Exploring joint orientation effects on rock wedge stability: Experimental and discrete element analysis
01摘要
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本研究的主要目的是研究和分析岩石楔状边坡在三个节理组合的相互作用下的滑动行为，并考虑倾斜角度(包括节理之间的楔状角度)和重力条件的影响。分析了相对于楔体倾斜方向不同的不连续面。首先回顾了楔形破坏的稳定性评估，明确侧重于极限平衡(LE)分析和内部物理测试。采用离心试验和3DEC软件进行离散单元分析，探讨影响边坡破坏特征的因素。此外，提出了两种缓解策略，以增强岩石楔状边坡的稳定性。研究的主要发现包括:与包含的节理楔角相比，楔角对楔体稳定性的显著影响，重力条件对楔体单元的坍塌率的强烈影响，以及具有不连续面倾斜出坡面的楔体边坡所构成的更高风险。数值模拟结果强调了在边坡稳定性评价中考虑节理间距的重要性。在较为真实的应力水平下，通过固定关键楔块等缓解方法可有效降低楔体坍塌率，提高岩质边坡的稳定性。该研究为制定预防和缓解策略提供了有价值的见解，有助于提高安全性和减少岩石楔体破坏事件造成的潜在损害。
02图表
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03结论
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本研究旨在研究三组节理组合下的岩石楔体破坏机制(其中一组节理用于模拟结构面取向对楔体边坡破坏机制的影响)。通过室内试验和数值模拟对简化模型进行验证。在此基础上，分析了包含节理间楔角和重力条件的不同倾入角度的岩石楔体模型，并考虑了倾入或倾出边坡的不连续面。利用3DEC的数值模型研究了影响楔形边坡破坏特征的因素。在每种分析场景下，系统评价楔体塌陷比，即塌陷楔体单元占所有楔体单元总体积的比例。最后，提出了两种改善边坡稳定性的缓解方法。本研究的主要结论可归纳如下:
1.结果表明，两个节理之间的楔角和楔入角对岩石楔状边坡的滑动特性有显著影响。而在两个节理夹角下，倾角对边坡稳定性的影响更大。
2.室内试验和数值模拟均表明，随着重力作用的增大，楔体单元的楔体坍塌率增大;这表明滑动行为与场应力条件之间有很强的相关性。从楔形边坡中倾斜出来的不连续面构成了一种特别危险的情况，导致了岩体的完全坍塌，对周围地区产生了重大影响。
3. 当节理间距由3 cm减小至1.5 cm时，楔形单元的脱落距离增大，脱落单元分布范围扩大。结果表明，随着节理间距的减小，岩石楔状边坡的稳定性明显下降。这种行为在采用各种缓解方法的模型中得到了一致的观察，突出了节理间距和边坡稳定性之间的复杂关系。
4.3DEC模拟结果表明，在没有减缓方法的情况下，岩石楔体迅速滑落，崩塌率较高。将单元固定在脚趾上方显著降低了坍塌率，特别是在高重力条件下;与固定趾单位的情况相比，这导致了更稳定的岩石边坡。
研究结果可作为制定岩质边坡稳定性防治对策的基本参考。通过了解各种因素的影响，包括节理角、突入角、不连续方向和重力条件，决策者或工程师可以开发有效的缓解方法，最大限度地减少岩石楔体灾害的发生和影响。这些结果有助于实现更广泛的目标，即提高安全性，减少岩石楔入事件造成的潜在损害。然而，本研究没有考虑岩石桥、表面粗糙度、黏聚性等因素，也没有采用超越简化Mohr-Coulomb模型的更复杂的破坏准则。未来的研究工作可以将这些方面整合到先进的数值模型中，以获得对岩石边坡稳定性的全面了解，并提高缓解策略的有效性。
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