边坡对循环荷载的响应研究

 在循环荷载作用下,边坡岩土体除了受到静态力作用外还受到动荷载的长期作用,岩土体对动荷载产生响应,易引发或加剧边坡失稳。以某路堑边坡为研究对象,研究在不同动力输入条件下边坡岩土响应规律。研究结果表明,当循环荷载的振动频率一定时,边坡各测点的位移、速度、加速度随循环荷载最大振幅的增大而增大,呈明显的线性关系;当循环荷载的最大振幅一定时,边坡的动力响应峰值与频率不再是线性关系,而是出现波动变化,存在4～5 Hz频段范围的强响应频段区间,这一频段与边坡岩土体卓越周期(频率)基本一致,易引起边坡的共振响应,而这种共振响应对边坡稳定是不利的。研究结果对合理评价循环荷载对岩土边坡的影响、对岩土边坡的长期安全性及耐久性分析具有重要的理论意义和工程应用价值。     

地震动特征对岩体边坡动力响应的影响

岩体边坡在地震动荷载作用下的变形破坏过程受岩体介质和结构特征、赋存环境和动荷载特征的控制,是这三类因素共同作用的结果。结合松动岩体和强震极震区地震动的研究成果,应用数值分析的方法研究了在不同地震动峰值、频率和加载方向情况下,岩体边坡的动力响应。结果表明,岩体中的动力响应随动荷载的峰值的增加和频率的降低而显著增大,双向加载的动力响应远大于单向加载;岩体动力响应表现出极大的不均匀性;分析了其机理和数值模拟研究的局限性,提出物理模拟和现场调研资料的积累和定量化研究是解决岩体地震动力破坏问题的关键。     

顺层岩质边坡地震动力响应及地震动参数影响研究

 利用FLAC2D建立顺层岩质边坡模型,分析其在地震作用下的动力响应规律,研究地震动参数对其动力响应的影响。结果表明：顺层岩质边坡在地震作用下失稳主要由结构面控制,位移主要发生在潜在滑移面上部岩体中;对地震波存在垂直向和临空面放大作用,其滤波作用没有土质边坡明显,不同岩层会对某一频率的波产生明显的放大效应;当振幅、卓越频率增加时,坡肩下方的加速度放大系数呈递减趋势,且在强度相对较低的岩体内较明显,但随着振幅增加,边坡动力响应增强;各处加速度放大系数受地震动持时影响较小,剪应变增量受其影响较大。当振幅、持时增加时,边坡位移呈增大趋势;当卓越频率增大时,边坡位移减小。同时,证实了地震边坡破坏由上部拉破坏与下部剪切破坏组成,研究结果有助于进一步揭示边坡在地震作用下的失稳机制。     

岩质边坡动力稳定性分析的几个要点

 重点讨论动荷载作用下岩质边坡稳定性的3个基本问题：(1) 动荷载作用下裂隙岩体的力学特性;(2) 边坡动力响应及安全评价;(3) 边坡加固措施(主要指锚索)在动力荷载作用下的安全性问题。在总结多年来的工作经验与研究积累的基础上,探讨边坡动力稳定性评价方法,特别是对于在地震、爆破动荷载作用下,岩质高边坡稳定性的安全评价;总结提出岩体在动荷载作用下的强度特性与研究重点;系统分析岩质边坡的动力响应;提出从动安全系数走向、潜在滑动面的动态开裂和滑移及边坡关键点的质点振动速度3个方面来评价边坡动力稳定性的思路与方法;最后就如何评价边坡预应力锚索加固措施在动荷载作用下的安全性提出科学的设计原则与评价指标。     

高海拔寒区岩质边坡变形破坏机制研究现状及趋势

高海拔寒区矿山岩质边坡变形破坏机制研究已取得一定的研究成果,但基于现行理论与技术还难以全面解决未来高寒边坡失稳机理和灾害防控的所有问题,至今尚未建立起完善的高寒边坡开采研究体系和边坡稳定性判别标准.本文对高寒岩质边坡变形破坏的室内岩石力学试验、边坡物理相似模拟、多场多相耦合数值模拟、变形破坏原位监测、高海拔寒区岩质边坡失稳机理五个方面开展了大量的文献调研,总结高寒岩体变形破坏有关的研究成果,继而对存在的问题进行探讨并分析当前研究的不足,总结出高寒岩质边坡变形破坏研究领域亟待解决的关键问题:一是开采扰动条件下高海拔寒区矿山边坡岩体结构损伤劣化机制,二是冻融循环条件下流-固-气多相多场耦合边坡失稳时效特征与评价方法;并就未来高寒边坡变形和破坏研究方向及发展趋势予以分析,指出开展不同应力路径冻融循环耦合作用下岩体结构损伤劣化机理研究,开展爆破采动条件下高海拔寒区岩质边坡结构面致溃机制及边坡失稳破坏研究,开展地震荷载作用下高海拔寒区节理岩质边坡地震动力响应及致灾规律研究,研究多场多相耦合条件下节理岩体损伤劣化机理,开展高海拔寒区矿山边坡抗寒多参量实时安全监测及失稳预警技术研究五个方面是未来研究的趋势.     

水平厚层状岩质边坡地震动力破坏过程颗粒流模拟

 基于二维颗粒流软件(PFC2D)的人工合成岩体技术,研究岩桥长度和节理间距不同组合形式下的含水平断续节理厚层状岩质边坡在地震作用下的破坏模式、动力响应规律以及岩桥段应力演化特征。研究结果显示：地震动作用下,含水平断续节理厚层状岩质边坡主要发生溃散型破坏、拉裂–滑移–块体倾倒混合破坏和拉裂–水平滑移混合破坏;水平断续节理是控制边坡动力稳定性的关键因素。节理间距对边坡破坏模式起控制性作用：当节理间距较小时,易发生溃散型破坏;当节理间距较大时,易发生拉裂–滑移–块体倾倒破坏和拉裂–水平滑移混合破坏。岩桥长度和节理间距共同控制着边坡岩体破碎程度,从而控制着边坡失稳破坏时滑动面的个数,当节理间距很小或者节理间距较大、岩桥长度较小时,发生单滑动面破坏;当节理间距和岩桥长度均较大时,发生双滑动面破坏。在地震动力作用下,岩桥段首先发生破坏,随后各节理间也产生破坏并贯通。岩桥长度和节理间距对边坡动力响应均产生一定影响,随着节理间距减小、岩桥长度增大,峰值位移、峰值速度增大,对加速度PGA放大系数的影响区域集中在边坡坡表、坡脚等部位。地震作用下,含水平断续节理厚层状岩质边坡岩桥段应力演化、裂纹萌生与输入的地震波加速度具有良好的一致性。     

竖向节理分布特征对岩质边坡稳定性影响的数值模拟研究

以广州某工程岩质边坡为例,采用有限元软件Midas建立模型,并考虑了不同节理间距布置下工况,对边坡稳定性影响进行分析。结果表明：(1)在竖向节理广泛分布的岩质边坡中,节理发育分布越密集,岩体整体稳定性越差。每条节理裂隙对边坡稳定性影响不尽相同,而边坡稳定性的破坏往往是多条节理裂隙破坏共同作用的结果;(2)变形通常会出现在竖向节理发育处,对岩质边坡来说,竖向节理可看成一软弱夹层,对岩体整体安全稳定性产生不利影响;(3)节理发育处抗剪强度降低,抵抗滑裂面产生的能力下降;容易产生岩体局部大变形乃至崩塌。     

岩质边坡爆破振动速度的高程放大效应研究

 岩质边坡爆破振动的高程放大效应是边坡上振动速度传播规律的重要研究内容之一。基于岩质边坡爆破振动高程响应机制的理论分析以及边坡开挖爆破振动的数值模拟与实例分析,研究边坡爆破振动速度的高程放大效应。结果表明,边坡爆破振动速度的高程放大效应是在一定的条件下产生的,受爆破振动荷载特性及边坡坡形等因素的影响。爆破振动荷载作用下,边坡坡面不同高程台阶岩体结构的自振主频率处于爆破振动荷载主频带范围内,台阶部位岩体结构的振动响应会产生“鞭梢效应”,导致台阶部位岩体振动速度放大。在边坡坡形骤变、坡度增大时,边坡上一级台阶岩体的振动速度可大于下一级台阶岩体的振动速度,产生显著的振动速度高程放大效应。坡形相近的条件下,台阶坡脚处的振动速度随高程的增加逐渐减小,不出现振动速度高程放大效应。“鞭梢效应”影响下,边坡台阶边沿的振动速度较大,但应力、应变较同高程台阶坡脚处的小,边沿部位的振动速度不适宜评价边坡的稳定性。     

地震荷载作用下顺层岩体边坡动力放大效应和破坏机制的振动台试验研究

以四川省安县干磨房滑坡为原型,设计并完成了比例为1∶100的顺层岩体边坡大型振动台试验。通过逐级加载不同峰值、频率和持时的地震波,研究了地震荷载作用下边坡的动力响应特征和变形破坏机制。试验结果表明,输入波频率和幅值对边坡加速度动力响应影响较大。当输入波频率小于边坡初始自振频率时,水平向PGA放大系数随输入波频率的增大而增大;超过边坡的初始自振频率后,水平向PGA放大系数减小,放大效应减弱;当输入波频率小于边坡初始自振频率时,水平向PGA放大系数随输入波幅值的增大而增大;当输入波频率接近和大于边坡初始自振频率时,低幅值地震波对水平向PGA放大系数影响更显著;地震荷载持时对边坡动力响应影响不明显。通过对边坡位移动力响应和试验过程拍照录像记录分析,发现与边坡其他部位相比,坡肩处的位移动力响应更为显著;边坡在输入波幅值加载至0.6 g时处于临界状态,对应的临界位移值约为7.3 cm,该值的确定是后续研究采用临界位移评价地震作用下边坡稳定性的基础与前提条件;地震荷载作用下顺层岩体边坡的破坏模式为:坡肩开裂→坡顶出现贯穿裂缝→坡脚附近的坡面隆起→坡顶贯穿裂缝与隆起部位贯通→边坡沿层面发生浅部滑动从而失稳破坏。模型试验较好地揭示了地震荷载作用下顺层岩体边坡的动力放大效应和变形破坏机制,可为工程边坡的抗震设计和防灾减灾提供有益的借鉴与参考。     

锚固岩质边坡动力响应分析

以含有软弱结构面的顺层岩质边坡为例,基于非连续介质的离散元法DEM分析了锚固岩质边坡在地震荷载作用下的动力响应,并研究了加固边坡的动力响应及其破坏过程,研究表明,顺层块状岩质边坡在地震过程中的位移方向主要为水平方向,沿结构面方向的滑动很小。     

地下洞室地震动态响应规律的影响因素分析

对含节理岩体地下洞室动态响应分析是一个非常复杂的问题,目前研究尚处于探索阶段,基于此应用离散元软件UDEC初步分析了地震荷载作用下,节理倾角、地应力特征以及地震波振幅、频率等因素对含节理岩体地下洞室动态响应的规律。分析结果表明:地震荷载作用下,拱顶位移在节理倾角小于45°时随倾角的增加而增加,大于45°时随倾角的增加而减小,而拱肩均在倾角为60°时位移最大。洞室各验算点位移均随侧压力系数的增加而减小,随地震波振幅的增加而增大。分析结果还表明在低频部分验算点位移随频率的增加而增大,在高频部分随频率的增加而减小。研究思路及结果对含节理岩体地下洞室围岩变形和破坏机制以及抗震工程设计具有指导意义。     

加筋格宾挡墙在重复荷载作用下动变形特性试验研究

 为研究加筋格宾挡墙变形特性,对加筋格宾挡墙进行重复荷载作用下的模型试验,得出5种频率(2,4,6,8,10 Hz)、3种振幅(40～80,50～100,60～120 kPa)的动载作用下加筋格宾挡墙面墙累计侧向变形和竖向变形(沉降)的变化规律,以及影响面墙动变形特性的主要因素及其显著性;并对分级卸载时面墙的变形特性也进行分析研究。结果表明：挡墙动变形特性受振动次数、动荷载幅值以及格宾笼填充率等因素的影响,振动频率影响不显著;挡墙较大侧向变形发生在第3～5层;随着动荷载幅值的增大,达到变形稳定所需的振动次数增加,变形值亦增大;动变形的发展随振动历时的增长而增大,初期增长较快,随后逐渐变缓;分级卸载过程中,面墙侧向变形几乎没有弹性恢复。     

不同间距双荷载作用下土质边坡稳定性研究

文中利用ABAQUS有限元软件建立某土质边坡的二维模型,通过改变坡顶两个条形基础上部附加荷载之间的距离,研究不同间距双重荷载作用下边坡的变形破坏特征,并从竖向位移场、竖向应力场、等效塑性应变以及安全系数大小等角度对数值模拟结果进行分析.研究结果表明,边坡在双重荷载作用下,竖向位移的最大值集中于荷载作用的下方坡体,且随着...     

双向受压岩石在扰动荷载作用下致裂特征研究

 采用频率为2 Hz,幅值分别为6,10,14,18和22 MPa的正弦疲劳荷载作为动力扰动,来研究受双向静荷载并达到极限屈服状态的岩石在动力扰动荷载作用下致裂破坏的力学特性。试验结果发现：双向静载屈服状态红砂岩试件在动态周期荷载作用下,疲劳寿命明显短于在弹性阶段进行的疲劳测验的寿命。试件的疲劳寿命离散性较大,即使在同一动载幅值下也表现出很大差异,但相同应力幅值下最终破坏点处的变形量却基本相同,并且随着动载的幅值的增大而减小。研究还显示：具有相对较长疲劳寿命的试件的轴向变形量与循环次数(或时间)的关系曲线呈现出明显的3个阶段特性,其变化趋势与岩石蠕变曲线基本相同。岩石的最终破坏是由3个阶段的疲劳损伤累积所致,各阶段变形量占总变形量的比例、破坏模式和块度分布均与受到的动载应力幅值有关。     

岩质边坡抗震稳定性的能量方法研究

 地震荷载作用下边坡失稳判据是岩土力学研究的热点和难点,综合运用极限分析和波动理论,从功率角度出发,提出外力功率等于内能耗散的岩质边坡能量稳定性评价方法。借助强度折减法和超载系数法,通过安全系数对单节理边坡进行定量化安全性评估。以P波倾斜入射单节理边坡为例,首先,研究边坡的自稳临界高度和应力波入射节理透反射基本规律;其次,在边坡临界自稳高度范围内,研究应力波作用下边坡临界高度的动态变化情况;最后,根据外力功率等于内能耗散的判断准则,通过强度折减法和超载系数法,分析动荷载作用下单节理边坡动态安全系数的变化,计算块体极限滑动时所需的能量。研究表明：边坡节理面的黏聚力越高,其自稳临界高度越高,动荷载作用下边坡动态临界高度也越高,抗震性能也越好;随着入射P波峰值强度的增大,边坡动态临界高度降低的幅度也增大;随着入射角度的不断减小,边坡动态临界高度变化的幅度不断增大,表明地震作用下边坡破坏的可能性不断增大;边坡动安全系数的变化趋势与透射应力的变化趋势相反;边坡的高度越高,块体越不稳定,其极限滑动时所需的能量也越少。     

循环荷载作用下层状节理岩体锚固效果的物理模拟研究

运用物理模拟方法，研究了在循环荷载作用下层状节理岩体非锚固与锚固模型的弹性模量E随岩体分层厚度h和块度α(岩块体积的立方根)的变化规律。试验的16个模型是层状和层状节理岩体非锚固与锚固模型各4个。得出的结论是：层状与层状节理岩体非锚固模型的E随h或α呈指数规律变化。层状与层状节理岩体，在第1加载循环时E随h或α呈对数规律变化：在循环加载时E随h或α呈线性规律变化。在非锚固条件下，岩体发生由表及里的层裂破坏，而锚固使层裂破坏得到了有效控制，模型破裂后仍具有良好的整体承载性能。岩体的h和α越小，锚固效果越好。高应力条件下对层状与层状节理岩体的锚固必须强调各锚固件的强度和锚杆的预紧力。     

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。     

高陡岩质边坡上桥梁基桩模型试验研究

高陡岩质边坡上桥梁基桩的受力性状极为复杂,既要承受上部荷载,又要抵抗桩侧滑坡推力,具有承重与阻滑双重功能,且由于陡坡的存在,使得该类基桩与平地上无坡度的基桩在承载机理上存在明显差异。以竖向荷载下基桩挠曲微分方程为基础,采用方程分析法导出了高陡岩质边坡上桥梁桩基模型试验的相似准则,并以该准则为指导,开展陡坡桩基室内模型试验。通过室内试验得到了不同组合荷载及加载方式条件下基桩弯矩及桩顶水平位移的情况,探讨了该类桩受力性状,并获得基桩桩侧土压力、抗力分布形态及影响范围的情况,以助于更深入地了解陡坡上桥梁基桩的荷载传递机理,具有一定的理论和工程应用价值。