含节理面的岩质边坡分析-2

大家伙，我是马路寒~

上一篇推文，我们写了节理岩体（或含结构面的岩体）第1种考虑方式，根据裂隙有无填充，可以选择使用各向同性本构 界面接触单元来进行稳定性或受力分析。

第2种考虑方式，可以考虑节理岩土的横向各向同性性质。这种需要使用节理岩体本构或使用横向各向同性本构来进行分析。

今天来写写第2部分。第二部分看起来是边坡的问题，实则是本构的问题。

NO.12 

节理岩体或横向各向同性本构。

先说最重要的结论：横向各向同性本构，只能进行线性应力分析，节理岩体本构，可以考虑节理的非线性性质，除节理面（或设定的结构面）位置以外的岩体，仍旧是按弹性考虑的。当使用这两个本构时，是不能使用强度折减法（SRM分析）来获得边坡的安全系数的，只能进行岩体的受力分析。

意不意外，惊不惊喜，开不开心。

来看这两个本构的参数长啥样子~

可以看到，横向各向同性本构与节理岩体本构，区别只在于节理岩体多了节理层数和节理的强度参数，也即，只能考虑设定的3组主节理的屈服。

分别来看参数：

• 弹性模量，泊松比和剪切模量

  本构中的参数，弹性模量E、弹性模量v和剪切模量G，指的是节理之间的岩土性质，分别代表的是平行于结构面方向和垂直于结构面方向的刚度性质。（有没有人疑惑，为什么这里的剪切模量也是需要自行输入的呢，剪切模量不是可以根据弹性模量和泊松比求出来嘛~~有人知道答案吗，知道答案的我们评论区见）这三个参数在本文中的两个本构中取值方式相同。

• 倾角α

  在横向各向同性本构中，参数输入使用的是与材料自身的成层方向相关的局部坐标系。如下图所示，二维模型中，X-Z坐标系为整体坐标系，X'-Z'为局部坐标系。为了确定每组节理的塑性破坏条件，需要将以整体坐标系输出的应力转换到局部坐标系下，因此需要用到转换角α。即α的含义是指整体坐标系旋转至局部坐标系所需要的角度。

  

  也因此我们可以看见，在二维模型中，我们并不需要输入α，模型自然会体现出来。

  

  三维模型中，岩层的产状也具有三维特性，α的作用是将计算模型中的参考方向调整为实际工程中使用的参考方向，有了这个角度α，我们可以放心使用实际项目中关于岩层产状的描述。

  例如，实际工程中，岩层的产状描述以正北方向为参考，而计算模型中，一般都以整体坐标系为参考。所以α的含义，指的是计算模型整体坐标系的Z方向与正北方向的夹角，大多时候，这个角度为90度。

  

• 强度参数c和ψ 

  这里的强度参数，指的是节理或结合面的强度性质。例如，我们可以从规范中找到有些蛛丝马迹：

  

• 岩层产状倾角α1，倾向α2

  如果理解了前文中关于α的理解，这里的α1和α2就可以直接使用工程描述中的岩层产状输入了。

  
  

  

  

与前一篇推文中的方式相比，个人觉得，建模时把岩层、结合面，或裂隙填充建出来的方式，可以说是化整为零的“微观建模”，每个零碎的块体都是单独的各向同性材料。而相对的，节理岩体本构，是整体式的“宏观建模”，它把整个包含节理、断层或其它无填充的结构面的岩层做为一个整体，这个整体是横观各向异性的材料。它给出的是3条（最多3条）主节理的方向，而非“3条主节理的位置”。因此，使用节理岩体建模分析时，我们既无法输入节理之间的厚度，在建模时，也无需将岩体中的节理位置建立出来。

并且，非常重要的，节理岩体本构是不支持边坡强度折减法分析的，如果使用该本构，却希望得到边坡的安全系数，要么，需要进行应力分析，根据应力分布，自行确定最不利剪切带（可以通过最大剪力的位置确定），或者可以使用应力极限平衡法，也即SAM分析，来获得安全系数。不过该方法仍旧需要人为假设滑动面，而对于节理岩体来说，根据经验假设滑动面，也并不是那么容易的事。

所以综合来看，2种边坡分析的方式，各有利弊。

世上万事万物，又有哪样不是如此呢~

怎么取舍，就看你自己的分析需要啦~~

我是马路寒~