基于三维结构面网络的岩石边坡失稳概率的块体理论研究

The development of the grade Ⅳ discontinuities can reflect the integrity of the rock masses, and control the strength of the rock masses. The number of the grade Ⅳ discontinuities in the actual rock masses is often huge, so it is impossible to investigate the geometric properties and mechanical parameters of all of them, and their existence brings great difficulties for analyzing the stability of the rock slope and making support designs. The research plans to propose a probabilistic analysis procedure for rock slopes considering the variability of orientations, sizes, frequencies, and shear strength parameters of the grade Ⅳ discontinuities by combining block theory analysis and 3D discontinuity network modeling. The key contents are as follows: developing a new Monte Carlo simulation method for discontinuity locations in 3D, proposing a quantitative evaluation method for the simulation results of discontinuity networks, and developing a probabilistic analysis procedure for rock slopes considering the effect of one or more factors, including gravities, underground water, earthquakes, and supporting by combining block theory analysis and 3D discontinuity network modeling. The final results include: instability probability of blocks, volume distributions of key blocks, area distributions of the key blocks on the slope, distance distributions of the deepest points of key blocks to the slope, and net sliding force distributions, which can provide quantitative references for making support designs of rock slopes.

Ⅳ级结构面的发育情况，直接反映岩体的完整性，控制岩体的强度。边坡岩体中Ⅳ级结构面数量常常巨大，其几何特性和力学参数很难一一调查清楚，如何在边坡稳定性评价和治理设计中定量考虑Ⅳ级结构面的影响是工程地质和岩土工程界的热点和难点问题。本研究拟将三维结构面网络模拟和块体理论相结合，提出了一种可以定量考虑Ⅳ级结构面产状、尺寸、频率和抗剪强度参数可变性的概率分析过程。重点开展：发展结构面空间位置模拟方法，提出一种快速实现结构面网络模型检验的定量评价方法；基于重构的三维结构面网络，结合块体理论发展一种可考虑重力、地下水、地震、支护等单因素或多因素作用下边坡稳定性概率分析过程。可获得如下结果：块体失稳概率、关键块体的体积分布、关键块体在坡面上的面积分布、关键块体最深点离坡面的距离分布和净下滑力分布。这些结果可为边坡治理设计提供定量参考。

Ⅳ级结构面的发育情况，直接反映岩体的完整性，控制岩体的强度。边坡岩体中Ⅳ级结构面数量常常巨大，其几何特性和力学参数很难一一调查清楚，如何在边坡稳定性评价和治理设计中定量考虑Ⅳ级结构面的影响是工程地质和岩土工程界的热点和难点问题。本研究将三维结构面网络模拟、块体理论和运动学分析相结合，考虑Ⅳ级结构面的几何和力学参数的可变性，为岩石边坡随机块体失稳分析难题的提供一种解决方案。项目主要从以下几个方面开展研究，并取得一定进展：1）在完善三维结构面网络模拟方法方面，提出了一种新的结构面三维密度的确定方法；2）提出了一种看RQD方向性的新视角及岩体节理化程度的各向异性定量指标，基于重构的三维结构面网络对该方法进行了验证；3）基于摄影测量技术和三维结构面网络模拟技术，结合块体理论发展了一种可考虑重力、地下水等单因素或多因素作用下岩石边坡稳定性半确定方法；4）基于三维结构面网络模拟，提出了一种可以考虑结构面产状、尺寸和抗剪强度参数可变性的岩石边坡稳定性运动学概率分析过程；5）改进了边坡岩体质量评价方法；6）改进了岩石边坡倾倒失稳运动学分析图解法。. 本项目标注论文共有10篇，全部发表在主流国际SCI期刊上，最高影响因子5.7，最低影响因子1.8，平均影响因子超过3。另出版专著1部，该专著还获得了2018年度国家科学技术学术著作出版基金资助。申请发明专利3项，授权实用新型专利2项。该项目的部分成果获得了中国岩石力学与工程学会自然科学三等奖和浙江省岩土力学与工程学会自然科学一等奖。项目负责人郑俊晋升副教授已经通过浙江大学工学部教师专业技术职务高级评审委员会的评定，还差最后学校最终评审环节。项目负责人郑俊成功入选了中国科协青年人才托举工程。