基于振动台试验的含软弱夹层堆积体边坡动力响应规律与失稳破坏现象研究

针对川藏铁路沿线典型潜在滑坡灾害点,设计完成了几何相似比为1:10的含软弱夹层堆积体高陡边坡振动台试验,从滑塌现象、动力特性及成因机制等方面开展了系统研究,得出以下结论：边坡滑塌是一个均衡渐进的过程,在地震初期,在重力和地震力耦合作用下,滑体表面出现土体剥落;随着地震动持续,滑体顶部开裂,滑体表面裂缝增多并向前缘锁固段发展;最终,锁固段发生渐进性破坏,滑动面贯通,滑体从前缘剪出口滑出形成滑坡;以坡脚处的加速度峰值为基准,在不同烈度汶川卧龙地震波作用下,堆积体高陡边坡临空面方向、竖直方向上PGA沿着高程均有不同程度的放大,且边坡临空面向加速度放大性大于竖直方向。不论是边坡临空面方向还是竖直方向,随着输入地震动峰值的增大,加速度高程放大系数逐渐增大,在PGA=0.4g时达到峰值;滑床、滑体间运动的不一致性是诱发滑坡的一项主控影响因素,在堆积体滑塌前,堆积体内临空面的加速度峰值及其傅立叶幅值大于滑床,且两者的卓越频带基本一致,略有差别;当堆积体开始滑塌时,堆积体内临空面的加速度峰值及其傅立叶幅值小于滑床,且卓越频带逐渐向低频转移,而滑床内的加速度傅立叶谱的主频和幅值基本不变。     

陡倾顺层斜坡动力失稳机理分析

针对汶川地震中边坡的破坏形式与坡体结构密切相关的问题,以"5·12"汶川地震中安县高川乡大竹坪滑坡和干磨房滑坡失稳工点为原型,在充分分析滑坡地区工程地质条件及其动力变形特征的基础上,提出采用3维离散元数值模拟技术进行失稳机理对比分析的思路。结果表明:陡倾顺层硬岩斜坡的动力破坏形式以崩滑为主,陡倾顺层软硬互层斜坡的动力破坏形式以滑移弯曲为主;在相同地震作用下,峰值地面加速度(peak ground acceleration,PGA)放大系数与坡体高程总体成正相关,斜坡同一高度处的PGA放大系数由坡表向坡内总体呈现先增大后减小的趋势;陡倾顺层硬岩斜坡的PGA放大系数总体小于陡倾顺层软硬互层斜坡,硬岩斜坡的PGA放大系数范围在2～3,最大值在坡表的3/4处;软硬互层斜坡的PGA放大系数范围在2.5～4.0,最大值在斜坡顶部。此外,陡倾顺层硬岩斜坡的破坏机制为4个阶段:层面部分贯通滑移—锁固段震荡松弛—上部抛射—底部滑面贯通并失稳,而软硬互层斜坡的失稳机理则为:层面错动-部分贯通滑移—下部局部抛出-局部弯曲—高位横向扩展滑移—下部弯曲折断-整体失稳。研究成果可为西南地区高陡顺层岩质斜坡失稳评价及机理分析提供相应的技术支持。     

地震作用下金沙江某跨江桥梁岩质岸坡动力响应分析

由于地震波的随机性及地质构造的复杂性,导致岩质边坡的地震响应特征变得十分复杂。以金沙江地区某跨江桥梁岩质岸坡为例,采用有限元方法研究了地震波在岩质边坡内的传播特征,分析了不同类型结构面对边坡动力响应特征的影响;采用振动台模型试验验证了数值计算结果,探究了边坡的动力变形演化规律及其破坏机制。研究结果表明：软弱结构面对岩质边坡的波传播特征影响较大,在波传播过程中结构面使坡内出现局部的放大效应,相同条件下边坡的动力放大效应为：块状边坡>顺层边坡>反倾边坡。边坡高程、坡表微地貌及结构面对边坡的动力放大效应具有较大的影响,边坡动力放大系数随高程增加而增加,坡表微地貌变化使平台区域出现局部放大现象,块状边坡中放大效应主要集中于最上层顺向结构面以上的表层坡体。地震作用下块状边坡的动力放大效应随激震强度的增加而增加,边坡动力变形演化过程主要包括弹性变形、塑性变形和滑动破坏3个阶段。软弱结构面对块状边坡的地震破坏模式具有控制性作用,最上层顺向结构面为潜在滑面,其地震破坏模式为拉裂-滑移-倾覆式破坏。     

大理西站支护边坡振动台试验及数值模拟

以云南省大理西站支护边坡工程为依托,开展边坡振动台试验和数值分析,得到双排抗滑桩的弯矩、锚杆轴力、坡面加速度响应规律及边坡的最终破坏情况. 试验表明：坡面加速度响应规律与测点相对位置有关,测点相对位置越高,加速度响应越明显;坡体裂缝影响岩土体动力特性,在裂缝出现后坡体加速度响应规律会发生显著变化;在地震下抗滑桩弯矩分布接近抛物线形状,弯矩的最大值靠近岩土分界线的下方,抗滑桩弯矩随输入地震波幅值增大成非线性增长;锚杆在4 m/s²地震峰值时刻的动轴向力大于静轴向力的3倍,地震作用是锚杆受力大小的决定因素;由于锚杆的作用,边坡的最终破坏面位于边坡2#的深部,此破裂面位置由边坡2#的中上部土体的滑移破坏与下部土体的越顶破坏组成.     

开挖与卸载交替作用对上陡下缓型高陡层状岩质边坡变形失稳影响试验研究(“第六届水利水电岩土力学与工程学术研讨会”推荐稿件)

上陡下缓型高陡层状岩质边坡在我国西部地区典型发育,开挖与卸载交替作用对其变形失稳破坏具有非常重要的影响。以云南磷化集团有限公司所属尖山磷矿上陡下缓型高陡层状岩质边坡为工程背景,依据相似理论开展了模型试验研究,分析开挖与卸载交替作用对这类型岩质边坡变形失稳的影响。结果表明：上陡下缓型高陡层状岩质边坡随开挖深度的逐渐增加,其对应的位移变形量也逐步变大,边坡整体上表现为上部向下运动,下部受压向临空面方向隆起的变形规律,同时当开挖至一定的深度后,坡面与坡中均会发育较多的走向裂缝,且随着开挖深度的不断增加,其不断向坡体深部延伸发展;在整个开挖过程中,坡体中会发育形成“平面与圆弧面复合型”类型的潜在最危险滑移面,且表现为“滑移-弯曲-剪切”的变形失稳破坏特征;对边坡开展的浅部卸载作用效果不理想,虽其位移变形量有所减小,但没改变坡体整体的变形失稳趋势,然对边坡施加的深部卸载作用效果非常明显,使坡面及坡顶产生的裂缝几乎完全消除。研究结果可为我国西部大开发过程中面临的上陡下缓型高陡层状岩质边坡的预警预报与治理设计提供参考。     

陡倾顺层斜坡动力失稳机理分析（特约稿）

针对汶川地震中边坡的破坏形式与坡体结构密切相关的问题,以“5·12”汶川地震中安县高川乡大竹坪滑坡和干磨房滑坡失稳工点为原型,在充分分析滑坡地区工程地质条件及其动力变形特征的基础上,提出采用3维离散元数值模拟技术进行失稳机理对比分析的思路。结果表明：陡倾顺层硬岩斜坡的动力破坏形式以崩滑为主,陡倾顺层软硬互层斜坡的动力破坏形式以滑移弯曲为主;在相同地震作用下,峰值地面加速度（peak ground acceleration,PGA）放大系数与坡体高程总体成正相关,斜坡同一高度处的PGA放大系数由坡表向坡内总体呈现先增大后减小的趋势;陡倾顺层硬岩斜坡的PGA放大系数总体小于陡倾顺层软硬互层斜坡,硬岩斜坡的PGA放大系数范围在2～3,最大值在坡表的3/4处;软硬互层斜坡的PGA放大系数范围在2.5～4.0,最大值在斜坡顶部。此外,陡倾顺层硬岩斜坡的破坏机制为4个阶段：层面部分贯通滑移-锁固段震荡松弛-上部抛射-底部滑面贯通并失稳,而软硬互层斜坡的失稳机理则为：层面错动-部分贯通滑移-下部局部抛出-局部弯曲-高位横向扩展滑移-下部弯曲折断-整体失稳。研究成果可为西南地区高陡顺层岩质斜坡失稳评价及机理分析提供相应的技术支持。     

开挖与卸载交替作用对上陡下缓型高陡层状岩质边坡变形失稳影响试验研究

以云南磷化集团有限公司所属尖山磷矿上陡下缓型高陡层状岩质边坡为工程背景,依据相似理论开展模型试验研究,分析开挖与卸载交替作用对这类型岩质边坡变形失稳的影响。结果表明:上陡下缓型高陡层状岩质边坡随开挖深度的逐渐增加,其对应的位移变形量也逐步变大,边坡整体上表现为上部向下运动,下部受压向临空面方向隆起的变形规律;同时当开挖至一定的深度后,坡面与坡中均会发育较多的走向裂缝,且随着开挖深度的不断增加,其不断向坡体深部延伸发展。在整个开挖过程中,坡体中会发育形成"平面与圆弧面复合型的潜在最危险滑移面,且表现为滑移-弯曲-剪切的变形失稳破坏特征。对边坡开展的浅部卸载作用效果不理想,虽其位移变形量有所减小,但没有改变坡体整体的变形失稳趋势,对边坡施加的深部卸载作用效果非常明显,使坡面及坡顶产生的裂缝几乎完全消除。研究结果可为中国西部大开发过程中面临的上陡下缓型高陡层状岩质边坡的预警预报与治理设计提供参考。     

滑坡防治格构梁锚杆地震动力响应分析

针对锚杆格构支护的均质土坡在地震作用下的动力响应,通过振动台模型试验,研究锚固边坡在地震作用下的动力响应差别、不同坡高锚杆在地震作用下的受力机制,揭示了均质土坡及其支护结构在地震作用下的变形破坏机理。结果表明:地震激励作用下,锚杆的动应变对低频、高量级加速度的地震波反应较为敏感;加速度量级由低→中→高变化时,锚固边坡中承担较大荷载作用的锚杆位置也发生着变化,对应的调整顺序为：中层→顶层→中层;地震强度足够大时,中层锚杆首先破坏,其次是底层锚杆。所以地震荷载作用下锚固边坡的设计不仅要遵循传统的设计思想“强腰固脚”,而且要对上部锚杆的锚头及坡面进行加强处理,防止受到地震浅表效应的影响;并应充分考虑大、小震作用下边坡动力响应的差异。研究结果为更加合理地进行锚杆抗震设计提供了良好的基础。     

含建筑桩基的顺层岩质边坡桩锚支护体系振动台模型试验研究

基于Bockingham π定理,对具有建筑桩基的顺层岩质边坡桩锚支护体系开展振动台模型试验,通过分析预应力锚索、建筑桩基的应变以及边坡坡顶加速度,研究支护体系的动力响应规律。结果表明,预应力锚索的应变在地震波加速度达到峰值时达到最大值,且上排锚索受力大于下排锚索,随着地震幅值的增大,最上排锚索锚固段率先发生滑移破坏失去锚固作用;建筑桩基应变最大值点位于滑动面以下一定深度,且远离边坡坡面的建筑桩基受力大于邻近边坡坡面的建筑桩基;坡顶各点峰值加速度随地震波幅值增大整体表现为线性增大,但在Wenchuan-Wolong波（0.55g）和Sin波（0.4g）工况时,各点峰值加速度相对有所下降,随着地震波幅值增大,各点峰值加速度放大系数在汶川波和正弦波作用下并非单调变化,而是表现为先减小后增大波动变化特点。     

基于滑坡变形分区的锁固型滑坡稳定性分析研究

锁固型滑坡是一类典型的边坡破坏失稳模式,锁固段的稳定性控制该类边坡的整体稳定。以阿海水电站进场公路K62滑坡为研究对象,基于现场调查和地表变形监测分析结果,确定了锁固段的位置及空间分布;利用有限元及人工神经网络RBF模型反演分析了滑坡体及锁固段岩土体的抗滑参数;分析研究了剪切破坏模式下锁固段的稳定性。研究结果表明:锁固段的稳定性系数为1. 85,处于稳定状态,滑坡整体滑动面未贯通,滑坡处于蠕滑变形阶段。     

水电工程岩质高陡边坡信息化施工案例分析

岩质高陡边坡的稳定性问题是水电工程关注的重点。如何有效识别控制高陡边坡稳定的关键因素,并对此进行针对性的支护设计与施工,以确保边坡的稳定,一直是难以有效解决的问题。基于此,以长河坝水电站进水口高陡边坡为依托,对水电工程岩质高陡边坡的设计与施工进行深入探讨,结合前期勘察结果分析了控制边坡稳定的关键因素,即J3、J7裂隙与其它结构面组合所引起的破坏,并依据地理位置分区设计了相应的开挖支护方案;伴随边坡施工,分部位分高程进行了岩体结构复核,发现边坡主要的破坏模式为滑塌（移）破坏、倾倒拉裂破坏、多条裂隙切割导致的岩体松动破碎所引起的破坏。以岩体等级为基础进行了边坡重分区,并以此进行了支护设计修正。讨论了控制边坡稳定的最关键因素即顺坡向J3裂隙,对比了前后期设计的差异及作用。监测数据分析表明,信息化施工对边坡稳定控制有效,边坡没有出现工程问题,已处于稳定状态。以期为类似工程提供参考。     

土石混合体边坡稳定性的三维颗粒离散元分析

为探究土石混合体边坡的稳定性和破坏机理,基于土工离心模型试验基本原理,结合已开发的不规则块石和土石混合体三维离散元建模方法建立土石混合体边坡细观结构的三维离散元模型.引入颗粒流强度折减法并提出基于能量演化的方法来判别边坡失稳破坏.利用提出的土石混合体边坡三维离散元建模方法和稳定性分析方法,分析不同块石含量、块石形状、空间结构、空间形态等因素对土石混合体边坡稳定性和破坏模式的影响,并揭示这些因素影响的细观机理.结果表明:随含石量增加,土石混合体边坡的安全系数逐渐增大;土石混合体边坡中呈现出多滑动面现象,且滑面较为曲折,具有明显的绕石特征,坡脚部位的部分大块石使得剪出口的位置发生明显的改变;随块石形状由球体、卵石到碎石,土石混合体边坡的安全系数逐渐增大;上覆堆积体相对较厚且坡度不是很大的二元结构边坡或一元结构边坡的破坏模式主要是堆积体内部发生的弧形滑动破坏,上覆堆积体厚度不大且基岩面相对平整的二元结构边坡的破坏模式主要是沿基-覆界面的整体平移滑动破坏;随土石混合体边坡空间形态由条带型、敞口型到锁口型,其安全系数逐渐提高,其中锁口型边坡具有显著的支撑拱效应,且含石量越大这种效应越明显.     

边坡深部不均匀沉降条件下桩基础破坏特性的离心模型试验研究

我国地质条件复杂,岩土工程问题复杂多变。近年来,随着越来越多的工程开始建设,深部不均匀沉降条件在实际工程中经常出现,如：地下煤炭开采、基坑开挖、地下水位变化等,这种情况下上覆边坡及其上的基础容易发生严重的变形乃至破坏,对附近人民群众的生命财产安全造成了威胁。桩基础是目前工程中常用的边坡加固方式,因此,边坡深部不均匀沉降条件下的桩基础破坏特性亟待研究。离心模型试验在边坡变形破坏特性的研究中有明显的优势,在多种荷载条件下都取得了重要的研究成果。本文采用液压系统模拟深部不均匀沉降条件,进行了不同范围的深部不均匀沉降条件下桩基础破坏特性的离心模型试验,探究了不均匀沉降范围对桩基础变形破坏特性的影响机制,以及深部不均匀沉降条件下桩基础的破坏机理。结果表明,深部不均匀沉降条件下,桩基础所在土坡产生了3条主要的滑裂面,其中深部不均匀沉降区域附近的滑裂面是明显的滑动破坏,基础附近的滑裂面以张拉破坏为主。深部不均匀沉降首先导致了土体内部发生由下至上的滑动破坏,进而使桩基础发生了失稳,最终导致基础附近发生由上至下的破坏。深部不均匀沉降范围通过影响上部土体的变形局部化的时空分布情况改变了土坡滑裂面的位置与形状。深部不均匀沉降条件对土坡的影响存在一定的范围,影响区边界均呈绕桩分布。     

碎裂状顺层岩质边坡地震动力响应与破坏模式

川藏铁路沿线存在大量碎裂状顺层岩质边坡,与一般的边坡相比,碎裂状边坡在岩体强风化区域的结构面更多,把岩体切割的更为碎裂,导致整体的动力响应和破坏模式变得复杂。以川藏铁路拉月隧道进口边坡工程为依托,通过实地调研和参考工程地质资料,对结构面的分布规律进行了详细总结,并通过赤平极射投影对边坡的整体稳定性进行了分析。在此基础上利用离散元UDEC对碎裂状顺层岩质边坡的动力特性以及破坏模式展开研究,并探讨了节理参数对位移和加速度响应的敏感性规律。研究结果表明：(1)不同地震荷载作用下,坡面位移规律均呈现先增大再减小的规律,坡面位移响应最大处位于M4处。在输入地震波幅值相同时,Kobe波的坡面位移响应比EL波的剧烈；(2)边坡模型的PGA放大系数呈现明显的高程放大效应,地震波类型会影响PGA的响应规律；(3)FFT频谱分析表明,FFT幅值随着高程的增加呈先增大后减小再增大的规律,且强风化岩体区域的FFT幅值整体小于弱风化岩体区域。在地震波通过强弱风化交界位置的结构面时,会导致局部FFT幅值降低。(4)加载Kobe波时模型的FFT幅值比加载EL波时的大,在不同地震波作用下FFT幅值的最大位置均位于模型的M3测点处。(5)碎裂状边坡的失稳演化过程主要为：坡表震裂→形成落石→强风化岩体下部节理张开→弱风化岩体节理孕育→裂缝发展→强风化岩体区域形成贯通结构面→强风化岩体区域沿结构面下滑失稳破坏→坡脚形成堆积体。(6)节理参数敏感性分析表明,弱风化岩体区域的层理间距对位移的影响最为明显,而强风化节理间距对加速度放大影响最为明显。     

西南某水电站坝址区左岸高边坡变形机理及动力稳定性分析

现场调查表明,岩体经历了复杂的岩浆活动和多期构造作用,白鹤滩坝区左岸主要存在3种变形破坏模式,即正常卸荷型、陡裂夹泥型、缓倾角错动带的表生改造型;对边坡岩体结构特征、岩体风化及物理力学性质等特征进行了细致研究;在此基础上,运用动力离散元数值模拟,揭示了在地震作用下边坡变形破裂发生规律和变形发展模式,对其动力稳定性及可能引起的工程效应进行了综合评价.     

接触带土层软化对排土场边坡稳定性的影响分析

针对排土场上部渣土层和下部基岩面接触处的软化接触带对其稳定性的影响问题,采用有限元极限分析法构建了含软化接触带的排土场边坡的数值模型,系统分析了堆填角度、基岩倾角、软化接触带厚度及软化度对排土场边坡稳定性的影响规律,并通过具体的排土场边坡实例验证了该分析方法的可行性。研究结果表明,同等条件下,接触带软化和堆填角度对排土场边坡稳定性的影响很大,而基岩倾角和接触带厚度的影响相对较小;随着接触带软化度的增大,排土场边坡下、上限安全系数的绝对衰减率可达50%左右;随着接触带土层的不断软化,排土场边坡滑动面穿过软化接触带的长度逐渐变大,滑坡总体积不断增大;因软化接触带土层的存在,排土场边坡中下部土体推挤坡脚前缘及牵引后部坡体滑动,最终形成由软化接触带到坡顶的贯通滑裂面。     

基于极限平衡理论的外贸路南侧边坡稳定性分析

在基于外贸路南侧边坡区域工程概况及宏观分析的基础上,确定使用极限平衡理论中的圆弧滑动条分法对外贸路南侧边坡局部及整体性的稳定性进行定量计算。通过地质勘察结果对计算参数进行取值,采用圆弧滑动条分法计算滑坡的稳定性系数Fs,计算结果表明：边坡局部稳定性验算时,正常工况下处于稳定状态,暴雨工况下处于非稳定状态;边坡整体稳定性验算时,正常及暴雨工况下均处于稳定状态;根据稳定性计算结果,分析边坡失稳原因,并提出了坡顶裂缝灌浆、坡体松散土强夯、坡脚挡墙的处治措施。     

抗滑桩加固边坡稳定性3维极限上限拓展分析

抗滑桩作为常用的边坡加固手段,被广泛应用于工程实践中,其影响下的边坡稳定性分析,具有较高的理论和实践价值。采用极限分析上限法,通过引进参数拓展了边坡3维计算模型,建立了内外功率平衡的边坡安全系数计算框架,并通过优化计算得到一定参数条件下边坡的安全系数上限解和最危险破坏机构形状。在此基础上,分析了抗滑桩加固后边坡破坏模式和稳定性受抗滑桩位置、桩距、坡角、机构限宽等参数的影响规律,并讨论了不同参数条件下破坏面形状的变化规律和边坡稳定性变化的内在机理。结果表明：最安全抗滑桩位置不受机构限宽影响,位于坡面中点与坡顶间的某一位置;当机构限宽较小且抗滑桩位置靠近坡趾时,边坡破坏面通过坡面。抗滑桩位置距离坡趾越远,破坏面越靠近坡面且曲率越大。当桩距较小时,边坡倾向于在抗滑桩位置上方发生次级滑动;边坡整体安全系数随桩距的增大而降低。随着机构限宽的增大,边坡安全系数逐渐降低,并逐渐接近2维破坏机构的安全系数。边坡破坏机构随桩距和机构限宽的增大而增厚。当坡角较小时,边坡破坏面通过坡趾下方。本文方法不仅对边坡破坏机构类型的拓展具有理论意义,而且实现了计算结果的进一步优化。