基于FLAC3D多裂隙模型的层状岩质边坡破坏特征及稳定性

采用FLAC3D多裂隙本构关系,建立层状岩坡平面破坏特征的各向异性数值分析模型。运用强度折减法,得出边坡安全系数与层间弱面倾角β、坡角α、坡高H以及岩体抗剪强度之间的关系,并采用灰色关联法给出了各因素对安全系数的影响程度。研究结果表明:顺倾向边坡,当β≤15°时,其破坏形式主要是拉裂-剪切-滑移破坏,滑面不沿层间弱面;当15°βα时,产生顺层滑移破坏;当β≥α时,坡顶处沿弱面滑移,坡角处弯折破坏。反倾向边坡,当β50°时主要为压剪破坏,β较大时(β≥50°)为倾倒破坏。随着β的增大,顺倾向边坡的安全系数呈先减、后增、再减的趋势,且水平层状边坡的稳定性要高于直立边坡;反倾向边坡的安全系数变化趋势与顺倾向边坡相反。当βα时,顺倾向边坡的稳定性要高于同倾角的反倾向边坡。顺倾向边坡,坡高对其稳定性影响最大,其次为弱面黏聚力和坡角,而弱面倾角和弱面摩擦角相对影响较小;反倾向边坡,各因素对其稳定性的影响程度依次为弱面摩擦角、坡角、坡高、弱面黏聚力和弱面倾角。     

倾角变化条件下反倾层状斜坡倾倒变形演化研究

倾倒变形是反倾层状岩质边坡的一种典型破坏模式,为了研究不同岩层倾角对反倾层状岩质边坡倾倒变形的影响,以澜沧江上游古水水电站坝前倾倒变形体为原型,从岩层倾角变化的角度出发,利用大型土工离心机试验分析了反倾层状岩质边坡的失稳破坏过程、变形演化特征与最终失稳模式等。结果表明：(1)反倾层状斜坡的变形演化过程基本概括为岩层压密-坡脚压裂阶段、弯折面形成-部分失稳阶段和弯折面贯通-彻底失稳3个阶段,岩层倾角的改变并不会影响斜坡阶段性演化过程;(2)岩层倾角越大的斜坡,斜坡形成弯折面所需时间越短,失稳破坏发生后坡体贯通性倾倒破坏深度更大,对应的变形范围越大,折断岩层的破坏程度越剧烈;(3)岩层倾角变化会导致斜坡的倾倒变形过程与最终失稳模式存在一定差异。倾角较小的55°和70°模型斜坡前部岩层在重力作用下发生明显弯曲倾倒变形,最终以“倾倒-弯曲-滑移”的失稳模式发生破坏;倾角最大的85°斜坡岩层发生的弯曲变形较小,最终以“倾倒-折断-崩塌”的模式发生破坏。研究结果对大型工程项目的顺利开展具有一定指导意义。     

软硬岩互层边坡的破坏模式及稳定性研究

采用FLAC^3D强度折减法研究软硬岩互层边坡在不同岩层厚度组合h、不同岩层倾角下边坡的破坏模式和稳定性系数k。结果表明h对边坡的破坏模式影响较小,θ对边坡的破坏模式影响明显①水平层状边坡破坏模式为滑移—压致拉裂;随着θ的增大,顺倾向边坡破坏模式为滑移—拉裂、顺层滑移、滑移—溃曲、弯折—溃曲;直立边坡为弯折—崩塌破坏模式;反倾向边坡为滑移—溃曲和弯折—倾倒破坏模式。②缓倾向顺层边坡中,h的变化对边坡k影响很小,k由靠近坡脚处的软岩决定;其余层状边坡中,当软岩厚度不变时,k随着硬岩厚度的增大而增大,当硬岩厚度不变时,k随着软岩厚度的增大而减小。③随着θ的增大,顺倾向边坡中,k曲线呈现出先减后增的形状;反倾向边坡中,k曲线呈现出先增大后减小再增大的形状;软硬岩互层边坡总体稳定性趋势为,近直立层状边坡>陡倾向顺层边坡>反倾层状边坡>近水平层状边坡>缓倾向顺层边坡。     

云盘头滑坡变形破坏机制研究

缓倾顺层岩质边坡由于其岩层倾角较缓,具有不易察觉其失稳且识别难度大的特点。以一个典型的缓倾顺层岩质边坡(贵州云盘头滑坡)为例,基于工程地质勘察,建立边坡地质模型,并结合底摩擦试验、二维离散元和有限元模拟等方法,探讨云盘头滑坡的变形破坏机制。结果表明:云盘头滑坡的变形破坏过程可分为微裂纹发育阶段、裂纹拓展阶段、滑体变形阶段与完全破坏阶段,并在坡脚存在关键块体;滑坡形成的主要原因是,坡体经过开挖导致软弱夹层出露,坡体内部发育垂直于软弱夹层的拉裂纹并将滑体分割成块体,随着坡脚关键块体向临空面滑移,后部次级块体随之移动并产生多米诺骨牌效应导致坡体发生整体滑移,变形模式属于典型的滑移-拉裂式。研究成果为探究缓倾顺层岩质边坡的失稳破坏有现实意义。     

缓倾层状高边坡典型破坏模式及宏观判据研究

 缓倾层状高边坡是三峡库区典型的岸坡结构之一,其稳定性主要由岩体结构和岩性组合决定。通过对长江上游云阳—江津100个高边坡详细调查,针对缓倾角层状岩质边坡特殊情况,考虑其形成机理将三峡库区缓倾层状高边坡典型破坏模式概化为风化崩落型、压剪滑移崩落型、拉剪倾倒崩落型、拉裂坠落型4种破坏模式。以岩体结构控制论为指导,结合实例分析了4种破坏模式的基本特征。从陡崖(坡)断面形状、主控结构面特征、优势面数目、节理密度以及岩性等方面构建了缓倾层状边坡破坏模式的宏观判据。经云阳—江津100个高边坡现场验证,利用这些宏观判据判识的破坏模式与实际相符。     

强震作用下中倾外层状岩质边坡动力失稳机理研究

中倾外层状岩质边坡在静力条件下的稳定性一般较好,但是在对"5·12"汶川地震中失稳边坡调查的过程中,却发现了大量的中倾外层状岩质边坡动力失稳案例。为了得出该类型斜坡动力变形失稳机理,采用三维离散元数值模拟技术,对该类型边坡在地震作用下失稳机理进行数值模拟。结果表明:在地震荷载作用下,坡表各监测点PGA放大系数随高程增加呈现非线性增大且均大于1。在边坡水平剖面上PGA放大系数先增大,在距坡表50 m后逐渐降低;而竖直剖面上PGA放大系数在1/2高度下整体变化不大,超过该高度其急剧增大。地震作用下整个边坡的失稳机理为:边坡顶部优势层面逐渐张开,缓倾坡外的结构面发生剪切变形;随着变形的发展,坡体上部拉张裂缝向深处扩展,坡内锁固段岩层被破坏,控制性结构面贯通;滑坡沿贯通滑面快速滑下,摧毁坡脚铁路线并堵塞河道,整个边坡发生拉裂-滑移-剪断型失稳破坏。研究成果为类似地区的边坡工程地震失稳分析提供参考和依据。     

软弱结构面位置对岩质顺倾边坡稳定性的影响

为研究软弱结构面的位置对岩质顺倾边坡稳定性的影响,以耿马县河底岗某石灰岩矿山为例,采用GeoStudio及MIDAS/GTS软件,对该岩质顺倾边坡的稳定性进行研究。结果表明,软弱结构面愈接近坡脚,边坡沿软弱结构面发生失稳破坏的可能性越大,潜在滑移面可能穿越软弱结构面;随着软弱结构面距离坡脚位置越远,其对对边坡稳定性的影响越小,此时边坡失稳的潜在滑移面与软弱结构面无关。     

反倾岩质边坡弯曲倾倒-剪切滑移破坏分析方法研究

目前反倾岩质边坡弯曲倾倒破坏分析方法仍以基于极限平衡理论的悬臂梁模型为主,但大多未考虑坡脚岩层的剪切破坏。为准确评价该类边坡的稳定性,建立考虑坡脚岩层剪切破坏的分析计算方法。首先,根据岩层变形破坏特征,将边坡分为后缘稳定区、中部弯曲倾倒区和前缘剪切区3个区域;其次,建立弯曲倾倒-剪切滑移破坏模式的稳定性分析方法;最后,通过工程实例验证,并进行参数分析。研究结果表明:提出的分析方法与工程实际符合性较好;边坡在倾角较陡、坡角较大时稳定性最差,坡角对边坡稳定性影响大于岩层倾角的影响;岩层厚度及层面内摩擦角增加有利于边坡稳定性,且会扩大坡脚剪切区范围。研究成果对反倾岩质边坡破坏的防治具有实践指导意义。     

岩质边坡稳定坡角影响因素及其确定方法

目前研究岩质高边坡稳定性的方法很多,但研究边坡开挖后稳定性及边坡坡角与结构面倾角的关系却较少,且多运用数值分析方法确定岩质高边坡的稳定性,很少用解析解的方法。基于块体的极限平衡理论,岩质高边坡发生整体破坏,其滑移面为顺层直面,推导出岩质高边坡受结构面控制的最小安全系数解析解。分析解析表达式中各个参数对确定影响边坡稳定性的敏感性因素,表明受结构面影响的岩质高边坡安全系数与岩体的黏聚力、内摩擦角成线性正比关系,与岩体重度、边坡高度和边坡坡角成反比,随着结构面倾角的增加而呈先减后增的趋势,据此得出在既定的安全系数下岩质高边坡稳定坡角的解析解,分析得出受结构面控制的岩质边坡稳定坡角与黏聚力、内摩擦角、边坡坡高和安全系数等的关系曲线。通过对已有工程实例的计算分析,比较理论公式和数值模拟计算结果的差异,证明理论公式可以应用于实际工程之中。     

澜沧江某水电站控制性结构面对岩质边坡的失稳破坏影响

边坡的控制性软弱结构面是决定岩质边坡失稳破坏模式及稳定性的重要因素。为研究其对边坡的影响,以西藏某拟建水电站中坝址溢洪洞出口边坡为研究对象,运用野外现场调查、工程地质分析等方法对边坡岩体控制性结构面进行了详细分析,并选取典型剖面分析潜在不利滑移面,并运用刚体极限平衡法计算其稳定性。结果表明:边坡发育陡倾坡外优势结构面及一组中—缓倾坡外不利结构面,边坡破坏模式以滑移-拉裂型为主,以控制性不利结构面为边界。边坡可能产生四组潜在滑移面,边坡碎裂松动岩体SL12及SL14区域产生浅表层弯折、脆性倾倒破坏模式。稳定计算结果表明天然工况下边坡基本稳定,暴雨及地震工况下边坡控制性软弱结构面参数会大大降低,稳定性系数大幅减小,边坡可能发生失稳破坏。研究成果可以为水电站工程建设及设计提供一定依据。     

优势裂隙倾角对反倾岩质边坡变形影响分析

通过底摩擦实验试验在前人的基础上进一步研究优势裂隙组的倾角变化对反倾岩质边坡变形破坏影响。将反倾岩质边坡变形破坏区域分为剪切滑移区、倾倒破坏区以及倾倒变形影响区。实验试验结果及理论分析表明:①裂隙的存在使得岩体呈现非均质各向异性的特性且裂隙的倾角不同对岩体强度的折减也是不同的,当裂隙倾角θ满足关系式:θ∈[π-(α+50°),π-(α+40°)](α为岩层倾角)时,对反倾岩质边坡的整体强度折减达到最大;②当裂隙倾角θ对反倾岩质边坡的岩体强度折减达到最大时,剪切滑移区在反倾岩质边坡的破坏区域中的占比达到最大,与之呈正相关;③反倾岩质边坡发生最终破坏需要的时间主要与前缘以剪切破坏为主导的剪切滑移区的占比有关,剪切越多区的占比越大,边坡发生破坏所需时间越多,反之边坡破坏所需时间越少。     

地震荷载作用下含节理岩质边坡的破坏机理

以汶川地震为背景,采用UDEC数值模拟,以什邡八角镇实测的"5.12"汶川地震波作为原始波形,对地震荷载作用下,含一条节理面岩质边坡滑移、拉裂破坏的过程进行了研究。结果表明:岩石边坡破坏模式为块体沿节理面的滑移破坏,并伴随着上方岩体拉裂破坏;节理刚度主要影响边坡前期相对位移大小及塑性区的产生,其后期拉裂区的扩展模式基本是一致的;节理面倾角较小时,边坡岩体仅在节理与坡顶、坡面交叉区域产生小范围的拉裂破坏,随着倾角的增大,边坡的相对位移及拉裂塑性区都显著增大。     

反倾层状岩质边坡倾倒变形影响因素分析

以某水电站反倾层状岩质边坡为实例模型,基于叠合悬臂梁的破坏特点和摩尔-库仑模型,运用UDEC数值分析软件对倾倒变形的相关影响因素进行分析,结果表明:岩层倾角、水平地应力、风化程度、地下水及地震作用是边坡倾倒变形的主要影响因素,边坡坡角和岩层厚度是倾倒变形的次要影响因素;边坡坡角为70°左右、岩层倾角为65°左右是层状岩质边坡倾倒破坏的优势角,即在这两种情况下,边坡将出现较大变形。     

强震作用下反倾层状岩质边坡变形及破坏模式研究

以反倾层状岩质边坡为研究对象,通过振动台试验,对强震作用下反倾层状岩质边坡的变形规律和破坏模式进行了研究,并通过数值分析对试验结果进行了验证。结果表明,反倾层状岩质边坡在强震作用下坡体内的位移不断增大,能量不断累积,裂隙不断发育延伸;裂隙从边坡的中下部开始发育,沿结构面不断向边坡内部和上部延伸;裂隙的产生、发育和贯通是反倾层状岩质边坡整体失稳的主要原因。反倾层状岩质边坡在强震作用下主要变形规律为,在震动初期坡体表面部分岩体松动,最终脱离坡体坠落;随着震动的持续,裂隙沿坡体内部结构面逐渐贯通,产生崩塌破坏。     

含陡倾软弱破碎带节理岩质高边坡稳定性分析

岩质边坡破坏模式及稳定特征主要由边坡发育的控制性软弱结构面决定,以福建某抽水蓄能电站右岸含陡倾软弱破碎带边坡为研究对象,在地质分析基础上,综合运用离散单元强度折减法,对边坡破坏模式及稳定性进行分析。研究结果表明:边坡主要表现为陡倾软弱破碎带和顺层缓倾优势结构面共同控制的滑移变形破坏模式,自然边坡整体稳定性较好,工程开挖会导致边坡稳定性降低,岩体朝向河谷方向的变形量值较大,安全系数不满足规范要求;对边坡采取以预应力锚索加固为主的治理措施后,边坡变形得到了有效控制,稳定性满足要求。     

顺层边坡“滑移-弯曲”向倾倒变形演化探讨

在研究顺层边坡变形破坏模式实例中发现,如果岩层倾角大于坡角,"滑移-弯曲"与"倾倒变形"两种变形形式是可以转化的。经研究得到如下结论:存在一"倾倒临界倾角δ",当岩层倾角αδ,边坡将可能形成大规模的倾倒变形体,当αδ,边坡常发生"滑移-弯曲"型破坏,并且δ≈60°;顺层边坡形成的倾倒体其属于"滑移-弯曲"与"倾倒变形"两种变形模式复合的结果,边坡最初形成的反倾岩层并不能称之为倾倒,而是由于边坡发生"滑移-弯曲"导致的,之后在重力作用下才发生初始倾倒变形。     

基于数值仿真的顺层岩质边坡支护稳定性分析

以长沙某矿坑顺层岩质边坡为研究对象,结合有限元数值分析软件Ｐｈａｓｅ2对边坡开挖应力状 态变化与潜在变形破坏模式进行仿真模拟,分析其支护效果,确定合理可靠的治理措施方案,并采用极 限平衡法进一步验证。结果表明:该顺层岩质边坡应力松弛区位于坡面中上部,由坡面向坡体内部呈现 出显著变化、渐变和基本不变的分布特征;该顺层岩质边坡的潜在变形破坏模式为顺层滑移－弯曲破 坏;采用预应力锚杆对该顺层岩质边坡进行支护,能有效提高边坡的稳定性。     

岩质边坡坡率与滑动面倾角对锚固效果的影响

以含结构面的岩质边坡为例,首先采用ANSYS进行建模与网格划分;之后使用FLAC^3D软件内置接触面语句,建立固定的滑动面倾角;最后采用强度折减法求解边坡的安全系数。通过对理论公式的推导与数值模拟结果的拟合,得出如下结论:①在岩质边坡中,通过理论推导,将最优锚固角定义为锚杆自由段承受最大抗滑力时所对应的锚固角。②当坡率固定时,锚固角与安全系数呈负相关关系,随着锚固角增大,安全系数逐渐减小;当滑动面倾角固定时,在最优锚固角状态下,边坡的安全系数随着边坡坡率的增大而减小。③当滑动面倾角固定时,锚固角与安全系数呈负相关关系,随着锚固角的增大,安全系数逐渐减小;当坡率固定时,在最优锚固角状态下,随着边坡滑动面倾角的增大,安全系数先减小后增大。     

上覆土层节理岩质边坡稳定性数值分析

采用Mohr-Coulomb和Ubiquitous-Joint本构模型,运用强度折减法,研究节理面倾向与倾角、土层与岩层的厚度比例对上覆土层节理岩质边坡稳定性的影响。结果表明: 节理面顺倾角度大小与岩体中岩石的内摩擦角接近时,坡体稳定性较差,破坏区域较大;节理面反倾角度与坡体潜在破坏裂隙近似正交时,坡体稳定性较好; 随着坡角的增大,节理面倾角变化对坡体稳定性的影响逐渐减弱;当节理面倾角大于坡角时,边坡角度是影响坡体稳定性的主要因素; 上覆土层厚度小于4m时,安全系数随土层厚度的增加而增大,土层厚度大于4m时,安全系数随土层厚度的增加而减小;上层土体的厚度较小时,应重点对坡脚处进行支护;上层土体厚度接近或超过坡高一半时,应重点对上层土体临空侧进行支护。     

陡倾顺层岩质斜坡动力倾倒变形机理研究

通常认为顺层岩质斜坡动力变形破坏以滑移—拉裂、滑移—弯曲模式为主,但是通过现场调研发现,在陡倾顺层斜坡中存在一类特殊的动力变形破坏方式——倾倒变形。为了得出该类型斜坡动力倾倒变形机理,以四川汶川县水磨沟陡倾软硬相间顺层斜坡在"5.12"汶川地震作用下失稳为例,在充分总结滑坡区工程地质条件和分析其动力破坏特征后,利用二维离散元数值模拟方法开展研究。结果表明:在地震荷载作用下,在斜坡表面PGA放大系数随着高程的增加总体表现节律性变化,在坡肩呈现峰值;斜坡失稳机理为坡内软岩和硬岩差异式拉剪破坏导致层面抗剪强度急剧降低,岩土体沿优势层面下滑;由于坡体下部岩层锁固作用,坡体向下滑动受阻,坡脚附近岩土体翘曲隆起,而坡顶震裂松弛岩土体在巨大地震惯性力下沿优势结构面滑动剪出过程中,受坡肩"关键块体"阻挡而向临空面发生倾倒变形,整个斜坡发生滑移—下部弯曲—上部倾倒式失稳破坏。研究成果为类似地区的边坡工程地震失稳分析提供参考和依据。