层状反倾边坡弯曲倾倒破坏计算方法探讨

弯曲倾倒破坏是层状反倾边坡一种主要破坏模式,极限平衡分析方法是弯曲倾倒破坏研究中最为常用的方法。首先,在Aydan悬臂梁极限平衡分析模型的基础上,建立考虑岩层上部形状改变、破坏台阶高度和坡脚三角形岩层等影响的弯曲倾倒极限平衡方程;其次,根据岩层的稳定性状态和破坏形式,将基准面以上岩体分为稳定区、倾倒区和滑移区3个部分,并给出分区边界的计算方法;再次,基于极限平衡,提出层状反倾边坡弯曲倾倒破坏基准面的计算方法并编写相应的MATLAB计算程序;最后,通过2个工程实例验证本文所提方法,并进行参数分析。研究表明,破坏基准面与层面法向夹角随切坡角度近线性增大;随岩层厚度的增加而减小;随着切坡角度的增加,边坡破坏模式逐渐由倾倒–滑移破坏转变为倾倒破坏;自然坡度越陡,破坏区的范围越大。     

软硬互层状反倾岩质边坡倾倒变形离心模型试验研究

针对软硬互层状反倾岩质边坡倾倒变形演化模式尚不明确的问题,基于相似原理以及地质资料,以水泥、石膏等作为相似材料建立3组边坡物理模型:一组为单一硬岩层状反倾岩质边坡,另外2组为不同层厚比的软硬互层状反倾岩质边坡。通过离心模型试验,运用图像量测技术,探究软硬互层状反倾岩质边坡与单一硬岩层状反倾岩质边坡倾倒变形破坏模式的差异性,分析不同软硬岩层厚比中软岩对于边坡整体倾倒变形程度以及边坡极限承载力的影响。研究表明:(1)软硬互层状反倾岩质边坡倾倒变形模式与单一硬岩层状反倾岩质边坡倾倒变形模式存在差异。前者在倾倒变形过程中产生两级破裂面:主破裂面与次级破裂面,次级破裂面首先贯通,其上浅层岩体失稳,进而深部不连续弯折带相互贯通,主破裂面形成,边坡整体失稳,向下垮落。(2)倾倒变形过程中主破裂面以下岩体几乎未发生倾倒,可将该面定义为倾倒–未倾倒岩体的分界线;次级破裂面发育深度与主破裂面相比更浅,但是其上浅层岩体倾倒变形程度更大,且更易发生失稳破坏,该面为边坡倾倒变形的最危险破裂面。(3)由于软岩强度较弱的影响,软硬互层状反倾岩质边坡其破裂面形态呈弧线形,与单一硬岩层状反倾岩质边坡不同。(4)软岩的存在对于边坡的极限承载力与倾倒变形程度也有影响,且软硬岩层厚比不同,影响不同。相比于单一硬岩层状反倾岩质边坡,软硬岩层厚比为1∶1的软硬互层状反倾岩质边坡,其极限承载力提高,倾倒变形程度减小;而软硬岩层厚比为2∶1的软硬互层状反倾岩质边坡,其极限承载力降低,倾倒变形程度增大。     

反倾岩质边坡破坏机理模型试验研究

通过室内物理力学模型试验研究发现,对于反倾边坡,其主要的变形破坏形式为倾倒变形折断破坏,破坏首先发生在坡顶;通过试验研究反倾岩层的层面剪切强度(c,?值)、岩层厚度及岩层倾角对反倾边坡变形的影响发现,反倾岩层的层面强度(c,?值)和岩层厚度是影响边坡稳定性的重要因素,而岩层倾角对反倾边坡的变形影响不大。对试验结果进行分析,显示此类边坡的变形破坏过程具有明显的“叠合悬臂梁”的特征,并得出反倾岩质边坡的抗倾覆能力随着反倾岩层的层面强度(c,?值)、岩层厚度及岩层倾角的增大而增大的结论,与工程实际比较吻合。     

反倾岩质边坡块状–弯曲复合倾倒破坏分析方法研究

由于岩石的脆性和节理的不规则性，块状–弯曲复合倾倒破坏是反倾岩质边坡最常见的倾倒失稳类型。首先通过离心模型试验揭示块状–弯曲复合倾倒的破坏机制，建立块状–弯曲复合倾倒破坏的力学模型，其次基于极限平衡理论，分别推导出了完整岩层和块状岩层稳定性的力学解析公式，并提出一种块状–弯曲复合倾倒破坏的破坏面搜索算法，最后，通过Matlab编程实现稳定性分析过程。研究结果表明：发生块状–弯曲复合倾倒破坏的边坡可以划分为倾倒区、裂缝区、变形区及无影响区，块状–弯曲复合倾倒破坏的破坏面呈台阶状，且破坏面的台阶高度等于块状岩层内块体高度的倍数；理论分析方法的计算结果与离心试验结果相互吻合；采用理论计算方法进行了影响因素分析，发现缓倾节理倾角及边坡坡角对倾倒Ⅰ区的破坏面范围影响较大，岩层厚度、抗拉强度及缓倾节理倾角对临界失稳高度影响较大。研究成果可为该类边坡的灾害防控提供理论支撑。     

缓倾角层状岩质边坡小危岩体失稳破坏模式与稳定性评价

缓倾角层状岩质边坡是小危岩体出露的主要坡型之一。影响小危岩体失稳破坏的主要因素为边坡地形条件、地层岩性和岩体结构，诱发因素有暴雨、地震和人工开挖等。小危岩体失稳破坏的基本模式可概化为倾倒-崩落、拉裂-崩落和滑落-落3种。当缓倾内层状岩质边坡的岩层较厚，岩性呈软硬互层状产出，或岩层间软弱夹层较厚时，常发生倾倒-崩落式破坏；当缓倾内层状岩质边坡的岩层较薄，且岩性较均一，或层间结构面力学性质较好时，常发生拉裂-崩落式破坏；当缓倾角层状岩质边坡岩层倾向坡外时，在陡倾构造节理和风化卸荷裂隙切割下，常发生滑移-崩落式破坏。针对这3种破坏模式，提出相应的稳定性评价理论和方法。最后，以一修理厂陡崖边坡为例，系统阐述缓倾角层状岩质边坡小危岩体稳定性评价理论和方法。     

岩质反倾边坡弯曲倾倒破坏分析方法研究

 弯曲倾倒破坏是岩质反倾边坡的一种主要失稳破坏模式,目前,岩质反倾边坡弯曲倾倒破坏稳定性分析中存在很多悬而未决的问题。通过对模型试验结果的分析,阐明岩质反倾边坡弯曲倾倒的破坏过程和破坏机制,基于极限平衡理论,建立岩质反倾边坡弯曲倾倒破坏的力学模型和稳定性分析方法,利用所建立的分析方法,以MATLAB为平台编写岩质边坡弯曲倾倒稳定性分析程序,通过2个工程实例边坡对所提力学模型和分析方法进行验证,并进行参数分析,得出的结论和规律更符合工程实际,对该类边坡的设计施工具有指导意义。     

媒体重头文章概览

正《岩土力学》02/2019坡顶荷载作用下岩质边坡弯曲倾倒破坏分析车辆、坡顶堆载等造成的坡顶荷载是影响边坡稳定性的一个重要因素。基于叠合悬臂梁模型和极限平衡理论,建立了坡顶荷载作用下岩质反倾边坡的力学分析模型,推导了坡顶荷载作用下边坡的剩余倾倒力和剩余滑移力计算公式,给出了岩层破坏模式判别条件,并通过大型数学分析软件Matlab将分析方法程序化。通过与离散     

贵州岩溶地区层状岩质公路边坡类型划分

在简单介绍岩质边坡的破坏模式的基础上,根据岩层倾角、边坡坡角以及岩层走向与边坡走向（即边坡开挖方向）之间的相对关系,将层状岩质公路边坡划分为水平层状岩质边坡、缓倾层状岩质边坡、中倾层状岩质边坡、陡倾层状岩质边坡、切向坡、垂向坡、反倾坡7种类型。     

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...     

反倾岩质边坡次生倾倒机理及稳定性分析

倾倒破坏是反倾边坡的一种常见破坏模式,其中次生倾倒是反倾岩质边坡倾倒破坏的主要诱因。建立了反倾岩层在坡后土体作用下次生倾倒破坏的地质力学模型,基于室内物理模拟试验,分析了反倾岩层上覆土压力分布规律、岩层的破坏模式和整体破坏面的形状与位置。根据库仑主动土压力理论得到下卧岩层表面各点法向压力的理论值与实测值基本相符,土体中存在土拱效应导致两者存在差异,随着上覆土体厚度及堆载作用的加大,土拱效应越明显。各岩层可能的破坏模式包括弯拉破坏、弯滑破坏和滑动破坏。下卧反倾岩层的整体破坏面是一通过坡脚的近似平面,整体破坏面与岩层层面法线方向呈0°～25°的夹角。基于叠合悬臂梁模型,引入岩层横截面上节理面的黏聚力和岩石抗拉强度随岩层嵌入深度的折减系数,改进了反倾岩层的极限平衡分析方法,推导了坡体任意岩层下推力的理论公式,定义了任意岩层变形破坏的安全系数和边坡整体倾倒破坏的综合安全系数。提出了下卧反倾岩层潜在整体破坏面的理论计算方法,并确定了影响潜在整体破坏面位置的敏感因素。     

反倾层状岩质边坡破坏机制研究——以锦屏一级水电站左岸边坡为例

顺层边坡稳定性研究已有大量成果,现今的分析方法、分析模型也都是针对此类边坡的,而反向边坡其典型的结构特征为岩层层面与边坡面走向一致但倾向相反,如果同时存在一组或多组顺坡向的节理将岩层切割成离散的块体,则容易发生与以往不同的倾倒破坏。对于这种反倾层状岩质边坡的破坏模式与机理,系统的研究成果尚未见报道。因此,本文应用从奥地利引进的大型岩土工程数值仿真分析系统FINAL为平台,建立几种代表性典型岩质边坡模型,通过特殊离散化有限元模型与数值试验,考虑不同岩层倾角、不同层面裂隙间距及不同软弱夹层与坡角影响,研究这类边坡的倾倒破坏模式与破坏机理,以便直接为工程设计提供依据。     

施工过程中反倾层状岩土互层高边坡破坏机理及数值模拟反演分析

四川藏区比较常见的反倾层状岩土互层高边坡是一种比较特殊的地质体,该类边坡施工时极易发生失稳破坏,对下方公路、桥梁造成极大的威胁,为了分析这种边坡的破坏机理,以减少施工时失稳的可能性,本文用数值模拟的方法采用离散元软件UDEC建立该类高边坡数值分析模型,分析现场施工时边坡的破坏方式及影响其稳定性的因素,结果发现此类边坡在施工过程中位移变化比较明显;通过分析得出:该类岩土互层反倾高边坡破坏主要为岩层断裂,上部岩体绕一点倾倒所致;该特殊边坡与一般岩质边坡本质上的区别主要表现为位移、变形、施工过程稳定性的差别;土层厚度增大,位移也随之增大。     

基于统计损伤模型的顺倾层状岩质边坡失稳分析

溃屈破坏是顺倾层状岩质边坡的主要失稳破坏形式之一,类似于经典的欧拉压杆失稳理论,但又有着明显的差异。本文在对二者异同的力学本质进行阐述的基础上,首先基于前人研究成果,把自重荷载作用下直立岩层不致发生溃屈失稳破坏的临界高度计算公式推广到一般的顺倾层状岩质边坡。结果表明,由本文提出的计算方法得到的顺倾层状岩质边坡不致发生溃屈失稳破坏的临界高度仅约为其他研究者相应计算结果的75%。同时,基于岩石力学行为服从统计损伤模型的假设,提出了相应的顺倾层状岩质边坡失稳计算模型,作为对上述计算方法的改进和完善。通过研究计算参数m、ε0的变化对计算结果的影响发现,二者对计算结果有较大影响,这说明在类似问题中考虑岩石的损伤演化特性是十分必要的。     

基于GDEM的坡脚劣化条件下三峡库区砂岩反倾岩质边坡的破坏机制研究

三峡库区反倾岩质边坡的坡脚岩体在水-岩作用下,物理力学性质易发生劣化,威胁边坡稳定。准确认识坡脚岩体劣化条件下反倾岩质边坡的破坏机制尤为重要。以三峡库区砂岩反倾岩质边坡为研究对象,利用GDEM数值软件建立了不同坡角、岩层倾角、层厚的边坡模型。对于坡脚劣化前后均未发生倾倒变形的边坡,分析了坡脚劣化前后边坡最大主应力的变化;对于坡脚劣化前稳定、坡脚劣化后发生倾倒变形的边坡,概述了反倾边坡在坡脚劣化条件下的变形演化过程,明确其对坡脚劣化的响应特征。另外,分析了坡角、倾角、层厚对边坡变形的影响,探明了砂岩反倾边坡破裂面的形态、位置特征,砂岩边坡主破裂面与层面夹角呈20～26°,以坡脚劣化岩体与上部变形岩体为界,破裂面自分界点向上成近直线形。砂岩反倾边坡中主要呈剥落-倾倒-折断式的破坏模式。     

反倾层状岩体边坡稳定性的数值分析

 反倾层状岩体边坡的破坏和普通的滑坡不同,其破坏过程和破坏机制尚未十分清晰。弯曲倾倒是其中的一种特殊破坏形式,这种形式的边坡破坏和地质构造有很大的关系,用通常的连续介质理论不能很好地模拟和解析。根据不连续体理论,利用离散元软件UDEC,模拟弯曲倾倒破坏行为,讨论影响边坡稳定性的各种因素,为实际的边坡施工提供参考数据。通过模拟现场的边坡滑移过程,确定合适的分析参数。在此基础上,改变不同的边坡高度、倾角以及岩层的倾角和厚度,总结影响边坡稳定性的几个重要因素的相互关系。模拟结果表明,除了岩层间的力学参数以外,岩体边坡的稳定性还受岩层的厚度、倾角/走向以及人工边坡倾角的影响。这几个因素相互影响,相互制约边坡的稳定性。人工边坡的设计及施工应该对这几个因素综合考虑。     

反倾岩质边坡变形破坏的节理有限元模拟计算

岩质边坡的倾倒破坏是地质环境中广泛存在的现象,通过模拟手段对边坡的响应规律进行科学准确预测显得尤为重要。采用基于强度折减法的节理有限元法(JFEM-SSR)对反倾层状边坡的变形破坏机制进行研究,该方法可同时考虑岩块和节理属性,并能充分体现岩层或岩块接触作用的非线性关系,在获得边坡应力、位移及塑性区的同时可以到边坡的稳定系数。首先,采用JFEM对R. E. Goodman和J. W. Bray提供的一个倾倒破坏的算例进行了模拟计算,证实该法应用于节理岩石边坡稳定性分析的合理性;然后,基于该方法,采用节理网络模型建立广乐高速公路一桥墩承台开挖边坡的地质模型,对其变形破坏机制及稳定性影响因素进行研究,重点探讨地下水渗流作用、地震作用、岩层倾角、岩面厚度对边坡变形破坏的影响,以便为工程决策提供依据。     

层状反倾岩质边坡影响因素及反倾条件分析

借助广西龙滩水电站左岸边坡工程地质剖面模型以及岩体参数对反倾岩质边坡的影响因素进行了多工况分析,提出了边坡反倾优势角的范围。并通过不同模型对应同一点的位移矢量角对层状反倾岩质边坡的反倾条件进行了界定分析。通过与工程实例总结资料对比,其可用性强,并为反倾岩质边坡的快速破坏模式分析提供了科学依据。     

反倾岩质边坡多级破坏边界折断深度计算模型

目前对边坡多级破坏折断深度及演化过程的研究相对较少，针对这类问题，在已有破坏边界模型的基础上采用悬臂梁极限平衡理论，对边坡多级破坏边界折断深度进行理论推导，建立多级破坏边界折断深度的计算模型，并通过大型离心模拟试验及工程实例对模型的可靠性和适用性进行验证。结果表明：离心模拟试验展现的多级破坏边界演化过程与提出的岩质边坡破坏边界一致，经计算二级破坏边界的折断深度为215.35 mm，三级破坏边界的折断深度为87.39 mm，模型计算结果与离心机试验结果相吻合，验证了所建立模型的可靠性；利用计算模型对云南省澜沧江左岸一处反倾岩质边坡多级折断深度进行计算，其二级破坏边界折断深度为8.06 m，三级破坏边界折断深度为2.34 m，经现场测量其二级、三级破坏边界折断深度分别为6～10 m和0.5～2 m，计算结果与边坡实际相符。研究成果对反倾层状岩质边坡稳定性及破坏机制的分析具有理论指导意义。     

反倾层状岩质边坡深层倾倒变形关键致灾因子及成灾模式的离心试验研究

以古水水电站坝前倾倒变形体为研究对象,基于地质认识及相似理论建立边坡物理模型,采用预制模块、分级开挖的方式模拟河谷下切作用。通过5阶段离心模型试验,揭示在重力作用下反倾层状岩质边坡深层倾倒变形关键致灾因子及成灾模式。研究结果表明:(1)反倾层状岩质斜坡深层倾倒变形的发生、发展至破坏要经历漫长的地质历史时间,其能量和变形的积累是一个较长的过程,而变形的加剧与外界条件(如开挖、地震等)的变化密切相关。(2)岩性条件(相对软弱的岩体)、结构条件(合适的层厚与倾角)与外界条件(河谷下切或者坡脚开挖)等是发生深层倾倒变形的关键因子,而临空条件是深层倾倒变形破坏的关键致灾因子。(3)深层倾倒变形在经历多次河谷下切(多级开挖)作用后内部可能会形成多处深度不一的弯折带,且弯折带由坡脚至下而上渐进贯通,最终成为边坡破坏边界,弯折带的发展和贯通可能造成边坡发生沿弯折带的整体剪切破坏。     

倾倒稳定性分析及稳定性计算中的一些问题探讨

倾倒破坏是岩质边坡的主要失稳模式之一，主要发育在陡立或陡倾内层状岩体的陡边坡中。在我国西南地区此种破坏模式十分普遍。至今尚无对边坡倾倒破坏进行数值分析的成熟方法，极限平衡分析方法仍然是目前最为常用的一种方法。文章对青川1#变形体的潜在破坏模式及其成因机制进行了分析，并选用中国水利水电科学研究院改进后的Goodman—Bray法针对其发生倾倒破坏模式的稳定性作定量计算，且进一步将计算中出现的一些问题联系实际进行探讨。