岩质边坡水力劈裂机理研究

水力劈裂会导致岩体失稳破坏,是诱发岩质滑坡的重要原因。采用水泥砂浆试件模型试验和ABAQUS软件数值模拟了岩体水力劈裂阶段性破坏的过程,揭示其水力劈裂机理。以国道G205乐疃—青石关段某岩质边坡为例,通过数值模拟开展了高地下水压力作用下滑坡发生研究,再现了边坡失稳破坏的全过程。结果表明：试件发生水力劈裂时,裂缝面水压迅速下降但未完全贯通且试件仍存在一定的残余强度,结合数值模拟证实岩体水力劈裂是一种准脆性破坏,破坏过程包括静力阶段、微裂缝扩展阶段和宏观裂缝形成阶段;模拟岩质边坡现有危岩体3处,其中WYT3在暴雨工况和地震工况下处于不稳定状态;其在高水头压下的裂缝扩展经历了缓慢发展阶段、快速发展阶段和贯通阶段,缓慢发展阶段历时最长,裂缝贯通后边坡发生失稳破坏。     

地震作用下双排抗滑桩支护边坡振动台试验研究

利用大型振动台试验研究双排抗滑桩支护在地震荷载作用下的抗震性能。通过对比上部锚杆+下部双排桩共同支护与单一桩支护的破坏过程,分析两种情况下坡体的动力响应与破坏机制。试验表明在桩+锚杆共同支护下,桩后边坡坡脚首先发生剪切破坏,当地震动作用增大到一定范围,坡顶出现张拉裂缝,两者贯通时边坡发生越顶破坏;单一桩支护条件下,首先在坡顶出现张拉裂缝,裂缝随着地震动作用增大向下扩展,当同下部剪切滑移带贯通时,边坡失稳破坏。通过坡体裂缝发展过程、位移及加速度监测数据表明,前者的抗震性能显著优于后者;在地震动作用下,边坡破坏是张拉–剪切复合作用的结果。试验研究为双排抗滑桩抗震设计奠定了坚实的基础。     

库水与地震力共同作用下金沙江特大桥桥址边坡动力响应研究

针对复杂地质构造的岩质边坡稳定性问题,进行含有不连续节理岩质边坡的大型振动台模型试验,研究库水与地震力共同作用下岩质边坡的动力响应规律及其破坏机制。通过向模型箱中注水和抽水来实现库水位升降的模拟,运用消波装置削弱箱壁引起的库水波浪反射波。研究发现,随着地震波的输入,库水面以下的边坡裂缝扩展较快;在相同地震波输入条件下,由于库水压力的存在,高水位工况边坡的加速度放大效应比低水位工况小。模型在库水与地震力共同作用下的破裂观测结果表明:库水入渗加剧了边坡裂缝扩展,库水骤降使边坡表层的加速度放大效应更加明显,不利于边坡稳定。边坡的破坏模式为:地震诱发上层坡体出现沿节理的裂缝,地震力增加及库水入渗加剧裂缝扩展,出现沿节理的贯通性裂缝;在地震力、库水入渗及库水骤降共同作用下,坡体沿上层结构面发生倾覆滑动破坏。     

软弱基底排土场边坡破坏模式模型试验研究

为了全面分析软弱基底排土场边坡潜在破坏模式及渐进破坏全过程,开发模型试验的非接触测量系统,其中,图像采集子系统获取试验过程中的高清照片,测量分析子系统基于散斑技术和追踪技术获取模型表面位移场和标志点时程曲线。基于模型试验的非接触测量系统,对软弱基底排土场边坡开展一系列底摩擦试验,试验结果表明,软弱基底排土场边坡的破坏具有渐进性,破坏始于坡脚,并沿着基底软弱层向坡体深部逐渐扩展,最终在坡体后部形成贯通滑面,边坡发生整体滑动。破坏裂缝可以分为2种类型:错动裂缝,裂缝主要为错动变形,并伴随水平分离,主要分布在坡体内部;拉张裂缝,裂缝主要为水平分离,并伴随错动变形,主要分布在坡体后缘。研究结果为软弱基底排土场边坡稳定性评价方法和防治措施的选择提供了依据。     

裂缝边坡三维极限上限拓展分析

裂缝的存在会降低边坡稳定性,而在边坡宽度受到限制时三维效应更加显著,因此有必要对裂缝边坡稳定性进行评估。针对裂缝边坡三维稳定性研究,基于极限分析上限定理,在三维破坏机构中引入一条垂直张拉裂缝,并引进机构参数拓展裂缝边坡三维破坏模式,包括坡面破坏和坡底破坏,建立能量平衡方程并通过优化算法求解裂缝边坡稳定系数上限解。根据g-line图像法绘制裂缝边坡稳定性图表以便读取安全系数。分析了边坡宽高比、坡角以及土体内摩擦角对裂缝边坡破坏模式和裂缝深度及位置的影响规律。结果表明:对于确定的边坡几何形态以及土体参数,存在最小边坡宽高比B/H*,当边坡宽高比小于B/H*,边坡发生坡面破坏且坡顶裂缝的影响可以忽略;内摩擦角φ小于5°时,边坡发生坡底破坏,而对于裂缝边坡,仅在φ=1°左右发生坡底破坏;随着边坡宽高比的增大,裂缝深度逐渐增加,裂缝位置逐渐远离坡肩,但对于坡角为75°的边坡裂缝深度先增大后减小。     

华南典型巨厚层红层软岩边坡降雨失稳的模型试验研究

 针对华南巨厚层红层软岩边坡在强降雨条件下极易致灾的问题,采用相似理论,通过制备可表征软岩遇水软化特性的相似材料,构建巨厚层红层软岩边坡相似模型,研究其在中小雨(雨强Id＜25 mm)、大雨(25 mm≤Id＜ 50 mm)、暴雨(50 mm≤Id＜100 mm)等降雨模式下的灾变过程和规律。结果表明：(1) 该类型边坡的变形破坏受降雨模式的影响较大,大雨和暴雨等强降雨条件下边坡岩体逐渐崩解软化,在坡脚处首先达到饱和,产生初始裂缝,在重力及渗透力作用下,裂缝进一步扩展贯通,产生局部破坏,这样,坡脚之上的部分失去支撑,导致整个坡体产生牵引式滑坡。(2) 降雨入渗主要分为无压渗流、有压渗流与饱和渗流3个阶段,边坡表面裂缝主要出现在无压渗流阶段并在有压渗流阶段逐渐扩展贯通、在饱和渗流阶段发生破坏;降雨过程中超孔隙水压力的累积和消散改变了边坡有效应力场的分布,从而引起其位移。(3) 临滑阶段,有效应力和孔隙水压力比位移、位移变化速率等参数对边坡的破坏响应更敏感,因此提出基于应力监测的边坡灾变过程安全预警新思路。     

含竖向裂缝的近水平层状岩体边坡的动力学分析

红层中的近水平岩层在天然状态下稳定性高,但爆破开挖会造成竖向裂缝的扩展,连续降雨也会诱发岩体沿软弱夹层的滑动破坏,因此对竖向裂缝在爆破荷载下的起裂、扩展效应分析是有意义的。以岩体中竖向裂缝尖端在水平拉应力下的应力分布为出发点,通过强度因子K1推导张开型裂缝周围在水平荷载下的应力场,说明裂缝尖端的应力集中是裂缝的起裂、扩展的关键,采用格里菲斯(Griffith)能量准则对其进行实现,并推导岩体断裂后沿岩层面剧动距离的计算方法,采用拟静力法计算爆破对边坡的荷载影响,从而反算出防止边坡裂缝扩展所需要的炸药量和位置。最后用实例说明方法的应用性和可行性。     

边坡内部裂缝导致边坡破坏的研究

对于内部含有共线缺陷裂缝或由层状岩体构成的边坡,将其缺陷简化为内部的一组共线裂缝,假设边坡破坏是由于内部这组共线裂缝扩展导致的。判断边坡是否稳定的判据是裂缝尖端等效应力强度因子是否小于断裂韧度。运用有限元软件,假设不同长度、不同间距的共线裂缝,求解其应力强度因子,研究裂缝长度及裂缝间距不同时,裂缝尖端应力强度因子的变化规律。     

观音岩水电站混凝土梁三点弯曲试验的数值模拟

以观音岩水电站现场切割的坝体混凝土梁为物理模型,利用真实破坏过程分析软件RFPA3D对该混凝土梁进行三点弯试验的数值模拟,观察并分析混凝土裂缝的起裂、扩展直至试件宏观破坏的整个过程,将数值模拟得到的混凝土梁不同开裂过程对应的声发射、抗弯强度以及断裂破坏模式与现场物理试验结果对比分析,发现混凝土梁的三点弯曲数值试验得到的破坏特征与现场试验结果基本吻合。研究结果表明该数值模型的实用性,为进一步研究观音岩水电站坝体裂缝形成机理和揭示坝体裂纹扩展规律奠定基础。     

考虑干湿循环作用的膨胀土渠道边坡破坏机理研究

膨胀土渠道由于季节性的通水和停水,其边坡实际处于干湿循环的状态,非常容易引起边坡失稳。采用离心模型试验对干湿循环作用下的膨胀土渠道边坡稳定性进行了探讨,研究了渠道边坡的破坏机理。研究发现,由于渠道的反复通水和停水,渠道边坡土体经历了多次干湿循环,每次循环后边坡土体裂缝逐渐扩展,渠水不断入渗,饱和区逐渐扩大。渠基土的膨胀性越强,每次干湿循环后的裂隙扩展越严重,渠水入渗作用也越强,渠道越容易破坏。研究还发现,由于通水和停水造成的渠道干湿循环破坏模式主要表现为渠坡整体发生浅层失稳破坏,这一破坏模式与前人研究发现的牵引式滑坡具有较大不同之处。     

某卸荷拉裂岸坡发展趋势三维有限元分析

在简述某典型卸荷拉裂岸坡基本地质特征及卸荷拉裂特征的基础上,通过三维有限元数值模拟,分析了拉裂缝形成前、后岸坡的应力状态,以及库区正常蓄水后岸坡应力场的发展趋势。数值模拟计算结果表明:岸坡拉裂缝的产生,是特殊地质条件下岸坡长期卸荷的结果;拉裂缝的产生,使岸坡应力场发生了变化,促使拉裂进一步扩展,但目前拉裂缝发展的深度,不致引起岸坡岩体发生贯通至坡面的剪切破坏;库区正常蓄水后,岸坡应力场进一步发生变化,促使拉裂缝进一步向下、向上发展,但向外发展的趋势减小。如对深拉裂缝进行合理有效的处治,在工程期内岸坡不会发生沿拉裂缝的整体剪切破坏。     

中部锁固岩桥三轴加卸荷力学特性及裂纹扩展研究

 锁固型高陡岩质边坡内部岩桥破坏机制复杂,研究边坡中部锁固段的破坏规律及其对边坡整体变形破坏机制具有重要意义。为表征滑坡后缘拉裂缝和前缘蠕滑破坏,在完整岩样端部预制裂纹形成中部岩桥,开展3种不同长度岩桥试样的三轴加载和三轴加卸荷试验,分析2种应力路径下的应力–应变特征、强度特征和裂纹扩展模式,从断裂力学角度揭示了裂纹扩展机制。结果表明：随围压和岩桥长度的增加,试样峰值强度和对应的应变增大,且三轴加卸荷峰值和应变均大于三轴加载;应力–应变曲线呈现出“突发式破坏”和“峰后回升”现象,部分试样还表现出“双峰值”特征;岩桥试样呈现贯通岩桥、贯通试样上端面、向外环向破坏、向内环向破坏及贯通试样下端面等5类裂纹扩展模式;岩桥试样在下部节理尖端应力集中处产生张拉裂纹和剪切裂纹,大部分裂纹起裂角集中在40°～50°范围。中部岩桥三轴加卸载力学试验表明,边坡锁固段并非一次剪断破坏,可能呈现逐次多级破坏模式,本研究获得的岩桥裂纹扩展及破坏机制,可为锁固型岩质边坡开挖卸荷的破坏机制和变形特征提供理论支撑。     

强震诱发单一弱面斜坡塌滑有限元模拟

 基于汶川大地震形成的崩塌滑坡数量多、分布密度大、影响面积大等特点,分析复杂结构斜坡地震力作用下的破坏机制,给出斜坡中某点在微震和强震作用下的应力–应变曲线。指出在地震力作用下斜坡会产生附加应力,其与原始应力叠加形成总应力,当总应力超过岩体的抗拉强度时发生拉张破裂,并给出拉张破裂的判据。用有限元模拟了单一弱面斜坡强震作用下的拉张破裂过程。结果表明：当第一主(拉)应力大于等于岩石的抗拉强度时,岩体发生拉张破裂,不能再承受拉力,但可承受压力;如果总应力状态满足塑性屈服准则,则发生剪切破坏;在地震动力作用过程中,拉张破裂区不断累加,即在松动区的松散程度和松散范围都在增大;在地震动力作用下,含有弱面的斜坡很容易沿弱面发生拉张破裂。     

三维表面裂纹扩展试验及理论分析

 通过双轴压力作用下岩石三维表面裂纹断裂试验,利用数字散斑技术,观察裂纹的翼形扩展、反向扩展,得出对应的时间和荷载。试验发现,三维表面裂纹的翼形扩展一般都先于反向裂纹,反向裂纹最先在远离裂纹尖端区域出现,而后快速与原裂纹尖端汇合。通过有限元计算得到三维裂纹试件整体应力场和裂纹前缘各点应力强度因子。通过复合型断裂判据,对裂纹翼形扩展的三维形态进行分析,试验结果与最大周向拉应力 及最大周向拉应变 判据的理论预示结果吻合较好。对反向裂纹萌生区域进行强度破坏分析,反向裂纹的萌生与莫尔–库仑强度理论的预示结果基本相符。从试验及理论2个方面分析三维表面裂纹扩展直至破坏的全过程。     

断裂破坏强度模型在大型油库山体边坡支护中的应用

岩体中存在大量孔洞、节理和裂隙，它们作为岩体的初始损伤而存在其中。正是由于这些节理裂隙的初始损伤、损伤演化、扩展断裂等缺陷导致岩体产生了各种形式的破坏。根据节理裂隙的扩展断裂机理，深入研究了节理扩展及扩展相互作用对岩体强度特性的影响，建立了节理岩体断裂破坏强度模型，并将该模型用于指导广东大湾油库山体高边坡支护设计，取得了令人满意的效果，创造了显著的经济效益。     

循环荷载下节理岩体边坡动力响应的试验研究

 在振动荷载的长期循环作用下,岩质边坡中的原生结构面可能扩大并产生新的破裂面,直接影响到岩质边坡的稳定性。以某节理岩体边坡为原型,根据相似理论制作模型框架并在其内建造室内节理岩体边坡模型,利用振动台对边坡模型进行振动加载,研究在振幅分别为1.0,1.25,1.5 mm的振动荷载作用下节理岩体边坡的动力响应规律,对比水平方向和竖直方向振幅都为1.5 mm时边坡模型的变形差异。循环加载试验表明,在振动荷载作用下,边坡变形随振动荷载振幅、振动时间的增大而增大;边坡模型对于竖向的振动荷载更加敏感;边坡模型在受到振动荷载作用时,顶部的变形大于底部的变形;长期的振动荷载作用会导致原生裂隙延伸、扩张、贯通,引起边坡变形增大;根据变形情况提出边坡在振动荷载作用下的变形过程及变形导致的整体性滑坡和局部滑塌2种可能的破坏模式。研究结果对节理岩体边坡在循环荷载作用下的动力响应、疲劳劣化机制和边坡工程的长期安全性等理论研究和工程应用具有参考意义。     

ECC-混凝土黏结界面断裂试验研究

采用双材料楔入劈拉试件,研究了超高韧性水泥基复合材料(ECC)与混凝土黏结界面的断裂性能,讨论了最粗糙面、次粗糙面和光滑面3种界面粗糙度对界面破坏模式及断裂韧度的影响;结合界面力学理论,分析了裂缝偏折破坏与界面破坏的发生及界面粗糙度对裂缝偏折的影响.结果表明:对于最粗糙和次粗糙界面试件,以骨料-ECC黏结界面破坏及小角度偏折界面破坏为主,而光滑界面试件以界面破坏为主;提高黏结界面粗糙度可以使黏结界面的强度有一定程度的提高,并且界面裂缝在加载过程中易于偏向ECC,可实现ECC的裂缝捕捉,因此,当黏结界面受力状况不明确时,应尽量提高ECC-混凝土界面粗糙度,避免发生界面破坏,从而最大地发挥ECC效用.     

D-P准则与岩石断裂韧度K_(Ic),K_(II)c关系的研究

通过断裂力学中裂纹端部的应力叠加,得出拉剪裂纹的端部总应力,代入D-P破坏准则,经推导得出D-P准则与岩石断裂韧度KIc,KIIc的相互关系。并以三峡永久船闸高边坡为例,说明该推导的合理性。     

张开度影响的裂隙体破断机制探讨

预制裂隙闭合形态是影响裂隙体模型破坏模式及破断机制的重要因素。为了系统探索裂隙闭合形态对裂隙体试件破断机理的影响,基于插片法用水泥砂浆材料制备了具有4种不同张开度的裂隙体试件,在RMT-150B试验机上开展了单轴加载试验,发现:裂隙体张开度为0.1 mm时,不同倾角裂隙体峰值强度变化规律与滑动裂纹模型理论(μ=0)揭示规律相吻合;张开度为0.2,0.4,0.8mm时,不同倾角裂隙体峰值强度变化规律与滑动裂纹模型理论预测规律不一致。为探索压缩条件下张开裂隙模型的破断力学机制,基于弹性力学椭圆孔渐进应力场环境,结合应力叠加原理,分析了渐进应力场中法向压应力和横向压应力对孔口应力集中现象的贡献,给出了任意倾角椭圆型裂纹孔口环向集中应力的表达式,然后对试验过程中水平展布预制裂隙微裂纹发育特征与破断屈服过程的力学机理进行了分析和讨论;并基于线弹性断裂力学理论,讨论了渐进应力场中剪应力对尖端微裂纹发育的力学作用机理。     

反倾层状碎裂结构岩质边坡破坏机制研究

反倾岩质边坡是我国西南水利水电工程、山区交通工程、矿山工程中一种常见的边坡类型,目前已成为影响此类工程正常运行的安全隐患之一.通过基底摩擦物理模型试验,研究了发育一组与岩层层面正交节理的反倾碎裂结构岩质边坡变形破坏全过程,分析了边坡变形破坏过程中的宏观变形、岩层位移、岩层弯折角等,揭示了反倾层状碎裂结构岩质边坡破坏机制...