多因素作用下隔河岩电站厂房高边坡变形机理及岩体稳定性研究

以有限元计算程序ADINA为平台,建立隔岩电站厂房高边坡的三维模型。基于卸荷岩体力学理论与方法,综合考虑了初始工况、开挖工况、卸荷工况、加固工况、蓄水工况和蠕变工况,在应力分析和变形分析的基础上,研究了多因素作用下隔河岩电站厂房高边坡的变形机理和岩体的稳定性,并绘出高边坡的变形机理图。为对分析的合理性进行验证,将蠕变工况的计算成果与监测成果进行对比,在验证合理性的基础上进一步对边坡的后期变形进行预测。同时,结合上述分析的成果,提出监测布置的建议。     

对高边坡稳定性与加固措施的分析

通过对边坡稳定基本要素的分析,探讨边坡变形破坏机理研究内容和方法,提出对高边坡加固处理的措施。     

岩质高边坡稳定性分析及加固措施研究

在对某岩质高边坡进行工程地质条件分析的基础上，确定了该岩质高边坡潜在的破坏模式，即为沿着顺坡向结构面的滑动，由此建立了对应的稳定性分析模型，采用严格极限平衡M-P法进行了整体稳定性分析，依据计算结果对不稳定滑体进行了锚索加固，并对加固后的坡体进行了稳定性分析。计算结果表明：边坡开挖后，在坡体自重、暴雨和地震3种状态下，边坡均处于欠稳定状态，分析了边坡失稳机理，评价了不同潜在滑体的稳定性并最终确定了最危险的滑体位置；采用锚索加固后，3种工况下，边坡均满足相关规范的稳定性要求，并提出了锚索加固前后应注意的施工事项，可为类似工程施工安全提供参考。     

西南山区挖方边坡稳定性及加固分析

采用Geo-Studio软件建立挖方高边坡模型,通过对三种不同挖方施工方案进行数值模拟,分析挖方高边坡的变形破坏特征和稳定性,探究不同放坡坡率对挖方高边坡稳定性的影响。根据三种开挖施工方案下位移、稳定性的变化情况,优化边坡放坡坡率,提出合理的加固方案。研究表明,边坡开挖之后,三种方案均可能出现失稳破坏,采用预应力锚索加固后边坡稳定。经方案比选,综合放坡坡率1∶1.3时的开挖量最小。采用预应力锚索加固后,三种方案位移均有减小,产生位移主要原因是表层红粘土变形较大,建议在优化坡比的基础上采用预应力锚索加固边坡。     

核电厂高边坡抗震验算和加固设计

分析当前核安全规范和导则对核电厂高边坡抗震稳定验算方法和适用性,综述国内核电厂高边坡案例的研究进展。以某三代核电厂级高边坡为例,探讨应用多种定性和定量方法综合分析核电厂高边坡稳定性和破坏模式的分析思路。首先,采用赤平投影法和CSMR分类法半定量地评价边坡的稳定性,给出边坡设计坡比建议;然后,基于典型二维计算剖面,采用刚体极限平衡法、强度折减法和基于应力场的极限平衡有限元法分别对边坡进行抗震稳定验算;最后建立岩体三维裂隙网络模型,应用离散元数值方法模拟节理岩体非线性大变形和破坏物质运移过程,定量分析边坡的破坏模式和破坏区域,计算地震动作用下边坡崩塌物质的最大运移距离,同时介绍核电工程中的边坡治理理念和常见的加固手段。研究成果可丰富核安全级高边坡研究理论与方法,并为核安全级高边坡稳定性分析、评价和工程设计提供技术支持。     

顺层岩质高边坡破坏模式分析及稳定性研究

针对我国西南地区某高速公路顺层岩质高边坡,通过地质力学分析,确定了高边坡的主要破坏模式为坡顶受拉破坏和沿着顺坡向结构面主滑的拉-剪联合破坏模式;根据高边坡开挖之前的实际稳定状态,对顺坡向结构面的强度参数进行反分析,合理确定了主滑结构面的强度参数;最后选取典型剖面,采用极限平衡法和有限元强度折减法,评估了该高边坡在自然、降雨和地震工况下的整体稳定性状态,在自然工况下该高边坡稳定性安全系数在1.12左右。     

修正的SARMA法在岩质高边坡稳定分析中的应用

对某岩质高边坡进行了稳定分析,引入了经典的Sarma方法,考虑锚杆锚固力等外部荷载,扩展了Sarma法,并根据工程具体情况采用了不同的荷载组合项,对某高边坡四个代表区段在两种不同工况下进行了稳定分析,得出该边坡各区段的稳定系数,其稳定性判断与规范定性判断结论是一致的。在此基础上,对高边坡进行了加固处理,并运用该方法对加固方案作了稳定分析,证明该方法简单有效,适用于岩质边坡稳定分析。     

含多层软弱结构面的高边坡稳定性分析

探讨了含多层软弱结构面的高边坡变形原因,并采用北京理正和PCSTABL4对边坡的稳定性进行了分析计算,结合计算结果提出了最危险结构面的加固处理措施,实践证明:加固后的边坡安全性符合要求,值得推广。     

甘肃省某高边坡稳定性及加固措施研究

以甘肃省某高边坡为例,基于有限元计算软件分别对未支护和支护后该高边坡在各级边坡分步开挖、暴雨和车辆荷载作用下的稳定性进行了分析。计算结果表明:加固前该高边坡在第五、四、三、二、一级边坡开挖时,安全系数不满足规范要求,尤其是在暴雨作用下,该高边坡处于失稳状态。加固后,该高边坡安全系数较加固前有了明显提升,特别是第二级边坡支护完成后,整个边坡受力体系得到明显改善,后续第一级边坡开挖、暴雨和车辆荷载作用下安全系数相对于未支护计算结果相对增量均位于50%以上,且各工况下,该高边坡安全系数均满足规范要求。位移计算结果与安全系数一致,相较于加固前计算结果,加固后合位移和x方向位移(顺坡方向)分别减少76.3%和85.5%。     

复杂地质条件下的地基加固方案设计

某地道工程地处地质条件复杂的丘陵地区,需进行大量深挖方和高填土。简单介绍了复合地基加固方法原理,确定采用CFG桩和预制桩进行复合地基处理的加固方案。在此2种加固方案工况下,通过对基础埋置深度范围内的地基承载力计算,桩间距的计算,以及结合水库高边坡的实际工程情况,进行边坡稳定性对比分析。结果显示采取抗剪承载力高的方桩进行复合地基加固可有效提高水库边坡的稳定性系数。最后经综合考虑,确定预制桩复合地基加固方案为该工程最佳地基处理方案。     

锦屏一级水电站左岸高边坡工程整体稳定性的模型试验研究

介绍锦屏一级水电站高边坡工程整体的模型试验方法,以检验和评价该工程的整体实效与稳定性。根据现场高边坡实际开挖工程、已完成支护及工程地质等条件,建立三维地质力学模型,采取施加上部荷载和底部动荷载方式,模拟和测试该边坡在上部山体正常荷载作用下边坡工程的稳定性、爆破振动荷载作用下的边坡工程稳定性,以及超常荷载作用下边坡工程的破坏过程与安全度。试验与分析结果表明,正常荷载应力作用下,该高边坡工程变形较小,边坡无破坏且稳定;在下部爆破振动工况下,未出现边坡及支护开裂与破坏,而在不断增加的超载作用下,边坡最终发生开裂和失稳破坏,且裂缝主要出现在锚固区之外。试验给出边坡变形及破坏的全过程,定量分析边坡变形和应力变化规律,探明边坡应力、变形及破坏趋势。研究结果表明,前期完成的高边坡支护工程是有效的,整个边坡在目前工况下是稳定的,并对边坡安全提出建议:后期边坡工程应有足够锚固强度,避免损伤岩体,加强长期现场监测与信息反馈。此模型试验具有重要的工程意义及实际价值。     

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...     

无黏性土斜坡地基承载力模型试验研究

采用缩尺模型试验对砂土斜坡地基的土压力分布、变形机制、破坏模式进行探索,并研究了斜坡坡角、基础尺寸、相对密度、基础形状对斜坡地基破坏形态及极限承载力的影响。结果表明：斜坡地基的破坏模式与Choudhury提出的破坏模式相近,破坏区域由不对称楔体、辐射向剪切区、被动楔体组成。斜坡地基的破坏区域长度随斜坡坡角、基础尺寸的增大而增大,但不随相对密度的变化而变化;而斜坡地基的极限承载力随斜坡坡角的增大而减小,随基础宽度、相对密度的增大而增大。对相同尺寸的基础而言,方形基础下的地基极限承载力和破坏区域长度均大于圆形基础。试验研究成果对斜坡地基变形特征、破坏形态和斜坡地基承载力影响因素的探究具有一定理论参考价值。     

推移式滑坡渐进破坏机制及稳定性分析

 在现行滑坡稳定分析的基础上,建立推移式滑坡渐进破坏稳定性分析法。在分析滑坡破坏机制的基础上,提出临界状态条块或单元,该临界状态条块或单元处于破坏和峰值应力之前两状态之间,并提出相应的决定方法。提出推移式滑坡2种破坏模式,模式I：整个滑体沿弱面发生推移破坏,模式II：后缘沿弱面发生推移破坏,而前缘局部沿滑体发生剪切破坏;在滑坡破坏控制的研究基础上,提出模式I滑坡破坏受弱面的基本力学特性所控制,对于模式II,滑坡后缘破坏受弱面的基本力学特性所控制,而前缘受滑体的抗剪力学特性所控制,2种破坏模式的临界状态逐步由后缘向前缘移动,也即是滑坡破坏不断地产生新的峰值应力状态和破坏后区状态。对推移式滑坡的变形规律进行研究,提出在滑坡模式I和II渐进破坏全过程中,滑坡破坏面上的每一点的时间与位移关系均会呈现不同的“S”型曲线特征,对于整个滑体而言,滑面上每一点的位移与高度关系曲线,在不同时刻呈现不同的抛物线型特征。分析滑面的位移与时间的关系曲线特征,提出滑面位移与时间的关系曲线呈现3种类型：类型a：I型非稳定时间曲线,类型b：I型稳定时间曲线,类型c：III型稳定时间曲线。研究现行滑坡稳定性系数的计算特点,提出滑坡稳定性计算的综合下滑力–抗滑力、主推力和基于位移变化的方法。研究了滑坡的运动特点,提出了主滑方向的定义,且主滑方向随力和位移的变化而变化。研究有限元滑坡稳定计算的特点,分析引起滑坡有限元法计算不收敛的原因,提出滑坡有限元计算的滑面边界法,其滑面既可以施加理想弹塑性模型边界,计算所得稳定系数可与传统的极限状态稳定计算结果相比较,又可以施加不同的应力–应变模型边界,从而获得真实的应力场和位移场,也可利用各种方法计算相对应的稳定系数;对于滑面确定可以采用各种优选计算和现场勘查方法。提出了各种对应关系图,这些图形有利于理解提出的系统理论。     

Centrifuge modeling of geotextile-reinforced cohesive slopes

Geosynthetics are widely used to reinforce slopes due to their successful performance and economical efficiency. A series of centrifuge model tests was conducted in order to investigate the behavior of the geotextile-reinforced cohesive slopes and to compare their behavior to unreinforced slopes. The displacement history of the slopes was measured using an image analysis system. The failure process of an unreinforced slope can be categorized into three stages: (1) uniform deformation stage; (2) strain localization stage; and (3) post-failure stage. The geotextile has a significant effect on the deformation of the slope and increases the stability level while affecting the failure modes. On a reinforced slope, two surfaces can result from the distribution of the displacement difference between the unreinforced and the corresponding reinforced slopes; thus, the slope can be categorized into three zones. The front zone is characterized as a restricted region that is subjected to a backward tension via the geotextile while the middle zone is mainly subjected to a forward tension (like a support body). The back zone is unaffected by the geotextile. The reinforcement can take effect when its length is longer than the effective reinforcement length. The effective reinforcement length usually increases with increasing elevation and is significantly affected by the inclination of the slope.     

陡倾顺层岩质斜坡倾倒变形破坏特征研究

 顺层岩质斜坡是常见的斜坡结构类型之一,对该类斜坡的变形破坏特征以及形成机制研究已较深入,一般认为顺层岩质斜坡的变形破坏以滑移–拉裂、滑移–弯曲(或溃曲)模式为特征。通过系统的文献收集及大量现场调查发现,陡倾顺层岩质斜坡还存在一种典型的变形破坏形式,即倾倒变形。结合具体的陡倾顺层岩质斜坡倾倒变形破坏的实例,详细分析、总结该类斜坡发育的地质环境条件及变形破坏特征,在此基础上结合典型斜坡分析陡倾顺层岩质斜坡倾倒变形是在河谷演化、成坡过程中,岩层在平行坡面的最大主应力作用下由坡脚开始从下至上作悬臂梁弯曲,最终导致岩层根部折断,形成倾倒体;当坡体内折断带的剪应力超过其抗剪强度时,坡体将发生滑动形成滑坡。     

带外加强环不等高梁-钢管混凝土柱组合节点抗震性能试验研究

对4个带外加强环不等高梁钢管混凝土柱节点试件进行了循环加载和单调加载试验,试件主要变化参数为节点两侧梁高度差,取值为 0、75、 150mm。为了研究节点域的受剪承载力,对试件按“强构件,弱节点”进行设计。对于所设计的4个节点试件,其破坏分为整个节点域剪切破坏和部分节点域剪切破坏。试验结果表明：加载方式对试件节点域剪切承载力影响不大;节点试件在正反两个方向加载形成不同的破坏模式,并且在反向荷载作用下其承载力略高于其在正向荷载作用下的承载力;节点两侧梁高度差对节点域破坏形式和承载力影响显著;在整个加载过程中,所有试件节点均未出现开裂;该类节点具有很好的变形能力和稳定的耗能能力,但随着两侧梁高度差的增加,耗能能力逐渐降低。     

基于测斜仪监测成果的蠕滑体变形机制分析

 向家坝水电工程马延坡变形体是沿特定滑面产生整体蠕滑变形的典型工程实例。基于勘探成果,布置测斜仪对变形体的内部变形进行监测,获得了良好的监测成果。在此基础上,对测斜仪变形曲线的突变进行深入分析,提出变形曲线与蠕滑变形体形态的对应关系,揭示滑动带的位置及厚度,阐明蠕滑变形机制,为工程处理措施的制定和实施提供了可靠依据。进而通过对位错–时间曲线的分析,对加固措施的作用进行说明,且对蠕滑变形体在治理后的稳定性进行评价。研究结果表明,马延坡蠕滑变形体主要受JC①夹层控制,为典型顺层滑动变形模式。在实施减载、支档和排水等综合治理措施后,滑动带位错速率减缓,边坡趋于稳定。研究工作扩展了监测成果的应用范围,对今后类似边坡的勘探、监测和资料分析具有参考意义。     

公路高边坡稳定性评价及支护优化设计

 公路高边坡具有数量多、地质条件复杂及施工速度快等特点,施工期变形破坏事例频发。基于这一现状,依托皖南山区汤屯高速公路,提出一套操作性强的公路高边坡优化设计研究方法。通过“高边坡普查→提出优化设计分区建议→筛选重点边坡→重点边坡优化研究”的工作思路,形成优化设计研究成果,由业主、设计、施工等单位将科研成果快速应用于高边坡施工。将变形理论与强度理论相结合,形成基于地质过程原理的重点高边坡稳定性评价和灾害控制方法,通过边坡变形稳定性分析,判断边坡变形破坏模式及发展过程;结合施工及监测反馈信息,分析目前所处阶段、潜在滑动面位置等。然后,利用强度稳定性分析方法得出边坡治理设计所需数据,进行优化设计,再采用变形理论结合施工和监测反馈信息验证支护效果,进一步优化设计,确定最终方案。实践结果表明,这套方法保证了公路高边坡的快速施工和正常运营。     

拓宽黄土路基湿化破坏机制模型试验研究

 为研究拓宽黄土路基浸水湿化破坏机制与模式,在土工离心机上设计并安装位移量测系统,以西安—潼关高速公路拓宽工程为研究载体,建立与实际应力相符的离心试验模型;针对浸水湿化后黄土拓宽路基的沉降变形规律和破坏形式进行研究,基于试验结果开展高填方黄土路堤破坏机制的讨论。研究结果表明,拓宽路基坡脚处高含水量对拓宽黄土路基稳定性影响极为显著,在地下水位较浅处的地带,强降雨天气或地下水位骤升所引起的拓宽路基荷载下黄土地基的局部失稳会极大威胁上部拓宽路基的安全,浸水破坏滑裂面的形成是一个渐进破坏过程。由于地基局部湿软,抗剪强度降低,地基的起始剪切破坏发生于老路坡脚处,一旦产生过大的变形量将会引起整个路基自上而下的滑移。地基破坏时的滑动面近似为圆弧状,建议采用裂隙圆弧法对拓宽荷载下地基进行稳定性评价。试验结果还表明,新老路基拼接带土体中的加筋材料起到裹附作用,可增强路基的板结效果,形成有效的土拱效应,这样就充分利用路堤填料本身的刚度,调整地基的沉降变形。