当前位置:文档之家› 岩体力学习题

岩体力学习题

根据下面对某边坡内片麻岩岩块强度、岩体结构面的特征及赋存环境的描述,分别利用RMR及Q分类法对岩体进行分级,并估算岩体变形模量、经验抗剪强度参数。

然后,利用Hoek-Brown估算法求岩体强度参数,绘制岩体Hoek-Brown强度包络线。

(在EXCEL表中完成所有的计算和制图)表岩体描述表作业二利用2组岩石三轴压缩实验数据,求两组岩石泊松比μ、在不同围σ3压条件下的弹性模量E,岩石抗剪强度参数C、φ,绘制σ-E关系3图,绘制摩尔应力曲线和强度包络线。

(在EXCEL表和CAD中完成所有的计算和制图)采石边坡1潜在崩塌体稳定性分析气象条件采石场属亚热带季风气候区,雨量充沛,全年降雨量年平均雨量为1530.2mm,降水多集中在5、6、7、8月份,占全年总降水量的70%,最大年降雨量达2350mm。

在降雨集中的季节,雨水大量入渗,岩质斜坡中部、后缘的拉张裂隙和陡倾张节理充水,裂隙两侧的岩土体将承受静水压力。

地形地貌矿点处地形陡峻,自然坡形可分为多段,594.0m山峰以下为陡坡,平均坡度约50°,594.0m山峰以上坡度稍缓,坡角约40°,局部谷地内为陡坡。

采石边坡岩性及结构特征采石边坡内地层为C3的灰白色、灰色微晶-细晶灰岩夹白云岩,巨厚层状,岩质坚硬。

岩层倾向NW50°,倾角约24°。

采取岩石样10件,在室内试验完成了天然和饱和条件下容重和单轴抗压强度试验、饱和抗拉强度试验,成果见表1。

采石边坡分区根据工程地质岩组、岩石的完整程度等,将该采石边坡分为10个区(图2-1),各区内岩体特征和地质环境问题现状描述如下:120(m)809010011012010203040506070100110120130140分区界线图2-1 采矿点地质环境现状分布图1、Ⅰ区:卸荷破碎带分布在二级平台以上开采掌子面的北侧,受构造节理、爆破和卸荷的综合影响,岩体破碎、裂隙十分发育。

卸荷松动带厚度约1.5m ,表面分布有松动危岩体,危岩体块径0.5-1.0m 。

该区主要矿山地质环境问题为危岩体和潜在不稳定斜坡。

2、Ⅱ区:块状-整块结构完整岩分布区分布在二级平台以上的开采掌子面,北侧为表层卸荷带,南侧边界为泥质充填的溶隙。

区内分布2~3组节理,其中,掌子面上部节理相对密集,普遍被3组节理切割成块状岩体;掌子面下部节理相对较少,仅见2组节理,呈整块结构。

开采掌子面由节理面构成,该节理面倾向118°,倾角约78°,与坡面相比,略呈反倾。

除组成坡面的节理外,其他主要节理的产状为: ① 倾向358°,倾角78°,节理间距100-200cm ,节理平直。

② 倾向240°,倾角26°,节理间距80-120cm ,节理平直。

该区岩体相对较完整,天然条件下,开采掌子面整体稳定性好,仅顶部的块状岩体局部存在崩塌的可能性,在后面将进行稳定性的详细计算。

3、Ⅲ区:条状破碎岩分布区分布在二级平台以上的开采掌子面,东侧为泥质充填的溶隙。

区内以构造节理为主,但掌子面顶部有部分卸荷节理。

构造节理多为垂向节理,节理产状:①倾向130°-140°,倾角80°-85°,节理间距50-100cm。

②倾向210°-220°,倾角80°-86°,节理间距80-100cm。

③倾向82°,倾角6°,节理间距100-150cm。

该区主要的矿山地质环境问题是潜在崩塌体。

4、Ⅳ区:块状—整块结构完整岩分布区分布在二级平台以上的开采掌子面。

普遍发育2~3组构造节理,其中,掌子面顶部节理3组,掌子面下部2组,主要节理产状:①倾向130°-140°,倾角80°-85°,节理间距80-150cm。

②倾向210°-220°,倾角80°-86°,节理间距100-200cm。

③倾向40°,倾角43°,偶可见。

自然条件下,该区开采掌子面整体处于稳定状态。

5、Ⅴ区:整块结构完整岩分布区分布在二级平台以上的开采掌子面,发育2~3组节理,除顶部节理切割成块状外,中部岩体完整,呈整块状。

主要节理的产状如下:①倾向190°-195°,倾角81°,为开采掌子面的壁面。

②倾向130°-135°,倾角80°-85°,节理间距80-150cm。

③倾向210°-220°,倾角80°-86°,节理间距100-200cm。

该区顶部存在松动危岩和溶蚀裂隙。

下部接近二级平台的部分,存在较破碎的岩体,除发育有上述的三组节理外,还存在一组缓倾的节理,节理产状:倾向55°,倾角26°。

Ⅳ区与Ⅴ区分界处发育有垂向节理,形成两面临空的转折段,存在发生整体倾倒崩塌的可能性,后续将进行详细计算。

6、Ⅵ区:块状结构岩体分布区分布在二级平台以上的开采掌子面,受3组节理切割为块状岩体。

主要节理产状为:①倾向185°-195°,倾角81°,为开采掌子面的壁面。

②倾向305°-310°,倾角80°-85°,节理间距80-150cm。

③倾向55°-60°,倾角80°-86°,节理间距100-200cm。

开采掌子面的表面存在板状危岩体,危岩体受第一组节理控制,掌子面西侧分布有大量危岩。

7、Ⅶ区:条状—整块结构岩体分布区分布在二级平台以上掌子面,发育有3组节理,以垂向节理为主,节理产状同Ⅵ区,局部存在危岩体,以垂直条状危岩为主。

8、Ⅷ区:块状结构岩体分布区分布在一级平台和二级平台间的开采掌子面,被3组节理切割为块状岩体,局部受爆破和卸荷作用影响,块体已松动。

主要节理的产状:①倾向220°-232°,倾角80°-86°,节理间距100-200cm。

②倾向130°-140°,倾角80°-85°,节理间距80-150cm。

③倾向242°,倾角36°,节理间距100-200cm。

9、Ⅸ区:块状结构岩体分布区岩体总体完整,被几条大节理切割为块状岩体,主要节理产状: ① 倾向56°,倾角83°,为几条张开大型贯通节理。

② 倾向180°,倾角83°。

③ 倾向305°,倾角84°。

该区主要矿山地质环境问题为松动危岩。

10、Ⅹ区:碎裂岩体分布区在该区域布置1条节理测线,测线方向222°,测线长度15m ,图3-2为测线所测节理面等密度图,可以看出,区内主要节理分布在3个中心,优势节理分别为: ① 倾向190°~195°,倾角75°~85°,对应中心一;② 倾向210°~220°,倾角15°~30°,对应第二和第三个中心 ③ 倾向290°~300°,倾角80°~90°的结构面。

新构造运动与地震自有地震记载以来该断裂带发生MS≥4.8级地震12次,MS≥6.0级地震4次,最大震级6.8级。

根据《中国地震动参数区划图》(GB18306-2001),地震基本烈度值小于6,地震动峰值加速度小于0.05,进行稳定性评价时可不考虑地震加速度。

稳定性评价方法对于该采石边坡的稳定性评价采取极限平衡法进行定量分析,通过倾倒式崩塌稳定性计算和滑动式崩塌稳定性计算两种类型计算,对不同分区分别在天然工况和暴雨工况下进行稳定性系数计算,进行稳定性评价。

具体计算公式参照《地质灾害防治工程勘查防治规范DB50/143-2003》如下: 倾倒式崩塌稳定性计算方法一、由后缘岩体抗拉强度控制时,按下式计算(图2a):()()⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛α-βα+β+β-+⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛α-βα+β-β-⋅cos cos bsin 3h sin h H V a W cos cos bsin h H 32sin h H f 21F w lk =(危岩体重心在倾覆点之外时)(1)()()⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-++-⋅+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+-⋅-⋅=αβαββαβαββcos cos sin 3sin cos cos sin 32sin 21bh h H V aW bh H h H f F w lk (危岩体重心在倾覆点之内时) (2)式中:h ——后缘裂隙深度(m);wh —— 后缘裂隙充水高度(m);H ——后缘裂隙上端到未贯通段下端的垂直距离(m); a ——危岩体重心到倾覆点的水平距离(m);b ——后缘裂隙未贯通段下端到倾覆点之间的水平距离(m);0h ——危岩体重心到倾覆点的垂直距离(m);lkf ——危岩体抗拉强度标准值(kPa),根据岩石抗拉强度标准值乘以0.4的折减系数确定;α——危岩体与基座接触面倾角(º),外倾时取正值,内倾时取负值; β——后缘裂隙倾角(º); V ——后缘裂缝静水压力。

其它符号意义同前。

图2a 倾倒式崩塌体稳定性计算(由后缘岩体抗拉强度控制)二、由底部岩体抗拉强度控制时,按下式计算(图2b):⎪⎪⎭⎫⎝⎛β+β⋅+⋅=cos b sin h 31V aW b f 31F w 2lk (3)式中各符号意义同前。

图2b 倾倒式崩塌体稳定性计算 (由底部岩体抗拉强度控制)滑动式崩塌体稳定性计算方法 滑移式崩塌体稳定性计算模型见图3。

图3 滑移式崩塌体稳定性计算模型稳定系数K f 为: αααφαααcos )cos (sin tan )sin )sin (cos (V A W CLU V A W Kf+++---=(4)式中:V ——后缘裂缝静水压力:221HV W γ=(5)U ——沿滑面扬压力:LHU W γ21=(6)其余符号意义同前。

评价参数在采石场内采取碳酸盐岩石,在室内进行了岩石力学实验,强度参数如表2:表2 岩石力学强度参数表分区评价模型考虑各区内主要结构面与坡面关系,根据赤平投影确定确定潜在崩塌体可能破坏的模式,并选择典型剖面构建稳定性计算剖面。

各区结构面分布情况见表3:表3 采石边坡各区赤平投影分析图根据各区各区构建计算剖面如图4:高100110120130140Ⅵ和Ⅸ区计算剖面相Ⅵ区计算剖面Ⅴ区计算剖面相对相对相Ⅳ区计算剖面Ⅲ区计算剖面Ⅱ区计算剖面相对高程(m)图4 采石边坡各区计算剖面图计算工况进行稳定性计算时考虑的工况类型如下:1.工况1:自重+天然状态下裂隙水压力。

相关主题