受软弱结构面控制的岩质边坡失稳风险评价的参数和模型研究

In this research work, the high-steep rock slope at left bank located at the Jinping I Hydropower Station is taken as a case study example, and the key issue is the weak discontinuities in this slope. Field survey, indoor and field testing, theory analysis and numerical computation are adopted to study the parameters and model for the risk assessment of rock slope which controlled by the weak discontinuities. Combined with the indoor, field testing of weak discontinuities and field geological investigation, the strength and deformation properties of weak discontinuities are researched. A shear mechanical parameters evaluation model is presented base on the Hoek-Brown failure criterion, the relationship between engineering geological properties and mechanical parameters of weak discontinuities is established. Beyond the consideration of the random and uncertainty characteristics of boundary condition and mechanical parameters, a risk assessment model combining with reliability theory and limit equlibrium method is presented for the rock slope which controlled by weak discontinuities. Then the weakening mechanism for shear strength parameters of weak discontinuities under rainfall condition is researched, the relationship between mechanical parameters of discontinuities, seismic loading conditions and slope disability risk is established, and the evolution mechanism of rock slope risk under rainfall and earthquake condition is presented. The range of shear strength parameters and disability risk index are obtained in this research work, which can provide theoretical basis for security and stability of rock slope, and have high academic and social value.

本课题依托锦屏一级水电站左岸高陡岩质边坡工程，以受软弱结构面控制的岩质边坡为研究对象，采用现场调查、室内外试验、理论分析和数值计算等手段，对边坡失稳风险评价中的参数和模型进行研究。通过室内外力学试验和工程地质勘测，研究软弱结构面的强度变形特征，提出一个基于Hoek-Brown准则的结构面抗剪强度参数估算模型，建立软弱结构面工程地质特性与力学参数之间的关系。在考虑边界条件和力学参数的随机性及不确定性的基础上，结合可靠性分析方法和极限平衡原理，建立受软弱结构面控制的岩质边坡失稳风险评价模型。重点研究降雨条件下软弱结构面抗剪强度参数的弱化问题，建立结构面力学参数、地震动力条件和边坡失稳风险之间的关系，提出降雨、地震条件下岩质边坡失稳风险的演化机制。研究得到的软弱结构面抗剪强度参数取值范围及失稳风险指标可为岩质边坡的安全稳定控制提供理论依据，具有较高的学术意义和社会价值。

课题通过大量的室内试验，结合理论分析以及数值计算手段并依托相关工程，对受软弱结构面控制的岩质边坡失稳风险评价中的参数及模型开展了一系列研究并取得了一定的进展。课题所制定的研究内容已基本完成，同时根据对课题更深入的研究作出了一定地拓展。课题具体研究目标及其实现情况如下：.（1）通过开展断层破碎带岩土体的室内力学试验，掌握了含水率或不同岩屑含量对结构面变形特性的影响及其与抗剪强度的对应数值关系；通过结构面遇水软化室内试验，研究了自贡地区中华村水库的红层软岩力学参数的软化机制，揭示了岩石结构面软化的一般规律。.（2）通过室内物理模型试验，掌握了降雨情况下及库水位变化情况下受结构面控制的岩质边坡失稳风险演化规律；通过比较数值模拟的结果进一步验证了库水位变化或地震荷载作用对边坡失稳风险的影响。.（3）通过理论分析建立了将Monte-Carlo算法与传统的极限平衡法及有限元法结合的边坡失稳风险评价模型；提出了边坡稳定可靠度理论的二次二阶矩算法，建立了在降雨影响下岩质边坡软弱结构面的含水率与边坡可靠度的关系模型。.（4）提出了岩质边坡强化机制及失稳风险控制措施，通过理论分析确定了锚杆对岩土体参数强化机理，并提出了一种锚喷支护效果的评价方法；同时结合水泥灌浆与化学灌浆的优点，提出了岩体灌浆力学参数强化评价方法。.课题研究期间与国内外多位研究同行开展合作交流工作，为本课题的研究工作开展提供的良好的支持。课题研究期间在国内外权威学术期刊上共发表论文13篇，其中SCI检索3篇，EI检索6篇。课题执行期间，共参加国内外学术会议交流5次，并做关于边坡失稳风险研究进展方面的分组报告两次。获授权实用型专利1项，软件著作权1项，培养研究生1名，在读研究生1名，本科生1名。