边坡工程中卸荷岩体的探讨

岩体卸荷是水利水电工程建设中常见的工程地质问题,岩体卸荷裂隙是影响边坡岩体稳定性的重要因素.文章介绍了边坡工程中卸荷岩体的形成机理、裂隙类型、分带依据及卸荷岩体加固时应注意的问题.     

模糊综合评价方法在边坡岩体卸荷程度分级中的应用

岩体卸荷特征是岩质边坡质量分级的重要影响因素,也是进行边坡稳定性分析评价的主要内容之一。为研究岩质边坡岩体的卸荷特征,基于模糊数学理论,选取卸荷裂隙总条数、卸荷裂隙累计宽度、岩石质量指标RQD、岩体透水率、岩体波速比等要素作为评判指标,采用数值特征分析和模糊统计方法确定岩体的隶属度函数,同时采用要素比较矩阵法确定各要素的权重,建立岩体卸荷等级的模糊综合评判模型来对岩体卸荷情况进行评价。运用该法对某水电站坝肩边坡岩体卸荷程度分级情况进行了研究。结果表明,该模糊综合评判研究结果与边坡卸荷特征实际情况基本一致,说明该评价方法用在边坡岩体卸荷程度分级评判方面是可行的。     

高边坡卸荷岩体稳定性分析

岩质边坡在长期的地质作用下往往会被多组结构面所切割,形成复杂的卸荷裂隙岩体,而高边坡中的卸荷岩体直接影响到整个边坡的稳定性.依托西南某拱坝右坝肩高边坡工程,从地质分析的角度,对边坡卸荷岩体进行分区节理统计,进而划分出可能的局部不稳定块体,并定性评价了边坡的整体稳定性.在此基础上建立了三维地质模型,分别采用强度折减法和关键块体理论分析并评价了该工程高边坡卸荷岩体的局部稳定性,并提出了在地质勘察、安全监测、加固处理和施工控制等方面的建议.研究结果表明,该高边坡卸荷岩体整体稳定性较好,但局部存在潜在不稳定块体.该研究成果对类似工程具有重要的参考价值.     

开挖卸荷条件下边坡的变形分析

岩体工程具有加载和卸荷两种不同的力学状态,在此力学形态各异的情况下,岩体的力学特性有本质区别.岩石边坡开挖为卸荷力学条件,运用加载的力学理论和方法研究卸荷岩体的变形,往往与实际有较大的出入;采用卸荷岩体力学的方法分析边坡的位移变形比较符合实际.     

长河坝水电站左坝肩边坡变形机制分析

长河坝水电站左坝肩边坡高陡、卸荷作用强烈、长大裂隙较发育,造成了边坡岩体结构的复杂性和边坡变形破坏方式的多样性。因此,分析边坡的变形破坏机制对边坡稳定性复核非常重要。本文结合工程地质调查、岩体结构特征和监测资料,对边坡进行了结构面统计和岩体分区,分析了裂缝成因和边坡的变形破坏模式。下部边坡爆破开挖使fz-15断层及其下盘压缩变形,上盘岩体下沉;边坡沿J6组结构面产生剪切滑移变形,上部岩体沿J3组结构面产生拉裂,沿J2结构面产生倾倒变形,产生了各种方向的裂缝。边坡变形破坏模式主要为滑移—拉裂破坏和倾倒—拉裂破坏。采用针对性支护措施后,裂缝变形得到控制,边坡基本稳定。     

楔形裂隙水头分布研究

岩体是一种具有节理、裂隙等缺陷的材料体,这些缺陷是岩体渗流的主要通道。通常节理裂隙被认为是一组平行板分布,当原始地应力不变时,岩体的渗流状态保持不变。当岩体由于开挖卸荷或其它原因而导致岩体的应力状态发生变化,这时岩体的节理及裂隙等的隙宽或许将会变成楔形,从而使得岩体裂隙中的水头分布方式与平行板的线性分布不同。因此,在立方定律的基础上,推导了楔形裂隙中水头分布的公式,并与前人的研究结果进行了对比,同时探讨了其对边坡安全系数计算的影响,研究表明,所得公式更为合理。     

锦屏一级水电站左岸边坡高地应力区卸荷松弛特征及其控制措施

岩体开挖卸荷松弛效应对边坡的稳定性影响巨大,如何控制岩体卸荷松弛程度非常重要。以锦屏一级水电站左岸高边坡为研究对象,区域3维地应力场反分析结果表明:工程区域内地应力水平较高,水平构造应力较大,河床处的最大主应力达到40～50 MPa。施工期声波波速及钻孔变模的测试数据表明:边坡高地应力区的岩体卸荷松弛现象非常明显,岩体卸荷松弛深度随着地应力的增大而增大。边坡高地应力区开展的先挖后锚和先锚后挖的两种岩体卸荷松弛控制试验表明:先锚后挖能够有效地改善岩体的应力释放,同时能够较好地控制岩体的变形。     

浅谈钻孔压水试验在水电工程中的应用

岩体的完整性和渗透性对水电工程防渗排水系统的设计具有重要意义,而钻孔压水试验是通常用来测定裂隙岩体透水性的方法之一.考虑到裂隙岩体渗透特性的空间分布与其所在坝址区的地质条件、风化卸荷作用等密切相关,本文将以某水电站工程区裂隙岩体为研究对象,在已有地质勘察资料的基础上,采用压水试验和统计分析相结合的方法,进一步开展天然条件下无卸荷微新岩体和风化卸荷岩体渗透性特征研究,并评估钻孔压水试验在西南峡谷区水电工程中的重要应用.     

古遗址边坡在卸荷条件下的稳定性研究

以铜绿山边坡为工程背景,分析了边坡的稳定性。采矿过程产生的卸荷力学条件与常规的加载力学试验参数、模型和方法完全不同。本文通过对卸荷岩体力学原理研究表明,对于采矿一类的岩体工程问题应该应用岩体卸荷的应力、应变路径来分析。本文从铜绿山遗址边坡的地质特征人手。在了解边坡地质特征的基础上,参照边坡的变形破坏现状,采用非线性弹塑性力学模型,运用ANSYS软件对古遗址边坡的采矿过程进行了分析。并且与不考虑采矿过程做了对比研究。     

开挖卸荷岩体锚固等效力学参数数值模拟研究

以某水电站溢洪道开挖卸荷边坡系统锚杆锚固岩体为研究对象,考虑开挖卸荷过程的影响,对一定锚固密度的卸荷岩体其锚固等效力学参数特性进行了比较全面的研究.结果表明,对于同一种岩体,如卸荷程度不同则其锚固等效力学参数也就不同,卸荷程度高,则其锚固等效力学参数提高倍数大,反之则小,从而说明系统锚杆对软岩的加固作用比对硬岩的加固作用好.同时认为系统锚杆对边坡锚固等效力学参数的提高非常有限.     

Strength and deformation behaviors of bedded rock mass under bolt reinforcement

The mechanism of bolt support is an important topic in mining engineering and slope treatment. The artificial material and loading system were self-developed to study the influence of bedding cohesion and bolt number on the anchoring behavior of bedded rock mass. The results show that, both peak strength and elasticity modulus increase gradually with the increase of bedding cohesion and bolt number. The axial stress–strain curve of bedded rock mass under the reinforcement of bolts presents the features of strain-softening and secondary strengthening. Finally, anchoring behavior of bedded rock mass with different bolt numbers was simulated by using FLAC3 D numerical program and the results were compared with the experimental results. This study can provide certain bases to the stability control and support design of bedded rock mass in roadway.     

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。     

沉积岩地区高边坡稳定性分析

在大量的野外地质调查工作基础之上,采用赤平投影法分析了沉积岩地区岩石高边坡的潜在破坏模 式,并运用极限平衡法计算边坡在此潜在破坏模式下的稳定性,对安全储备较低的采石场边坡提出削坡方案,同 时配合有限元法对边坡的稳定性进行了分析和评价,指出岩层层面是影响沉积岩地区高边坡稳定性的最不利结 构面,是调查和研究的重点。     

资兴高速K21段顺层岩质边坡支护过程数值模拟研究

以资兴高速K21段顺层岩质边坡为研究对象,借助现场调查、数值模拟研究段边坡的开挖和支护过程,对各阶段的稳定性、位移、应力等的变化规律进行分析,验证了开挖、支护设计的合理性以及边坡加固的安全性,研究了边坡在开挖支护过程中应力应变规律。结果表明,顺层岩质边坡开挖扰动开挖破坏了边坡原有的应力分布,导致岩体产生裂隙损伤和变形,并逐渐扩张,弱化岩体和层面自身的强度。同时,边坡开挖,直接破坏了边坡原有的连续受力体系,由于软弱层面的抗剪强度较低,从而导致岩层沿开挖揭露的软弱层面整体下滑。锚索框架一方面通过对坡体的位移的控制作用,增加坡体的稳定性,另一方面通过预应力锚索把层状岩体锚固在一起,使得各层之间摩阻力增大,内应力和挠度大为减少,大大提高了层面的抗剪强度。     

顺层岩质边坡临界坡长求解研究

顺层岩质边坡失稳是边坡破坏的主要形式,用力学方法研究其失稳机理是常用手段之一.针对目前该领域研究热点集中在其临界坡长求解方法方面问题,本文利用材料力学方法通过挠曲线近似微分方程求解获得梁的挠曲线方程,进而采用最小能量原理求解和试算法,结合求解顺层岩质边坡的临界坡长.该方法简单适用,对研究顺层岩质边坡失稳机理具有重要意义.     

临河岩质边坡地震抗倾覆稳定性拟动力分析

基于拟动力法推导出不同工况条件下临河岩质边坡地震抗倾覆稳定安全系数计算公式。通过参数分析,研究不同岩体放大系数下,水平和垂直地震力、张裂缝积水深度、边坡超载、锚固效应、流水淘蚀等对岩质边坡地震抗倾覆稳定性的影响,研究表明,不同工况下,张裂缝积水深度、水平地震力、流水淘蚀不利于岩质边坡地震抗倾覆稳定,但竖向地震力、锚固力、锚固高度、坡顶超载等有利于岩质边坡地震抗倾覆稳定;随着岩体放大系数的增加,水平地震力、竖向地震力对岩质边坡抗倾覆稳定性的影响增大,坡顶超载、张裂缝积水深度、锚固应力、锚固高度、临河水位对岩质边坡抗倾覆稳定性的影响减小,而锚固倾角、坡脚淘蚀高度对边坡抗倾覆稳定性的影响基本不变。     

层状岩质边坡临界高度极限分析上限解

为了确定层状岩体边坡稳定的临界高度,把层状岩体视为横观各向同性材料,采用抗剪强度随所求方向与层面之间的夹角线性变化的关系,导出了利用极限分析上限定理计算层状岩体边坡临界高度的方法。应用本方法对文中边坡进行了计算分析,结果表明,对算例中的竖直边坡,岩层倾角在48°~70°时,边坡将发生顺层面的破坏,否则发生切割层面破坏;另外,三峡库区某边坡的计算结果与工程实际相符。该方法可以用于指导层状岩体边坡开挖。     

乌东德水电站地下厂房层状节理岩体稳定性研究

摘要：随着我国水电资源开发的推进,越来越多水电站修建于高山峡谷之中,受地形地貌的影响,大量水电站厂房布置于层状岩体之中,定量分析层状节理岩体地下厂房变形并评价其稳定性成为亟需解决的重要课题。本文结合现场监测及数值模拟结果,分析不同密度层状岩体对于地下厂房变形的影响。对多点位移计、声波测试、微震监测等多种监测结果进行整理和归纳,从多角度揭示围岩变形规律及内部损伤情况。另外基于厂区工程地质特性、地应力实测资料,利用通用离散元程序UDEC对7#机组典型剖面进行数值分析,得到地下厂房开挖后的应力场、塑性区、位移场分布规律,揭示围岩潜在破坏区域。数值模拟与微震监测结果共同表明：围岩第VI层（高程815.40~809.00 m）开挖时,上游边墙812 m高程位移增加最快,微震事件数量大幅增长。水平向应力卸荷程度大于竖向应力卸荷程度;整体上主厂房上游侧位移大于下游侧,最大变形出现在上游边墙812 m高程附近,此处围岩屈服深度最大,围岩屈服集中区域与变形场分布基本一致,上游层状节理比下游密集是造成上下游变形差异的主要原因。围岩变形与层状节理分布关系密切,开挖活动将引起围岩层状节理活化,岩体损伤,围岩整体强度降低。开挖强度越大,微震事件增加越快,变形越大。乌东德地下厂房变形机制的研究对其后续施工及其安全运营具有重要意义。     

基于Hoek-Brown准则确定岩体参数的边坡稳定性分析

以某岩质高边坡为研究对象,通过野外调查分析,根据边坡岩体结构和破坏特征,应用Hoek-Brown经验准则确定岩体抗剪强度参数,采用极限平衡法和FLAC-2D有限差分程序对边坡进行稳定性分析,并依据分析结果制定了加固方案,通过分析验证和现场监测,结果表明边坡加固方案可行.     

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。