某水电站高边坡煤系软弱结构面流变特性试验研究

 针对坝区开挖高边坡煤系地层软弱结构面的发育特点,设计和开发饱水条件,软弱结构面剪切流变试验装置,系统开展高边坡煤系地层中软弱结构面的时效变形特性研究,尤其是通过长达近1 a的流变力学试验,应用Burgers流变本构方程,建立各种类型软弱结构面的综合时效本构方程,获取坝区煤系地层软弱结构面的长期强度参数。剪切流变试验结果表明,饱水状态下软弱结构面长期强度参数c值为57～160 kPa,j值为12°～18°,比利用携剪试验所获得的软弱结构面饱水快剪强度参数折减约60%。研究结果为水库蓄水运行期的边坡安全反馈分析、变形机制、边坡加固防治对策的采取及支护设计优化提供重要的理论依据,也为类似工程边坡软弱结构面提供具有参考价值的本构模型。     

绿片岩软弱结构面的剪切蠕变特性研究

 针对锦屏II级水电站引水隧洞超埋深、高地应力的特点,选取边坡和地下洞室围岩中含有绿片岩软弱结构面的灰白色大理岩为研究对象,对含有软弱结构面的大理岩试样进行分级加载剪切流变试验,并对试验结果进行分析,探讨软弱结构面的蠕变特性。通过对不同法向应力条件下岩体结构面的蠕变力学特性及其规律的研究,以及对结构面剪切蠕变试验过程中的蠕变速率特性进行分析,结果显示结构面的剪切蠕变试验曲线表现出明显的3个阶段。在此基础上选用改进的Burger模型对结构面蠕变试验结果进行拟和分析,并讨论改进的Burger模型对于描述结构面剪切蠕变特性的适用性。     

典型红层软岩软弱夹层剪切蠕变性质研究

 红层软岩边坡岩体中软弱夹层发育且具有蠕变性,很多边坡岩体的失稳破坏都是沿软弱结构面的滑移失稳,软弱夹层剪切强度参数的选取是边坡工程勘察中的关键问题。通过2个典型红层软岩边坡工点软弱夹层样品室内剪切蠕变试验研究,表明红层软岩软弱夹层具有显著的蠕变特性,在边坡剪切强度参数选取中应考虑软弱夹层蠕变的影响。通过软弱夹层长期强度与短期强度试验资料分析,建议软弱夹层长期剪切强度可取短期剪切强度的75%。     

潇水电站斜向层状边坡的变形机制分析

潇水电站变形边坡为斜向层状岩质边坡,根据前期勘察成果及开挖反馈,发现该边坡岩体上部为碎裂岩体,结构松散,下部为基岩,较完整,碎裂岩体沿软弱夹层呈视向滑动,且保持着原岩构造。基于该边坡的结构面统计和分析,确定该边坡存在一组优势节理面JL1,该组节理面与层面的交棱线产状与视向擦痕线产状非常接近。结合岩体变形特征及结构面分析,对该边坡变形机制有几点认识:该边坡变形破坏受优势节理面与软弱夹层所控制,边坡变形并非简单地顺层滑动,而是以软弱夹层面为主界面,以优势节理面与岩桥构成的组合边界为另一界面,整个边坡变形呈类似楔形形状的变形破坏;边坡的变形破坏是内外营力共同作用的结果,其变形破坏仍处于"拉裂—蠕滑"阶段。     

芭蕉220kV开关站加筋土边坡失稳机理研究

针对芭蕉220kV开关站高填方加筋土边坡,介绍了该边坡的变形失稳特征。通过室内试验及参数分析合理地确定边坡计算参数,建立了有限元模型,并结合极限平衡法对加筋土边坡的变形机制进行了研究。结果表明:边坡的破坏模式为基底软弱层沿最大剪应力带的剪切破坏,基底软弱层的存在是边坡失稳的根本原因,而降雨入渗及填土加载等是边坡失稳的诱发因素。     

汤屯高速公路顺层岩质边坡变形机制分析及治理对策研究

通过对汤屯高速公路顺层边坡现场工程地质条件的系统调查,首先对边坡的岩体结构类型及其成因机制、结构面与坡面组合特征进行细致研究,在此基础上通过FLAC^3D数值模拟,结合工程地质条件分析,对其变形破坏机制进行深入探讨。研究结果表明,边坡处于滑移弯曲–滑移拉裂复合型滑坡的初始阶段,边坡的变形受层间软弱夹层及岩体结构控制作用明显,坡体中上部块体沿层间软弱夹层产生滑动,受下部岩体约束,在坡体最薄弱部位–开挖面附近产生弯曲变形;受弯曲部位推力作用,第一级边坡碎裂岩体中逐渐产生剪切滑动面,并与弯曲部位岩体中滑移切出面贯通,最终破坏。基于变形机制分析的治理措施将重点放在控制碎裂岩体和潜在剪出口的变形上,监测结果表明,边坡达到稳定性要求。     

节理岩体刚度参数选取与三维离散元模拟

针对结构面刚度参数的难点问题,利用离散元程序3DEC进行数值计算。通过岩石结构面直接剪切试验研究并结合理论分析,得到刚度参数表征经验公式,并采用三维离散元数值分析法对室内试验结果进行了验证。研究结果表明,利用数值试验能够得到与室内试验较为一致的结果,说明经验公式法选取的刚度参数能够较好地反映结构面剪切破坏前的变形特征。通过对Bandis经验公式重新引入修正函数f(τ/τp)后求得的剪切刚度Kst能够更好地反映剪切破坏前结构面的剪切变形特征。     

郴州市某高边坡过程稳定性及处治措施分析

通过对郴州市某路堑高边坡现场工程地质条件的系统调查,首先对边坡的岩土结构及其成因机制、过程稳定性进行细致研究,在此基础上结合工程地质条件分析,对其变形破坏机制进行深入探讨。研究结果表明,边坡处于蠕动滑移阶段,边坡的变形受层间软弱夹层控制作用明显,坡体中下部覆盖层沿层间软弱夹层产生滑动;受已发生滑动的覆盖层推力作用,第一级、第二级边坡岩土交界面逐渐产生剪切滑动面,逐渐贯通,最终破坏。基于变形机制分析的治理措施将重点放在控制滑动体和坡脚的变形上。     

边坡岩土体抗剪强度原位试验研究

针对碟子沟风井场地边坡特征,在边坡典型位置的岩石与土层界面和软弱泥岩夹层处分别进行了原位剪切试验,获得了相应的抗剪强度指标。通过与滑带土相同工况下的室内试验强度指标对比,发现室内试验指标较原位剪切试验获得的内聚力和内摩擦角低,并分析了室内外试验结果差异的原因。试验研究表明,边坡岩土体的大型原位剪切试验对边坡稳定性分析和工程治理优化具有重要价值。     

大型剪切试验在边坡工程上的应用

工程地质调查发现苏州渔阳山边坡稳定性受软弱夹层控制,通过现场制样对软弱夹层进行原位大型剪切试验得到软弱夹层的强度参数为c=71.86 kPa,φ=22.1°,根据试验结果计算得不同工况下边坡稳定性系数与边坡实际稳定性情况一致,表明该试验方法和试验结果可靠,可作为边坡稳定性评价和加固设计的依据。     

高寒峡谷地区碎裂松动岩体工程特性研究

受青藏高原持续隆升的影响,在西藏地区的澜沧江河谷一带形成了复杂的地质环境,工程地质问题极为复杂,河谷岸坡山脊部位多分布有一个个“碎裂松动岩体”。本文综合运用三维激光扫描、无人机影像测量、工程地质测绘、平硐勘探、室内点荷载试验和原位剪切试验等手段,系统地研究了碎裂松动岩体的分布特征、变形特征、成因机理和物理力学参数。结合碎裂松动岩体的变形程度,将碎裂松动岩体划分为强、弱变形两区,提出了碎裂松动岩体的成因是卸荷、倾倒变形及冻融等综合作用所致的观点。并在前述研究的基础上给出了碎裂松动岩体的处理建议,为坝基岩体利用或是边坡稳定性分析及处理奠定了一定的基础。     

某边坡勘察工程中直剪试验的应用

通过工程实例说明在边坡勘查工程中室内直剪试验与现场直剪试验不同方法和结果,由于室内试验土样与现场实际的土样情况难达到一致,笔者分析说明了现场直剪试验的必要性,为边坡勘查工程提供较为可靠的抗剪强度指标。     

P/G类建筑织物膜材双轴剪切试验及力学特性分析

为测试建筑织物膜材的力学特性,对4种建筑织物膜材进行了双轴剪切试验,得到其剪应力-剪应变曲线、残余剪应变、滞回环面积和剪切模量.分析结果表明:每个应力阶段的第1次循环G类膜材均会产生明显的塑性剪切变形,P类膜材以弹性变形为主;随着循环次数的增加,建筑织物膜材的剪应力-剪应变曲线的加载上升段线性特征增强,加载段斜率逐渐增大;剪应力由正变负后,建筑织物膜材的残余剪应变、滞回环面积和加载段斜率有所差异;考虑加载全周期计算得到的剪切模量比仅考虑各应力阶段的最后1个周期计算得到的剪切模量小;4种建筑织物膜材剪切模量为FGT 800FGT 600F 1202F 1002.     

寒旱环境灌木植物根–土复合体强度模型试验研究

 在自行设计、加工的原位剪切试验装置中分别种植灌木植物霸王和柠条锦鸡儿,通过对2种坡度的素土、霸王根–土复合体和柠条锦鸡儿根–土复合体进行原位剪切试验,测得素土和根–土复合体抗剪力、抗剪强度的动态变化,评价灌木植物护坡的时间效应,并采用室内直剪试验方法检验原位剪切试验结果的合理性。试验得出以下结论：(1) 根–土复合体的抗剪力和抗剪强度均大于同种坡度的素土,即植物根系可显著提高边坡土体的抗剪能力,且霸王根–土复合体抗剪力和抗剪强度主要体现在剪切面处断裂根系的抗拉或抗剪作用、拔出根系的根–土摩擦力及滑移根系的锚固、摩擦作用,柠条锦鸡儿根–土复合体主要体现在根系的锚固和根–土摩擦作用,同时,素土和灌木根–土复合体的抗剪力和抗剪强度随着坡度的增加而减小;(2) 素土的剪切力在3 s左右达到峰值,而根–土复合体的剪切力峰值时间为69.8～168.2 s;素土试样在剪切位移为1 mm内抗剪强度均达到峰值,而剪切位移为23.13～83.13 mm时霸王根–土复合体和柠条锦鸡儿根–土复合体抗剪强度达到峰值,即根–土复合体的剪切力峰值时间、抗剪强度峰值位移均较素土相对滞后,这反映了在剪切过程中根系的抗拉能力、根–土界面的摩擦作用逐步转化为根–土复合体的抗剪能力,从而延缓坡面变形破坏的时间;(3) 为了验证原位剪切试验结果的准确性,对素土和灌木根–土复合体进行室内直剪试验,其抗剪强度值与原位剪切试验值接近,反映原位剪切试验及其结果的合理性。上述研究成果对于开展研究区西宁盆地及其周边地区坡面水土流失、浅层滑坡等地质灾害的防治,以及对青藏高原东北部黄土地区边坡生态工程建设、区域生态环境保护具有重要的理论指导价值和现实意义。     

多层软弱夹层边坡岩体稳定性及加固分析

 野外地质调查发现九顶山边坡岩体内存在3条规模较大的软弱夹层控制着岩体的稳定性。采用数值法对该边坡岩体的变形特征进行研究,发现直接开挖后沿软弱夹层将发生大的相对滑动,岩体最大水平位移位于P2软弱夹层坡面附近,达1.25 cm,相对滑动造成软弱夹层强度降低为残余强度,易造成边坡失稳。P1,P2软弱夹层上剪应力最大值分别为239.0,172.4 kPa,位于滑面中前部。当采用锚喷加固边坡时,锚杆穿过软弱夹层时轴力突然增大,表明3条软弱夹层均发生较大的变形,对边坡稳定较为不利,但锚杆加固效果明显,能较大地提高边坡稳定性,采用强度折减法计算得到加固后边坡稳定性系数为1.65。结果表明,应用数值模拟技术,可以直观形象地反映出边坡变形及应力变化的全过程,从而对工程措施优化、信息化设计和施工起超前预报与辅助决策起到一定的作用。     

膨胀土边坡物理模型试验研究

进行了一系列压实膨胀土的大型静力模型试验,对边坡土体吸湿后的含水率、膨胀变形等进行了实时监测。试验成果显示,膨胀土边坡浅层土体吸湿后其含水率场分布不均匀,干湿分界面处土体易由于不均匀膨胀变形而导致局部剪切错动,并随水分在坡体内的迁移,局部滑动面逐渐向边坡纵深扩展,在不同深度、不同部位形成多重剪切滑动面,最终导致边坡整体塌滑。针对静力模型试验进行了考虑膨胀性的非线性有限元计算,比较了边坡自重条件下和吸湿后应力场的变化,可知吸湿引起顺坡向正应力在干湿分界面处变化剧烈,剪应力明显增大,强度折减法得到的模型试验边坡安全系数仅0.92。研究成果表明：影响膨胀土边坡浅层稳定性的最根本原因并非膨胀土的超固结性或裂隙性,而是土的胀缩特性。     

基于地质力学模型试验综合法的顺层岩质高边坡稳定性研究

针对顺层岩质高边坡稳定性问题,提出降强法与倾斜抬升超载法相结合的地质力学模型综合的试验方法,推导该方法下边坡稳定综合法安全系数表达式,将其应用到白鹤滩左岸顺层岩质高边坡工程实例中,并与FLAC3D强度折减法数值计算结果进行对比。研究结果表明:2种方法得到的边坡变形破坏特征、破坏模式、安全系数均较为接近,说明所提的试验方法和安全系数表达式是合理的;白鹤滩左岸边坡的地质力学模型试验综合法安全系数KSC=1.526~1.575,数值计算得到的稳定安全系数KSS=1.45~1.52;边坡稳定安全的控制性结构面为层间错动带C3–1及其上盘岩体内的软弱结构面,层内错动带LS337上的加固措施是有效的。研究成果对顺层岩质高边坡安全稳定具有重要的工程意义和实用价值。     

基于降强法数值计算的复杂岩质边坡动力稳定性安全评价分析

分析复杂岩质边坡在地震荷载作用下的动力稳定性的特点,提出基于降低材料强度算法的动力稳定性分析方法。先将软弱结构面抗剪强度指标降低,进行静力计算,在此基础上,再进行动力稳定分析,综合评估边坡的动力稳定性与降强倍数的关系,将边坡处于临界稳定状态下的降强倍数定义为动力稳定安全系数。借助数值计算程序,将上述方法应用于国内某拱坝坝轴线左岸岩质边坡的动力稳定性分析,取得满意的成果。     

边坡加权位移反演方法及工程应用研究

参数反演是获得岩土强度参数的重要手段,而对于分层或者含有软弱夹层的边坡,加权位移反分析是获得其土体参数的有效反演方法。利用边坡测斜数据与土体分块的基本思想,提出了一种加权方法。根据土体深部位移曲线与最小二乘原理,将边坡土体划分为若干个具有不同位移特点的块体,单个块体的位移可以用两个量进行表示:滑动位移与变形位移。将反映块体自身强度的变形位移作为加权反分析的权重,并提出了新的反演目标函数。最后,依托实际工程,利用新方法计算了边坡的强度参数,其结果与现场试验符合较好。同时,敏感度计算的结果也表明该方法的反演效果更佳。