基于断裂力学的反倾岩质边坡倾倒破坏分析

结合反倾岩质边坡常用的悬臂梁弯曲极限平衡模型，考虑非贯通横向节理的工况，建立了含一组非贯通横向节理的反倾岩质边坡力学模型。分别基于材料力学和断裂力学的破坏准则，推导了等效层间力表达式，建立了相应的稳定性分析方法，并结合工程实例对其进行了验证。最后采用单因素法进行参数分析，探讨了横向节理连通率、岩层厚度和切坡角度对边坡稳定性的影响。结果表明:边坡的稳定性随横向节理连通率和切坡角度的增加而降低，岩层厚度的增加能提高边坡稳定性；岩层厚度和横向节理连通率越大，边坡的滑动比例系数越大。     

倾倒滑移滑带的形成机理和参数选取方法

说明倾倒滑移滑带形成的特殊性及其力学参数不易获取,强调必须研究其形成机理,并在此基础上形成参数选取的新方法。倾倒滑移滑带的形成通常具备两个条件:第一,岩体自身或上覆堆积层的重力弯矩足够大,第二,边坡岩体的底部有临空面。将倾倒滑移滑带的工程地质条件归纳为3点:(1)反倾边坡底部坡角较陡,岩体自重较大或上覆有一定厚度的堆积;(2)顺坡向节理面发育,岩体层面强度和抗弯拉强度较低,遇水后强度下降明显;(3)边坡顶部或上覆松散堆积层自然坡角较小,有一定的汇水面积。并将其演化过程划分为3个阶段:第一,卸荷回弹阶段;第二,反倾岩体弯曲、根部折裂阶段;第三,折裂面、节理面贯通阶段。根据倾倒滑移滑带的形成过程,选定边坡在倾倒前和倾倒后的两种状态,并给定两种状态下的安全系数和层面强度,然后运用Sarma法联立得到关于滑带力学参数c和φ的二元非线性方程组,并据此解得c和φ。     

“下软上硬”二元结构型反倾边坡倾倒变形演化机理研究

针对某水电站导流洞进口边坡开挖过程中出现的顺层面张裂缝问题,采用工程地质分析、数值模拟相结合的方法,定性、定量分析裂缝产生机理及开挖边坡稳定性。研究结果表明,进口边坡本质上是一个"下软上硬"的二元结构,作为边坡基座的Pt2-12y具有极薄层的岩体结构特征,开挖卸荷后呈现了较强的弯曲式倾倒变形;边坡潜在失稳区域集中在前缘Pt2-12y岩层内,其变形破坏模式由倾倒-拉裂为主转变为滑移-拉裂;从安全系数计算结果及倾倒变形体的一般破坏特征来看,当前条件下开挖边坡整体稳定是有保障的。     

反倾岩质边坡破坏机理模型试验研究

通过室内物理力学模型试验研究发现,对于反倾边坡,其主要的变形破坏形式为倾倒变形折断破坏,破坏首先发生在坡顶;通过试验研究反倾岩层的层面剪切强度(c,?值)、岩层厚度及岩层倾角对反倾边坡变形的影响发现,反倾岩层的层面强度(c,?值)和岩层厚度是影响边坡稳定性的重要因素,而岩层倾角对反倾边坡的变形影响不大。对试验结果进行分析,显示此类边坡的变形破坏过程具有明显的“叠合悬臂梁”的特征,并得出反倾岩质边坡的抗倾覆能力随着反倾岩层的层面强度(c,?值)、岩层厚度及岩层倾角的增大而增大的结论,与工程实际比较吻合。     

岩体力学参数对反倾边坡稳定性影响的数值模拟研究

应用离散元软件UDEC,以秦岭南部略阳县菜籽坝反倾边坡为例,研究岩体物理力学参数(主要为抗拉强度、节理刚度、内摩擦角及黏聚力)对边坡稳定性的影响。通过比较三者所引起的边坡位移及变形破坏情况,得到以下主要结论:抗拉强度对反倾边坡稳定性的影响有限,但随着抗拉强度的大幅降低,边坡失稳范围也会加大;节理刚度的合理选取至关重要,极大影响着结构面的弯曲变形;随着内摩擦角及黏聚力的不断降低,边坡潜在破坏范围逐渐增大;三者对倾倒变形影响大小关系为:内摩擦角、黏聚力节理刚度抗拉强度。     

锚索应力增量法评价边坡稳定性

预应力锚索加固后，边坡岩体的力学性能得到改善，从而使其受力状态发生变化，此时如仍按一般边坡稳定性评价方法评价并不是很合理。因此，提出采用支护结构的受力特性来表征加固后边坡的稳定性，具体是指用预应力锚索在各工况下产生变形所引起的应力增量与允许应力增量的差值，将该差值与允许应力增量的比值来表示边坡的稳定性。某水电站左岸坝轴线边坡天然岸坡高、自然坡角大、片麻理陡倾岸外，与片麻理垂直的陡倾裂隙和平缓裂隙是控制边坡稳定性的主要因素，结合现场地质资料和监测数据，利用离散化有限元软件FINAL建立左岸边坡开挖变形分析模型。对比研究3种工况下不同预应力锚索加固设计方案的边坡稳定性，得出暴雨工况为最危险工况，然后分析了最危险工况下不同加固方案时的变形、位移及应力，所得结果与边坡稳定系数法得到的边坡稳定性状况一致。研究结果对该电站左岸坝轴线边坡后续加固有一定的参考作用。     

露天矿反倾边坡破坏模式及加固机制模型试验

为研究露天矿层状反倾边坡出现的大规模弯曲倾倒破坏模式，开展在未支护及恒阻大变形锚索(NPR锚索)支护条件下的45°倾角多节理反倾边坡开挖物理模型试验.采用多源监测系统采集边坡开挖过程中锚索轴力、应变场及位移场等数据.结果表明：无支护反倾层状边坡开挖过程中表现出4种典型破坏模式：后缘带张拉破坏、坡肩叠瓦状破坏、坡腰弯折破坏以及坡底冲切破坏；采用NPR锚索支护后的边坡在相同的开挖条件下未发生大面积失稳破坏；边坡开挖过程中，NPR锚索轴力呈突增、突降及稳定波动3种模式循环演变，分别对应边坡变形过程中单元板裂缝发育、断裂及坡体复稳3种现象；NPR锚索具有吸能特性，且锚索轴力预警准则同样适用于NPR锚索支护下的岩质反倾边坡.     

反倾层状岩质边坡倾倒变形时空演化特征研究

为研究反倾层状岩质边坡倾倒变形时空演化特征,以硝洞槽岸坡为研究实例,首先在工程地质资料调查分析基础上对岸坡进行倾倒变形空间分区分析,然后基于地表位移监测资料分析岸坡不同区域倾倒变形随时域变化特征,最后对地表离散位移监测点采用距离反权重插值法得出岸坡倾倒变形位移演化云图,综合分析岸坡倾倒变形时空演化特征。研究结果表明:(1)岸坡前部以水平变形为主,后部以垂直变形为主,岸坡整体变形受控于前部水平变形;(2)岸坡中部条带区域变形控制着岸坡整体变形演化过程,岸坡整体变形滞后于岸坡中部变形,中部条带状变形区位移的增加会诱发后期岸坡整体位移的增加,推断该带状区为倾倒变形锁骨段。     

反倾岩质边坡次生倾倒机理及稳定性分析

倾倒破坏是反倾边坡的一种常见破坏模式,其中次生倾倒是反倾岩质边坡倾倒破坏的主要诱因。建立了反倾岩层在坡后土体作用下次生倾倒破坏的地质力学模型,基于室内物理模拟试验,分析了反倾岩层上覆土压力分布规律、岩层的破坏模式和整体破坏面的形状与位置。根据库仑主动土压力理论得到下卧岩层表面各点法向压力的理论值与实测值基本相符,土体中存在土拱效应导致两者存在差异,随着上覆土体厚度及堆载作用的加大,土拱效应越明显。各岩层可能的破坏模式包括弯拉破坏、弯滑破坏和滑动破坏。下卧反倾岩层的整体破坏面是一通过坡脚的近似平面,整体破坏面与岩层层面法线方向呈0°～25°的夹角。基于叠合悬臂梁模型,引入岩层横截面上节理面的黏聚力和岩石抗拉强度随岩层嵌入深度的折减系数,改进了反倾岩层的极限平衡分析方法,推导了坡体任意岩层下推力的理论公式,定义了任意岩层变形破坏的安全系数和边坡整体倾倒破坏的综合安全系数。提出了下卧反倾岩层潜在整体破坏面的理论计算方法,并确定了影响潜在整体破坏面位置的敏感因素。