库水位升降条件下边坡失稳离心模型试验研究

 三峡库区频发的滑坡地质灾害已愈来愈引起学者的高度重视,其受水位反复升降的影响是库区边坡不同于其他陆地自然边坡的一个显著特点。以离心模型试验为手段,基于三峡库区典型滑坡的工程地质特征,建立相应的土质边坡离心模型。在试验过程中实现对库水位循环升降的控制,模拟库区边坡在水位升降作用下的失稳过程。通过数码摄像、数字图像处理和传感元件测试,获得该试验条件下的土坡在水位升降过程中典型位置的孔隙水压力变化、全断面位移矢量演化(水平位移和沉降)、滑面形态及裂缝形成发展过程,并详细分析边坡在这种外部水环境影响下的变形演化、失稳和破坏模式。试验结果表明,若仅考虑水位升降作用的影响,该试验条件下的库区土质边坡的变形呈现典型的渐进牵引破坏模式,并具备较强的水土软化影响特征;裂缝在变形演化过程中出现交替张开和闭合现象,该失稳模式下的滑面呈折线形态,并在变形破坏过程中次生多级滑面。研究结果为库区滑坡地质灾害机制的深入认识、以及滑坡预防和控制提供了重要依据。     

模拟库水位变化的抗滑桩加固边坡离心模型试验研究

 抗滑桩是边坡深层抗滑最为有效的措施之一,以三峡库区边坡抗滑桩加固工程为背景,利用离心模型试验手段,模拟库区蓄水和水位循环变化条件下失稳边坡的抗滑桩加固机制。详细介绍相应的离心模型试验方法,通过对一系列自然边坡和不同桩间距条件下的模型试验,获得库水位变化影响下的边坡变形、破坏模式和抗滑桩受力,探讨滑坡推力的分布以及不同桩间距条件下的抗滑桩–边坡相互作用机制。测试结果表明,受抗滑桩加固的边坡在水位升降作用下仍发生一定程度的变形并产生裂缝,随着抗滑桩的直接支挡和桩后土体由于不均匀位移产生土拱效应后,边坡变形逐渐得到较好的控制。在本试验条件下,随着桩间距的增大,边坡变形总体上表现为增大趋势,但抗滑桩的受力呈现出先增大后减小的抛物线型变化形态,在某一最适桩间距情况下抗滑桩的抗滑性能得到了最充分的发挥,而滑坡推力表现出复合三角形分布特征。该研究结果为桩土相互作用和库区边坡抗滑桩加固机制分析提供了直接的试验依据,对丰富抗滑桩设计理论和库区边坡的防灾减灾研究具有较为重要的意义。     

下伏基岩堆积体边坡抗滑桩加固前后地震响应特征离心模型试验

 为研究抗滑桩加固上覆堆积体--下伏基岩二元结构边坡的抗震机制,开展2组1∶50比尺的离心振动台模型试验,以对比分析下伏基岩堆积体边坡在抗滑排桩加固前后的地震响应特征与抗滑桩的桩身弯矩分布规律。试验时,输入4级加速度峰值连续增大的El Centro波,监测边坡模型坡面与坡体内的加速度响应、坡顶沉降变形以及抗滑桩上静、动弯矩的分布。试验结果显示由于抗滑桩抑制了上覆堆积体的下滑,坡顶的加速度峰值(PGA)放大系数、加速度反应谱以及竖向沉降变形均有不同程度的降低。抗滑桩一方面加固了上覆堆积滑体另一方面在坡体内产生了地震波的反射叠加效应,使得边坡水平响应加速度放大系数出现了桩前增大桩后减小的现象。下伏基岩堆积体边坡坡顶沉降与Arias烈度在抗滑排桩加固前后均具有良好的正相关线性关系。地震荷载作用过程中抗滑桩动力响应弯矩变化幅值明显大于地震作用后的静弯矩增量,且静弯矩与动弯矩变化幅值的分布均在基岩面附近达到峰值,易在基岩面附近造成抗滑桩的破坏,类似工况下抗滑桩的抗震配筋设计应充分考虑这一特点。     

开挖对边坡变形影响的离心模型试验研究

边坡开挖是工程中经常遇到的问题。采用清华大学土工离心机以及新开发的开挖模拟设备进行了土坡开挖的离心模型试验,测量了开挖过程中边坡位移场的变化。基于位移测量结果提出了一种确定开挖影响范围的方法,分析了开挖后边坡的变形响应。结果表明：开挖后坡体内部根据竖向应变性质的不同可分为开挖松动区、开挖压缩区和无影响区3个区域,不同区域土体的变形特性有所差别。开挖后边坡内部的潜在滑裂面在变形破坏过程中是变化的,从坡体内部向坡面方向移动。开挖条件下边坡表现出明显的渐进破坏过程。     

土钉加固边坡的离心模型试验与分析

通过土工离心模型试验,研究了土钉加固边坡的变形情况、土钉加固土坡的作用机理及土钉的应用分布规律,最后还对试验的不足进行了分析。     

边坡稳定安全系数影响因素探讨

针对不同的屈服准则、内摩擦角和粘聚力、剪胀角、计算范围、坡脚的形状和尺寸、网格疏密程度、破坏标准等因素,采用有限元分析技术研究了它们对边坡稳定安全性的影响程度,对安全系数的影响以及大、小变形有限元进行了对比分析.     

土工动力离心模型试验研究进展

由于土工动力离心模型试验的优越性,欧美、日本等一些国家相继发展不同种类的土工离心机振动台系统.土工动力离心模型试验研究的不断深入,推动与之相关的振动台模型箱的发展.介绍各种土工离心机振动台系统的特点和工作原理;对比国内研制的土工离心机振动台系统的主要技术指标,介绍各种模型箱的特点和适用范围.从土工动力离心模型试验的研究范围、研究内容和研究深度等方面概述自离心机振动台应用于岩土工程以来,世界范围内土工动力离心模型试验的研究进展.     

土工动力离心模型试验研究进展

由于土工动力离心模型试验的优越性,欧美、日本等一些国家相继发展不同种类的土工离心机振动台系统.土工动力离心模型试验研究的不断深入,推动与之相关的振动台模型箱的发展.介绍各种土工离心机振动台系统的特点和工作原理;对比国内研制的土工离心机振动台系统的主要技术指标,介绍各种模型箱的特点和适用范围.从土工动力离心模型试验的研究范围、研究内容和研究深度等方面概述自离心机振动台应用于岩土工程以来,世界范围内土工动力离心模型试验的研究进展.     

边坡稳定与加固的有限元分析

通过有限元强度折减法分析了边坡开挖和锚索对边坡的加固作用,采用ANSYS模拟了边坡开挖和加固的方法,并结合工程实例,探讨了预应力的大小对安全系数的影响,以促进边坡加固工程的研究和应用。     

土钉加固黏性土坡动力离心模型试验研究

 很多滑坡是由地震引发的,为了防止或减轻地震造成的边坡灾害,目前在边坡的加固治理方面已经发展并形成一些较好的方法,而土钉是边坡抗震加固的一种简便有效的方法。采用动力离心模型试验方法,再现地震条件下土钉加固黏性土坡和素土坡的响应;测量了试验过程中边坡的位移场和加速度响应的变化过程。基于试验结果,通过对比素土坡和土钉加固土坡的动力响应,探讨土钉加固土坡的变形规律和加固机制。试验结果表明,地震过程中土坡产生不可恢复的累积变形,其大小与输入的地震加速度峰值有关。通过比较土钉加固土坡和素土坡的位移分布,研究土钉加固土坡的机制。引入土单元应变进行分析,结果表明,土钉加固措施能显著地改变边坡的位移场分布,限制土坡的剪切变形,避免滑裂面的产生,从而提高了边坡的稳定性。     

某湿陷性黄土超高填方边坡的离心试验及稳定分析

以晋西北某机场高填方地基工程为背景,根据边坡初步设计及其稳定性初始分析结果,结合大型离心模型试验对机场场区高边坡10个典型断面进行稳定性数值分析。分析结果表明:机场场区边坡在天然条件下基本是稳定的,但在饱和状态下极易失稳;边坡填方体主要以竖向变形为主,并伴随向边坡外的水平位移,且越靠近坡顶,竖向分量越大;边坡最大剪应变位置主要集中在填筑体与天然地基的接触面上;边坡破坏时,坡顶与坡脚的位移量随填方高度和厚度的增加而增大。     

锦屏一级水电站左岸高边坡工程整体稳定性的模型试验研究

介绍锦屏一级水电站高边坡工程整体的模型试验方法,以检验和评价该工程的整体实效与稳定性。根据现场高边坡实际开挖工程、已完成支护及工程地质等条件,建立三维地质力学模型,采取施加上部荷载和底部动荷载方式,模拟和测试该边坡在上部山体正常荷载作用下边坡工程的稳定性、爆破振动荷载作用下的边坡工程稳定性,以及超常荷载作用下边坡工程的破坏过程与安全度。试验与分析结果表明,正常荷载应力作用下,该高边坡工程变形较小,边坡无破坏且稳定;在下部爆破振动工况下,未出现边坡及支护开裂与破坏,而在不断增加的超载作用下,边坡最终发生开裂和失稳破坏,且裂缝主要出现在锚固区之外。试验给出边坡变形及破坏的全过程,定量分析边坡变形和应力变化规律,探明边坡应力、变形及破坏趋势。研究结果表明,前期完成的高边坡支护工程是有效的,整个边坡在目前工况下是稳定的,并对边坡安全提出建议:后期边坡工程应有足够锚固强度,避免损伤岩体,加强长期现场监测与信息反馈。此模型试验具有重要的工程意义及实际价值。     

单锚及群锚失效对边坡稳定性影响的模型试验研究

针对典型岩土体边坡,通过室内模拟试验,研究锚力变化或锚失效在群锚中引起的荷载转移现象,探讨群锚失效后边坡稳定性的劣化过程、失稳形态以及坡面设置格子梁对锚索张力及边坡稳定性的影响等问题。群锚抑制坡体的变形效应,可使岩体均匀性、整体性加强,增加韧性和承受大变形而不破坏的能力。群锚中某一锚索锚力变化会导致其承担的荷载在群锚内部发生较明显的转移现象,结构面压缩带同时被削弱,结构面的整体安全度降低;某一锚索的失效也会引起相邻锚索接连失效的多米洛效应,导致边坡稳定性急剧降低。坡面施加格子梁结构可调动坡面更大范围岩土体发挥自承能力,分担锚索承担的部分荷载,改善边坡的稳定性。岩坡加固设计中应注意格子梁结构强度与锚索锚固力相匹配。     

坡面形态对边坡稳定性影响的理论与试验研究

 从失稳边坡资料统计分析、模型试验和理论计算3个方面,研究坡面形态对边坡稳定的影响(坡面形态效应)。通过对300个失稳边坡资料的统计分析,从宏观认识上得到凸坡的稳定性较差,而凹坡稳定性较好的初步结论。采用底抬升模型试验,研究凸坡、平坡和凹坡的极限稳定角,结果表明,凹坡的极限稳定角要比平坡的大,凸坡则比平坡小。并从理论上分析凸坡、平坡和凹坡之间的受力差异,对凹坡比凸坡更稳定的现象进行解释。采用严格极限平衡法,获得圆形凸坡和凹坡的安全系数解答,分析坡面形态效应的影响因素和变化规律,从工程应用角度制作圆形坡面形态边坡安全系数速查曲线,并建议考虑坡面形态效应的范围。研究成果可为合理评价不同坡面形态的边坡稳定性提供参考。     

软土地基上堤防稳定性研究

完成了2组土工离心模型试验,分别研究了淮河入海水道软土段堤防在竣工期和水位骤降期的稳定性及其破坏机理。由于无法从原型取到大尺寸具有代表性的原状土试样,因此,将取自原型地基土层和堤身土体的扰动土样重塑后制备成软基和堤身,并控制其不排水剪强度与原型一致。为了测定原型堤防的稳定安全系数,对模型堤防进行了破坏性试验,即让模型承受超出设计加速度水平的离心力作用,直至出现明显的失稳滑动迹象,由此测得软基上堤防的极限高度,同时根据堤防剖面位移矢量确定滑弧所在位置。试验结果表明,在竣工期软基上堤防的破坏为滑弧穿过软土层的深层滑动,而在水位骤降期,破坏面在堤防堤身中形成,随后向深处发展。由此可知,软土地基上堤防稳定性主要为软土层的承载能力所控制,同时在一定程度上也受到水位骤降的影响。鉴于原型堤基天然软土存在结构性,建议在今后的离心模型试验中能够考虑这种结构性的相似问题及其模拟途径。     

锚固边坡楔体稳定性地质力学模型试验研究

以李家峡水电站左岸岩质高边坡加固工程为背景，采用地质力学模型试验方法，完成了预应力锚索加固边坡模型和无锚索加固边坡模型的对比试验，研究边坡双滑面楔体稳定性和锚固效应的问题。给出了复杂岩体边坡和预应力锚索体的相似物理模拟方法，锚固和未锚固状态下边坡双滑面楔体的相对位移和绝对位移的变化形态、锚索预应力时程变化特征、锚索轴力变化特征以及边坡不同部位的锚索的受力破坏特点等结果。在此基础上，对上述两种状态下边坡楔体的安全稳定性进行了计算和对比分析，结果表明锚固边坡比无锚固边坡安全系数高1.4倍以上，并总结给出了预应力锚索对边坡双滑面楔体的加固效应。     

大型边坡稳定性状态的分析

清江隔河岩水利枢纽引水隧洞出口及厂房高边坡，其坡高且范围大，边坡呈上硬下软，有多组裂隙断层切割。东西部各有一个危岩体，施工中对边坡和危岩体采取了多种工程加固措施，形成了一个具有多级台阶分布式的边坡。高边坡地表变形和深部位移量很小，说明运行期边坡稳定性良好。