清江大桥岩质岸坡变形机制的离散元模拟

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1、’·工程结构·’清江大桥岩质岸坡变形机制的离散元模拟!"潘邦君，胡荣华（!#常州市阳湖建设监理咨询有限公司，江苏常州"!$%%%；"#江苏省煤炭地质勘探研究所，江苏南京""!%%&）’’【摘’要】’采用离散元法对清江大桥宜昌岸桥墩所处岩质岸坡的变形破坏机制进行了模拟，结果表明：天然与加载状态下岸坡基本稳定；设桥时，建议加固坡高(%)以上坡面岩体及壁顶，对岸坡后缘出现的裂缝进行灌浆处理。’’【关键词】’岩质边坡；’岩体结构；’变形机制；’离散元；’数值模拟’’【中图分类号】%"*!#+"’’【文献标识码】,’’【文章编号】!%

2、%(-+.+$（"%%$）%*-%%/$-%"!"前"言桥址处属低山区，植被较发育，沟深坡陡，岸坡高达.%8’’山区铁路桥通过峡谷区时所遇桥基岸坡多为高数百米、!%%)，自然坡度(%98+%9，两岸岸坡坡顶地表溶蚀现象明显，陡峻的岩质边坡，其稳定性分析对桥梁工程而言尤为重要。溶沟溶槽遍布，形成岩溶峰丛地貌。由于此类岩质边坡多为硬岩、具块状结构，其变形主要是节清江大桥地区出露地层为寒武系上统白云质灰岩，表面［!］风化颇重，呈青灰灰白色，微晶结构，中厚层构造，厚约%#/理和各种裂隙切割出的块体的移动引起岩体结构的变动，其稳定性不

3、同于普通边坡，针对这类岩质边坡，必须在详细)。岸坡发育有三组节理:!、:"、:$，其岩体结构特征如表!所的勘测基础上，使用特殊研究方法进行分析。示。此岩体结构特征是建立岸坡离散元数值模型的基础。离散元法允许单元发生平动、转动和分离，适于斜坡变形表!’岩体结构特征研究。因此，针对上述岩质边坡的不连续性特征，可采用离散结构面产状间距（)）粗糙度延长充填渗流元法对其稳定性进行数值模拟分析。层理;/%9<=/$9%#/--无无:!>+%9<=(.9>%#/8!#/粗糙$8/无无#"离散元法基本原理:";*%9<=&*9;%#/8!#

4、/粗糙$8/无无’’离散元法最早由0123455于!.(!年提出，是一种以牛顿:$;&(9?=(*9;%#/8!#/粗糙$8/无无［"］运动定律作为本构关系的数值模拟方法。它允许单元分离，能适应复杂的边界条件，克服了有限单元法和边界元法的清江大桥位于龙凤坝大断裂附近，桥址处岩溶发育，地表变形假设，因而适用于模拟节理系统或颗粒组合体在准静态溶蚀严重，溶沟溶槽遍布，地下水发育，宜昌岸有小泉眼和小或动态条件下的变形过程。溶洞发育。离散单元法将区域划分成受节理等不连续面控制的单%"离散元数值模型的建立元，在变形过程中，单元结点可以分

5、离，符合岩块自由移动的%&!"岸坡断面和岩体结构模型的建立实际情况，将其用于岩体的变形分析是很合适的，因而也就适按现场条件与墩基设置，计算边坡从河谷底部起至岸坡合于岩质边坡变形破坏机制的模拟。陡壁顶止，计算陡壁净高.&)；按野外分析，并考虑到墩基离散元法假定介质一开始就是离散块体的集合，块与块础尺寸和计算时的合理简化，岩体结构计算尺寸为层理方向之间没有变形协调的约束，但平衡方程与本构方程仍需要满取+)，倾角取!%9；主节理方向取&)，倾角取((#$9。其计足。如某个单元块体，受到相邻单元块体通过边、角传递给它算几何模型如图!

6、所示。的力!"#、!$#作用，一般还要加上重力。这些力对单元块体的%&#"岩体力学参数重心会产生合力!和合力矩%。若!和%不等于零，则不平衡野外用@A""/型回弹仪测得力和不平衡力矩使块体按牛顿第二定律!&’!和%&(")的岸坡岩体的回弹值取/&，取风化系规律发生平动和转动。随着单元的平移和转动，允许调整各数为!#%，换算得岩石单轴抗压强个单元之间的接触关系。最终，块体单元可能达到平衡状态，度为+%#(BC4。综合勘测资料并也可能一直运动下去［"］。参照经验公式，选定其他力学参数$"工程背景及地质概况见表"。图!’清江大桥宜

7、昌台$’’拟建中的宜（昌）—万（州）铁路清江大桥位于湖北恩施岩体自重：取为"#&D=)。计算模型龙凤镇清江与混水河的交汇处，清江水面宽约*%)，水深约%&$"计算荷载!%)，线路与清江近似正交。线路跨江地段谷坡较陡，谷深近!%%)，河面标高*"/)，线路走行在崖顶面，桥基也设于岸坡［收稿日期］"%%$-%*-!(顶面。初测桥渡方案拟定为上承式单跨拱方案，里程为［作者简介］胡荣华（!.&+8），男，工学学士，工程师，主要从06"/&7($"#&%806"/&7.*.#**，桥全长"!&#+*)，拱跨事岩土工程勘察、岩土工程治理

8、等工作。!/%)，路基面设计标高/!()，桥面净高.")。/$四川建筑!第"#卷$期!"%%#&’"·工程结构·"表!"岩体力学参数裂缝，而下部岩层未出现比较明显的变形。这种变形破坏模弹性模量抗压强度抗拉强度内聚力摩擦角式，与野外调查中在坡顶发现多条张性泊松比（#$%）（#$%）（#$%）