基于裂隙扩展的岩质边坡开挖卸荷破坏路径分析方法技术

本发明专利技术公开了一种基于裂隙扩展的岩质边坡开挖卸荷破坏路径分析方法，属于边坡稳定性分析技术领域，包括如下步骤：S1、裂隙等效模拟；S2、应力强度因子计算与扩展类型判断；S3、裂隙起裂判断；S4、裂隙扩展计算；S5、裂隙扩展段生成。本申请中的基于裂隙扩展的岩质边坡开挖卸荷破坏路径分析方法，通过将原本复杂的裂隙扩展环境分割为多个子裂隙动态扩展模型，再将单个子裂隙扩展模型进行逐个分析，然后联合单个子裂隙扩展模型的裂隙扩展情况与其他子裂隙扩展模型进行合并分析，如此逐步推算，获取总体复杂环境下岩质边坡的裂隙扩展情况，整体计算逻辑清晰，避免了复杂冗余的计算，提高裂隙扩展情况分析效率。裂隙扩展情况分析效率。裂隙扩展情况分析效率。

【技术实现步骤摘要】
基于裂隙扩展的岩质边坡开挖卸荷破坏路径分析方法


[0001]本专利技术属于边坡稳定性分析
，具体涉及一种基于裂隙扩展的岩质边坡开挖卸荷破坏路径分析方法。

技术介绍

[0002]裂隙广泛存在与岩质边坡中，对边坡开挖卸荷变形破坏起重要作用。裂隙岩体边坡的变形破坏与坡体裂隙的破裂演化关联密切，其破坏过程变向为裂隙的拉张、滑移和裂隙在岩桥内的起裂、扩展并最终形成贯通的破裂面的过程。
[0003]裂隙岩体边坡的早起研究对边坡破坏机理的揭示发挥了重要作用，但仍然存在一定局限性。借鉴固体断裂力学思想，将断裂力学应用于裂隙岩质边坡稳定性问题，进一步揭示了岩质边坡电性裂隙分布情况下裂隙的扩展和贯通机理。然而，由于边坡裂隙扩展是一个复杂的动态过程，裂隙网络与岩桥相互作用、裂隙扩展与交汇等是一个综合问题，岩质边坡在卸荷应力条件、地层岩性和裂隙网络的共同作用下，边坡裂隙扩展、贯通的机制及其导致的边坡破裂路径等还无法通过计算直接获得。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求中的一种或者多种，本专利技术提供了一种基于裂隙扩展的岩质边坡开挖卸荷破坏路径分析方法，用以模拟岩质边坡开挖卸荷破坏路径。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供一种基于裂隙扩展的岩质边坡开挖卸荷破坏路径分析方法，其包括如下步骤：
[0006]S1、裂隙等效模拟：将整体裂隙动态扩展模型等效模拟为多个子裂隙动态扩展模型；
[0007]S2、应力强度因子计算与扩展类型判断：采用应力外推法计算子裂隙动态扩展模型中裂隙尖端的I型和II型应力强度因子KI和KII，基于应力强度因子判断扩展类型；
[0008]S3、裂隙起裂判断：根据扩展类型判断裂隙尖端的起裂扩展类型，其中起裂扩展类型包括张拉型起裂扩展和剪切型起裂扩展；
[0009]S4、裂隙扩展计算：根据裂隙尖端的起裂扩展类型计算裂隙起裂角θ和扩展距离l；
[0010]S5：裂隙扩展段生成：根据裂隙起裂角和扩展距离生成裂隙扩展段，将生成裂隙扩展段与其他子裂隙动态扩展模型进行拟合，根据拟合情况判断裂隙交汇后扩展方向。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，所述步骤S5中根据拟合情况判断裂隙交汇后扩展方向：
[0012]分别计算生成裂隙扩展段的裂隙尖端沿不同方向的应力强度因子，裂隙的扩展方向为沿超出包络线距离最大的方向扩展。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，还包括步骤S6：
[0014]将步骤S5中根据拟合情况判断裂隙交汇后的扩展方向生成新的子裂隙动态扩展模型，重复步骤S2、S3、S4、S5。
[0015]作为本专利技术的进一步改进，步骤S2中裂隙尖端的I型和II型应力强度因子KI和KII的计算具体包括：
[0016]设置边界条件和材料参数，生成初始节理裂隙，设置节理裂隙的材料参数，得到位移、应变和应力，根据位移、应变和应力计算得到裂隙尖端的I型和II型应力强度因子KI和KII。
[0017]作为本专利技术的进一步改进，所述步骤S3中拉张型起裂扩展类型的判断具体包括：
[0018]S301、根据计算获取拉张型扩展发生时裂隙尖端的包络线；
[0019]S302、根据计算获取剪切型扩展发生时候裂隙尖端的包络线；
[0020]S303、根据张拉型扩展包络线与剪切型扩展包络线获取包络线交点位置；
[0021]S304、建立坐标，通过原点坐标、张拉型扩展包络线、剪切型扩展包络线和包络线交点位置将坐标象限分为若干区域，将裂隙尖端I型和II型应力强度因子KI和KII代入坐标内，判断扩展类型。
[0022]作为本专利技术的进一步改进，所述步骤S304中划分的若干区域包括裂隙尖端不扩展区、裂隙尖端发生剪切型扩展而不发生拉张型扩展区、裂隙尖端发生拉张型扩展而不发生剪切型扩展区和裂隙尖端发生拉张型扩展和剪切型扩展区。
[0023]上述改进技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0024]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有的有益效果包括：
[0025](1)本专利技术的基于裂隙扩展的岩质边坡开挖卸荷破坏路径分析方法，其通过将原本复杂应力环境下裂隙的断裂扩展判据开发至数值模拟中，实现了从裂隙扩展的力学角度分析开挖卸荷对裂隙起裂和扩展的影响规律。其通过将原本复杂的裂隙扩展环境分割为多个子裂隙动态扩展模型，再将单个子裂隙扩展模型进行逐个分析，然后联合单个子裂隙扩展模型的裂隙扩展情况与其他子裂隙扩展模型进行合并分析，如此逐步推算，获取总体复杂环境下岩质边坡的裂隙扩展情况，整体计算逻辑清晰，避免了复杂冗余的计算，提高裂隙扩展情况分析效率。
附图说明
[0026]图1是本专利技术实施例中基于裂隙扩展的岩质边坡开挖卸荷破坏路径分析方法的模拟流程示意图；
[0027]图2是本专利技术实施例中裂隙拉张型
‑
剪切型扩展判断示意图；
[0028]图3是本专利技术实施例中裂隙等效及动态扩展示意图；
[0029]图4是本专利技术实施例中裂隙尖端应力分布与外推法的取值点示意图；
[0030]图5是本专利技术实施例中裂隙交汇及裂隙扩展示意图；
[0031]图6是本专利技术实施例中双裂隙岩样单轴压缩模拟示意图；
[0032]图7是本专利技术实施例中裂隙尖端应力硬质演化与扩展模式识别示意图；
[0033]图8是本专利技术实施例中边坡工程地质概况图。
具体实施方式
[0034]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对
本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0035]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0036]此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本专利技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0037]在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于裂隙扩展的岩质边坡开挖卸荷破坏路径分析方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、裂隙等效模拟：将整体裂隙动态扩展模型等效模拟为多个子裂隙动态扩展模型；S2、应力强度因子计算与扩展类型判断：采用应力外推法计算子裂隙动态扩展模型中裂隙尖端的I型和II型应力强度因子KI和KII，基于应力强度因子判断扩展类型；S3、裂隙起裂判断：根据扩展类型判断裂隙尖端的起裂扩展类型，其中起裂扩展类型包括张拉型起裂扩展和剪切型起裂扩展；S4、裂隙扩展计算：根据裂隙尖端的起裂扩展类型计算裂隙起裂角θ和扩展距离l；S5、裂隙扩展段生成：根据裂隙起裂角和扩展距离生成裂隙扩展段，将生成裂隙扩展段与其他子裂隙动态扩展模型进行拟合，根据拟合情况判断裂隙交汇后扩展方向。2.根据权利要求1所述的基于裂隙扩展的岩质边坡开挖卸荷破坏路径分析方法，其特征在于，所述步骤S5中根据拟合情况判断裂隙交汇后扩展方向：分别计算生成裂隙扩展段的裂隙尖端沿不同方向的应力强度因子，裂隙的扩展方向为沿超出包络线距离最大的方向扩展。3.根据权利要求1所述的基于裂隙扩展的岩质边坡开挖卸荷破坏路径分析方法，其特征在于，还包括步骤S6：将步骤S5中根据拟合情况判断裂隙交汇后的扩展方向生成新的子裂隙动态扩展模型，将新的子裂隙动态扩展模型进行模拟，重复步骤S2...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨闯，张占荣，孙红林，李时亮，冷先伦，王川，黄国良，黄水亮，刘华吉，张涛，
申请(专利权)人：中铁第四勘察设计院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：