抗拉强度对岩石边坡稳定性的影响(Effect of tensile strength on the stability)

1 引言

在一般的岩石边坡分析和设计中，我们通常假定岩石不抗拉，即岩石的抗拉强度为0. 不过对于由非完全贯通节理组成的岩体(岩桥破坏，step-path failure), 这样的假定可能给出过于保守的设计，特别是在可靠性分析和倾倒破坏【岩石边坡倾倒破坏之块体倾倒(Block Toppling)数据集】中。这个笔记简要回顾了文献[1]的研究结果---抗拉强度对岩石边坡稳定性的影响。  

岩石力学---从物理试验到数值试验

岩体和混凝土强度与变形模量的直接关系

屈曲倾倒破坏(flexural toppling failure)

IMASS---FLAC3D和3DEC新的本构模型(1)

连续屈服节理模型(continuously yielding joint)

2 抗拉强度对岩石边坡稳定性的影响

这项研究的重点是探讨岩石边坡过程和机制，模拟岩体内部的损伤过程，捕捉边坡坡不稳定的抗拉强度退化效应。主要回答了以下问题：

(1) 抗拉强度对边坡不稳定有何影响？

(2) 是否有这样一类问题，当边坡运动有额外的自由度才能发生破坏？

(3) 抗拉强度或摩擦力是否控制岩石边坡的不稳定？

(4) 支护对边坡行为过程有何影响？

岩石边坡的稳定性通常被认为是破裂表面(rupture surface)剪切强度的函数。在天然形成的边坡上，破裂表面通常是不连续的，断裂和节理断续地分离了大的岩块。破裂表面的强度由抗拉强度、粘结力和摩擦力三个分量组成。虽然大量的研究集中在剪切强度、粘结力和内摩擦角对边坡稳定性的影响，但对抗拉强度在边坡稳定性中的作用的研究却很少。这项研究分析了抗拉强度和抗拉压裂对岩石边坡倾倒的影响。首先使用不连续断裂的直接剪切测试结果进行评估，然后该过程应用于倾倒破坏的离心机模型进行测试，最后与数值模型UDEC进行了对比。研究结果表明，岩石的抗拉强度是破裂表面扩展的关键参数。对于倾倒边坡，完整岩石的摩擦力和粘结力作用较小，而抗拉拉强度在控制边坡稳定性方面起着重要作用，倾倒边坡的长期稳定性很可能受到抗拉强度降低的控制。

目前，我们的研究主要集中在抗拉强度对拉伸断裂韧性的影响(PFC2D/PFC3D)和抗拉强度对岩桥破坏(UDEC/3DEC)的影响。

3 相关文献

[1] Alzo'ubi, A. M. (2009). "The effect of tensile strength on the stability of rock slopes." Ph.D. Thesis, Department of Civil and Environmental Engineering, Uniersity of Alberta, 227p. (pdf)

[2] Elmo D. et al. (2021) A New Approach to Characterise the Impact of Rock Bridges in Stability Analysis. Rock Mechanics and Rock Engineering. (pdf)

[3] Havaej M. (2015) Characterisation of High Rock Slopes using an Integrated Numerical Modelling - Remote Sensing Approach. Ph.D. Thesis. Simon Fraser University. 237p. (pdf)

[4] Stead D. and Eberhardt E. () Understanding The Mechanics Of Large Landslides. doi: 10.4408/IJEGE.2013-06.B-07. (pdf)

[5] Sturzenegger M. (2010) Multi-Scale Characterization Of Rock Mass Discontinuities And Rock Slope Geometry Using Terrestrial Remote Sensing Techniques. Ph.D. Thesis. Simon Fraser University. 371p. (pdf)

[6] Tuckey Z. (2016) Discontinuity survey and brittle fracture characterisation in open pit slopes using photogrammetry APSSIM 2016 – PM Dight (ed.) 14p. (pdf)

[7] Alzo'ubi, A. K., et al. (2010). "Influence of tensile strength on toppling failure in centrifuge tests." International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences 47(6): 974-982.