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摘要：本发明公开了一种基于RFPA及玄武岩柱力学模型的边坡稳定性计算方法，属于岩石力学与岩土工程领域。该方法首先基于RFPA分析玄武岩柱试件的力学特性影响因素、破裂机理、敏感因素，进而构建力学特性主要敏感因素耦合模型；其次，构建不同开挖阶段的玄武岩柱边坡模型，设置边坡模型的初始条件，进行离心加载计算，获得不同开挖阶段的边坡安全系数；最后，将玄武岩柱力学敏感因素耦合模型应用于边坡最不利开挖阶段；受玄武岩柱力学敏感因素的启发，探究不同开挖阶段的边坡离心加载破裂失稳特征，通过以上研究共同揭示实际工程中应重点监测或加固的区域，并与工程现场进行对比分析，为玄武岩柱工程的设计、施工及运营维护环节提供理论支撑。

主权项：1.一种基于RFPA及玄武岩柱力学模型的边坡稳定性计算方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：第一步，玄武岩柱试件的力学特性影响因素分析、破裂机理分析以及进一步的力学特性敏感因素分析1基于RFPA，构建玄武岩柱的数值试件；根据玄武岩柱物理试验测量得到的物理力学宏观参数，通过宏观参数转化为细观参数的经验理论公式，获得RFPA中需输入的节理及岩石的材料力学细观参数，其中考虑节理及岩石的非均质性；设置玄武岩柱试件的包括不同模型边界条件及试件形状、节理力学性能、岩石细观本构、次节理组错距比在内的影响因素；对试件施加侧压，在试件顶部逐步施加竖向位移压缩荷载；对试件进行线弹性有限元计算，根据摩尔库伦准则、拉伸破坏准则及RFPA中的细观单元损伤本构关系，对损伤单元进行刚度退化处理；获得不同影响因素下试件的应力应变曲线、峰值强度、等效变形模量、最小主应力图、损伤图、位移图、声发射类别及强度的空间分布图；分析试件的峰值强度、等效变形模量随影响因素的变化规律；2基于玄武岩柱试件的应力应变曲线，找出应力应变曲线上应力提升段、应力峰值点附近、应力跌落段、残余强度阶段的能表征玄武岩柱试件明显应力转移、破裂发展变化的若干特征点，然后在RFPA中输入这些特征点对应的计算步，调取出步骤1中相应的试件最小主应力图，通过试件最小主应力图的应力集中区域来分析加载过程中试件的应力状态，以及根据试件最小主应力图的裂纹分布区域来探究试件的破裂特征变化规律，并在RFPA中提取这些特征点对应的计算步的试件损伤图、不同方向的位移图、声发射类别及强度的空间分布图，综合研究玄武岩柱试件的破裂机理；针对不同影响因素的工况，分析玄武岩柱试件破裂机理的差异；3根据式1和式2，计算试件强度尺寸效应对各因素的敏感系数，并根据各因素的敏感系数大小，确定试件强度尺寸效应的敏感因素由强到弱的排序；根据式3和式4，计算试件强度各向异性对各因素的敏感系数，并根据各因素的敏感系数大小，确定试件强度各向异性的敏感因素由强到弱的排序；根据式5和式6，计算试件形状效应强度特性对各因素的敏感系数，并根据各因素的敏感系数大小，确定试件形状效应强度特性的敏感因素由强到弱的排序； 式中，A为抗压强度对试件模型尺寸的敏感度；ΔB为考虑尺寸效应时抗压强度变化的百分率；ΔC为试件模型尺寸变化的百分率；D为试件强度尺寸效应对某影响因素的敏感系数；ΔE为考虑尺寸效应时某影响因素变化的百分率；Amax为A的最大值；Amin为A的最小值； 式中，F为抗压强度对柱体倾角的敏感度；ΔG为考虑各向异性时抗压强度变化的百分率；ΔH为柱体倾角变化的百分率；I为试件强度各向异性对某影响因素的敏感系数；ΔJ为考虑各向异性时某影响因素变化的百分率；Fmax为F的最大值；Fmin为F的最小值； 式中，K为抗压强度对试件高宽比的敏感度；ΔL为考虑形状效应时抗压强度变化的百分率；ΔM为试件高宽比变化的百分率；N为形状效应强度特性对某影响因素的敏感系数；ΔT为考虑形状效应时某影响因素变化的百分率；Kmax为K的最大值；Kmin为K的最小值；第二步，构建玄武岩柱试件的力学特性主要敏感因素耦合模型针对试件强度尺寸效应的敏感因素由强到弱的排序，选择排序前三的因素作为试件强度尺寸效应的主要敏感因素，然后构建三维曲面拟合模型，其中x轴为模型尺寸，y轴为主要敏感因素，z轴为试件抗压强度；针对试件强度各向异性的敏感因素由强到弱的排序，选择排序前三的因素作为试件强度各向异性的主要敏感因素，然后构建三维曲面拟合模型，其中x轴为柱体倾角，y轴为主要敏感因素，z轴为试件抗压强度；针对试件形状效应强度特性的敏感因素由强到弱的排序，选择排序前三的因素作为试件形状效应强度特性的主要敏感因素，然后构建三维曲面拟合模型，其中x轴为试件高宽比，y轴为主要敏感因素，z轴为试件抗压强度；通过拟合效果评价来保证拟合模型的有效性；第三步，构建不同开挖阶段的玄武岩柱边坡模型，设置边坡模型的各类初始条件，进行离心加载计算，获得不同开挖阶段的边坡安全系数根据所要研究的玄武岩柱边坡的地质勘察资料，确定该边坡不同开挖阶段所对应的开挖高程，从而厘清该边坡工程的开挖顺序及进程；其次，以该边坡地质勘察资料中的地质剖面图为依据，绘制若干张不同开挖阶段的玄武岩柱边坡模型的数字图像；这些边坡数字图像需包含地质剖面图中已明确的层间错动带、层内错动带、断层、不同类别的岩体以及柱状节理岩体赋存区域；然后，将这些边坡数字图像导入RFPA中形成数值试验所需的不同开挖阶段的边坡数值模型；进一步地，根据该边坡工程的地质勘察资料中各地质对象的宏观力学参数，通过宏观参数转化为细观参数的经验理论公式，获得边坡数值模型各地质对象或各局部区域材料的细观力学参数的初步取值；沿边坡剖面的厚度方向，对边坡模型的前后两面施加铰支约束，在边坡模型的底部、左右两侧亦施加铰支约束；对边坡模型进行离心加载计算，根据式7，获得不同开挖阶段边坡模型的安全系数P； 式中，Step为单元破坏数最大时的计算步数，△g为离心加载系数，γ为材料密度；第四步，根据边坡安全系数确定边坡的最不利开挖阶段，将玄武岩柱力学敏感因素耦合模型应用于该开挖阶段分析边坡模型的安全系数随开挖阶段推进的变化规律，将安全系数最低值所对应的开挖阶段作为边坡的最不利开挖阶段；将第二步得到的主要敏感因素拟合模型作为最不利开挖阶段的边坡模型内玄武岩柱的力学参数取值依据，结合实际工程不同高程的局部区域的柱体倾角、柱体直径、柱体长度进行取值，应用到玄武岩柱边坡的最不利开挖阶段以进行离心加载计算，得到不同方向的位移图、最小主应力图；第五步，探究不同开挖阶段的边坡离心加载破裂失稳特征，结合工程现场的微震事件分布、岩体破裂情况进行分析基于第三步获得的不同开挖阶段的边坡模型计算效果图资料，针对每一个开挖阶段的边坡模型，提取其离心加载过程中能够反映边坡模型明显局部应力集中、裂纹萌生扩展、应力随之转移、结构面滑移开裂及岩体破裂发展变化的若干张最小主应力图，通过这些边坡最小主应力图来分析边坡模型的应力状态，以及根据这些最小主应力图的裂纹分布演化来探究边坡模型的破裂特征变化规律，并在RFPA中提取能够反映关键结构面滑移开裂、关键局部岩体破坏的边坡模型损伤图、不同方向的位移图，综合研究玄武岩柱的边坡模型破裂机制；然后，对比分析不同开挖阶段的玄武岩柱边坡模型破裂机制的区别；第六步，揭示实际工程中应重点监测或加固的区域基于第四步和第五步获得的边坡模型计算效果图资料、分析过程及分析结果，通过标记最不利开挖阶段及其余开挖阶段的模型计算效果图的若干关键结构面滑移开裂分布、圈定边坡若干处具有较大变形或发生破碎的局部岩体分布来识别实际工程中的关键破裂带或局部危岩区域，获取实际工程中会导致玄武岩柱边坡失稳灾害的元素及空间信息。

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