Parametric Analysis of Rock Mass during Excavation and Unloading of Rock Slope

DU Wei; CHEN Xingzhou; CHEN Lili; JIANG Hai; WANG Wenrui

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Parametric Analysis of Rock Mass during Excavation and Unloading of Rock Slope

更新时间：2025-09-25

- Parametric Analysis of Rock Mass during Excavation and Unloading of Rock Slope
- Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering Vol. 43, Issue 3, Pages: 596-603(2023)
- 作者机构：
  
  西安科技大学建筑与土木工程学院，陕西西安 710054
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：
  CLC： TU452
- Received：14 July 2021，
  
  Revised：2021-08-18，
  
  Published：28 June 2023
- 稿件说明：
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杜威,陈兴周,陈莉丽等.岩质边坡开挖卸荷岩体参数特征分析[J].防灾减灾工程学报,2023,43(03):596-603.

DU Wei,CHEN Xingzhou,CHEN Lili,et al.Parametric Analysis of Rock Mass during Excavation and Unloading of Rock Slope[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2023,43(03):596-603.
杜威,陈兴周,陈莉丽等.岩质边坡开挖卸荷岩体参数特征分析[J].防灾减灾工程学报,2023,43(03):596-603. DOI：

DU Wei,CHEN Xingzhou,CHEN Lili,et al.Parametric Analysis of Rock Mass during Excavation and Unloading of Rock Slope[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2023,43(03):596-603. DOI：

摘要

岩质边坡的开挖卸荷过程直接决定工程施工的安全性，边坡变形特征分析及有效数值模拟方法的选取至关重要。基于卸荷岩体力学理论与方法，开展红砂岩试件的室内常规三轴与三轴卸荷试验，分析其变形特征、卸荷量与变形模量之间的关系以及强度参数的变化规律，结合有限单元法构建考虑卸荷作用的算例模型，探究考虑边坡开挖卸荷作用所引起的应力释放后的岩体劣化分区问题，以及边坡动态开挖卸荷下的变形分析。研究结果表明：①当卸荷量达70%和临近破坏时，其变形模量分别降低了10%和50%左右；②岩样卸荷力学状态下粘聚力有所降低，内摩擦角有所增高；③依据边坡初始应力场与开挖后应力场的对比分析从而确定强、弱卸荷影响区，算例模型表明考虑卸荷作用后水平位移净增量计算结果为不考虑卸荷作用计算结果的4倍左右，且其分步开挖支护效果显著，计算结果更加符合工程实际。研究成果可对边坡岩体开挖卸荷数值计算提供一定的指导意义。

Abstract

The excavation and unloading process of a rock slope directly determines the safety of engineering construction， so it is very important to analyze the deformation characteristics of slopes and establish an effective numerical simulation method. Based on the unloading rock mechanics theory and method， laboratory conventional triaxial and triaxial unloading tests were carried out on red sandstone specimens to analyze the deformation characteristics， the relationship between the unloading amount and deformation modulus， and the variation law of strength parameters. In addition， a numerical model that considers the unloading effect was constructed by combining the finite element method. This paper explores the issues of rock mass deterioration partitioning， considering the stress release caused by slope excavation unloading and the deformation analysis of slopes under dynamic excavation unloading. The results show that：（1） When the unloading amount reaches 70% and near failure， the deformation modulus decreases by approximately 10% and 50%， respectively；（2） Under unloading mechanical conditions， the cohesion of rock samples decreases and the internal friction angle increases；（3） By comparing the initial stress field and the stress field after excavation of the slope， the strong and weak unloading zones can be identified. The example model shows that the net calculation results of horizontal displacement increment after considering unloading effect are 4 times the results without considering the unloading effect， and the step-by-step excavation supporting effect is remarkable. The calculation results closely aligns with practical engineering. The research results can provide some guidance for the simulation of slope rock mass excavation unloading.

关键词

Keywords

references

李建林 . 卸荷岩体力学［M］. 北京：中国水利水电出版社， 2003 ．

Li J L . Unloading rock mass mechanics ［M］. Beijing ： China Water & Power Press ， 2003 . （in Chinese）

李建林 . 卸荷岩体力学理论与应用［M］. 北京：中国建筑工业出版社， 1999 ．

Li J L . Theory and application of unloading rock mechanics ［M］. Beijing ： China Building Industry Press ， 1999 . （in Chinese）

哈秋聆，李建林 . 岩石边坡卸荷岩体宏观力学参数研究［M］. 北京：中国建筑工业出版社， 1996 ．

Ha Q L ， Li J L . Study on macroscopic mechanical parameters of unloaded rock mass of rock slope ［M］. Beijing ： China Building Industry Press ， 1996 . （in Chinese）

邓华锋，李建林，易庆林，等 . 软岩高边坡开挖卸荷变形研究［J］. 岩土力学， 2009 ， 30 （ 6 ）： 1731 - 1734，1740 ．

Deng H F ， Li J L ， Yi Q L ， et al . Research on unloading deformation of soft rock high slope ［J］. Rock and Soil Mechanics ， 2009 ， 30 （ 6 ）： 1731 - 1734，1740 . （in Chinese）

王瑞红，李建林，蒋昱州，等 . 考虑岩体开挖卸荷边坡岩体质量评价［J］. 岩土力学， 2008 ， 29 （ 10 ）： 2741 - 2746 ．

Wang R H ， Li J L ， Jiang Y Z ， et al . Quality evaluation of unloaded slope rock mass ［J］. Rock and Soil Mechanics ， 2008 ， 29 （ 10 ）： 2741 - 2746 . （in Chinese）

王瑞红，李建林，刘杰，等 . 考虑岩体开挖卸荷动态变化水电站坝肩高边坡三维稳定性分析［J］. 岩石力学与工程学报， 2007 ， 26 （增1 ）： 3515 - 3521 ．

Wang R H ， Li J L ， Liu J ， et al . Three-dimensional stability analysis of dam abutment high slope dynamic behaviors considering rock mass unloading ［J］. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering ， 2007 ， 26 （ Sup1 ）： 3515 - 3521 . （in Chinese）

吕颖慧，刘泉声，江浩 . 基于高应力下花岗岩卸荷试验的力学变形特性研究［J］. 岩土力学， 2010 ， 31 （ 2 ）： 337 - 344 ．

Lyu Y H ， Liu Q S ， Jiang H . Study of mechanical deformation characteristics of granite in unloading experiments of high stress ［J］. Rock and Soil Mechanics ， 2010 ， 31 （ 2 ）： 337 - 344 . （in Chinese）

吕颖慧，刘泉声，胡云华 . 基于花岗岩卸荷试验的损伤变形特征及其强度准则［J］. 岩石力学与工程学报， 2009 ， 28 （ 10 ）： 2096 - 2103 ．

Lyu Y H ， Liu Q S ， Hu Y H . Damage deformation characteristics and its strength criterion based on unloading experiments of granites ［J］. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering ， 2009 ， 28 （ 10 ）： 2096 - 2103 . （in Chinese）

邱士利，冯夏庭，张传庆，等 . 不同初始损伤和卸荷路径下深埋大理岩卸荷力学特性试验研究［J］. 岩石力学与工程学报， 2012 ， 31 （ 8 ）： 1686 - 1697 ．

Qiu S L ， Feng X T ， Zhang C Q ， et al . Experimental research on mechanical properties of deep marble under different initial damage levels and unloading paths ［J］. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering ， 2012 ， 31 （ 8 ）： 1686 - 1697 . （in Chinese）

史文兵，李洪建，曾臻，等 . 平缓反倾红层边坡变形破坏机制研究［J］. 防灾减灾工程学报， 2018 ， 38 （ 5 ）： 881 - 888 .

Shi W B ， Li H J ， Zeng Z ， et al . Deformation and failure mechanism of gently anti-inclined red-bed slope ［J］. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering ， 2018 ， 38 （ 5 ）： 881 - 888 . （in Chinese）

段劲 . 红砂岩顺层岩质边坡开挖变形特性分析［J］. 公路工程， 2014 ， 39 （ 3 ）： 233 - 237 ．

Duan J . Analysis of deformation properties of red sandstone bedding rock slope excavation ［J］. Central South Highway Engineering ， 2014 ， 39 （ 3 ）： 233 - 237 . （in Chinese）

胡田飞，杜升涛，师亚龙 . 基于偏应力增量的边坡开挖松动区的确定方法［J］. 防灾减灾工程学报， 2017 ， 37 （ 6 ）： 892 - 899 ．

Hu T F ， Du S T ， Shi Y L . A method to determine the disturbed zone of cutting slope based on deviatoric stress increment ［J］. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering ， 2017 ， 37 （ 6 ）： 892 - 899 . （in Chinese）

陈洪凯，易丽云，唐红梅，等 . 开挖岩体边坡卸荷带宽度的计算方法［J］. 防灾减灾工程学报， 2011 ， 31 （ 4 ）： 358 - 363 ．

Chen H K ， Yi L Y ， Tang H M ， et al . Calculation method of unloading width for excavated rock slopes ［J］. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering ， 2011 ， 31 （ 4 ）： 358 - 363 . （in Chinese）

陆泌锋，邓辉，郝浩，等 . 岩质高边坡岩体卸荷分带量化研究［J］. 人民珠江， 2019 ， 40 （ 10 ）： 1 - 5 ．

Lu B F ， Deng H ， Hao H ， et al . Quantitative study on classification of unloading zone of rock mass with high rock slope ［J］. Pearl River ， 2019 ， 40 （ 10 ）： 1 - 5 . （in Chinese）

周火明，盛谦，李维树，等 . 三峡船闸边坡卸荷扰动区范围及岩体力学性质弱化程度研究［J］. 岩石力学与工程学报， 2004 ， 23 （ 7 ）： 1078 - 1081 ．

Zhou H M ， Sheng Q ， Li W S ， et al . Excavation-disturbed zone and weaken degree of mechanical properties for rock mass of TGP shiplock slope ［J］. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering ， 2004 ， 23 （ 7 ）： 1078 - 1081 . （in Chinese）

姚青，郑达，王宇，等 . 高寒山区深切河谷碎裂松动岩体成因机制分析［J］. 防灾减灾工程学报， 2020 ， 40 （ 5 ）： 706 - 713 .

Yao Q ， Zheng D ， Wang Y ， et al . Genetic mechanism of cataclastic loose rock mass in the alpine mountain regions and deep valley ［J］. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering ， 2020 ， 40 （ 5 ）： 706 - 713 . （in Chinese）

吴昊宇，崔圣华 . 岩质边坡开挖变形破坏特征及锚索支护分析［J］. 路基工程， 2017 （ 4 ）： 114 - 119 ．

Wu H Y ， Cui S H . Characteristics of rock slope excavation deformation and failure and analysis on cable bolting ［J］. Subgrade Engineering ， 2017 （ 4 ）： 114 - 119 . （in Chinese）

孙云志，黄润秋 . 谷坡岩体卸荷带划分量化指标研究［J］. 岩石力学与工程学报， 2012 ， 31 （增2 ）： 3942 - 3949 ．

Sun Y Z ， Huang R Q . Research on quantification index of rock mass in riverside unloading zone classification ［J］. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering ， 2012 ， 31 （ Sup2 ）： 3942 - 3949 . （in Chinese）

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