顺倾岩土互层路堑高边坡开挖破坏模式及稳定性数值模拟研究

运用Midas/GTS模拟岩土互层路堑高边坡的开挖过程破坏模式及稳定性,分析岩土层倾角与破坏模式及稳定性之间的关系。结果表明:岩土互层路堑高边坡主要的滑移破坏模式为沿着通过坡脚的土层进行平面滑动,但也可能在坡脚以上的土层先产生滑动;在其他条件相同时,顺倾向边坡的安全系数随岩土层倾角的增大先减小后增大,开挖产生的水平位移先增大后减小,岩土层倾角为30°左右时边坡的安全系数最小,开挖过程中产生的水平位移最大;岩土互层边坡开挖影响范围整体呈现圆弧形,岩层与土层交界处产生"锯齿"状突变。岩土互层边坡的稳定性及开挖变形对土层黏聚力和内摩擦角的敏感性明显大于对岩层黏聚力和内摩擦角的敏感性。     

岩质反倾边坡弯曲倾倒破坏分析方法研究

 弯曲倾倒破坏是岩质反倾边坡的一种主要失稳破坏模式,目前,岩质反倾边坡弯曲倾倒破坏稳定性分析中存在很多悬而未决的问题。通过对模型试验结果的分析,阐明岩质反倾边坡弯曲倾倒的破坏过程和破坏机制,基于极限平衡理论,建立岩质反倾边坡弯曲倾倒破坏的力学模型和稳定性分析方法,利用所建立的分析方法,以MATLAB为平台编写岩质边坡弯曲倾倒稳定性分析程序,通过2个工程实例边坡对所提力学模型和分析方法进行验证,并进行参数分析,得出的结论和规律更符合工程实际,对该类边坡的设计施工具有指导意义。     

高频次微小地震下顺倾软硬互层边坡动力稳定性研究

三峡库区(TGR)自蓄水以来微震活动加剧、强度增大,频发微震会对库区边坡产生一定影响。采用振动台模型试验和UDEC数值模拟方法,对库区顺倾软硬互层边坡在不断微、小地震作用下的破坏失稳演化过程及动力稳定性进行了研究。研究成果如下:在不断地震作用后,边坡自振频率下降、阻尼比上升,自振频率下降的速度随加载次数和加载幅值的增加而增大;在不同加载阶段,边坡坡面PGA放大系数不断降低,动力响应呈现减弱趋势;弱层成为顺倾软硬互层边坡变形破坏的优势区域;边坡的破坏失稳演化过程为分段式的滑移破坏过程,上部软、硬层滑落后,剩余滑体沿着由上部弱层剪切裂缝、中部硬层次级节理拉裂缝和下部弱层剪切裂缝贯通形成的滑移面滑移破坏;UDEC数值模拟表明顺倾软硬互层边坡的累积永久位移随微震作用次数的增加而增加,稳定性系数则呈现递减趋势。研究成果对库区滑坡形成机制的认识和减灾、防灾有一定的价值。     

西南山区挖方边坡稳定性及加固分析

采用Geo-Studio软件建立挖方高边坡模型,通过对三种不同挖方施工方案进行数值模拟,分析挖方高边坡的变形破坏特征和稳定性,探究不同放坡坡率对挖方高边坡稳定性的影响。根据三种开挖施工方案下位移、稳定性的变化情况,优化边坡放坡坡率,提出合理的加固方案。研究表明,边坡开挖之后,三种方案均可能出现失稳破坏,采用预应力锚索加固后边坡稳定。经方案比选,综合放坡坡率1∶1.3时的开挖量最小。采用预应力锚索加固后,三种方案位移均有减小,产生位移主要原因是表层红粘土变形较大,建议在优化坡比的基础上采用预应力锚索加固边坡。     

深圳水库高边坡的稳定性分析

对深圳水库高边坡的局部和整体稳定性、边坡滑动位移以及边坡失稳的突变特性进行了分析，并着重分析了地下水及土体水弱化性质对边坡稳定性的影响。边坡失稳突变特性的分析采用突变理论模型。边坡的稳定性分析和位移计算结果表明，边坡失稳主要是由地下水的影响及土的水致弱化性质引起的。突变理论模型分析也表明，水的作用使土的强度降低为某一数值时，边坡的滑动位移将突然增大，发生突变性失稳现象。理论分析结果与现场监测结果相符，可为边坡的整治提供科学依据。     

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。     

土质垂直高边坡开挖特性及锚杆加固分析

为了研究土质垂直高边坡的安全性能,采用有限元数值模拟的分析方法,对土质垂直高边坡在开挖过程中的变形和稳定性进行了分析。分析结果表明:开挖前土质垂直高边坡稳定性较好,能够维持自身稳定;开挖过程中,坡顶水平位移较大,竖向位移受自重应力和土体回弹应力控制,边坡的稳定性逐步降低;土质垂直高边坡的破坏形式主要为坡顶局部崩塌破坏。采用锚杆框架梁对开挖后的边坡进行加固后,边坡稳定性大大提高,安全性能符合工程设计要求。     

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。     

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。     

超高路堑边坡治理工程案例研究I：边坡失稳机制模拟分析

 概要介绍龙岩双永高速公路K227超高路堑边坡的地形地貌、地质条件、变形破坏过程及特征,结合边坡稳定度反分析思路、强度折减法和开挖有限元仿真技术对该边坡变形孕育过程进行模拟分析和定量评估。采用一种基于应力张量差值的增减变化及其变化量的正负分区来确定边坡开挖松弛区的数值方法,解释路堑高边坡开挖卸荷松弛的力学机理;模拟重现了挖方边坡经历稳定性缓慢上升的卸荷回弹阶段、稳定性线性下降的剪切破裂阶段和稳定性急剧下降的失稳破坏阶段的全过程中应力调整、塑性屈服、滑面孕育和变形破坏的演化规律和发展趋势,揭示了边坡由于快速工程开挖扰动,使潜在软弱带充分暴露,并切断坡脚力学支撑,伴随岩土卸荷松弛及强度弱化,产生坡顶岩土张裂变形、深层软弱带剪切蠕动和坡脚沿结构面临空剪出的失稳机制;间歇性降雨入渗的岩土增重及附加水压使滑坡表现出时滑时停的特征;边坡整体处于临界状态,在继续开挖或持续暴雨冲击条件下,可能导致稳定性骤降,从滑动阶段转化为剧滑阶段。最后,对应急抢险对策、治理方案规划及线路调整设想等问题进行讨论与反思,为边坡病害治理提供了理论依据。     

超高路堑边坡治理工程案例研究Ⅰ:边坡失稳机制模拟分析

概要介绍龙岩双永高速公路K227超高路堑边坡的地形地貌、地质条件、变形破坏过程及特征,结合边坡稳定度反分析思路、强度折减法和开挖有限元仿真技术对该边坡变形孕育过程进行模拟分析和定量评估。采用一种基于应力张量差值的增减变化及其变化量的正负分区来确定边坡开挖松弛区的数值方法,解释路堑高边坡开挖卸荷松弛的力学机理;模拟重现了挖方边坡经历稳定性缓慢上升的卸荷回弹阶段、稳定性线性下降的剪切破裂阶段和稳定性急剧下降的失稳破坏阶段的全过程中应力调整、塑性屈服、滑面孕育和变形破坏的演化规律和发展趋势,揭示了边坡由于快速工程开挖扰动,使潜在软弱带充分暴露,并切断坡脚力学支撑,伴随岩土卸荷松弛及强度弱化,产生坡顶岩土张裂变形、深层软弱带剪切蠕动和坡脚沿结构面临空剪出的失稳机制;间歇性降雨入渗的岩土增重及附加水压使滑坡表现出时滑时停的特征;边坡整体处于临界状态,在继续开挖或持续暴雨冲击条件下,可能导致稳定性骤降,从滑动阶段转化为剧滑阶段。最后,对应急抢险对策、治理方案规划及线路调整设想等问题进行讨论与反思,为边坡病害治理提供了理论依据。     

软硬互层状反倾岩质边坡倾倒变形离心模型试验研究

针对软硬互层状反倾岩质边坡倾倒变形演化模式尚不明确的问题,基于相似原理以及地质资料,以水泥、石膏等作为相似材料建立3组边坡物理模型:一组为单一硬岩层状反倾岩质边坡,另外2组为不同层厚比的软硬互层状反倾岩质边坡。通过离心模型试验,运用图像量测技术,探究软硬互层状反倾岩质边坡与单一硬岩层状反倾岩质边坡倾倒变形破坏模式的差异性,分析不同软硬岩层厚比中软岩对于边坡整体倾倒变形程度以及边坡极限承载力的影响。研究表明:(1)软硬互层状反倾岩质边坡倾倒变形模式与单一硬岩层状反倾岩质边坡倾倒变形模式存在差异。前者在倾倒变形过程中产生两级破裂面:主破裂面与次级破裂面,次级破裂面首先贯通,其上浅层岩体失稳,进而深部不连续弯折带相互贯通,主破裂面形成,边坡整体失稳,向下垮落。(2)倾倒变形过程中主破裂面以下岩体几乎未发生倾倒,可将该面定义为倾倒–未倾倒岩体的分界线;次级破裂面发育深度与主破裂面相比更浅,但是其上浅层岩体倾倒变形程度更大,且更易发生失稳破坏,该面为边坡倾倒变形的最危险破裂面。(3)由于软岩强度较弱的影响,软硬互层状反倾岩质边坡其破裂面形态呈弧线形,与单一硬岩层状反倾岩质边坡不同。(4)软岩的存在对于边坡的极限承载力与倾倒变形程度也有影响,且软硬岩层厚比不同,影响不同。相比于单一硬岩层状反倾岩质边坡,软硬岩层厚比为1∶1的软硬互层状反倾岩质边坡,其极限承载力提高,倾倒变形程度减小;而软硬岩层厚比为2∶1的软硬互层状反倾岩质边坡,其极限承载力降低,倾倒变形程度增大。     

不同堆填方式下软硬土互层渣土边坡稳定性分析

为研究不同堆填方式对渣土边坡稳定性的影响,本文选取深圳市某受纳场边坡为研究对象,在考虑到实际经济效益的基础上,建立有一种软硬土互层的渣土边坡模型,分析了不同堆填方式下边坡的稳定性。结果表明,当最底层为硬土且土层为反倾堆填时,软硬土互层渣土边坡具有较高的稳定性;软硬土互层堆填边坡的稳定性随土层反倾堆填角度增大而增大,随整体坡角增大而减小,随土层堆填厚度增大而增大。故在实际的渣土边坡堆填工程中,应在综合考虑以上因素情况下制定出最经济合理的堆填方案。     

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.     

某堰塞湖边坡稳定数值模拟分析与处理措施

为获得某堰塞湖高边坡的稳定性能,本文对其稳定性能进行了理论与数值模拟分析。采用材料力学法计算其稳定性,计算结果表明天然状况与暴雨工况下,高边坡稳定不满足规范要求。采用有限元法进行数值模拟分析,结果表明高陡边坡失稳破坏形式为崩塌,其形成主要受地质条件及暴雨等因素共同控制。在天然工况与暴雨工况下,边坡位移量分布基本保持一致;对于暴雨工况,在x=125m处剪切应力最为集中,数值也最大,此处潜在破坏带。最后提出对高边坡破碎带采用网喷混凝土和浅层锚杆锚固的治理措施,为同类工程提供参考借鉴。     

缓倾层状高边坡变形特性及稳定性分析

缓倾层状高边坡的工程特性及破坏机理直接影响边坡的稳定性,结合董箐水电站缓倾层状高边坡的设计、施工过程和变形监测,进一步探讨此类边坡的安全稳定性评价,同时对高边坡治理提出如下建议:①缓倾层状高边坡开挖过程中应加强对坡脚的保护,岩层切脚前应尽可能完成上部边坡的浅层支护.随着开挖边坡高度的增加,深层支护应及时跟上.②缓倾层状高边坡应加强开挖过程中的边坡安全稳定监测,应根据监测结果调整边坡的开挖和支护方案.③地质勘察应注重于地下水和层间软弱夹层的评价,施工期应尽量减少爆破对边坡的影响.     

水位骤降对边坡稳定性影响的模型试验及数值模拟研究

自然或人工边坡的稳定性研究是当前岩土工程研究领域的热点问题之一。随着三峡等大型水利设施的兴建和投入使用,水位骤降对边坡稳定性影响也引起人们的广泛关注。通过室内模型试验研究水位骤降引发临水边坡滑坡的原因及失稳模式是经济、便捷的常用方法。本试验模型箱的尺寸为2.5m×1.5m×1.5m(长×宽×高),边坡高度为1.05m。边坡体内埋设了10只土压力盒和7只渗压计,用于测量水位骤降过程中土压力和孔隙水压力的变化情况,记录边坡失稳破坏过程中土体内部的变化过程。同时,利用geo-slope软件模拟边坡失稳破坏的整个过程,并且利用数值模拟的结果与试验结果进行对比分析,解释边坡破坏的机理。试验结果表明:水位骤降对边坡稳定性产生很大影响,水位下降速度越快,边坡沉降也就越大,最后形成明显的位移集中区域;边坡的安全系数分别随着水位高程的减小、水位下降时间的增加出现增加最后趋于稳定;在此土质、坡形条件下的边坡破坏的形态与数值模拟所得8min时滑动面的形态相吻合,据此也用试验验证了数值模拟的可靠性。     

反复微震作用下顺层及反倾岩质边坡的动力稳定性分析

水库蓄水后诱发的高频次微小地震在一定程度上会对区域地质体的稳定性产生重要影响。本文采用振动台试验、UDEC数值分析方法,对顺层、反倾两类典型岩质边坡在反复微小地震作用下的动力稳定性进行了深入研究。结果表明:两类边坡的加速度响应均表现出"高程效应"和"趋表效应",且随地震作用次数的增加,坡体损伤(表现为层面与次级节理的起裂、扩展、贯通)不断累积,造成两类边坡的动力响应均呈现减弱的趋势;在反复微震作用下,边坡自振频率减低和阻尼比增大是其动力特性变化的基本规律;边坡累积永久位移随着地震作用次数的增加而增加,而稳定性系数则呈现递减趋势;在反复微震作用下,顺层坡的后缘竖向拉裂缝逐渐向下扩展并与下卧层面连通,边坡主要发生沿层面的整体滑移失稳模式;反倾坡首先在坡肩及坡面出现块体崩落,随后上部岩层逐层剥落,最终形成圆弧形破坏面,边坡以坡肩处发生落石、中上部岩层发生崩塌为主要破坏特征。     

某场地强夯对边坡稳定性影响的数值模拟

结合拟建于高边坡坡顶的变电站工程,分析强夯施工振动的衰减规律与强夯引起建筑物破坏判据,确定了强夯施工振动的影响区域;采用FLAC软件建立强夯对边坡稳定性影响的数值模拟模型,分析计算不同夯击能条件下边坡关键监测点的水平振动速度、竖向振动速度和坡面的水平位移;根据强夯振动引起建筑物破坏判据,结合数值模拟计算结果,针对减少强夯对边坡稳定性的影响,提出强夯的范围及夯击能的合理取值。     

软硬互层岩质反倾边坡弯曲倾倒离心模型试验与数值模拟研究

西部山区工程建设揭露了众多大型弯曲倾倒变形体,多具有软硬互层结构,水平深度可达300 m。为进一步探明软硬互层反倾边坡的倾倒变形机制,融合离心模型试验与UDEC模拟,研究了此类边坡的破坏模式与影响因素,并通过点对分析,讨论了变形的力学机制。数值模拟时,在岩层内预置随机裂隙,获得了破裂面的演化规律。结果表明:数值模拟与试验的位移曲线及破裂面形态吻合较好,边坡变形可分为起始蠕变阶段、稳态变形阶段和失稳破坏阶段;坡体前部为压剪复合变形,后部则以拉张为主;边坡主破裂面呈弧形,由坡脚快速贯通至坡顶,整体为拉–剪性破裂面;坡体内发育3条破裂面,可作为分界线将变形体分为极强倾倒区、强倾倒区和弱倾倒区;坡脚岩体变形后期压致拉裂,逐渐折断脱离母岩,最终导致变形岩体沿不同的破裂面形成渐进后退式破坏;边坡在倾角与坡角之和大于等于120°时才较易破坏,坡角主要影响破坏难易,倾角则控制变形规模。