的分布特点对岩坡系统的稳定性有着重要的影响，不同的节理组合和结构会导致岩体力学性质的差异，从而影响岩坡的失稳概率。
随机节理岩坡系统失稳概率模型是描述岩坡系统在外力作用下失稳的概率分布，通常可以采用统计模型或概率模型来描述。
随机节理岩坡系统的失稳概率与节理的长度、宽度、间距等参数有着密切的关系，通过对不同节理参数的数值模拟和实验研究，可以得到岩坡系统的失稳概率模型，并为岩坡的设计和施工提供依据。
为降低随机节理岩坡系统的失稳概率，可以采用不同的控制策略和技术手段。
在设计岩坡系统时可以考虑增加支撑和加固措施，提高岩坡的抗滑性能；同时可以采用监测技术和预警系统，及时监测岩坡系统的变化情况，采取必要的措施减少失稳风险。
2.1 节理岩坡系统结构特点随机节理岩坡系统具有复杂的结构特点，节理之间存在交叉、夹角变化、不规则形状等特点，这些结构特点直接影响着岩坡系统的稳定性和控制滑移的效果。
结构控滑机制研究可以帮助分析节理岩坡系统的力学性质和力学行为，为岩坡系统的设计和施工提供依据。
随机节理岩坡系统的结构控滑模型是描述岩坡系统在外力作用下的控制滑移机制，根据节理的特点和结构参数建立不同的控滑模型，可以定量分析岩坡系统的稳定性和抗滑性能。
通过对实际岩坡系统的结构控滑模型的研究和验证，可以提高岩坡系统的稳定性和延长岩坡的使用寿命。
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1400
岩
土
力
学
2014 年
动面倾向、倾角具有随机性，当倾向、倾角变化时， 块体的几何形态必然是随机分布的，导致块体的剩 余滑动力是不同的，最终影响到块体的稳定性。如 果能同时考虑结构面几何参数、 力学参数的随机性， 分析结果会更准确地体现块体的稳定性。张奇华
[11]
为滑动力， 可理解为块体上的荷载效应 S ； W cos i
A probabilistic analysis of key block stability in jointed rock masses
ZHANG Rui-xin1, 2, LI Z Yu-qi1
(1. School of Resources and Safety Engineering, China University of Mining and Technology(Beijing), Beijing 100083, China; 2. Communication and Information Centre, State Administration of Work Safety, Beijing 100013, China)
2 块体滑动的力学分析模型
2.1 示为 块体沿单面滑动 在块体基本理论中，块体的剩余滑动力 F 可表
FS R N l vl TS
g ( i , j , k , i , j , k , f i , ci ) W cos i fi ci Ai W sin i
[12－13]
g ( x) W cos i f i ci Ai W sin i 0
（4）
根据可靠度定义，如果 g ( x) 0 ，则块体失效。 若能在块体稳定可靠度分析中，把所有的与结 构面几何参数有关的变量都考虑进去，最终的分析 结果将更加准确。 下面对相关的几何参数进行讨论， 在组成块体的各个结构面倾角 i 、 j 、 k ，结构 面倾向 i 、 j 、 k ，块体体积 V 、滑面面积 Ai 等 几何参数中，结构面倾角和倾向直接影响到结构面 交切组合的情况，直接关系到块体的形成与否，而 且与块体的形态、块体的体积和滑面面积有较大的 关系。这其中，块体的体积和滑面面积在可靠度计 算中所占的权重较大，所以必须考虑倾角和倾向的 随机性。 因此，本文在可靠度计算中，考虑块体结构面 几何参数，即各结构面的倾向 i 、 j 、 k ，各结 构面的倾角 i 、 j 、 k ， 块体体积 V 、 滑面面积 Ai 和结构面力学参数，即摩擦系数 fi 、黏聚力 ci 作为 随机变量。 当结构面参数 i 、 j 、 k 、 i 、 j 、 k 、 fi 和 ci 作为随机变量时，极限状态方程相应的极限状 态函数为
（1.中国矿业大学（北京）资源与安全工程学院，北京 100083；2.国家安全生产监督管理总局通信信息中心，北京 100013）
摘
要：基于地下岩体受节理面的控制，节理面的几何和力学参数随机分布，从而导致岩体系统具有高度不确定性，提出
以关键块体理论为基础，考虑节理几何和力学参数随机性的岩体开挖可靠度分析方法，并给出了块体稳定的总失效概率评价 模型。 以澳大利亚阿德莱德地区一铜矿地质条件为例， 以节理面倾角、 倾向、 摩擦系数和黏聚力为随机变量， 通过 Monte Carlo 模拟和概率图方法，进行了岩体可靠度和失效概率的计算。最后，采用条件概率的分析方法，计算了单面滑动块体的总失效 概率。计算结果表明，块体沿单面滑动并且出现的概率为 11.0%，总的失效概率为 3.85%，超过一般岩体工程可允许的风险 水平，认为该方法可以作为评价块体可靠性的依据。 关 键 词：岩石力学；关键块体理论；楔体可靠度；条件概率；蒙特卡洛法 文献标识码：A 中图分类号：TU 457
1 引 言
在边坡或者地下岩体工程中，由于结构面的切 割，岩体通常表现出较强的随机特性。对于此类问 题，目前常采用关键块体理论（key block theory）
[1]
间距）和力学参数（如摩擦系数等）表现出较强的 随机性，所以不能采用确定性的方法进行计算。近 年来，可靠性理论[2
－3]
被引入到块体理论中。
Abstract: As known to all, the fact that the stability of underground rock is mainly controlled by joint; and the stochastic distribution of geometric and mechanical parameters of joint causes high degree of uncertainty; a reliability analysis method about stability of rock blocks considering uncertainty in geometric parameters and mechanical parameters of joint combined with key block theory is presented; and a proper, combined evaluation model for failure probability is developed. The main objective of this research is to develop a probabilistic approach that can be implemented to assess the probabilistic occurrence and probability of failure of wedges within excavations. This approach is based on the use of stochastic fracture networks FracSim3D to simulate the fracture network and key block theory to identify the wedges and calculate the factor of safety. A programming code based on Fortran 95 has been implemented to perform the main probabilistic wedge occurrence and wedge failure analysis. To evaluate the feasibility of this new probabilistic approach, the procedure is applied to a practical example, a cooper mine in Adelaide, Australia, with considering the uncertainty of dip angle, dip direction, cohesion and friction angle. Finally, the analysis method of conditional probability is proposed to find the failure probability of wedge in plane failure. The calculation results show that the occurrence probability of wedge in plane failure is 11.0%, and the probability of failure is 3.85%, which is greater than the general engineering acceptable risk level. Results of the probabilistic method indicate that the method can be used as a basis model to evaluate the reliability of wedge. Key words: rock mechanics; key block theory; reliability of wedge; conditional probability; Monte Carlo method
第 35 卷第 5 期 2014 年 5 月
文章编号：1000－7598 (2014) 05－1399－07
岩 土 力 学 Rock and Soil Mechanics
Vol.35 No.5 May 2014
节理岩体关键块体稳定的概率分析
张瑞新 1, 2，李泽荃 1，赵红泽 1，杨 曌 1，白玉奇 1
将结构面几何和力学参数作为随机变量， 分
析了不同块体体积的形成和失稳概率，求出了不同 块体大小的区间联合概率分布模型并进行了综合分 析，但他只考虑了结构面倾角对块体稳定的影响， 并没有考虑结构面倾向的影响。申艳军等
[14]
利用条
件概率及系统工程理论分析了关键块体可靠度指标 的评价，综合考虑了关键块体对次生关键块体的影 响，并在计算失效概率时考虑了块体几何和力学参 数的随机性。 本文采用 Monte Carlo 方法计算块体的可靠度， 首先考虑块体几何参数的随机性，求解块体形成的 体积和滑动面面积分布类型， 得到块体的形成概率； 进而考虑块体力学参数的随机性，得到块体的失效 概率；最后，以条件概率为基础，得到块体的总失 效概率，并进行稳定性评价。
f i ci Ai 为阻滑力，可理解为块体上的抗力 R 。所