不同降雨条件下顺层边坡力学响应模型试验研究

 为研究降雨条件对顺层边坡坡体内部力学响应特征的影响,结合叠加喷洒降雨技术和光纤光栅监测技术,开展不同降雨类型及支护条件下顺层边坡的地质力学模型试验,分析雨水入渗对于坡体位移、孔压力以及支护结构受力的影响等。试验结果表明,对于无支护边坡,在短时间暴雨条件下,位移和孔压力变化主要发生在降雨期间的坡体表层附近,坡体表层前端处雨后位移的增幅较大且孔压力的消散较快,坡体稳定性的主要影响因素是超孔压的累聚和消散;在长时间小雨条件下,位移和孔压力的影响范围逐渐向深部扩展,雨后位移仍保持较大的增长速率但孔压力消散较慢,坡体稳定性的主要影响因素是雨水入渗软化软弱夹层。相对于无支护边坡,有支护边坡的坡体位移和孔压力均显著减小,这主要是由于支护结构的施加限制坡体表面裂缝的扩展,从而减弱雨水的入渗,在总降雨量相同的情况下,短时间暴雨条件时支护结构的受力较快达到稳定,长时间小雨条件下支护结构的受力调整的速率较慢,在降雨试验结束6 h后,坡体前端推力最大值出现的位置不同,前者最大值出现在顶层,后者最大值出现在中层,且后者相应位置处的数值是前者的1.5～1.7倍。试验成果对于类似边坡工程的施工设计及加固维护具有参考意义。     

降雨条件下含软弱夹层土坡的离心模型试验研究

进行了降雨条件下含软弱夹层黏性土坡的离心模型试验。试验主要研究了降雨条件下坡体的吸力和变形规律,重点分析了软弱夹层对坡体的影响。测量了含软弱夹层黏性土坡的位移和土坡内一点的吸力。试验结果表明由于软弱夹层的遇水软化和高渗透特性,降雨后含软弱夹层黏性土坡在软弱夹层发生滑出。降雨条件下含软弱夹层黏性土坡的变形可以分为均匀变形、错动阶段和滑坡3个阶段。对降雨过程中的吸力变化与坡体应变变化进行了分析,表明可以通过坡体中各点应变的发展反推出降雨入渗时刻和分布。软弱夹层的存在造成了降雨入渗分布的变化,导致了坡体错动带在该处不再连续,并降低了边坡的稳定性。     

含软弱夹层顺层岩质边坡动力破坏模式的能量判识方法研究

基于希尔伯特–黄变换和边际谱理论,进行了含软弱夹层顺层岩质边坡的大型振动台试验,并利用试验结果对含软弱夹层顺层岩质边坡动力破坏模式的能量判识方法进行了研究,结果表明:边际谱峰值和特征频率的变化能清晰地表征边坡内部的震害损伤发展过程;地震作用下含软弱夹层顺层岩质边坡的损伤首先出现在坡肩位置,随着地震动强度的增大,震害损伤逐渐向低高程发展,最终边坡在坡体中上部相对高度0.56处沿软弱夹层顺层剪出,试验中坡面的位移监测结果表明坡体中上部位移出现陡增时刻晚于坡肩,边际谱分析结果与位移监测结果吻合较好;坡面附近的震害程度强于坡体内部;边坡中下部特征频率发生突变,表明坡体中下部为边坡动力响应的不连续带;含软弱夹层顺层岩质边坡的破坏形式主要表现为边坡后缘垂直的拉裂破坏和沿边坡中上部相对高度0.56处软弱夹层的剪切滑出破坏,边坡的破坏模式为拉裂-滑移-崩落式。本文提出的能量判识方法对识别边坡的破坏模式具有一定的指导意义。     

含软弱夹层的缓倾红层边坡切坡失稳特征数值模拟研究

含软弱夹层的缓倾红层边坡由于其岩性特殊,切坡开挖常导致其结构面外露于临空处,边坡上部易沿软弱结构面发生滑移.为了预防此类滑坡失稳和指导工程施工,采用有限元数值模拟软件Midas GTS/NX对含软弱夹层的缓倾红层边坡切坡失稳特征进行了分析.结果表明:坡体内应力会随着切坡而重新分布,大小主应力在开挖面附近发生偏转;未开挖至软弱夹层时,坡脚处出现剪应力集中现象,而开挖至软弱夹层以后,软弱夹层面会出现拉应力集中现象;含软弱夹层的缓倾红层边坡切坡过程以水平位移为主,竖直位移较小,同时软弱夹层开挖面附近位移最大,而夹层以下部分位移不明显,因此切坡后坡体变形主要集中于夹层及上部岩层,施工时应进行重点监控;边坡稳定性系数随切坡进程不断降低,当软弱夹层被开挖以后,坡体稳定性系数大幅下降,夹层以上的岩体易沿软弱泥化夹层发生滑移,工程中对于此类边坡需提前采取相关措施进行支护处理.     

含泥化夹层顺层和反倾岩质边坡动力响应差异性研究

设计并制作了两个同尺寸的含泥化夹层顺层和反倾岩质边坡,并进行了大型振动台试验,对含泥化夹层顺层和反倾岩质边坡的动力响应差异性进行了分析,研究结果表明:顺层边坡坡体内部加速度放大系数整体上小于反倾边坡;在坡体中上部(相对高度大于0.4),顺层边坡坡面加速度放大系数大于反倾边坡,在坡体下部(相对高度小于等于0.4),顺层边坡坡面加速度放大系数与反倾边坡近似相等;顺层边坡和反倾边坡坡面位移随输入地震动强度增大而大幅度增加,顺层边坡坡面位移大于反倾边坡,且随着输入地震波幅值的增加,顺层边坡和反倾边坡坡顶位移之间的差值增大;反倾边坡较顺层边坡具有更高的地震稳定性;顺层边坡破坏形式主要表现为坡体后缘的垂直张拉裂隙、岩层沿泥化夹层的顺层滑动以及坡顶岩块崩落,而反倾边坡的破坏形式主要表现为坡面水平向和垂直向裂隙交错、泥化夹层挤出以及坡顶被震碎。     

基于转动–平动组合破坏机构的含软弱夹层土坡降雨入渗稳定上限分析

软弱夹层、降雨等因素对边坡的整体稳定性有着很大的影响。软弱夹层会使得边坡的破坏形式发生改变,从而降低其稳定性;而降雨不但会使得边坡的稳定性变差,甚至有可能使边坡内形成更加软弱的夹层。但是目前尚未有一个简单合理的方法来分析这种类型边坡的稳定性。基于转动–平动组合破坏机构,提出了一种用于含软弱夹层边坡降雨入渗稳定性极限分析上限法。采用非饱和非稳定渗流分析计算得到的浸润线位置结合降雨后的土体强度及组合破坏机构分析含软弱夹层边坡降雨入渗的稳定性,通过与弹塑性有限元数值模拟结果进行对比,验证了本文方法的有效性。分析表明,组合破坏机构能够很好的用于含软弱夹层边坡的稳定性分析并为实际工程提供一个简单有效的设计方法。     

强降雨条件下含软弱夹层粘性土坡稳定性分析

为了分析含软弱夹层粘性土坡在强降雨条件下的稳定性,结合某失稳边坡工程现场实际调研资料,基于饱和非饱和渗流与非饱和抗剪强度理论,提出了一种新的含软弱夹层粘性土坡稳定性分析方法,并利用该方法分析了强降雨条件下边坡的渗流特性及安全系数变化规律。分析结果表明:降雨入渗先在边坡软弱夹层内形成暂态饱和区,且当坡顶入渗的雨水未渗流至软弱夹层时,夹层内暂态饱和区中的雨水会沿夹层上表面向着坡顶方向渗流;降雨入渗过程中,边坡基质吸力与铅直有效应力之间存在严格的正相关变化关系;随着降雨历时的增加,塑性区首先在软弱夹层内部贯通,然后向坡顶扩展,边坡安全系数逐渐降低;降雨停止一段时间后,由于坡顶入渗雨水的补给,软弱夹层内局部将仍存在暂态饱和区,此时,塑性区面积会由坡顶向软弱夹层内部减小,再由夹层内部至坡面逐渐缩减,但边坡安全系数并未明显上升;根据数值计算结果可将粘性土坡失稳过程分为夹层软化、夹层挤压、拉伸裂缝、坡顶沉降和断裂滑移等5个阶段。因此,为了降低强降雨对边坡稳定性的影响,在含软弱夹层粘性土坡支护设计时应着重考虑边坡排水系统的合理布设。     

降雨诱发非饱和土边坡直线滑移的稳定性计算

根据Green-Ampt入渗原理,考虑降雨入渗及其对土体的物理力学作用,分析了雨水入渗非饱和土边坡坡面入渗规律,建立了非饱和土边坡坡面入渗模型,获得了雨水非饱和入渗过程中的雨水入渗深度计算式。通过分析降雨后边坡潜在滑移体的几何模型和力学特性,获得了滑移面倾角与边坡倾角、雨水入渗深度和坡高之间的关系,建立了降雨入渗影响下非饱和土边坡直线滑移与倾覆破坏的安全系数计算式,为分析降雨入渗非饱和土边坡稳定性提供了一种定量计算方法。     

中等倾角顺层边坡地下开挖失稳模式研究

研究地下开挖条件下中等倾角顺层岩质边坡的失稳模式,可为相似地形的边坡防护设计提供依据。通过UDEC数值模拟和相似模型试验分析边坡开挖后的位移数据,揭示了地下开挖条件下中等倾角顺层边坡的变形特征。结果表明:开挖区近坡顶侧的岩体所受开挖影响较大,开挖区上方岩体塌落导致坡表塌陷,并带动后方坡体产生顺层滑移。其失稳模式为坍塌—滑坡破坏,工程人员应在开挖工程中对开挖区顶部进行喷浆支护并对后方坡体进行锚杆支护防止灾害产生。     

黄山石灰石矿山台阶边坡稳定性分析

黄山石灰石矿山边坡是典型的顺层边坡,坡体内发育的多层软弱夹层可能切割工作台阶边坡,是矿山开采的潜在不稳定因素。采用极限平衡法,考虑降雨和爆破震动两个因素,探讨边坡的破坏条件,分析在天然工况、天然加暴雨工况、天然加爆破震动工况下边坡的稳定性情况,计算发现降雨是影响边坡的最主要因素,在矿山开采施工中需采取适当的防水、排水措施,防止雨水入渗,从而避免边坡发生破坏。     

顺层岩质边坡锚杆支护机制研究

 全长黏结型锚杆作为一种有效且经济的加固手段,在边坡工程中得到广泛的应用,但其锚固机制尤其是考虑岩体结构特征的锚固理论需要进一步的研究和完善。基于顺层边坡的地质结构特征,考虑边坡岩体与锚杆的相互作用,运用弹性力学和结构力学对全长黏结型锚杆加固顺层边坡的机制进行研究,提出新的锚杆加固顺层边坡的力学模型。分析结果表明,顺层岩质边坡的锚固抗力由锚杆轴力与抗剪力共同提供,锚杆抗剪作用提供的抗滑力与锚杆轴力提供的抗滑力可以用线性关系来描述。运用有限元软件ABAQUS对这一力学模型进行建模,分析这一力学模型的正确性。     

鄂西北片岩边坡渗流计算与稳定性分析

鄂西北广泛出露的武当群片岩,岩体变质程度深,结构特征复杂,加之雨季雨量充沛。在工程开挖、削坡过程中出现大量不稳定岩质边坡,十堰市某变电站在施工过程中出现的边坡失稳便是典型案例。在对该滑坡的工程地质条件以及变形特征分析的基础上,采用饱和-非饱和渗流计算得到滑坡体内孔隙水压力分布规律,并采用极限平衡法分析了滑坡稳定性系数随时间的变化规律。分析结果表明,降雨是该类边坡失稳的主要诱发因素,因此在工程中务必做好坡体表面甚至内部的排水措施,避免雨水大量入渗坡体,还应制定在边坡开挖过程中应对突降大雨的应急预案。     

顺向坡岩层倾向与坡向夹角对斜坡稳定性的影响

 顺向坡是岩质斜坡中稳定性最差、最易变形破坏的斜坡类型,顺向坡岩层倾向和坡向夹角的上限与岩质密切相关。为了分析不同岩质顺向坡岩层倾向与坡向夹角对斜坡稳定性的影响,建立考虑侧限顺层平面型斜坡的稳定性计算模型。考虑斜坡侧向边界阻滑效应,结合直剪试验岩桥贯通理论计算侧向阻力,以T2b2和T2b3分别作为软、硬岩代表,分析不同岩质顺向坡岩层倾向和坡向夹角变化对斜坡稳定性影响的敏感程度,最终给出顺向坡岩层倾向和坡向的上限夹角。结果表明：在考虑侧限时,硬质岩岩层倾向与坡向夹角变化对斜坡稳定性影响的敏感程度高于软质岩,取30°为顺向坡岩层倾向与坡向夹角的上限较合适。通过三峡库区库首至巴东段滑坡统计,验证分析结果的合理性。结论为经验判断顺向坡危险性提供了依据,也可作为区域滑坡危险性评价等工作中坡体结构划分的参考。     

顺层岩质边坡预支护开挖及锚索优化设计研究

针对顺层岩质边坡开挖可能失稳或者不确定其稳定性时,提出预留开挖区内先进行预支护,再进行逐层开挖的方法,在此基础上,进一步研究岩层走向与坡面走向不同夹角下锚索预支护的最佳水平角,建立考虑走向夹角的支护计算模型,推导得到相应的关系式。利用数值计算对比边坡开挖方法对边坡的整体稳定性以及锚索的加固效果,结果表明:此开挖方法结合考虑锚索最佳方向角的支护能够更有效地限制边坡的应力与变形,对提高边坡的稳定性有一定的贡献。方法是可行的,在实际边坡加固设计及工程施工能提供相应的参考。     

不同锚固方式下软弱破碎岩质边坡渐进破坏特性的模型试验研究

在软弱破碎岩体中进行人工边坡开挖,往往因局部坡体应力集中或变形过大而导致边坡失稳破坏,为此需要采用大量的锚杆加固岩体。为进一步了解该类边坡的变形破坏机制及其支护加固效果,以 Ⅳ 类围岩为参照对象,将其等效为单一均质地层,并根据相似理论建立其地质力学模型,随后开展了不同锚杆加固方式下岩质边坡破坏特性的试验研究。试验结果表明,当不采取加固措施时,软弱破碎岩质边坡的塌方主要是由于坡顶岩体的张拉和坡脚岩体的压剪共同作用的结果,且往往呈渐进性破坏机制;当采取锚杆加固时,一方面,锚杆加固可有效提高边坡岩体的承载能力和抵抗变形能力,锚杆的作用主要体现在抗剪止裂和抗拉伸两个方面,另一方面,不同的锚杆直径、锚杆长度和锚固间距对边坡岩体的加固效果和最终破坏模式有较大影响。