一种基于岩体波电特性的库岸岩质边坡稳定性评价方法技术

本发明专利技术公开了一种基于岩体波电特性的库岸岩质边坡稳定性评价方法，涉及库岸边坡稳定性分析技术领域。本发明专利技术步骤如下：S1：基于现场波电测试，预测岩体宏观力学参数；S2：采用强度折减法进行边坡稳定性计算，得到边坡安全系数；S3：假定某个时刻定义的测得的岩体损伤是初始损伤，进行基于时间累积的损伤演化分析，估算得到边坡稳定年限；S4：综合边坡安全系数以及边坡稳定年限，评价岸坡稳定性。本发明专利技术通过确定测试时刻的岩体参数，考虑参数随时间的变化规律，进一步分析实际岩体工程内部损伤演化规律，进行岩体参数动态预测，以此为基础进行安全系数的数值计算和累积损伤分析，对岸坡稳定进行评价。稳定进行评价。稳定进行评价。

【技术实现步骤摘要】
一种基于岩体波电特性的库岸岩质边坡稳定性评价方法


[0001]本专利技术属于库岸边坡稳定性分析
，特别是涉及一种基于岩体波电特性的库岸岩质边坡稳定性评价方法。

技术介绍

[0002]库岸岩体受到周期性饱水作用的时候，水将在裂隙岩体中运动，这时水不仅作为流体介质冲刷岩体中的孔隙或裂隙中的充填物，造成岩石孔隙率的增加，降低岩体强度，而且作为一种力直接作用在岩石上，导致库岸岩体发生变形破坏，影响边坡的稳定性；
[0003]库岸边坡长期处于周期性变幅水位作用下，岸坡岩体稳定情况呈动态变化趋势，合理评价库岸岸边坡的稳定性是库岸安全的重要保障；传统的边坡稳定性分析方法包括：定性分析方法，定量分析方法，不确定性分析方法；定性分析法和不确定分析法都属于考虑综合因素的估算方法，受非确定因素干扰，分析结果的误差会比较大；
[0004]基于定量计算所建立的工程岩体力学模型，可以分析各种力场作用下岩体的变形与稳定性，为岩石工程防护设计和施工提供定量依据；定量计算方法包括极限平衡法与数值分析法，两种方法进行稳定性分析定量计算的关键指标都是安全系数，因此有必要通过损伤变量与安全系数的关系后，综合考虑多项因素来确定岸坡稳定性；周期性水位变幅作用下，内部损伤积累对岩体稳定性的影响不可忽视，随着时间推移，边坡的安全系数的变化是一个动态过程，因此，只有确定了岩体宏观力学参数的变化规律，才能在此基础上进行合理的安全系数计算，为此，我们设计了一种基于岩体波电特性的库岸岩质边坡稳定性评价方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于岩体波电特性的库岸岩质边坡稳定性评价方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0007]本专利技术为一种基于岩体波电特性的库岸岩质边坡稳定性评价方法，步骤如下：
[0008]S1：基于现场波电测试，预测岩体宏观力学参数；
[0009]S2：对材料的处理上选用M
‑
C强度准则，并将岩土材料视为理想弹塑性材料，采用强度折减法进行边坡稳定性计算；
[0010]S3：由于岸坡岩体内部损伤是一个渐进过程，损伤程度是一个动态的变量；现假定某个时刻定义的测得的岩体损伤是初始损伤，从这一刻开始，每一次的干燥
‑
饱水循环之后，岩体内部不断积累的损伤就是累积损伤，即为与时间因素相关的累积损伤概念，表示为Dc；
[0011]S4：综合边坡安全系数以及边坡稳定年限，评价岸坡稳定性。
[0012]进一步地，确定岩体完整性系数和结构面类型后，结合室内试验进行岩块和岩体参数换算；
[0013]岩体与岩块变形模量之间的关系：
[0014][0015]进而可得岩体与岩块强度换算关系：
[0016][0017]结合Archie公式中电阻率与孔隙率的关系，考虑孔隙含水饱和情况，修正系数k1可以基于实测电阻率进行换算，即：
[0018][0019]基于GSI评分标准，得到的岩体与岩块参数之间的换算关系式，即广义H
‑
B强度准则：
[0020][0021][0022][0023][0024][0025]其中GSI为地质强度指标，E
m
为岩体弹性模量；E
i
为岩块弹性模量；D 为施工扰动因子，根据现场施工情况按0
‑
1取值；m
b
、m
i
分别为岩体和岩块的Hoek
‑
Brown常数；s、a均为岩体特征参数；σ'1和σ'3为破坏时的最大和最小有效应力；σ
ci
为岩块单轴抗压强度。
[0026]进一步地，结合强度折减法的边坡稳定性计算，在循环饱水作用下，根据声波或电阻率测试技术可以测得某一时刻的波速或电阻率，从而计算该时刻的瞬时损伤；岩体的完整性系数是能反应岩体质量和强度的物理指标，在进行过程损伤分析时引入了基于声波速度定义的完整性系数K
V
：
[0027][0028]式中：V
Pm
为岩体实测波速；V
Pr
为岩块实测纵波速度；
[0029]岩石完整性越好，K
V
的取值越大，K
V
值可以结合岩样实测纵波速度、节理数、RQD等
指标范围来选取，K
V
的取值越大，过程损伤的累积速度越慢。
[0030]进一步地，现考虑岩体特征，建立可以描述动态损伤的方程，进而提出了与时间因素n相关的累积损伤计算模型，即D
C
的计算公式如下：
[0031][0032]ΔD
n
＝D
n+1
‑
D
n
[0033]式中：k1为考虑测试误差的修正系数；k2为考虑时间累积的修正系数； D0为初始损伤变量；K
V
为岩体完整性系数；n为时间参数，以年为周期；D
n
是第n个周期的过程损伤变量；ΔD
n
为从n到n+1个周期的过程损伤增量，用来体现损伤动态演化规律；
[0034]干燥
‑
饱水循环作用下，岩石各项指标都是一个动态变化状态，以岩体正常工作的某时刻作为起始点，即n＝0；由于声波测试可以在无扰动条件下进行，岩体的初始损伤变量计算式用波速的表达公式如下：
[0035][0036]式中：V
P0
为某采样时刻声波实测值m/s；
[0037]初始损伤值也可以采用其他方法测试确定，具有初始损伤的岩石损伤因子与孔隙率的关系公式如下：
[0038][0039]由此可以确定：
[0040][0041]修正系数k1的确定：通过岩石内部孔隙对声波速度的折减，以某时刻的初始孔隙率为计算依据，定义了修正系数k1：
[0042][0043]其中，φ为岩石孔隙率，进一步通过拟合数据求得修正系数k1的取值范围：
[0044]0.5＜k1≤0.85。
[0045]进一步地，通过Archie公式可得到孔隙率的计算式：
[0046][0047]其中，R
W
表示饱和溶液的电阻率，R表示不饱和岩石的电阻率，S
W
表示饱和度。
[0048]进一步地，对于循环饱水砂岩而言，其累积损伤的影响因素主要考虑孔隙率和饱和度，这两个指标可以通过波
‑
电特性来反应；首先以孔隙率变化为纽带，分析损伤变化规律，利用Gassmann方程计算岩石材料固体基质的波速：
[0049][0050]式中：K
S
为岩石基质的体积模量；G
S
为基质的剪切模量；ρ
S
为基质密度。
[0051]进一步地，用对数关系进行拟合，得到基质波速随孔隙率的变化规律满足关系式：
[0052]V
PS
＝A
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于岩体波电特性的库岸岩质边坡稳定性评价方法，其特征在于，步骤如下：S1：基于现场波电测试，预测岩体宏观力学参数；S2：对材料的处理上选用M
‑
C强度准则，并将岩土材料视为理想弹塑性材料，采用强度折减法进行边坡稳定性计算；S3：由于岸坡岩体内部损伤是一个渐进过程，损伤程度是一个动态的变量；现假定某个时刻定义的测得的岩体损伤是初始损伤，从这一刻开始，每一次的干燥
‑
饱水循环之后，岩体内部不断积累的损伤就是累积损伤，即为与时间因素相关的累积损伤概念，表示为D
c
；S4：综合边坡安全系数以及边坡稳定年限，评价岸坡稳定性。2.根据权利要求1所述的一种基于岩体波电特性的库岸岩质边坡稳定性评价方法，其特征在于，确定岩体完整性系数和结构面类型后，结合室内试验进行岩块和岩体参数换算；岩体与岩块变形模量之间的关系：进而可得岩体与岩块强度换算关系：结合Archie公式中电阻率与孔隙率的关系，考虑孔隙含水饱和情况，修正系数k1可以基于实测电阻率进行换算，即：基于GSI评分标准，得到的岩体与岩块参数之间的换算关系式，即广义H
‑
B强度准则：B强度准则：B强度准则：B强度准则：B强度准则：其中GSI为地质强度指标，E
m
为岩体弹性模量；E
i
为岩块弹性模量；D为施工扰动因子，根据现场施工情况按0
‑
1取值；m
b
、m
i
分别为岩体和岩块的Hoek
‑
Brown常数；s、a均为岩体特征
参数；σ1'和σ3'为破坏时的最大和最小有效应力；σ
ci
为岩块单轴抗压强度。3.根据权利要求1所述的一种基于岩体波电特性的库岸岩质边坡稳定性评价方法，其特征在于，结合强度折减法的边坡稳定性计算，在循环饱水作用下，根据声波或电阻率测试技术可以测得某一时刻的波速或电阻率，从而计算该时刻的瞬时损伤；岩体的完整性系数是能反应岩体质量和强度的物理指标，在进行过程损伤分析时引入了基于声波速度定义的完整性系数KV：式中：V
Pm
为岩体实测波速；V
Pr
为岩块实测纵波速度；岩石完整性越好，K
V
的取值越大，K
V
值可以结合岩样实测纵波速度、节理数、RQD等指标范围来选取，K
V
的取值越大，过程损伤的累积速度越慢。4.根据权利要求1所述的一种基于岩体波电特性的库岸岩质边坡稳定性评价方法，其特征在于，现考虑岩体特征，建立可以描述动态损伤的方程，进而提出了与时间因素n相关的累积损伤计算模型，即D
C
的计算公式如下：ΔD
n
＝D
n+1
‑
D
n
式中：k1为考虑测试误差的修正系数；k2为考虑时间累积的修正系数；D0为初始损伤变量；K
V
为岩体完整性系数；n为时间参数，以年为周期；D
n
是第n个周期的过程损伤变量；ΔD
n
为从n到n+1个周期的过程损伤增量，用来体现损伤动态演化规律；干燥
‑
饱水循环作用下，岩石各项指标都是一个动态变化状态，以岩体正常工作的某时刻作为起始点，即n＝0；由于声波测试可以在无扰动条件下进行，岩体的初始损伤变量计算式用波速的表达公式如下：式中：V
P0
为某采样时刻声波实测值m/s；V
Pf
为无损岩石的纵波速度m/s。初始损伤值也可以采用其他方法测试确定，具有初始损伤的岩石损伤因子与孔隙率的关系公式如下：由此可以确定：修正系数k1的确定：通过岩石内部孔隙对声波速度的折减，以某时刻的初始孔隙率为计算依据，定义了修正系数k1：
其中，φ为岩石孔隙率，进一步通过拟合数据求得修正系数k1的取值范围：0.5＜k1≤0.85。5.根据权利要求4所述的一种基于岩体波电特性的库岸岩质边坡稳定性评价方法，其特征在于，通过Archie公式可得到孔隙率的计算式：其中，R
W
表示饱和溶液的电阻率，R表示不饱和岩石的电阻率，S
W
表示饱和度。6.根据权利要求3所述的一种基于岩体波电特性的库岸岩质边坡稳定性评价方法，其特征在于，对于循环饱水砂岩而言，其累积损伤的影响因素主要考虑孔隙率和饱和度，这两个指标可以通过波
‑
电特性来反应；首先以孔隙率变化为纽带，分析损伤变化规律，利用Gassmann方程计算岩石材料固体基质的波速：式中：K
S
为岩石基质的体积模量；G
S
为基质的剪切模量；ρ
S
为基质密度。7.根据权利要求6所述的一种基于岩体波电特性的库岸岩质边坡稳定性评价方法，其特征在于，用对数关系进行拟合，得到基质波速随孔隙率的变化规律满足关系式：V
PS
＝A
‑
B
·
lnφ式中：A和B为与岩石样本特征相关的常数；实...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪魁，何叶，赵明阶，刘剑锋，刘潘，黄真，
申请(专利权)人：重庆交通大学，
类型：发明
国别省市：