基于离散元强度折减方法的岩质边坡稳定性参数分析

郑晓妍

摘 要：本文首先简略引出了岩质边坡稳定性分析的重要性，其次概述了离散元强度折减方法在岩质边坡稳定性分析中的优越性，最后简单分析了结构面参数（结构面刚度系数、结构面内摩擦角、结构面粘聚力）对岩质边坡稳定性的影響。

关键词：离散元;UDEC;强度折减;岩质边坡;参数分析

随着社会的发展，露天矿山的开采持续向大规模发展，深度与坡高也逐步增加，边坡失稳现象层出不穷，涌现出一系列亟待解决的问题[1]，给人民的生命财产安全带来重大威胁，正确进行岩质边坡的稳定性分析是解决问题的重要途经。

1 离散元强度折减方法

存在于实际岩体中的复杂结构面给岩质边坡的稳定性分析带来巨大困难[2]。极限平衡法不能正确评价岩体的变形特征，有限元法无法动态模拟整个边坡破坏过程，相较而言离散元强度折减方法能真实表达节理岩体的几何特征，便于处理非线性变形和破坏都集中在节理面上的岩体破坏问题[3]，结合UDEC强大的内置程序语言FISH自编节理模拟函数，更容易实现岩质边坡的稳定性安全系数计算，利于进行影响岩质边坡稳定性的结构面参数分析[4]。

2 岩质边坡稳定性的结构面参数分析

虽然离散元强度折减方法在岩质边坡稳定性分析中具有优势，但它与以往的极限平衡法或者有限差分强度折减法相比，计算安全系数时需要更多的参数，因而参数分析对离散元强度折减方法的发展显得尤为重要[5]。下面主要对结构面刚度系数、结构面内摩擦角和结构面粘聚力与岩质边坡稳定性之间的关系进行分析。计算分析过程采用一个简单的边坡模型，坡高260m，坡度55°，模型中的岩体被表示为可变形的Mohr-Coulomb材料，其不连续行为表现为Coulomb节理材料，模型中可变形块的最大区域大小为15m。边坡具有两组节理，节理组一倾角45°，间距20m，节理组二倾角-60°，间距30m。岩体平均密度为2600KG/m3，体积模量K=6.3GPa，剪切模量G=3.6GPa，粘聚力c=650KPa，内摩擦角=43°。

2.1 结构面刚度系数

本节主要研究结构面刚度系数对边坡稳定性安全系数计算结果的影响，取结构面内摩擦角=40°，粘聚力c=0KPa。由表1和图1可知，随着结构面刚度系数的递增，安全系数只是在一个较小的范围内随机波动，因此，结构面刚度系数对安全系数的计算结果影响不大。

2.2 结构面内摩擦角

本节主要研究结构面内摩擦角对边坡稳定性安全系数计算结果的影响，取Kn=1GPa，Ks=1GPa，结构面粘聚力c=0KPa。由表2和图2可知，结构面内摩擦角与稳定性安全系数是基本线性关系，结构面内摩擦角越大，边坡稳定性安全系数越高，符合我们已知的基本常识。

2.3 结构面粘聚力

本节主要研究结构面粘聚力对边坡稳定性安全系数计算结果的影响，取Kn=1GPa，Ks=1GPa，结构面内摩擦角=40°。由表3和图3可知，结构面粘聚力与稳定性安全系数是基本线性关系，结构面粘聚力越大，边坡稳定性安全系数越高，符合我们已知的基本常识。

3 小结

岩质边坡中含有大量不同构造的结构面，这些结构面往往能控制岩质边坡的破坏模式。离散元强度折减方法在处理岩体破坏问题时能具体地表达其破坏特征，结合应用UDEC内置程序语言FISH，分析结构面系数与岩质边坡稳定性之间的关系，得出以下结论：边坡稳定性安全系数与结构面刚度系数关系不大;与结构面内摩擦角、结构面粘聚力呈线性相关，随着二者的增大而增大。

参考文献：

[1]丁参军，张林洪，于国荣，等.边坡稳定性分析方法研究现状与趋势[J].水电能源科学，2011，29（8）：112-114.

[2]孔不凡，阮怀宁，朱珍德，等.边坡稳定的离散元强度折减法分析[J].人民黄河，2013，4：1000-1379.

[3]雷远见.顺层边坡稳定性分析[D].中国科学院研究生院，2006.

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

[5]雷远见，王水林，等.基于离散元的强度折减法分析岩质边坡稳定性[J].岩土力学，2006，27（10）：1693-1698.