牵引式滑坡后缘破裂面形成机制试验研究

由于河谷下切或者坡脚开挖,常会造成自然斜坡牵引式滑动,形成多级后缘拉裂面。后缘面的形成机制对牵引式滑坡的稳定性分析有重要影响,因此开展试验测试和理论分析。开发能够同时模拟地下水对滑带软化作用和滑坡渐近破坏过程的试验装置,由若干渗透盒构成分段式滑面,可以模拟各种几何形态的滑动面,通过对不同渗透盒注水,可模拟滑带分阶段饱和软化,从而实现对各种滑坡破坏模式的模拟。设计4种试验方案,模拟圆弧型、折线型和直线型滑动面,以及三段线和两段线坡面线。分三阶段设计滑坡工况,测试滑体后缘面破裂倾角。试验表明,后缘面倾角试验值受滑体厚度和失稳滑段位置影响明显。假定牵引式滑坡的后缘面可能形成机制为整体滑动式、滑动拉裂式和滑动剪切变形式,计算后缘面倾角。比较表明,滑动拉裂机制计算值与试验值最接近,在试验值上下浮动,相对误差小于10%。据此认为牵引式滑坡的后缘面形成机制为:底滑面失稳下滑,在失稳滑面末端对应的滑体部位出现了拉破坏区,拉应力由最小主应力控制,拉破坏面方向与最大主应力方向基本一致。     

开挖及降雨作用下滑坡变形破坏分析

在工程建设中经常会遇到边坡开挖,研究坡体在不同开挖角度及不同降雨工况下的变形破坏规律,可以有助于我们选择最合适的开挖角度,完善方案。本文以孝感市某滑坡为例,研究该滑坡在不同开挖角度及不同降雨强度下滑坡的变形破坏规律。结果表明:随着开挖角度的减小,塑性变形有逐渐向滑坡后缘发展的趋势;滑体沿滑面相对位移随着开挖角度的减小而逐渐增大,且同一开挖角度下降雨强度的不同对滑坡位移的影响较大,成正相关变化;随着开挖角度的减小,降雨强度对滑坡稳定系数的影响逐渐变小,即开挖角度越大,滑坡受降雨影响越小。     

乌蒙山区红层软岩滑坡地质演化及灾变过程离心机模型试验研究

乌蒙山区由砂岩、泥岩、页岩等组成的缓倾角红层软岩分布广泛,软质岩石与硬质岩石形成的互层状结构体易形成滑坡。针对该类滑坡,以花生地滑坡为例,采用地质分析与离心机模型试验相结合的方法,对降雨作用下滑坡地质演化和灾变过程进行研究。研究表明,红层软岩具有易软化蠕滑,风化崩解等地质力学特性。岩体损伤与水软化效应耦合作用是影响红层软岩斜坡稳定性主要因素,斜坡岩体受地震、河谷下切等地质作用产生深部裂隙,同时裂隙的贯通促进降雨入渗,导致滑带饱水软化、加速蠕变变形至失稳。最终在暴雨形成水动力失稳破坏。滑坡地质演化和灾变过程可分为原始斜坡→岩体损伤劣化→水软化蠕滑→降雨诱发失稳破坏4个阶段。研究成果为降雨型红层软岩斜坡稳定性机制分析及工程治理提供参考。     

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。     

库水位升降条件下边坡失稳离心模型试验研究

 三峡库区频发的滑坡地质灾害已愈来愈引起学者的高度重视,其受水位反复升降的影响是库区边坡不同于其他陆地自然边坡的一个显著特点。以离心模型试验为手段,基于三峡库区典型滑坡的工程地质特征,建立相应的土质边坡离心模型。在试验过程中实现对库水位循环升降的控制,模拟库区边坡在水位升降作用下的失稳过程。通过数码摄像、数字图像处理和传感元件测试,获得该试验条件下的土坡在水位升降过程中典型位置的孔隙水压力变化、全断面位移矢量演化(水平位移和沉降)、滑面形态及裂缝形成发展过程,并详细分析边坡在这种外部水环境影响下的变形演化、失稳和破坏模式。试验结果表明,若仅考虑水位升降作用的影响,该试验条件下的库区土质边坡的变形呈现典型的渐进牵引破坏模式,并具备较强的水土软化影响特征;裂缝在变形演化过程中出现交替张开和闭合现象,该失稳模式下的滑面呈折线形态,并在变形破坏过程中次生多级滑面。研究结果为库区滑坡地质灾害机制的深入认识、以及滑坡预防和控制提供了重要依据。     

香溪河流域白家堡滑坡变形失稳机制分析

白家堡滑坡位于香溪河河口附近,三峡库区蓄水以来,该滑坡的变形持续加剧。地表调查表明滑坡出现了剪性、张性及挤压裂缝;全站仪监测数据表明滑坡中后部位移大于前缘位移,滑动方向由于139 m蓄水而发生改变;深部位移监测表明滑坡体中上部已经形成一个十分明显的滑面。因此,滑坡变形机制为前缘牵引后缘平推式,前期以牵引为主,后期以平推为主。滑坡从变形到失稳转换的关键在于碎裂岩区滑面的贯通,通过有限元方法认为滑坡的应力集中区位于滑体中部的碎裂岩区,通过工程地质类比法认为可能的失稳破坏方式为中低速滑动。     

超高路堑边坡治理工程案例研究Ⅰ:边坡失稳机制模拟分析

概要介绍龙岩双永高速公路K227超高路堑边坡的地形地貌、地质条件、变形破坏过程及特征,结合边坡稳定度反分析思路、强度折减法和开挖有限元仿真技术对该边坡变形孕育过程进行模拟分析和定量评估。采用一种基于应力张量差值的增减变化及其变化量的正负分区来确定边坡开挖松弛区的数值方法,解释路堑高边坡开挖卸荷松弛的力学机理;模拟重现了挖方边坡经历稳定性缓慢上升的卸荷回弹阶段、稳定性线性下降的剪切破裂阶段和稳定性急剧下降的失稳破坏阶段的全过程中应力调整、塑性屈服、滑面孕育和变形破坏的演化规律和发展趋势,揭示了边坡由于快速工程开挖扰动,使潜在软弱带充分暴露,并切断坡脚力学支撑,伴随岩土卸荷松弛及强度弱化,产生坡顶岩土张裂变形、深层软弱带剪切蠕动和坡脚沿结构面临空剪出的失稳机制;间歇性降雨入渗的岩土增重及附加水压使滑坡表现出时滑时停的特征;边坡整体处于临界状态,在继续开挖或持续暴雨冲击条件下,可能导致稳定性骤降,从滑动阶段转化为剧滑阶段。最后,对应急抢险对策、治理方案规划及线路调整设想等问题进行讨论与反思,为边坡病害治理提供了理论依据。     

超高路堑边坡治理工程案例研究I：边坡失稳机制模拟分析

 概要介绍龙岩双永高速公路K227超高路堑边坡的地形地貌、地质条件、变形破坏过程及特征,结合边坡稳定度反分析思路、强度折减法和开挖有限元仿真技术对该边坡变形孕育过程进行模拟分析和定量评估。采用一种基于应力张量差值的增减变化及其变化量的正负分区来确定边坡开挖松弛区的数值方法,解释路堑高边坡开挖卸荷松弛的力学机理;模拟重现了挖方边坡经历稳定性缓慢上升的卸荷回弹阶段、稳定性线性下降的剪切破裂阶段和稳定性急剧下降的失稳破坏阶段的全过程中应力调整、塑性屈服、滑面孕育和变形破坏的演化规律和发展趋势,揭示了边坡由于快速工程开挖扰动,使潜在软弱带充分暴露,并切断坡脚力学支撑,伴随岩土卸荷松弛及强度弱化,产生坡顶岩土张裂变形、深层软弱带剪切蠕动和坡脚沿结构面临空剪出的失稳机制;间歇性降雨入渗的岩土增重及附加水压使滑坡表现出时滑时停的特征;边坡整体处于临界状态,在继续开挖或持续暴雨冲击条件下,可能导致稳定性骤降,从滑动阶段转化为剧滑阶段。最后,对应急抢险对策、治理方案规划及线路调整设想等问题进行讨论与反思,为边坡病害治理提供了理论依据。     

多层复杂滑坡的稳定性分析与支护选择

 工程中常见发育多层滑面的大型复杂滑坡，受工程边坡的改造和工程结构的作用其坡体结构与应力状态都发生改变，原有的滑面可能不再是最危险滑面，而会在原滑面的基础上形成新的最危险滑面，目前工程中对此关注不多。提出指定剪出点的稳定性核算方法，假定工后滑坡中的最危险滑面为新生滑面与原滑面的组合滑面，采用一种新的搜索方法确定坡面各点的安全系数，据此对多层复杂滑坡进行稳定性分析，在此基础上进行滑坡的支护选型并确定合理的支护设置位置，以实际工程为例详细论述该方法的应用步骤，并提出大型滑坡的支护设置原则，研究结果对大型复杂滑坡的支护选型和设计有一定指导意义。     

大变形有限元确定边坡潜在滑面的位移判据

边坡潜在滑面的确定是边坡稳定性分析的主要任务之一，鉴于坡体位移可在现场监测中直接得到，本文提出边坡潜在滑面确定的位移判据，采用大变形有限元，首先计算出边坡的塑性区和位移场，然后在开挖面的不同高度作塑性区内的水平位移参考线，依次连接参考线上的位移突变点，即得到边坡失稳的潜在滑面位置。     

降雨条件下含软弱夹层土坡的离心模型试验研究

进行了降雨条件下含软弱夹层黏性土坡的离心模型试验。试验主要研究了降雨条件下坡体的吸力和变形规律,重点分析了软弱夹层对坡体的影响。测量了含软弱夹层黏性土坡的位移和土坡内一点的吸力。试验结果表明由于软弱夹层的遇水软化和高渗透特性,降雨后含软弱夹层黏性土坡在软弱夹层发生滑出。降雨条件下含软弱夹层黏性土坡的变形可以分为均匀变形、错动阶段和滑坡3个阶段。对降雨过程中的吸力变化与坡体应变变化进行了分析,表明可以通过坡体中各点应变的发展反推出降雨入渗时刻和分布。软弱夹层的存在造成了降雨入渗分布的变化,导致了坡体错动带在该处不再连续,并降低了边坡的稳定性。     

降雨诱发粉土边坡失稳的离心模型试验及雨强-历时警戒曲线的验证

中国东南沿海山地丘陵地区气候湿润,每年梅雨季和台风侵袭时都伴随有大量土质滑坡,研究降雨诱发土质滑坡的失稳模式和机理对该类滑坡预警预报及防治具有重要意义。笔者自行研制了离心机机载降雨模拟装置,在50g条件下模拟和再现了非饱和粉土边坡在不同强度降雨条件下的失稳破坏过程,揭示了降雨诱发粉土边坡的失稳模式为坡脚局部失稳—向上扩展—整体浅层滑动,滑动面深度介于1~3 m。3组试验获得了降雨强度与边坡失稳时降雨历时关系数据,与李鹤等针对东南沿海地区残积土边坡提出的雨强-历时警戒曲线（I-D曲线）最为接近,验证了该降雨量警戒曲线的有效性。对离心模型试验结果进行反分析表明：非饱和土渗流分析能有效模拟边坡降雨入渗过程,而现有极限平衡分析方法难以准确捕捉降雨诱发边坡由局部向整体发展的失稳过程。基于所揭示的失稳模式,指出了该类降雨诱发滑坡的有效防治措施主要包括坡脚加强排水和支护、坡面防渗和防护。     

Stability analysis of bank slope under conditions of reservoir impounding and rapid drawdown

Stability of an ancient landslide in a reservoir area is analyzed by using centrifugal model tests, soil laboratory tests and numerical analysis. Special attention is paid to variation in water level, simulation of large-scale heterogeneous prototype slope, and strength reduction of sliding zone soils after slope sliding. The results of centrifugal model test show that reservoir impounding can reduce sliding resistance at the slope toe, followed by toe collapsing and front cracking of slope. Rapid drawdown can produce hydrodynamic pressure towards reservoir at the front of slope. Deformation is observed in the middle and upper slope, which reduces the slope stability further and forms the pull-typed landslide trend. Reinforcement of slope toe is effective for preventing the progressive failure. The results of laboratory test show that slope toe sliding will lead to the redistribution of soil density and moisture content, which will reduce the shear strength of soil in sliding zone, and the cohesion of immersed soil is reduced gradually and finally vanishes with time. The numerical results show that the strength reduction method used in finite element method (FEM) is very effective in capturing the progressive failure induced by reservoir water level fluctuations, and the evolution of failure surface derived from numerical simulation is very similar to that observed in centrifugal model test.     

抗滑桩加固边坡变形破坏特性离心模型试验研究

抗滑桩加固边坡的增强作用与抗滑桩设置位置、桩头条件等密切相关,通过离心模型试验对不同桩位与桩头条件下采用抗滑桩加固边坡的变形破坏特性进行研究。试验表明,设在边坡中部的抗滑桩在边坡破坏前桩头水平位移最大,而在相同的破坏载荷作用下,设在中部的抗滑桩比设在上、下部以及桩头固定比桩头自由时边坡破坏后的位移矢量要小,这表明抗滑桩设边坡中部以及桩头固定对边坡土体的遮挡效果及边坡安全系数的提高最好。     

Stability analysis of bank slope under conditions of reservoir impounding and rapid drawdown

Stability of an ancient landslide in a reservoir area is analyzed by using centrifugal model tests, soil laboratory tests and numerical analysis. Special attention is paid to variation in water level, simulation of large-scale heterogeneous prototype slope, and strength reduction of sliding zone soils after slope sliding. The results of centrifugal model test show that reservoir impounding can reduce sliding resistance at the slope toe, followed by toe collapsing and front cracking of slope. Rapid drawdown can produce hydrodynamic pressure towards reservoir at the front of slope. Deformation is observed in the middle and upper slope, which reduces the slope stability further and forms the pull-typed landslide trend. Reinforcement of slope toe is effective for preventing the progressive failure. The results of laboratory test show that slope toe sliding will lead to the redistribution of soil density and moisture content, which will reduce the shear strength of soil in sliding zone, and the cohesion of immersed soil is reduced gradually and finally vanishes with time. The numerical results show that the strength reduction method used in finite element method (FEM) is very effective in capturing the progressive failure induced by reservoir water level fluctuations, and the evolution of failure surface derived from numerical simulation is very similar to that observed in centrifugal model test.     

水位下降条件下土坡破坏的离心模型试验研究

水位下降引起土坡破坏的规律机理对于发展稳定性分析方法具有重要意义。研制了离心模型试验中超重力场水位升降模拟设备,进行水位下降条件下黏性土坡变形破坏的离心模型试验。根据试验位移测量结果,基于变形与破坏过程集成分析的思路探讨了土坡破坏机理。水位下降导致土坡发生由坡顶向坡脚的渐进性的错动破坏。水位下降条件下土坡的变形和破坏过程是耦合的。变形局部化发展是导致滑裂面出现的根本原因。滑裂面出现后滑动体内部仍发生显著的变形,并与滑裂面上的错动变形相耦合。     

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。     

开挖对边坡变形影响的离心模型试验研究

边坡开挖是工程中经常遇到的问题。采用清华大学土工离心机以及新开发的开挖模拟设备进行了土坡开挖的离心模型试验,测量了开挖过程中边坡位移场的变化。基于位移测量结果提出了一种确定开挖影响范围的方法,分析了开挖后边坡的变形响应。结果表明：开挖后坡体内部根据竖向应变性质的不同可分为开挖松动区、开挖压缩区和无影响区3个区域,不同区域土体的变形特性有所差别。开挖后边坡内部的潜在滑裂面在变形破坏过程中是变化的,从坡体内部向坡面方向移动。开挖条件下边坡表现出明显的渐进破坏过程。     

Centrifuge Model Tests on a Cohesive Soil Slope Under Excavation Conditions

Problems induced by slope excavations are quite common. An in-flight excavation device was realized to simulate the live excavation of slopes at high g levels during centrifuge model tests. A series of centrifuge model tests was conducted to simulate the excavation of a slope at different inclinations and heights, and the effect of the excavation size was taken into consideration. The displacement histories of points over the slope were measured by an image capture and displacement measurement system. Measurement results showed that the excavation-induced deformation process could be divided into several phases with different displacement distribution features. The excavation was found to only affect a restricted zone of the slope whose boundary could be outlined by an A-surface. A strain analysis was conducted to determine the excavation-induced strain localization area of the slope. The degree of strain localization increased as the excavation time increased, but the width of the strain localization area was nearly invariable. Shear failure first occurred near the excavation surface and then extended upwardly to the slope surface under excavation conditions, while tension failure played a dominant role in the upper part of the slip surface. The strain localization area moved towards the slope surface with an increasing slope inclination. The lower part of the final slip surface was located in the strain localization area.