基于GDEM的坡脚劣化条件下三峡库区砂岩反倾岩质边坡的破坏机制研究

三峡库区反倾岩质边坡的坡脚岩体在水-岩作用下,物理力学性质易发生劣化,威胁边坡稳定。准确认识坡脚岩体劣化条件下反倾岩质边坡的破坏机制尤为重要。以三峡库区砂岩反倾岩质边坡为研究对象,利用GDEM数值软件建立了不同坡角、岩层倾角、层厚的边坡模型。对于坡脚劣化前后均未发生倾倒变形的边坡,分析了坡脚劣化前后边坡最大主应力的变化;对于坡脚劣化前稳定、坡脚劣化后发生倾倒变形的边坡,概述了反倾边坡在坡脚劣化条件下的变形演化过程,明确其对坡脚劣化的响应特征。另外,分析了坡角、倾角、层厚对边坡变形的影响,探明了砂岩反倾边坡破裂面的形态、位置特征,砂岩边坡主破裂面与层面夹角呈20～26°,以坡脚劣化岩体与上部变形岩体为界,破裂面自分界点向上成近直线形。砂岩反倾边坡中主要呈剥落-倾倒-折断式的破坏模式。     

缓倾角层状岩质边坡小危岩体失稳破坏模式与稳定性评价

缓倾角层状岩质边坡是小危岩体出露的主要坡型之一。影响小危岩体失稳破坏的主要因素为边坡地形条件、地层岩性和岩体结构，诱发因素有暴雨、地震和人工开挖等。小危岩体失稳破坏的基本模式可概化为倾倒-崩落、拉裂-崩落和滑落-落3种。当缓倾内层状岩质边坡的岩层较厚，岩性呈软硬互层状产出，或岩层间软弱夹层较厚时，常发生倾倒-崩落式破坏；当缓倾内层状岩质边坡的岩层较薄，且岩性较均一，或层间结构面力学性质较好时，常发生拉裂-崩落式破坏；当缓倾角层状岩质边坡岩层倾向坡外时，在陡倾构造节理和风化卸荷裂隙切割下，常发生滑移-崩落式破坏。针对这3种破坏模式，提出相应的稳定性评价理论和方法。最后，以一修理厂陡崖边坡为例，系统阐述缓倾角层状岩质边坡小危岩体稳定性评价理论和方法。     

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。     

基于弯曲倾倒破坏模式的反倾岩质边坡稳定性解析方法

悬臂梁法是反倾层状岩质边坡弯曲倾倒破坏与稳定性分析的常用方法,然而目前主要做法是对破坏面上全部岩层依次迭代求解,不够简便,很难在现场快速初步判定边坡稳定性。在悬臂梁模型的基础上,通过对岩层临界失稳高度与预设破坏面上岩层高度比较分析,将破坏面上的岩层分为稳定区、主动倾倒区和被动倾倒区,进而基于极限平衡原理,提出相应的稳定性计算方法,同时利用S区几何面积的大小,初步判定边坡的倾倒风险。通过2个工程实例及离心实验结果验证了所提方法的可靠性,研究成果对反倾层状岩质边坡倾倒破坏稳定性评价与灾害防治具有重要的指导意义和应用价值。     

施工过程中反倾层状岩土互层高边坡破坏机理及数值模拟反演分析

四川藏区比较常见的反倾层状岩土互层高边坡是一种比较特殊的地质体,该类边坡施工时极易发生失稳破坏,对下方公路、桥梁造成极大的威胁,为了分析这种边坡的破坏机理,以减少施工时失稳的可能性,本文用数值模拟的方法采用离散元软件UDEC建立该类高边坡数值分析模型,分析现场施工时边坡的破坏方式及影响其稳定性的因素,结果发现此类边坡在施工过程中位移变化比较明显;通过分析得出:该类岩土互层反倾高边坡破坏主要为岩层断裂,上部岩体绕一点倾倒所致;该特殊边坡与一般岩质边坡本质上的区别主要表现为位移、变形、施工过程稳定性的差别;土层厚度增大,位移也随之增大。     

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。     

贵州岩溶地区层状岩质公路边坡类型划分

在简单介绍岩质边坡的破坏模式的基础上,根据岩层倾角、边坡坡角以及岩层走向与边坡走向（即边坡开挖方向）之间的相对关系,将层状岩质公路边坡划分为水平层状岩质边坡、缓倾层状岩质边坡、中倾层状岩质边坡、陡倾层状岩质边坡、切向坡、垂向坡、反倾坡7种类型。     

某具有软弱夹层的反倾岩坡变形特征探索

反倾岩坡的结构面倾向与边坡倾向相反,通常认为反倾岩坡的稳定性较强,因此相对于顺倾向坡而言,对反倾岩坡的研究较少,但工程实例表明对反倾边坡的稳定性研究意义重大。当反倾岩坡中有软弱岩层时,软弱结构面会对坡体变形产生影响,因此借助内、外观测成果对一具有软弱夹层的反倾岩坡进行研究,对其变形特征和变形机制进行分析。研究结果表明边坡在开挖过程中变形呈现"点头"现象,且在边坡变形体后缘出现拉裂缝。由于存在较厚的软弱层,坡体在倾倒变形的同时对软弱岩层压缩产生压缩蠕变,所以坡体整体变形模式为压缩-蠕变、倾倒-拉裂复合模式。软弱岩层对坡体变形具有一定控制作用,支护效果说明对穿锚索可以有效地约束坡体变形。     

反倾岩质边坡次生倾倒机理及稳定性分析

倾倒破坏是反倾边坡的一种常见破坏模式,其中次生倾倒是反倾岩质边坡倾倒破坏的主要诱因。建立了反倾岩层在坡后土体作用下次生倾倒破坏的地质力学模型,基于室内物理模拟试验,分析了反倾岩层上覆土压力分布规律、岩层的破坏模式和整体破坏面的形状与位置。根据库仑主动土压力理论得到下卧岩层表面各点法向压力的理论值与实测值基本相符,土体中存在土拱效应导致两者存在差异,随着上覆土体厚度及堆载作用的加大,土拱效应越明显。各岩层可能的破坏模式包括弯拉破坏、弯滑破坏和滑动破坏。下卧反倾岩层的整体破坏面是一通过坡脚的近似平面,整体破坏面与岩层层面法线方向呈0°～25°的夹角。基于叠合悬臂梁模型,引入岩层横截面上节理面的黏聚力和岩石抗拉强度随岩层嵌入深度的折减系数,改进了反倾岩层的极限平衡分析方法,推导了坡体任意岩层下推力的理论公式,定义了任意岩层变形破坏的安全系数和边坡整体倾倒破坏的综合安全系数。提出了下卧反倾岩层潜在整体破坏面的理论计算方法,并确定了影响潜在整体破坏面位置的敏感因素。     

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...     

层状反倾边坡弯曲倾倒破坏计算方法探讨

弯曲倾倒破坏是层状反倾边坡一种主要破坏模式,极限平衡分析方法是弯曲倾倒破坏研究中最为常用的方法。首先,在Aydan悬臂梁极限平衡分析模型的基础上,建立考虑岩层上部形状改变、破坏台阶高度和坡脚三角形岩层等影响的弯曲倾倒极限平衡方程;其次,根据岩层的稳定性状态和破坏形式,将基准面以上岩体分为稳定区、倾倒区和滑移区3个部分,并给出分区边界的计算方法;再次,基于极限平衡,提出层状反倾边坡弯曲倾倒破坏基准面的计算方法并编写相应的MATLAB计算程序;最后,通过2个工程实例验证本文所提方法,并进行参数分析。研究表明,破坏基准面与层面法向夹角随切坡角度近线性增大;随岩层厚度的增加而减小;随着切坡角度的增加,边坡破坏模式逐渐由倾倒–滑移破坏转变为倾倒破坏;自然坡度越陡,破坏区的范围越大。     

长河坝水电站右坝肩边坡裂缝成因分析

 大渡河长河坝水电站右岸坝肩边坡属于高陡岩质边坡,在开挖过程中先后出现16条贯通性裂缝,对边坡稳定与后续施工安全均存在影响。结合工程地质条件、岩体结构特征与监测成果,确定坡体的主要变形区域和主滑方向,分析坡体变形与裂缝形成的主要成因,以及边坡的潜在失稳模式,提出进一步开挖与支护建议。开挖使J1组结构面临空,导致边坡下部岩体沿J1组结构面产生剪切滑移变形,上部岩体沿J4组结构面产生拉裂,坡顶板裂状岩体倾倒变形;F0断层及其下盘岩体压缩变形,上盘岩体下沉加剧这种变形破裂。边坡变形破坏模式为前缘滑移–中部拉裂–后缘倾倒型破坏。采取强化加固措施后,裂缝变形得到控制,边坡基本达到稳定要求。     

反倾岩质边坡块状–弯曲复合倾倒破坏分析方法研究

由于岩石的脆性和节理的不规则性，块状–弯曲复合倾倒破坏是反倾岩质边坡最常见的倾倒失稳类型。首先通过离心模型试验揭示块状–弯曲复合倾倒的破坏机制，建立块状–弯曲复合倾倒破坏的力学模型，其次基于极限平衡理论，分别推导出了完整岩层和块状岩层稳定性的力学解析公式，并提出一种块状–弯曲复合倾倒破坏的破坏面搜索算法，最后，通过Matlab编程实现稳定性分析过程。研究结果表明：发生块状–弯曲复合倾倒破坏的边坡可以划分为倾倒区、裂缝区、变形区及无影响区，块状–弯曲复合倾倒破坏的破坏面呈台阶状，且破坏面的台阶高度等于块状岩层内块体高度的倍数；理论分析方法的计算结果与离心试验结果相互吻合；采用理论计算方法进行了影响因素分析，发现缓倾节理倾角及边坡坡角对倾倒Ⅰ区的破坏面范围影响较大，岩层厚度、抗拉强度及缓倾节理倾角对临界失稳高度影响较大。研究成果可为该类边坡的灾害防控提供理论支撑。     

反倾层状岩质边坡深层倾倒变形关键致灾因子及成灾模式的离心试验研究

以古水水电站坝前倾倒变形体为研究对象,基于地质认识及相似理论建立边坡物理模型,采用预制模块、分级开挖的方式模拟河谷下切作用。通过5阶段离心模型试验,揭示在重力作用下反倾层状岩质边坡深层倾倒变形关键致灾因子及成灾模式。研究结果表明:(1)反倾层状岩质斜坡深层倾倒变形的发生、发展至破坏要经历漫长的地质历史时间,其能量和变形的积累是一个较长的过程,而变形的加剧与外界条件(如开挖、地震等)的变化密切相关。(2)岩性条件(相对软弱的岩体)、结构条件(合适的层厚与倾角)与外界条件(河谷下切或者坡脚开挖)等是发生深层倾倒变形的关键因子,而临空条件是深层倾倒变形破坏的关键致灾因子。(3)深层倾倒变形在经历多次河谷下切(多级开挖)作用后内部可能会形成多处深度不一的弯折带,且弯折带由坡脚至下而上渐进贯通,最终成为边坡破坏边界,弯折带的发展和贯通可能造成边坡发生沿弯折带的整体剪切破坏。     

倾倒稳定性分析及稳定性计算中的一些问题探讨

倾倒破坏是岩质边坡的主要失稳模式之一，主要发育在陡立或陡倾内层状岩体的陡边坡中。在我国西南地区此种破坏模式十分普遍。至今尚无对边坡倾倒破坏进行数值分析的成熟方法，极限平衡分析方法仍然是目前最为常用的一种方法。文章对青川1#变形体的潜在破坏模式及其成因机制进行了分析，并选用中国水利水电科学研究院改进后的Goodman—Bray法针对其发生倾倒破坏模式的稳定性作定量计算，且进一步将计算中出现的一些问题联系实际进行探讨。     

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。     

卸荷条件下层状岩体层厚变化规律及机制研究

以黄河上游某水电站层状岩体斜坡为对象,通过90个勘探平硐和地表大量变质砂岩和板岩层厚的现场测量和统计,揭示层厚的空间变化规律,分析岩层薄化的影响因素及影响范围,并基于地应力测量、岩体波速测试、三轴应力–弹性波耦合试验和数值计算,探讨卸荷作用下陡倾层状岩体斜坡的岩层薄化机制。结果表明:岩层薄化是岩性、构造、卸荷和风化等因素综合作用的结果,软硬相间岩层及其潜在弱面是岩层薄化的基础,构造作用使潜在弱面剪切,卸荷作用使潜在弱面显性张裂,风化使地表岩层进一步变薄,其中卸荷作用是主要和全局性的。河流下切使软硬相间陡立层状岩体斜坡内的地应力场非常复杂,坡顶和坡面岩层内潜在弱面直接拉张,斜坡内一定深度范围内岩层沿潜在弱面发生压致拉裂,斜坡内陡立层状岩体发生大范围岩层薄化。受之影响,层状岩体斜坡内层厚总体上随深度增加振荡式增加并在一定深度达到原生厚度而趋于稳定,层间错动带、褶皱带、卸荷裂隙带附近的层厚普遍较薄并也随埋深增大而增加,岩层厚度及影响范围随高程增加而增加,左岸反倾岩层的厚度和影响范围大于右岸顺倾岩层。层厚、埋深、纵波速度和应力状态之间具有较好的相关性,表明层状岩体的单层厚度始终受地应力场控制。研究成果为层状岩体力学性质与变形破坏研究以及工程设计提供基础。     

地下采空诱发陡倾层状岩质斜坡失稳机制研究

 我国西南灰岩山区的褶皱山体经长期强烈的地质抬升运动与河流侵蚀,山体呈现出中上部厚层-巨厚层灰岩地层陡峭,下部页岩、泥岩地层平缓的“靴状”地貌形态,加之下部煤层、铝土矿层的开采,成为我国大型层状岩质崩滑灾害的高发区。本文以重庆武隆鸡冠岭陡倾层状岩质斜坡滑动为例,采用FLAC3D模拟分析了地下采空诱发陡倾层状岩质斜坡“弯曲变形-层间错动-采矿加速倾倒变形-下伏岩体阻滑-下伏岩体剪切破坏-整体失稳”的渐进失稳过程,认为鸡冠岭山体滑动是一类层状岩体的倾倒-滑移失稳的复合破坏模式。模拟结果表明：(1) 陡倾临空的斜坡在长期重力作用下,坡体沿山梁方向发生蠕滑变形,坡体逐渐产生拉裂缝;同时由于该斜坡位于背斜核部附近,应力集中导致上覆层状岩体呈现出弯曲变形的特征;(2) 长期岩溶作用加速坡体裂缝的发育与扩张;(3) 斜坡下部煤层开采时,导致鸡冠岭山梁发生应力发生重分布,上覆层状岩体逐渐发生层面分离,层状岩体下部产生裂缝,岩体强度逐渐降低;(4) 当斜坡下部煤层逐渐采空后,上覆层状岩体变形急剧增大,发生倾倒破坏,挤压矿层下伏稳定岩体,发生剪切滑移,最终从临空处剪出形成高速碎屑流。因此,对于西南灰岩褶皱山区,认识长期地下采空对层状山体的扰动作用,对大型灰岩山体防灾减灾与风险区划具有重要的现实意义。     

反倾岩质边坡变形破坏的节理有限元模拟计算

岩质边坡的倾倒破坏是地质环境中广泛存在的现象,通过模拟手段对边坡的响应规律进行科学准确预测显得尤为重要。采用基于强度折减法的节理有限元法(JFEM-SSR)对反倾层状边坡的变形破坏机制进行研究,该方法可同时考虑岩块和节理属性,并能充分体现岩层或岩块接触作用的非线性关系,在获得边坡应力、位移及塑性区的同时可以到边坡的稳定系数。首先,采用JFEM对R. E. Goodman和J. W. Bray提供的一个倾倒破坏的算例进行了模拟计算,证实该法应用于节理岩石边坡稳定性分析的合理性;然后,基于该方法,采用节理网络模型建立广乐高速公路一桥墩承台开挖边坡的地质模型,对其变形破坏机制及稳定性影响因素进行研究,重点探讨地下水渗流作用、地震作用、岩层倾角、岩面厚度对边坡变形破坏的影响,以便为工程决策提供依据。     

三峡库区巫峡段反倾岩石边坡的破坏机制及判据

 三峡库区巫峡段龚家坊2#斜坡属反倾岩石边坡,发育薄厚互层和软硬相间的岩体结构,在库水位抬升后发生了大型滑塌。为了研究该类岩石边坡的破坏机制和判据,基于龚家坊2#斜坡岩体结构的调查成果,分析厚薄互层的反倾岩石斜坡弯曲变形过程,及库水作用下斜坡的破坏机制。基于叠合悬臂梁模型、独立悬臂梁模型,提出薄厚互层反倾岩石斜坡各破坏阶段的应力判据。采用有限元分析库水软化作用下,龚家坊2#斜坡岩石的强度折减参数及变形破坏规律。研究结果表明：(1) 上硬(嘉陵江组)下软(大冶组)的沉积结构和快速下切的河谷,是巫峡龚家坊至独龙段反倾斜坡普遍发育弯曲变形的关键因素;(2) 厚薄相间的岩层结构,使反倾岩石边坡表现为多阶段破坏,其中,薄层弯曲岩层和厚层坚硬岩层,分别以叠合悬臂梁模型和独立悬臂梁模型建立破坏判据;(3) 库水对该区薄层泥灰岩软化后的抗剪强度小于天然强度的85%,斜坡发生自下而上的渐进式破坏。