反倾层状岩质边坡倾倒变形破坏机理综述

倾倒变形破坏常见于层状岩质边坡工程,其机理研究对边坡稳定性分析具有重大意义。在国内外相关研究基础上对弯曲倾倒、块状倾倒及块状弯曲倾倒3种不同破坏模式进行了分析,就边坡几何形状、岩层强度和长细比、层面力学参数、地下水、开挖作用等因素对倾倒变形的影响进行了阐述,介绍了倾倒变形破坏机理在物理模型试验、极限平衡、数值模拟3种方法中的研究进展,指出了不同方法的适用性和优缺点,说明了研究中需要改进和深化的内容。     

反倾层状岩质边坡倾倒破坏的离心模型试验研究

针对反倾层状岩质边坡倾倒破坏机理认识的不足,采用平板玻璃作为相似材料,开展不同边坡坡角及岩层反倾角组合条件下的多组离心模型试验;结合图像量测技术,综合分析坡体在离心加载条件下变形倾倒特征,提出反倾层状岩质边坡典型倾倒破坏模式和倾倒破裂面位置的确定方法。研究表明:坡体倾倒变形主要发生在破裂面以上,坡趾岩层起到抗倾倒作用,变形过程分为位移量稳定增长和位移量加速增长两个阶段;坡体倾倒破坏模式经历坡趾岩层断裂、近坡顶张拉裂缝产生、岩层折断渐进式延伸及裂缝贯通瞬间倾倒4个阶段;边坡坡角及岩层反倾角影响坡体破坏时的临界坡高与破裂面位置,可通过计算位移矢量方向确定破裂面位置。上述研究成果,为反倾层状岩质边坡的破坏理论发展、工程地质灾害评价及防灾减灾提供参考。     

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。     

考虑随机横向节理的反倾层状边坡倾倒破坏分析

实际边坡工程中,横向节理极其发育,且节理位置分布随机,节理长度也各不相同,随机横向节理对反倾向层状边坡倾倒破坏的影响规律尚不清楚。为此,通过计算机随机生成了横向节理的位置系数和长度系数来表征横向节理的随机特性,建立随机横向节理反倾向层状边坡模型。应用该模型探讨边坡发生倾倒破坏的启动条件和破坏机理,并基于极限平衡理论确定岩层的破坏模式和破坏位置。以皖南山区的典型反倾向层状板岩边坡为研究对象,分析横向节理位置和横向节理长度对边坡倾倒破坏的影响规律。结果表明：无论横向节理如何分布,岩层(从坡脚至坡顶)发生破坏所需的层间力总是先增大后减小;当横向节理位置或者横向节理长度发生改变时,潜在破坏岩层的层间力也随之发生改变,且其数值随横向节理长度的增加而明显减小;当横向节理位置和横向节理长度都随机改变时,层间作用力曲线形状变化较大,个别岩层发生破坏时所需的层间力差值较大。研究结论对反倾层状边坡倾倒破坏机理的认识与地质灾害防治有参考价值。     

基于断裂力学的反倾岩质边坡倾倒破坏分析

结合反倾岩质边坡常用的悬臂梁弯曲极限平衡模型,考虑非贯通横向节理的工况,建立了含一组非贯通横向节理的反倾岩质边坡力学模型。分别基于材料力学和断裂力学的破坏准则,推导了等效层间力表达式,建立了相应的稳定性分析方法,并结合工程实例对其进行了验证。最后采用单因素法进行参数分析,探讨了横向节理连通率、岩层厚度和切坡角度对边坡稳定性的影响。结果表明:边坡的稳定性随横向节理连通率和切坡角度的增加而降低,岩层厚度的增加能提高边坡稳定性;岩层厚度和横向节理连通率越大,边坡的滑动比例系数越大。     

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。     

反倾层状岩质边坡倾倒变形时空演化特征研究

为研究反倾层状岩质边坡倾倒变形时空演化特征,以硝洞槽岸坡为研究实例,首先在工程地质资料调查分析基础上对岸坡进行倾倒变形空间分区分析,然后基于地表位移监测资料分析岸坡不同区域倾倒变形随时域变化特征,最后对地表离散位移监测点采用距离反权重插值法得出岸坡倾倒变形位移演化云图,综合分析岸坡倾倒变形时空演化特征。研究结果表明:(1)岸坡前部以水平变形为主,后部以垂直变形为主,岸坡整体变形受控于前部水平变形;(2)岸坡中部条带区域变形控制着岸坡整体变形演化过程,岸坡整体变形滞后于岸坡中部变形,中部条带状变形区位移的增加会诱发后期岸坡整体位移的增加,推断该带状区为倾倒变形锁骨段。     

论层状岩石边坡的倾倒破坏

层状岩石边坡倾倒破坏稳定分析中,应计入上层滞水产生的倾倒力矩,这样才能解释倾倒体的许多不规则现象。对于易发生倾倒的岩体,做有效地排水应是首选的治理措施。     

隧道开挖作用下反倾层状岩质边坡变形响应分析

反倾层状岩质边坡通常较为稳定,但在开挖扰动等作用影响下容易产生较大的倾倒变形,影响工程施工与建设安全。在西南地区复杂地质条件下对此类边坡进行隧道开挖作业,易发生边坡失稳问题。为此,选取四川汶马高速某隧道进口边坡为研究对象,结合现场勘察、监测数据及数值模拟等手段对反倾层状岩质边坡在隧道开挖影响下的变形特征进行综合分析。结果表明：边坡受内部结构特征控制,隧道开挖后坡底失去支撑,各部位由下而上向临空面倾倒;倾倒体以水平位移为主,位移量值呈现中部大、四周小的态势,且受降雨量影响较大;数值模拟显示边坡在天然状态下为极限平衡状态,隧道开挖后位移由隧道洞口处向上扩展至坡顶,坡内岩体剪切破坏,在类似边坡进行隧道施工时需加强支护。     

顺倾层状岩质边坡失稳破坏机制及稳定性影响研究

为探讨顺倾层状岩质边坡的失稳变形破坏机制,基于SRM强度折减法,采用Midas-GTS NX岩土分析软件对一坡角为60°的硬质岩夹软岩顺层边坡进行数值模拟,通过改变边坡的几何条件,探讨并查明了该形式边坡的变形破坏形式及稳定性。结果表明:结构面倾角对顺倾层状岩质边坡变形规律影响明显,以水平层状边坡和直立层状边坡为临界点,随着结构面倾角不断增加,顺倾层状边坡破坏模式体现为:压剪破坏→滑移-压致拉裂破坏→滑移-拉裂破坏→滑移-劈转破坏→滑移-弯曲破坏→弯曲-崩塌复合破坏,边坡安全系数随倾角的增大先减小再增大,在结构面倾角为40°时稳定性最差,在90°达到最大值;随着结构面厚度的增加,边坡安全系数呈线性减小趋势;随着结构面间距的不断增加,边坡安全系数呈增大趋势,不过增加速率逐渐减小。     

反倾层状岩体倾倒变形发育深度模型的计算分析

为分析反倾岩质边坡弯曲倾倒破坏机理,通过对反倾层状岩体的物理力学解析及悬臂梁极限平衡分析模型的优化,开展反倾层状岩体变形发育深度计算研究。基于流变理论,采用广义开尔文流变模型,以变形发育极限位置处零应变作为发育深度的界定标准,获取了反倾层状倾倒变形体的发育深度。进而,将两种方法推导出来的计算式进行工程实例分析,并与前人的研究成果进行对比分析,探讨其工程实际应用价值。实例计算表明:优化下的悬臂梁模型比广义开尔文流变模型计算的发育深度更接近实际情况;反倾层状边坡倾倒变形破坏发展演化的四个阶段为初始弯曲变形阶段、累计弯曲变形阶段、板裂体折断破裂阶段、破坏阶段。研究成果对反倾层状岩质边坡整体稳定性判别及失稳规模预测具有一定理论意义和参考价值。     

基于叠梁模型的反倾层状岩体地基坡顶极限承载力计算方法研究

为研究反倾层状岩体地基坡顶的极限承载力,依据材料力学和结构力学相关理论,建立一种反倾层状岩体地基的叠梁模型,分析其受力情况,并推导了反倾层状岩体地基坡顶极限承载力的计算公式。在模型中,将每个岩层视为一个梁,整个岩体视为梁的集合体,利用梁的受力计算公式进行岩体的承载力计算,并对叠梁模型做出基本假定,区分岩层与坡顶面相交和岩层与坡面相交两种情况,并对整体情况和特殊情况进行受力分析和公式推导。结果表明:所建立叠梁模型可准确反映反倾层状岩体地基的受力状况,依据该模型推导出的公式是岩石地基极限承载力计算的新方法,其物理意义明确;通过算例验证,该计算方法能迅速准确地确定反倾层状岩体地基的稳定性并得到相应的地基极限承载力值。研究成果可为计算相对均质的层状岩体地基的坡顶极限承载力提供借鉴。