开挖速度对岩质边坡稳定性影响的理论分析与试验研究

对于岩质边坡工程，按照某一预定开挖方案开挖至特定高程所需的开挖时间是由开挖速度所决定，而在工程实践中开挖速度又影响着岩质边坡的稳定性。本项目以雅砻江牙根水电站右岸坝址区拉裂松动岩体为研究对象，首先利用岩体弹塑粘性损伤本构模型来考虑岩体力学性能随时间的蠕变特性，通过数值模拟分析，研究不同开挖速度下岩质边坡滑面正应力的分布，并基于滑面正应力修正的方式和无条分法思想，建立基于滑面正应力修正的二维极限平衡法，研究开挖速度对二维岩质边坡稳定性的影响；然后利用平面应变状态下的地质力学模型试验，基于滑面模拟材料升温降强的特性，模拟岩质边坡在滑面强度降低情况下的破坏过程，研究开挖速度对岩质边坡稳定性的影响，并与基于滑面正应力修正的二维极限平衡法计算结果对比验证；最后，将基于滑面正应力修正的二维极限平衡法向三维扩展，研究开挖速度对三维岩质边坡稳定性的影响。研究成果在大型水利水电建设等领域具有广阔的应用前景。

对于岩质边坡工程，按照某一预定开挖方案开挖至特定高程所需的开挖时间是由开挖速度所决定，而在工程实践中开挖速度又影响着岩质边坡的稳定性。本项目以雅砻江牙根水电站右岸坝址区1号拉裂松动体为研究对象，建立了相应的二维和三维数值分析模型；利用岩体弹塑粘损伤力学模型来考虑岩体力学性能随时间的蠕变特性，获得了岩体蠕变以后的等效变形模量；基于数值模拟试验和有限元强度折减法的思想，模拟了平面应变状态下岩质边坡的破坏过程，获得了不同开挖速度下岩质边坡稳定安全系数的变化规律；基于有限元数值模拟计算结果，通过建立滑面初始正应力的转换公式，获得了不同开挖速度下岩质边坡滑面的二维和三维初始正应力分布；利用基于滑面正应力修正的二维极限平衡法，研究了开挖速度对二维岩质边坡稳定性的影响，并和基于有限元强度折减法得到的结果进行了对比分析；利用基于滑面正应力修正的三维极限平衡法，研究了开挖速度对三维岩质边坡稳定性的影响。研究结果表明：无论是采用有限元强度折减法还是采用基于滑面正应力修正的极限平衡法，对于同一个剖面，开挖速度如果不同的话，则岩质边坡的稳定安全系数也是不同的，基本呈现随开挖速度的波动型和低－高－低型这两种分布型式。这说明开挖速度对岩质边坡的稳定性有着重要的影响，工程实际中可据此确定一个最佳开挖工期。上述研究成果可为类似水利水电工程建设提供相应的借鉴。