[发明专利]岩质高边坡稳定性分析三维地质力学模型试验方法及应用

权利要求书

1.一种岩质高边坡稳定性分析三维地质力学模型试验方法，其特征在于，所述岩质高边坡稳定性分析三维地质力学模型试验方法通过基于升温降强和抬升超载地质力学模型试验方法评价岩质高边坡的稳定性，包括试模型设计-模型材料试验-模型的制作-量测系统安装-模型试验的过程；

首先对影响边坡稳定的主要结构面进行升温降强，升温过程需进行分级，每升高0.5℃～1.0℃进行一次读数，直到主要结构面抗剪断强度降低到设计的数值；

然后在保持降低后的强度参数条件下，再进行抬升阶段试验，通过边坡承载平台的大吨位千斤顶进行加载，以活动铰为旋转支点，抬升砌筑平台从而实现边坡模型岩体的自重应力场的改变，抬升以0.5°为步长直至边坡出现整体失稳的趋势为止。

2.如权利要求1所述的岩质高边坡稳定性分析三维地质力学模型试验方法，其特征在于，所述岩质高边坡稳定性分析三维地质力学模型试验方法具体包括：

第一步，结合具体的边坡工程，通过地质分析，确定影响边坡稳定的主要软弱结构面，以及可能失稳的关键滑移块体，形成关键滑移块体的软弱结构面是重点关注和模拟研究的对象；

第二步，进行边坡地质力学模型试验的设计，选定模型几何比尺C_L及确定模拟范围，根据具体工程高边坡的工程特点及试验任务要求，结合试验场地规模及试验精度要求，综合确定模型几何比，C_L为100～300；模型模拟范围根据边坡的地形特点、坝基与坝肩的主要地质构造特性、大坝下游水垫塘枢纽布置特点及试验任务要求等因素综合分析；最后确定模型模拟范围的基本要求为：横河向以满足试验过程中不致因边界约束影响边坡岩体滑动破坏失真为限，顺河向边界应将边坡内断层、层间层内错动带、卸荷裂隙控制边坡稳定的主要岩体结构面包括在内；

第三步，通过模型相似理论，确定其他的主要相似关系式，确定变模相似系数C_E、容重相似系数C_γ、荷载相似系数C_F、摩擦系数相似系数C_f、凝聚力相似系数C_c、泊松比相似系数C_μ、应变相似系数C_ε主要相似系数；

第四步，根据各类岩体的物理力学参数，同时根据确定的相似关系式，计算模型材料的相应的物理力学参数；

第五步，进行模型材料的研制，根据各类岩体材料的物理力学参数研制相应的模型材料；

第六步，研制主要结构面的模型降强材料，根据相似关系式，以抗剪断强度为主要的模拟参数，通过常温下的剪切试验，配制以重晶石粉+石蜡+机油+聚四氟乙烯薄膜、聚乙烯薄膜或蜡纸的方式的模型降强材料；

第七步，进行各结构面模型降强材料的升温降强剪切试验，获得抗剪断强度与温度的关系曲线；

第八步，进行模型的概化，确定模拟的岩体、地质构造，确定形成关键滑移块体的软弱结构面的初始角度θ；

第九步，进行模型的砌筑；

第十步，按照模型监测系统，边坡地质力学模型试验属于非线性破坏试验，它所使用的模型材料为高容重、低变模及低强度的材料，因此模型量测主要进行变位量测，即边坡岩体表面变位的量测；边坡地质力学模型试验主要有三大量测系统，即边坡岩体表面变位量测、结构面内部相对变位量测、升温降强监控系统；

第十一步，采用地质力学模型综合法试验开展该研究边坡的降强法和超载法抬升相结合的破坏试验；

第十二步，根据试验获得的关键块体的在不同试验阶段的变形，绘制变形测点的变形与各试验步的关系曲线，以试验步为纵坐标，变形值为横坐标；

第十三步，根据绘制的大量测点变形曲线的波动、拐点、增长幅度、转向等特征，根据变形过程控制理论在以边坡在超载和降强时，边坡变形初始损伤特征点和边坡滑动面贯穿特征点作为边坡综合法模型试验的两个控制性特征点，并作为计算综合法安全系数的基础依据，获得相应的试验步，获得该试验步所对应的降强系数和抬升角度

第十四步，根据抬升失稳破坏原理得到超载或抬升法安全系数K_sp的表达式，K_sp与边坡结构面初始角度θ和抬升角度有关；根据具体试验中获得的各主要结构面的初始角度θ和抬升角度计算得到每个结构面的安全系数K_sp；

第十五步，根据边坡结构面的力学参数的弱化原理得到边坡强度储备系数K_ss的表达式，K_ss与结构面力学参数弱化程度有关，根据具体试验中每个软弱结构面弱化的程度，得到每个结构面的强度储备系数K_ss；得到综合法试验安全系数表达式K_sc＝K_sp×K_ss，将上面获得的值代入该式，得到每个结构面对应的综合法试验安全系数；

第十六步，根据每个结构面的综合法试验安全系数，同时根据边坡变形分布特征、破坏过程和破坏机理，综合评价整个边坡工程的稳定安全性。