岩质边坡稳定坡角影响因素及其确定方法

目前研究岩质高边坡稳定性的方法很多,但研究边坡开挖后稳定性及边坡坡角与结构面倾角的关系却较少,且多运用数值分析方法确定岩质高边坡的稳定性,很少用解析解的方法。基于块体的极限平衡理论,岩质高边坡发生整体破坏,其滑移面为顺层直面,推导出岩质高边坡受结构面控制的最小安全系数解析解。分析解析表达式中各个参数对确定影响边坡稳定性的敏感性因素,表明受结构面影响的岩质高边坡安全系数与岩体的黏聚力、内摩擦角成线性正比关系,与岩体重度、边坡高度和边坡坡角成反比,随着结构面倾角的增加而呈先减后增的趋势,据此得出在既定的安全系数下岩质高边坡稳定坡角的解析解,分析得出受结构面控制的岩质边坡稳定坡角与黏聚力、内摩擦角、边坡坡高和安全系数等的关系曲线。通过对已有工程实例的计算分析,比较理论公式和数值模拟计算结果的差异,证明理论公式可以应用于实际工程之中。     

碎裂松动岩体高边坡稳定分析及防治

高陡峡谷地区，碎裂松动岩石的存在对边坡稳定性起到重要影响。针对碎裂松动岩体的定量化指标获取尚无成熟方法、碎裂松动岩体稳定分析困难、防护效果不佳等问题提出一套碎裂松动岩体高边坡稳定分析及防治的解决方案。对碎裂松动岩体特性进行研究，分析其存在的破坏模式；根据碎裂松动岩体的分布范围及主滑动方向进行计算剖分，基于有限元应力的虚功率法对碎裂松动岩体边坡稳定进行分析；最后基于边坡稳定分析结果对碎裂松动岩体边坡不稳定位置采用削坡开挖、喷锚支护、柔性防护网防护以及坡面截排水相结合的处理措施进行防护。     

二折线数值模型在岩质边坡稳定性分析中的应用

影响边坡稳定性的因素错综复杂,正确认识影响边坡稳定性的不利因素,一直是边坡稳定性分析的重点。基于边坡临界破坏状态判别方法及强度折减法和排中律思想,自编快速搜索边坡安全系数的计算程序,建立二折线边坡数值模型,分析了边坡几何形态及结构面物理力学参数对边坡稳定性的敏感性,并应用于某边坡稳定性分析中。研究结果表明:岩体内结构面的内摩擦角、凝聚力、边坡高度、坡角均对二折线边坡稳定性有着不同程度的影响,且即使同一边坡工程,在不同的施工阶段,影响因素也会不同。     

基于ANSYS的边坡稳定性关键参数分析

基于ANSYS有限元分析,采用不同边坡综合安全系数进行数值模拟分析,即假定黏聚力和内摩擦角按不同折减系数进行强度折减,依据算例结果探讨黏聚力和内摩擦角对边坡安全系数计算的影响规律,结果表明:①黏聚力c与内摩擦角φ的折减系数之间不存在惟一确定的函数关系,且黏聚力的变化对岩质边坡的影响较小,内摩擦角φ对岩质边坡的稳定性影响较大;②通过假定黏聚力c和内摩擦角φ按某一比例进行强度折减的处理方法可以为提高边坡支护设计效率;内摩擦角φ值对边坡稳定性分析有较大影响,准确测量φ值对边坡稳定性设计与节约成本具有重要意义。结果可为实际工程的支护设计提供参考。     

某水电站坝肩边坡碎裂松动岩体发育特征及开挖变形响应分析

以澜沧江某水电站左坝肩边坡为研究对象,通过野外调查发现,坡体广泛发育一类同时具有碎裂结构和显著松动变形的特殊岩体,由此提出了碎裂松动岩体的概念。对其发育特征进行研究后发现,碎裂松动岩体不仅具有从坡表往里依次呈现出散体-碎裂-块裂的结构特征,而且其发育深度与极强卸荷带也具有较好的对应关系。鉴于此,提出了其划分标准:将具有散体-碎裂-块裂结构的岩体深度作为其结构上的发育深度,而极强卸荷带发育深度则作为其卸荷上的发育深度,取二者的平均值作为最终的发育深度。为了验证利用该标准划分的结果能够指导边坡开挖,采用UDEC进行模拟,结果表明:边坡开挖后,整体变形小、稳定性较好,仅局部开挖面附近出现小规模的危岩体。建议沿划分的碎裂松动岩体发育深度对该边坡进行开挖,2 880 m高程上、下开挖坡比分别为1∶1.5和1∶1。通过碎裂松动岩体的划分,能够为此类特殊的边坡岩体合理的开挖深度的确定提供参考。     

某水电工程坝肩边坡碎裂岩体强度参数反演研究

针对藏区某水电工程边坡存在大范围多区域碎裂岩体的特点,为求得岩体强度参数,对其逐一进行反分析。在分析其中某一区域的碎裂岩体时,先假设其他碎裂岩体强度较高,进行滑带搜索计算,直到滑带发生转移且安全系数满足实际要求,最后得出满足一定条件下的凝聚力与内摩擦角的线性关系。利用此线性关系,并结合工程实际,最终确定了较为合理的参数组合以供工程设计使用。     

土体强度参数对边坡隧道影响数值模拟分析

为研究土体强度参数对边坡隧道的影响,采用数值模拟软件ABAQUS,建立了二维平面应变模型,对比分析不同土体粘聚力和内摩擦角对边坡隧道的影响。结果表明:粘聚力和内摩擦角取值较小时,开挖会使边坡产生较大位移;当二者增大一定程度后,边坡坡面最大位移变化量缩小,变化幅度在合理范围内;若继续增大,计算结果无显著变化,对边坡隧道不产生较大扰动。可见,土体强度参数是影响边坡隧道可靠性的主要因素。更多还原     

基于FLAC的极限状态黄土高边坡强度参数反演

评价边坡稳定性关键问题是确定滑动面和可靠的抗剪强度参数。基于数值模拟技术,提出一种新的方法,可在无需事先假定滑动面的情况下得到可靠的强度参数。通过对兰州地区30个极限状态黄土边坡的坡高和坡宽参数进行统计,发现二者呈线性关系,且拟合度较高。根据所得到的回归方程,采用FLAC建立边坡模型,利用强度折减法对兰州地区边坡进行强度参数反演,将4个邻近高度边坡得到的参数反演曲线绘于同一坐标系中,得到该坡段综合强度参数值。反演结果表明:随着坡高的增加,黄土内摩擦角逐渐减小,黏聚力增大。根据计算结果,绘制60～120 m边坡高度下强度参数综合反演曲线,可直接进行黄土高边坡稳定性评价,提高了工作效率,也为高边坡几何形态的设计提供可靠的数据支持。     

大奔流沟料场高边坡支护设计研究与实践

锦屏一级水电站大奔流沟料场岩质边坡设计最大高度达458 m,综合坡比1∶0.56。根据现场实际地质条件,确定边坡开挖支护设计的主要原则是：沿层面开挖剥离,开挖不切脚;采用喷锚支护对表层岩体结构面的不利组合和岩体局部变形进行支护;采用锚索重点对坡顶、坡腰和坡脚进行深层加固;对岩体完整性不好的坡面采用框格梁连接锚头混凝土进行支护;采用排水孔和坡面排水系统相结合的方式进行排水。边坡于2009年3月开挖施工,至2013年6月底,已开挖形成的边坡最大高度约413.5 m,监测成果表明,边坡整体稳定。     

上覆土层节理岩质边坡稳定性数值分析

采用Mohr-Coulomb和Ubiquitous-Joint本构模型,运用强度折减法,研究节理面倾向与倾角、土层与岩层的厚度比例对上覆土层节理岩质边坡稳定性的影响。结果表明: 节理面顺倾角度大小与岩体中岩石的内摩擦角接近时,坡体稳定性较差,破坏区域较大;节理面反倾角度与坡体潜在破坏裂隙近似正交时,坡体稳定性较好; 随着坡角的增大,节理面倾角变化对坡体稳定性的影响逐渐减弱;当节理面倾角大于坡角时,边坡角度是影响坡体稳定性的主要因素; 上覆土层厚度小于4m时,安全系数随土层厚度的增加而增大,土层厚度大于4m时,安全系数随土层厚度的增加而减小;上层土体的厚度较小时,应重点对坡脚处进行支护;上层土体厚度接近或超过坡高一半时,应重点对上层土体临空侧进行支护。     

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。     

饱水-风干循环作用下砂岩力学性质劣化规律

水库在建成运营过程中,水库内水位反复升降对库岸边坡安全性产生影响。为探究饱水-风干循环作用下水库边坡岩体力学性质的劣化规律,以某水库边坡水位变幅带砂岩为试验对象,进行岩石三轴压缩试验。引入劣化率概念探究水岩作用对砂岩力学性质的影响,并借助电镜扫描技术分析了砂岩在水岩作用下的劣化机理。研究表明:水岩作用程度相同时,砂岩峰值抗压强度随围压增大而变大;相同围压条件下,随饱水-风干/循环次数增多,砂岩峰值抗压强度、黏聚力、内摩擦角变小,且三者数值与循环次数N之间的变化规律符合指数分布。当水岩作用增强时,峰值抗压强度劣化率最小值为31.35%,黏聚力、内摩擦角劣化率分别为30.61%和15.37%;水库水位升降对砂岩峰值抗压强度、黏聚力影响较内摩擦角大,三者劣化率与循环次数N之间的变化规律同样符合指数分布。在砂岩三轴压缩试验基础上,对水岩作用下岩石劣化机理进行了研究。研究成果对于受水位反复升降影响的水库边坡安全性治理具有一定参考价值。     

偏转型滑坡滑动与堆积影响因素研究

高速远程滑坡不仅具有运动机理复杂、危害大、发生突然等特点,而且滑坡在运动中经历了斜坡加速、坡脚碰撞、偏转持速效应、减速堆积的过程。通过室内滑坡模型试验,研究了岩土体类型、偏转角和下垫面对高速远程滑坡运动特征的影响。试验结果表明:滑坡体的运动距离受控于岩土体类型,随着偏转角的增大,滑坡运动距离减小,最大堆积厚度增加,同时偏转角对滑坡体有明显的颗粒筛分现象。下垫面摩擦类型对滑坡运动参数具有明显的作用,影响滑坡体最终的堆积形态。试验结果为深入研究滑坡运动速度、运动距离及堆积形态提供了重要的参考依据。     

断层力学与几何参数对岩质边坡稳定性的影响

采用FLAC^3D强度折减法并对比slide极限平衡法,分别研究断层破碎带岩土体的泊松比、抗拉强度、内聚力和内摩擦角等力学参数及断层的断距、厚度、倾角、相对临空面的距离等几何参数对岩质边坡破坏模式和稳定性的影响。结果表明:边坡的稳定性随内聚力的增大而增大,且基本不受泊松比和抗拉强度的影响,2种方法得出的内摩擦角对边坡的稳定性影响规律有所不同;断层的几何参数对边坡的破坏模式和稳定性有较大的影响,并且影响程度大于其力学参数的影响。     

基于非连续变形分析的水库岩体边坡稳定分析方法

非连续变形分析(DiscontinuousDeformationAnalysis,DDA)是基于运动学理论的块体系统分析方法,它严格遵循经典力学规则,以位移为未知函数,可在没有块体相互嵌入的加载条件下获得块体系统的大变形结果。本文基于这一方法,分析了岩体边坡的变形规律,提出了岩体边坡破坏时极限摩擦角的确定方法。利用安全系数的概念,考虑库水位骤降时的地下水渗透压力的作用,对水库边坡进行稳定分析,得到了多种水位变化条件下,岩体边坡的稳定安全系数。     

洪石岩水电站厂房后边坡稳定性分析

洪石岩水电站是牛栏江水电规划的第六级电站,其厂房边坡地质条件复杂。厂房开挖边坡的下部有一条小断层通过,断层面以上边坡岩体破碎。通过调压井及引水道的开挖,可以确定边坡潜在滑面的形式。稳定分析采用边坡工程中常用的Bishop法和不平衡推力法。滑面力学参数通过反演算法确定,即根据边坡所处的发育阶段及相应的稳定程度,用开挖后的边坡进行反算。根据现场调查所得滑面粘聚力、岩石容重及规范规定的边坡安全系数,可以反算断层结构面的内摩擦角。通过计算,其结果低于规范规定值,因此,采用该结果进行边坡加固设计是偏安全的。     

基于开挖卸荷劣化的边坡岩体质量评价体系研究

采用3类常规评价体系对卸荷岩体质量进行分析评价,并求解原态和卸荷态岩体力学参数,分析常规评价体系在评价卸荷岩体质量中存在的不足。有针对性地提出了适用于卸荷岩体的质量评价体系USMR法。该法不仅考虑了岩块条件、结构面条件和间距、地下水等RMR法包含的岩体基本性质,还考虑了坡面倾角与结构面倾角、坡面倾向与结构面倾向的关系,另外对开挖方法、卸荷损伤、边坡形态等使岩体质量劣化的因子进行了分析评价。基于USMR法所得的cm值小于常规方法,符合实际情况。所得结论对高边坡开挖工程中岩体稳定分析有一定指导意义。      

基于颗粒形状参数的火山渣桩侧摩阻特性研究

由于形状参数较一般土体差异较大,已有桩基工程中的传统经验难以适用于火山渣地层。为分析东非裂谷区火山渣地层内灌注桩桩侧摩阻,利用四根钻孔灌注桩的现场静载试验测试火山渣地层的桩侧摩阻值,并对火山渣级配、颗粒形状(棱角度和表面粗糙度)、抗剪强度等物理力学性质进行试验。通过与一般角砾土进行对比,分析二者在颗粒棱角度和表面粗糙度上的区别及其对内摩擦角和桩侧摩阻的影响。结果表明:颗粒形状影响颗粒的内摩擦角和桩侧摩阻;火山渣虽属于角砾范畴,但因其棱角度和表面粗糙度远大于一般角砾,导致该土体在稍密状态下,不仅内摩擦角(42°)与一般角砾土的中密程度上限值(36°～42°)相当,桩侧摩阻极限值(124 kPa)也不低于规范中中密角砾土(90～150 kPa)。研究成果可为火山渣地层桩基工程设计施工提供一定的参考依据。