【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及岩体工程，尤其涉及一种寒区危岩体稳定性的分析方法、系统及设备。
技术介绍
1、寒区危岩体常因环境温度的起伏遭受冻融循环风化作用，使岩体力学特性发生显著劣化，终因主控结构面的开裂扩展而失稳破坏。如西藏甲玛矿山边坡由于冻融损伤致使岩体劣化失稳，引起200多万方边坡岩体塌方；新疆西北部山区遭受强烈的冻融循环作用，山体岩石破碎严重，进而出现落石、滑移等不良地质现象。因此，研究冻融循环作用下岩体劣化的力学机制对危岩体工程稳定性评价具有重要意义。
2、评价危岩体稳定性的核心问题是建立能够反映危岩体当前力学状态及后续发展规律的理论模型，深刻理解冻融循环作用下危岩崩塌失稳的力学机制对准确其稳定性评价非常重要。目前，基于断裂力学理论建立的危岩体稳定性评价模型主要以岩石的断裂韧度作为结构面尖端开裂及扩展的判据，将断裂韧度指标视为与岩石固有性质相关的常量，在此基础上建立危岩体稳定性评价模型。
3、实际上，危岩体赋存的地质环境复杂多变，岩桥段岩石常与外界产生冻融等风化作用，使岩石的断裂韧度发生劣化，这一点已在诸多文献中得到了试验验证，进而降低危岩体稳定性。岩石内部赋存的孔隙水在低温下冻结并产生冻胀力，冻胀作用致使孔隙结构产生不可逆的冻胀破坏，孔隙体积的扩大使岩石断裂性能劣化。研究发现岩石冻融损伤与孔隙中未冻结水含量、孔径大小分布特征及孔隙中水分饱和度等因素相关。通常，0℃以下的岩石中仍然存在未冻水，其中未冻水膜为水分迁移提供了通道和动力，自由未冻结水为水分迁移提供水源。岩石中未冻结水含量可采用孔径分布指数模型表征，
4、目前对冻融循环作用下危岩的稳定性分析主要集中在现场监测，或局部岩块试样进行室内冻融试验，在理论机制上对寒区危岩体稳定性的分析值得进一步探索。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术中冻融循环作用下危岩的稳定性分析主要集中在现场监测，或局部岩块试样进行室内冻融试验，在理论机制上对寒区危岩体稳定性的分析还不足的缺点，本专利技术的主要目的在于提供一种寒区危岩体稳定性的分析方法。
2、为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案，一种寒区危岩体稳定性的分析方法，包括以下步骤：
3、对危岩体主控结构面尖端受力分析，获得作用在主体结构面上的重力、冻张力及地震力，建立冻融循环作用下i型和ⅱ型断裂韧度劣化模型；
4、基于断裂韧度劣化和结构面间冻胀力，结合断裂力学与圆孔扩展理论，将断裂韧度作为稳定性系数，建立寒区危岩体稳定性评价模型；引入危岩体的细观参数作为修正参数，
5、将寒区岩体的主控结构作为所述寒区危岩体稳定性评价模型的输入，获得该寒区岩体的稳定性结果，根据稳定性结果，判断该寒区岩体的稳定性。
6、还包括危岩体的岩石孔隙冻胀破坏过程的影响参数有岩石自身物理力学性质以及孔隙中水分迁移，其中，当冻结时间较短时，水分迁移参数β值越大，越容易引起孔隙发生冻胀破坏。
7、所述岩石i型、ⅱ型断裂韧度与其抗拉强度、粘聚力存在正相关关系；
8、对于i型裂纹断裂扩展，其裂纹尖端最大拉应力超过岩石抗拉强度，根据最大拉应力判据求得i型断裂韧度；
9、对于ii型裂纹断裂扩展，裂纹沿裂纹平面扩展，根据摩尔-库伦屈服准则求得ⅱ型断裂韧度。
10、所述细观参数包括岩石弹性模量；所述岩石弹性模量越大，孔洞周围岩石对冰的膨胀约束力更大，产生的冻胀力更大，因此所述岩石弹性模量越大，所述危岩体劣化越明显。
11、所述危岩体的稳定性系数受到不同岩石初始抗拉强度的影响，所述危岩体的岩石初始抗拉强度越大，稳定性系数越大，且抵抗冻融循环破坏的能力更强；所述危岩体自身的抗拉强度大小是抵抗冻融循环劣化的重要因素。
12、所述危岩体的稳定性系数与岩体冻结温度相关，所述岩体冻结温度越低，危岩体的稳定性系数下降速率越低。
13、所述危岩体是滑移式危岩体时，所述滑移式危岩体稳定性系数随冻融循环次数增大，呈现出呈快后缓的下降趋势，与冻结温度呈正相关，与岩屑流失比呈负相关。
14、所述危岩体的岩屑流失比的增大，使得最初冻融阶段加速危岩体劣化，同时也使其更早进入失稳破坏状态。
15、一种寒区危岩体稳定性的分析系统，包括：
16、数据获取模块，对危岩体主控结构面尖端受力分析，获得作用在主体结构面上的重力、冻张力及地震力，建立冻融循环作用下i型和ⅱ型断裂韧度劣化模型，获得岩体i型、ii型断裂韧度；
17、数据分析模块，基于断裂韧度和结构面间冻胀力，结合断裂力学与圆孔扩展理论，将断裂韧度作为稳定性系数，建立寒区危岩体稳定性评价模型；引入危岩体的细观参数作为稳定性系数的修正参数；输入寒区岩体的主控结构至所述寒区危岩体稳定性评价模型中，获得该寒区岩体的稳定性结果。
18、一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：
19、对危岩体主控结构面尖端受力分析，获得作用在主体结构面上的重力、冻张力及地震力，建立冻融循环作用下i型和ⅱ型断裂韧度劣化模型，获得岩体i型、ii型断裂韧度；
20、基于断裂韧度和结构面间冻胀力，结合断裂力学与圆孔扩展理论，将断裂韧度作为稳定性系数，建立寒区危岩体稳定性评价模型；引入危岩体的细观参数作为稳定性系数的修正参数；
21、输入寒区岩体的主控结构至所述寒区危岩体稳定性评价模型中，获得该寒区岩体的稳定性结果。
22、与现有技术相比较，本专利技术的有益效果为：本专利技术基于岩石冻胀理论和圆孔扩张理论，考虑结构面冻胀力、未贯通段岩石黏聚力与冻结深度演化等参数影响，建立冻融循环下滑移式危岩体稳定性力学模型并对参数进行敏感性分析，获得抗滑力与危岩体稳定性系数，能很好的反映宏观上多次冻融循环作用下岩石黏聚力的劣化效果，有益于根据岩石稳定性分析结果对寒区危岩体工程中设置保温层、加固岩体、注浆等措施提高危岩体的长期稳定性。
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1.一种寒区危岩体稳定性的分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述一种寒区危岩体稳定性的分析方法，其特征在于，还包括危岩体的岩石孔隙冻胀破坏过程的影响参数有岩石自身物理力学性质以及孔隙中水分迁移，其中，当冻结时间较短时，水分迁移参数β值越大，越容易引起孔隙发生冻胀破坏。
3.根据权利要求1所述一种寒区危岩体稳定性的分析方法，其特征在于，所述岩石I型、Ⅱ型断裂韧度与其抗拉强度、粘聚力存在正相关关系；
4.根据权利要求1所述一种寒区危岩体稳定性的分析方法，其特征在于，所述细观参数包括岩石弹性模量，所述岩石弹性模量越大，孔洞周围岩石对冰的膨胀约束力更大，产生的冻胀力更大，所述寒区的危岩体劣化越明显。
5.根据权利要求1所述一种寒区危岩体稳定性的分析方法，其特征在于，所述危岩体的稳定性系数受到不同岩石初始抗拉强度的影响，所述危岩体的岩石初始抗拉强度越大，稳定性系数越大，且抵抗冻融循环破坏的能力更强；所述危岩体自身的抗拉强度大小与抵抗冻融循环劣化程度正相关。
6.根据权利要求1所述一种寒区危岩体稳定性的分析方法
7.根据权利要求1所述一种寒区危岩体稳定性的分析方法，其特征在于，所述危岩体是滑移式危岩体时，所述滑移式危岩体稳定性系数随冻融循环次数增大，呈现出呈先快后缓的下降趋势，与冻结温度呈正相关，与岩屑流失比呈负相关。
8.根据权利要求1所述一种寒区危岩体稳定性的分析方法，其特征在于，所述危岩体的岩屑流失比的增大，使得最初冻融阶段加速危寒区岩体劣化，同时也使寒区岩体更早进入失稳破坏状态。
9.一种寒区危岩体稳定性的分析系统，其特征在于，包括：
10.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种寒区危岩体稳定性的分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述一种寒区危岩体稳定性的分析方法，其特征在于，还包括危岩体的岩石孔隙冻胀破坏过程的影响参数有岩石自身物理力学性质以及孔隙中水分迁移，其中，当冻结时间较短时，水分迁移参数β值越大，越容易引起孔隙发生冻胀破坏。
3.根据权利要求1所述一种寒区危岩体稳定性的分析方法，其特征在于，所述岩石i型、ⅱ型断裂韧度与其抗拉强度、粘聚力存在正相关关系；
4.根据权利要求1所述一种寒区危岩体稳定性的分析方法，其特征在于，所述细观参数包括岩石弹性模量，所述岩石弹性模量越大，孔洞周围岩石对冰的膨胀约束力更大，产生的冻胀力更大，所述寒区的危岩体劣化越明显。
5.根据权利要求1所述一种寒区危岩体稳定性的分析方法，其特征在于，所述危岩体的稳定性系数受到不同岩石初始抗拉强度的影响，所述危岩体的岩石初始抗拉强度越大，稳定性系数越大，且抵抗冻融循环破坏的能力更强；所述危...
【专利技术属性】
技术研发人员：邓正定，张兴秋，刘顺圆，魏俊豪，
申请(专利权)人：江西理工大学，
类型：发明
国别省市：
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