地震作用下反倾向层状岩质边坡弯曲倾倒稳定性分析

当前关于弯曲倾倒破坏的研究鲜有涉及到地震荷载,地震荷载对反倾向边坡弯曲倾倒稳定性的影响规律尚不清楚。为了解决上述问题,提出一种分析地震作用下反倾向层状边坡弯曲倾倒稳定性的极限平衡方法,该方法认为边坡发生破坏时,坡体内部应力达到极限平衡状态,即基于边坡破坏面计算得到的坡脚岩层剩余下滑力(倾倒力)为0。基于静力等效替代思想推导了推力线高度的计算公式;通过严格的力学推导确定岩层的稳定区域、破坏区域及破坏区岩层的破坏模式,并通过逐步迭代的方式计算坡脚剩余下滑力(倾倒力)。选用皖南板岩边坡作为工程实例,计算结果表明采用本文方法得到的边坡破坏面和稳定系数是合理可信的。通过地震影响系数的敏感性分析发现,随着地震影响系数的增大,坡脚剩余下滑力(倾倒力)增大,而边坡稳定系数减小,边坡更容易发生浅层破坏,变得愈发不稳定。     

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。     

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。     

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。     

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。     

嘉陵江红层反向高边坡岩体的特征及支护处理

嘉陵江红层呈软硬互层的缓倾角层状结构,当边坡结构属于反向薄层结构或节理裂隙特别发育的反向厚层时,在其浅表层经常发生拉裂倾倒破坏。其特点是开挖后变形大,坡面出现反坎等典型的倾倒特征。本文通过嘉陵江干流水电工程的实践,综合分析了以草街电站右岸边坡为代表的嘉陵江红层反倾角层状结构边坡岩体的特征及支护处理。     

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。     

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。     

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。     

互层倾倒边坡岩层折断深度对挠度的影响分析

针对互层反倾岩质边坡倾倒破坏问题,在综合考虑软岩和硬岩力学性质差异的基础上提出了"组合悬臂梁"模型,并对各悬臂梁进行了力学分析。依据最大拉应力破坏准则建立平衡方程,计算出硬岩岩层的折断深度,并利用"分段叠加法"给出了组合岩层坡表处挠度计算公式。根据澜沧江苗尾水电站库区左岸一典型反倾软硬互层岩质边坡岩体参数,研究折断深度对组合岩层挠度的影响,结果表明:硬岩岩层折断深度越大组合岩层坡表处挠度越大;折断深度一定时,随着软岩与硬岩厚度比的增大、弹性模量比减小,组合岩层挠度增大;组合岩层挠度较大区域集中在岩层倾角60°附近,推测组合岩体岩层倾角接近60°时容易发生倾倒变形。     

小康高速公路K169+520反倾层状路堑边坡稳定性数值分析

倾倒变形是变质岩地区反倾向层状结构边坡变形的主要型式.现将变质岩地区反倾向层状结构边坡的倾倒变形进一步划分为脆性折断倾倒、延性弯曲倾倒两种类型.该类边坡倾倒变形的主控因素为变质岩的岩石性质、岩石结构和边坡构造特点.选择陕西小康(小河-安康)高速公路K169+520反倾向层状边坡结构进行了边坡变形模式分析,进而采用数值模拟法进行了边坡稳定性分析.在此基础上,提出了边坡处治要点,得到了关于反倾向结构公路边坡稳定性的基本认识.     

反倾等厚层状岩质边坡倾倒破坏折断深度计算

倾倒破坏是反倾层状岩质边坡一种主要的变形破坏模式。基于悬臂梁极限平衡理论研究反倾层状岩质边坡变形破坏是一种既注重变形过程又注重力学分析的可行方法。以地质分析为基础,基于梁板上、下层面间的正应力为三角形分布的假设,根据悬臂梁极限平衡分析模型,通过物理力学解析,开展反倾等厚层状岩质边坡倾倒破坏折断深度的研究,并推导出其计算公式。通过对一个工程实例的计算,得出其折断深度与实际现场调查的倾倒变形发育相近,并采用离散单元法(DEM)数值模拟手段进行了分析验证。实例计算表明,推导的公式能较准确地计算反倾等厚层状岩质边坡倾倒破坏折断深度。研究成果对反倾层状岩质边坡稳定性评价与防治具有一定的理论指导意义和应用价值。     

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。     

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。     

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。     

顺层边坡的稳定性影响因素及失稳判据分析

针对含软弱夹层顺层边坡的破坏特征,利用极限平衡法建立了边坡稳定性的计算模型,分析了在各种因素作用下边坡的稳定性系数变化特征以及边坡失稳的判据。结果表明:1稳定性系数与抗剪强度呈线性正相关关系,凝聚力和内摩擦角对边坡稳定性的影响大小取决于其值的组合形式;2每一个坡角θ,对应存在一个最不利的岩层倾角α,α∈[25°,50°]时边坡稳定性相对较差,并且可以得出,α∈[θ/2+5°,θ/2+10°];3坡角越接近岩层倾角,稳定性系数越大,反之则越小;4稳定性系数K随着剪出高度H的增大而减小,H∈[1,10]时,减小得相对较快,H∈[10,50]时,减小得相对较慢;5水对边坡的稳定性系数影响显著,主要体现在降低了软弱夹层的抗剪强度,静水压力降低了边坡的稳定性。边坡发生失稳时后缘裂隙必须满足一定的裂隙深度,裂隙深度越大所需的充水高度越小,反之则越大。总结得出顺倾向边坡两种破坏判据,一种只是重力作用下的边坡,当HH_(max)时边坡发生滑移失稳;一种是边坡后缘存在一定深度裂隙的边坡,当Z_wZ_(wmax)时发生水力推动型滑移失稳。研究结果可对边坡的防护和治理具有一定的指导意义。     

岩体力学参数对反倾边坡稳定性影响的数值模拟研究

应用离散元软件UDEC,以秦岭南部略阳县菜籽坝反倾边坡为例,研究岩体物理力学参数(主要为抗拉强度、节理刚度、内摩擦角及黏聚力)对边坡稳定性的影响。通过比较三者所引起的边坡位移及变形破坏情况,得到以下主要结论:抗拉强度对反倾边坡稳定性的影响有限,但随着抗拉强度的大幅降低,边坡失稳范围也会加大;节理刚度的合理选取至关重要,极大影响着结构面的弯曲变形;随着内摩擦角及黏聚力的不断降低,边坡潜在破坏范围逐渐增大;三者对倾倒变形影响大小关系为:内摩擦角、黏聚力节理刚度抗拉强度。     

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。     

基于PIV技术的反倾层状结构边坡模型试验研究

基于PIV技术,对顶部加载工况下的反倾层状结构边坡的变形破坏过程进行记录监测,研究反倾层状结构边坡的变形破坏机制。结果表明,顶部荷载较小时,边坡模型变形较小,位移集中在模型上部和后缘,形成与岩层平行的应变集中带;随着荷载的加大,边坡模型变形增大,上部位移方向反转,出现横向贯通的应变集中带,并随时间向下推移,最终位置固定,从坡脚处向上延伸,贯通整个边坡模型,与水平成15°~17°的夹角;边坡模型完全破坏时,形成自上而下的3条近于平行的破裂带,最底部的最先形成,最顶部的最后形成,变形破坏程度自上而下依次增大。     

Nam Ngum 5水电站升压站、闸门井左侧边坡剪切破坏分析

通过滑坡的力学机制分析,Nam Ngum 5水电站升压站、闸门井左侧边坡滑坡是由于卸荷回弹的影响,岩体在重力、地下水压力作用下,当岩层结构面处剪切力大于其抗剪强度时,在边坡下部,由于差异性回弹,在层面间产生剪切破坏,产生剪裂面,在重力的长期作用下,剪裂面不断向深处发展,横向最终与岩层倾向面连通,加强了层状岩体边坡向临空面的剪切滑移,而在边坡上部垂直层面产生张裂(拉裂缝),当纵向、横向拉裂缝与剪切裂缝发展到互相贯通时,此边坡将失稳下滑。