降雨入渗对含软弱夹层顺层岩质边坡性状影响的模型试验研究

 为揭示降雨入渗对于含软弱夹层顺层边坡性状的影响,结合室内叠加喷洒降雨技术和光纤光栅监测技术,开展大型地质力学模型试验,分别针对不同岩层倾角、有无支护结构的顺层边坡,探讨降雨工况下坡体内部关键位置处的物理量发展模式和变化特征。结果表明,在相同降雨条件下,对于含软弱夹层的顺层边坡,无支护时的位移发展模式具有陡变性、牵引性的特点,而有支护时的位移发展模式具有渐进性、推动性的特点;降雨导致边坡层间错动的现象受岩层倾角影响较大,当倾角达到35°时层间错动将较为明显,应充分重视深部位移和含水率的监测。无支护顺层边坡的软弱夹层泥化贯通位置主要位于坡体前部,有支护顺层边坡的泥化位置则位于坡体后部,可据此确定不同形式边坡的重点监控位置。随降雨入渗时间的持续,支护结构对于坡体的抗滑力从由锚杆受剪提供转向由框架受压带动锚杆受拉提供。试验结果可为类似边坡工程的加固设计和防灾监控提供参考。     

顺层边坡不同开挖锚固过程力学响应模型试验

为深入认识施工期顺层边坡变形与应力调整规律,开展了不同开挖与锚固过程顺层边坡地质力学模型试验,分析了边坡不同部位对不同开挖坡率、锚固次序等施工过程的力学响应规律。试验结果表明:①顺层边坡开挖响应主要受卸荷回弹与层面滑移影响,卸荷回弹效应由开挖方量控制,层面滑移对开挖振动响应显著;开挖后边坡上部主要表现为结构面滑动变形,中部及下部主要表现出卸荷回弹特征。②测点与坡面的距离直接影响测点对开挖的响应,靠近开挖面测点位移大,远离开挖面测点位移小,且边坡变形随开挖坡面变陡呈增加趋势。③预应力锚筋不同张拉次序会引起边坡不同的响应规律。单侧顺序张拉时,距离锚筋较远的岩体呈现受拉特征,易导致岩体中原有裂隙张开或出现新裂隙;中间到两侧对称张拉时,基本所有岩体均呈现受压特征。建议采用对称张拉次序,避免单侧张拉。     

顺层岩质边坡开挖稳定性研究

用地质力学模型试验方法,在实验室对顺层岩质边坡进行分期开挖破坏试验;同时,利用三维快速拉格朗日差分分析(FLAC3D)程序模拟开挖破坏过程。2 种方法所得结果具有较好的可比性,揭示了顺层岩质边坡在开挖状态下岩体变形破坏的一些规律。提出在实际工程中,为避免开挖过程中边坡出现顺层滑动,宜边开挖边支护,且首先在坡脚处设置锚杆。     

地震作用下顺层岩质边坡动力响应的试验研究

基于相似理论建立顺层岩质边坡力学模型,并介绍爆炸模型试验的设计思路及试验方法。以导爆索为爆源,通过水下爆炸模型试验,研究近场地震作用下原型边坡的变形破坏模式以及支护结构对边坡稳定性的影响。试验结果表明,顺层岩质边坡的在近场地震作用下的破坏主要表现方式为节理岩体间的层间滑动,破坏模式为应力波导致的滑移–拉裂破坏;重力式挡墙的压应力峰值分布随着墙高的变化呈现先增大后减小的钟形分布;结合汶川地震现场考察及试验结果发现,支护结构对边坡稳定性起着重要作用。     

顺层岩质边坡地震动力响应及地震动参数影响研究

 利用FLAC2D建立顺层岩质边坡模型,分析其在地震作用下的动力响应规律,研究地震动参数对其动力响应的影响。结果表明：顺层岩质边坡在地震作用下失稳主要由结构面控制,位移主要发生在潜在滑移面上部岩体中;对地震波存在垂直向和临空面放大作用,其滤波作用没有土质边坡明显,不同岩层会对某一频率的波产生明显的放大效应;当振幅、卓越频率增加时,坡肩下方的加速度放大系数呈递减趋势,且在强度相对较低的岩体内较明显,但随着振幅增加,边坡动力响应增强;各处加速度放大系数受地震动持时影响较小,剪应变增量受其影响较大。当振幅、持时增加时,边坡位移呈增大趋势;当卓越频率增大时,边坡位移减小。同时,证实了地震边坡破坏由上部拉破坏与下部剪切破坏组成,研究结果有助于进一步揭示边坡在地震作用下的失稳机制。     

顺层岩质边坡开挖松弛区试验研究

路堑边坡走向与岩层走向夹角大小对顺层岩质边坡稳定性有影响,但究竟二者关系如何,是设计人员关心的问题。在实际工程中,陡倾状顺层岩质边坡不稳定岩体可以刷方,但清方量较大的缓倾角和中等倾角顺层岩质边坡,其开挖松弛区范围也是设计人员关心的问题。利用地质力学模型试验方法,对上述两个问题进行了探讨,给出了确定开挖松弛区范围的方法,以及顺层岩质边坡的边坡走向与岩层走向夹角的上限值。     

消落带岩体劣化下顺层岩质边坡动力响应规律试验研究

三峡库区蓄水后导致的消落带岩体劣化和水库诱发地震对岸坡稳定性具有重大影响。采用振动台模型试验探究了消落带岩体劣化下顺层岩质边坡受持续地震荷载作用时的动力响应规律。研究表明：坡体加速度响应具有显著的“高程效应”和“趋表效应”特性,且历经多次地震荷载作用后坡体PGA放大系数衰弱明显,而坡体累积位移、孔隙水压力及土压力随地震荷载持续作用分别呈逐渐增大、增大及减小的变化趋势;坡体阻尼比、自振频率及损伤度随地震荷载持续作用分别呈逐渐增大、减小及增大的变化趋势,且微小地震和强震作用阶段的坡体非线性累积损伤力学模型可分别采用“S”型三次函数和“陡升”型指数函数表征;坡体累积损伤—失稳破坏演化过程表现为坡顶后缘（次级节理和层面）起裂—扩展—贯通、岩体沿复合滑动面整体滑移及完全破坏后岩体呈多尺度破碎块状堆积于坡脚,且消落带岩体受震动、溶蚀及冲刷耦合作用后破碎较严重,并近乎产生整体滑移而形成显著的“凹腔”。     

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。     

顺层岩质边坡大锚杆加固施工

对渝怀铁路DK375工点顺层岩质边坡的稳定性进行了分析,并对加固方法进行了比较,确定采用压力注浆改善结构面力学性能再辅以大锚杆加固的方法施工,解决了顺层岩质边坡加固施工的难题,达到了顺层岩质边坡施工方便、快速、及时,又有效地控制边坡变形的良好效果。     

顺层岩体边坡地震动力破坏离心机试验研究

 使用相似材料分别制作只含有非连续的层面和同时含有非连续的层面和非贯通的次级节理顺层岩体边坡小比例物理模型,进行离心机动力试验,研究边坡的动力响应和破坏机制以及非连续层面和次级节理对其的影响。试验结果证明：顺层边坡的动力响应对地震波的频率和边坡内部结构面的发育特征敏感,边坡结构面发育越复杂,边坡对地震波的频率响应越复杂,地形放大效应也越明显;顺层边坡的动力稳定性和破坏机制受结构面发育特征控制,含有次级节理的边坡动力稳定性更低,破坏范围也更浅,在破坏过程中还会出现次级节理的张拉破坏导致的岩体内部解体破碎,可能诱发岩石碎屑流。     

微型桩体系加固顺层岩质边坡的内力计算模式

根据微型桩的结构布置形式，将加固顺层岩质边坡的微型桩体系分为3种类型，即独立微型桩体系、平面桁架微型桩体系和空间桁架微型桩体系。将微型桩体系和桩间岩土体视为桩-岩土体的复合型结构，提出了桩-岩土体-桩的相互作用模式和作刚力计算分析模型，该模型考虑桩-岩土体-桩的相互作用，可较好模拟滑坡推力在各排桩之间的传递机制。最后，应用有限元理论建立计算微型桩体系内力和变形的力学模型，并将该模型应用于渝怀铁路顺层岩质边坡加固计算中，取得了良好的效果。     

顺层岩质边坡加速度响应规律和滑动堵江机制大型振动台试验研究

根据动力模型试验的相似关系,制作1个尺寸为3.0 m×0.8 m×1.6 m (长×宽×高)坡角为40°的顺层模型边坡,设计传感器的布置和试验输入方案,并完成大型振动台试验。试验发现,在坡面上水平加速度随着坡高增加有明显的放大作用,并且该放大作用呈现出非线性和在不同高程的分段性特征,在坡高的1/3以下,加速度放大效应明显,在坡高2/3到坡顶处放大系数急剧增大,中间段水平加速度放大系数增长较为缓慢;在坡体内部竖直方向上,随着高程增加,加速度放大系也表现出非线性放大效应;在坡体水平方向上,在坡面一定深度内坡面处的加速度放大系数大于坡体内部,表现出趋表效应。根据破坏后的特征及试验过程中的视频回放和分析,得出模型边坡的滑动堵江机制为地震诱发→后缘松动拉裂→前缘剪切→高速下滑→对岸阻挡隆起→堆积坡脚→形成堰塞体。研究成果对地震灾区滑坡以及堰塞湖形成机制的认识和减灾防灾有一定的价值。     

地震荷载作用下中–缓倾角顺层开挖斜坡的变形破坏模型试验

在汶川地震灾区,顺层中–缓倾斜坡是地震山地灾害非常发育的斜坡类型,而开挖往往加剧斜坡的地震山地灾害。据调查,顺层中–缓倾斜坡以整体滑动为最主要的变形破坏形式。为重现斜坡的变形破坏过程,分析斜坡在地震荷载作用下的变形破坏规律,选取北川县陈家坝马滚岩滑坡作为顺层中–缓倾角开挖损伤斜坡的典型实例,进行地震荷载作用下斜坡变形破坏的室内物理模型试验。结果表明,开挖加剧斜坡在地震荷载作用下的变形破坏,整体滑动是斜坡最主要的破坏形式,与野外调查结果吻合。同时,斜坡整个变形破坏过程具有阶段性,可以划分为以下几个阶段:(1)地震初始阶段,此阶段坡体沿开挖不连续层面逐渐贯通并微剪出,同时开挖坡顶形成大量裂缝;(2)开挖坡顶浅表崩塌阶段;(3)整体滑动阶段。     

顺层岩质路堑边坡破坏模式及设计对策

 在对大量顺层边坡进行详细调查研究基础上,总结提出顺层岩质路堑边坡的分类及8种顺层边坡破坏模式,并对较为常见的滑移–拉裂和滑移–弯曲破坏模式的稳定性分析方法进行讨论。指出在实际工程中,对于滑移–拉裂型顺层边坡,其稳定性分析可通过计算失稳岩层临界长度进行,为避免开挖过程中边坡出现顺层滑动,宜先加固后开挖或边开挖边加固;对顺层清方边坡,可能出现滑移–弯曲破坏,宜采用弹性受压板稳定理论进行边坡稳定性分析后,确定分级高度和加固措施。水是诱发顺层边坡失稳的主导因素,设计中应加强防排水措施。     

顺层岩质边坡锚杆支护机制研究

 全长黏结型锚杆作为一种有效且经济的加固手段,在边坡工程中得到广泛的应用,但其锚固机制尤其是考虑岩体结构特征的锚固理论需要进一步的研究和完善。基于顺层边坡的地质结构特征,考虑边坡岩体与锚杆的相互作用,运用弹性力学和结构力学对全长黏结型锚杆加固顺层边坡的机制进行研究,提出新的锚杆加固顺层边坡的力学模型。分析结果表明,顺层岩质边坡的锚固抗力由锚杆轴力与抗剪力共同提供,锚杆抗剪作用提供的抗滑力与锚杆轴力提供的抗滑力可以用线性关系来描述。运用有限元软件ABAQUS对这一力学模型进行建模,分析这一力学模型的正确性。     

地震荷载作用下顺层岩质边坡安全系数分析

结合强度折减法的思想,并考虑到地震荷载特征以及离散元法和顺层岩质边坡的特点,提出一种求解地震荷载作用下顺层岩质边坡安全系数的方法。采用关键点位移/速度时程曲线的变化趋势对边坡的临界状态进行判断,采用失稳状态时坡体的速度/位移矢量图来判断与安全系数对应的滑动面。将上述方法运用到钟家湾顺层边坡的稳定分析中,并将所得结果与极限平衡法计算结果进行对比,发现二者的计算数值相差较小,对比结果表明该方法是合理可行的。在此基础上,利用UDEC初步分析地震荷载作用下坡高、坡度、岩层倾角以及地震波参数包括振幅、频率等因素对顺层岩质边坡安全系数的影响规律。