地震作用下岩质边坡变形破坏效应研究

文中以汶川地震灾区公路沿线的裕丰岩边坡为例,采用有限元模拟软件对该高边坡进行模拟分析,研究地震作用下岩质边坡的变形破坏过程。分析了坡体关键位置位移和应力变化,通过分析得出:在边坡水平方向上随着坡深的增大应力会增大,在坡表达到最小。边坡垂直方向上应力会随着高程的增加而减小,在坡顶达到最小,坡脚处最大的发展规律。而且在边坡拐点、转折端会产生应力集中,这些地方是边坡失稳的起始位置。坡体内最大的水平和垂直位移发生在边坡的中上部和坡体表面。上述规律对于防治地震作用下边坡的变形破坏效应具有指导作用。     

强震作用下反倾层状岩质边坡变形及破坏模式研究

以反倾层状岩质边坡为研究对象,通过振动台试验,对强震作用下反倾层状岩质边坡的变形规律和破坏模式进行了研究,并通过数值分析对试验结果进行了验证。结果表明,反倾层状岩质边坡在强震作用下坡体内的位移不断增大,能量不断累积,裂隙不断发育延伸;裂隙从边坡的中下部开始发育,沿结构面不断向边坡内部和上部延伸;裂隙的产生、发育和贯通是反倾层状岩质边坡整体失稳的主要原因。反倾层状岩质边坡在强震作用下主要变形规律为,在震动初期坡体表面部分岩体松动,最终脱离坡体坠落;随着震动的持续,裂隙沿坡体内部结构面逐渐贯通,产生崩塌破坏。     

反倾层状岩质边坡倾倒变形破坏机理综述

倾倒变形破坏常见于层状岩质边坡工程,其机理研究对边坡稳定性分析具有重大意义。在国内外相关研究基础上对弯曲倾倒、块状倾倒及块状弯曲倾倒3种不同破坏模式进行了分析,就边坡几何形状、岩层强度和长细比、层面力学参数、地下水、开挖作用等因素对倾倒变形的影响进行了阐述,介绍了倾倒变形破坏机理在物理模型试验、极限平衡、数值模拟3种方法中的研究进展,指出了不同方法的适用性和优缺点,说明了研究中需要改进和深化的内容。     

隧道开挖作用下反倾层状岩质边坡变形响应分析

反倾层状岩质边坡通常较为稳定,但在开挖扰动等作用影响下容易产生较大的倾倒变形,影响工程施工与建设安全。在西南地区复杂地质条件下对此类边坡进行隧道开挖作业,易发生边坡失稳问题。为此,选取四川汶马高速某隧道进口边坡为研究对象,结合现场勘察、监测数据及数值模拟等手段对反倾层状岩质边坡在隧道开挖影响下的变形特征进行综合分析。结果表明：边坡受内部结构特征控制,隧道开挖后坡底失去支撑,各部位由下而上向临空面倾倒;倾倒体以水平位移为主,位移量值呈现中部大、四周小的态势,且受降雨量影响较大;数值模拟显示边坡在天然状态下为极限平衡状态,隧道开挖后位移由隧道洞口处向上扩展至坡顶,坡内岩体剪切破坏,在类似边坡进行隧道施工时需加强支护。     

基于断裂力学的反倾岩质边坡倾倒破坏分析

结合反倾岩质边坡常用的悬臂梁弯曲极限平衡模型,考虑非贯通横向节理的工况,建立了含一组非贯通横向节理的反倾岩质边坡力学模型。分别基于材料力学和断裂力学的破坏准则,推导了等效层间力表达式,建立了相应的稳定性分析方法,并结合工程实例对其进行了验证。最后采用单因素法进行参数分析,探讨了横向节理连通率、岩层厚度和切坡角度对边坡稳定性的影响。结果表明:边坡的稳定性随横向节理连通率和切坡角度的增加而降低,岩层厚度的增加能提高边坡稳定性;岩层厚度和横向节理连通率越大,边坡的滑动比例系数越大。     

反倾层状岩质边坡倾倒破坏的离心模型试验研究

针对反倾层状岩质边坡倾倒破坏机理认识的不足,采用平板玻璃作为相似材料,开展不同边坡坡角及岩层反倾角组合条件下的多组离心模型试验;结合图像量测技术,综合分析坡体在离心加载条件下变形倾倒特征,提出反倾层状岩质边坡典型倾倒破坏模式和倾倒破裂面位置的确定方法。研究表明:坡体倾倒变形主要发生在破裂面以上,坡趾岩层起到抗倾倒作用,变形过程分为位移量稳定增长和位移量加速增长两个阶段;坡体倾倒破坏模式经历坡趾岩层断裂、近坡顶张拉裂缝产生、岩层折断渐进式延伸及裂缝贯通瞬间倾倒4个阶段;边坡坡角及岩层反倾角影响坡体破坏时的临界坡高与破裂面位置,可通过计算位移矢量方向确定破裂面位置。上述研究成果,为反倾层状岩质边坡的破坏理论发展、工程地质灾害评价及防灾减灾提供参考。     

反倾层状岩质边坡倾倒变形影响因素分析

以某水电站反倾层状岩质边坡为实例模型,基于叠合悬臂梁的破坏特点和摩尔-库仑模型,运用UDEC数值分析软件对倾倒变形的相关影响因素进行分析,结果表明:岩层倾角、水平地应力、风化程度、地下水及地震作用是边坡倾倒变形的主要影响因素,边坡坡角和岩层厚度是倾倒变形的次要影响因素;边坡坡角为70°左右、岩层倾角为65°左右是层状岩质边坡倾倒破坏的优势角,即在这两种情况下,边坡将出现较大变形。     

降雨作用下反倾岩质边坡尖点突变模型研究

针对降雨触发的滑坡,以反倾岩质边坡为例,在岩层受力分析的基础上,提出了一个简单的力学模型,并运用突变理论分析该类边坡弯曲倾倒破坏的力学机制。结论表明:反倾岩质边坡弯曲倾倒破坏过程是其内外因素共同作用的结果,其中内部因素起主导的定性作用,外部因素起触发作用。     

地震作用下含软弱夹层的顺倾岩质边坡加速度放大效应探究

基于ＦＬＡＣ３Ｄ数值软件，建立含软弱夹层的顺倾岩质边坡模型，合理考虑地震波输入方式、模型边界条件、网格尺寸和力学阻尼，探究地震作用下含软弱夹层的顺倾岩质边坡加速度放大效应和软弱夹层区域加速度放大系数的变化规律，探究和分析软弱夹层的负效应。研究结果表明:在软弱夹层区域，加速度放大系数增加的速度更快；软弱夹层厚度越厚，软弱夹层位置越低，放大效应越明显；当软弱夹层倾角相差不大时，软弱夹层位置变化不大，此时软弱夹层倾角变化对加速度放大效应的影响较软弱夹层位置变化更为显著，即软弱夹层倾角越大，放大效应越明显；当软弱夹层倾角相差较大时，软弱夹层位置变化也较大，此时软弱夹层位置变化的影响更为显著，即软弱夹层位置越低，放大效应越明显。     

地震荷载作用下含节理岩质边坡的破坏机理

以汶川地震为背景,采用UDEC数值模拟,以什邡八角镇实测的"5.12"汶川地震波作为原始波形,对地震荷载作用下,含一条节理面岩质边坡滑移、拉裂破坏的过程进行了研究。结果表明:岩石边坡破坏模式为块体沿节理面的滑移破坏,并伴随着上方岩体拉裂破坏;节理刚度主要影响边坡前期相对位移大小及塑性区的产生,其后期拉裂区的扩展模式基本是一致的;节理面倾角较小时,边坡岩体仅在节理与坡顶、坡面交叉区域产生小范围的拉裂破坏,随着倾角的增大,边坡的相对位移及拉裂塑性区都显著增大。     

优势裂隙倾角对反倾岩质边坡变形影响分析

通过底摩擦实验试验在前人的基础上进一步研究优势裂隙组的倾角变化对反倾岩质边坡变形破坏影响。将反倾岩质边坡变形破坏区域分为剪切滑移区、倾倒破坏区以及倾倒变形影响区。实验试验结果及理论分析表明:①裂隙的存在使得岩体呈现非均质各向异性的特性且裂隙的倾角不同对岩体强度的折减也是不同的,当裂隙倾角θ满足关系式:θ∈[π-(α+50°),π-(α+40°)](α为岩层倾角)时,对反倾岩质边坡的整体强度折减达到最大;②当裂隙倾角θ对反倾岩质边坡的岩体强度折减达到最大时,剪切滑移区在反倾岩质边坡的破坏区域中的占比达到最大,与之呈正相关;③反倾岩质边坡发生最终破坏需要的时间主要与前缘以剪切破坏为主导的剪切滑移区的占比有关,剪切越多区的占比越大,边坡发生破坏所需时间越多,反之边坡破坏所需时间越少。     

反倾层状岩质边坡倾倒变形时空演化特征研究

为研究反倾层状岩质边坡倾倒变形时空演化特征,以硝洞槽岸坡为研究实例,首先在工程地质资料调查分析基础上对岸坡进行倾倒变形空间分区分析,然后基于地表位移监测资料分析岸坡不同区域倾倒变形随时域变化特征,最后对地表离散位移监测点采用距离反权重插值法得出岸坡倾倒变形位移演化云图,综合分析岸坡倾倒变形时空演化特征。研究结果表明:(1)岸坡前部以水平变形为主,后部以垂直变形为主,岸坡整体变形受控于前部水平变形;(2)岸坡中部条带区域变形控制着岸坡整体变形演化过程,岸坡整体变形滞后于岸坡中部变形,中部条带状变形区位移的增加会诱发后期岸坡整体位移的增加,推断该带状区为倾倒变形锁骨段。     

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。     

反倾等厚层状岩质边坡倾倒破坏折断深度计算

倾倒破坏是反倾层状岩质边坡一种主要的变形破坏模式。基于悬臂梁极限平衡理论研究反倾层状岩质边坡变形破坏是一种既注重变形过程又注重力学分析的可行方法。以地质分析为基础,基于梁板上、下层面间的正应力为三角形分布的假设,根据悬臂梁极限平衡分析模型,通过物理力学解析,开展反倾等厚层状岩质边坡倾倒破坏折断深度的研究,并推导出其计算公式。通过对一个工程实例的计算,得出其折断深度与实际现场调查的倾倒变形发育相近,并采用离散单元法(DEM)数值模拟手段进行了分析验证。实例计算表明,推导的公式能较准确地计算反倾等厚层状岩质边坡倾倒破坏折断深度。研究成果对反倾层状岩质边坡稳定性评价与防治具有一定的理论指导意义和应用价值。     

水力作用下缓倾顺层岩质边坡滑移破坏机制分析

顺层岩质边坡的稳定性主要取决于滑动面的物理力学性质和地下水对边坡岩体的水压力。通过对缓倾顺层岩质边坡中的地下水力作用进行分析,在建立出流缝未被堵塞和出流缝被堵塞2种情况下的边坡水力学分析模型的基础上,推导出了边坡稳定系数和张裂隙临界充水高度的表达式,从而建立了边坡滑移破坏判据,认为当张裂隙充水高度或临界降雨强度达到临界值后,边坡在水力作用下将发生滑移破坏。选取实际边坡进行计算和分析,验证了公式的合理性,结果表明顺层边坡滑移破坏的实现取决于外界水力作用的触发,边坡稳定性系数的降低主要与张裂缝中的静水压力和滑动面上的静水压力有关,而动水压力的影响很小。其成果对设计和施工有重要的指导意义。     

地震作用下岩质边坡动力响应分析

结合大岗山水电站坝址区右岸岩质边坡工程实例,建立边坡三维动力分析模型,并选取典型剖面进行地震动力响应特征分析。分析结果表明,边坡动位移、动速度、动加速度随高程增大而增大,越靠近坡面量值越大,最大值分别是10.55 cm、0.6 m/s和7.88 m/s2;边坡动应力范围是-1.7~18.4 MPa,基本随岸坡深度增大而增大;由于边坡材料的阻尼作用,边坡动力响应特征相对输入的地震加速度存在明显的滞后效应。     

地震作用下反倾向层状岩质边坡弯曲倾倒稳定性分析

当前关于弯曲倾倒破坏的研究鲜有涉及到地震荷载,地震荷载对反倾向边坡弯曲倾倒稳定性的影响规律尚不清楚。为了解决上述问题,提出一种分析地震作用下反倾向层状边坡弯曲倾倒稳定性的极限平衡方法,该方法认为边坡发生破坏时,坡体内部应力达到极限平衡状态,即基于边坡破坏面计算得到的坡脚岩层剩余下滑力(倾倒力)为0。基于静力等效替代思想推导了推力线高度的计算公式;通过严格的力学推导确定岩层的稳定区域、破坏区域及破坏区岩层的破坏模式,并通过逐步迭代的方式计算坡脚剩余下滑力(倾倒力)。选用皖南板岩边坡作为工程实例,计算结果表明采用本文方法得到的边坡破坏面和稳定系数是合理可信的。通过地震影响系数的敏感性分析发现,随着地震影响系数的增大,坡脚剩余下滑力(倾倒力)增大,而边坡稳定系数减小,边坡更容易发生浅层破坏,变得愈发不稳定。     

地震荷载作用下岩质边坡动力响应分析

岩质边坡的地震响应分析,与地震荷载的施加、动力边界的设定等一系列问题有关,采用动力时程法对某水电站尾水渠的岩质边坡进行动力响应分析,对地震荷载和渗流力的耦合作用下的响应情况进行深入研究。     

地震作用下岩质斜坡破坏机制研究

以地震作用下的非贯通节理岩质斜坡为研究对象,利用大型有限元软件ANSYS建立数值模型。数值模拟结果表明:地震作用下非贯通节理岩质斜坡的稳定系数受结构面的长度、密度、贯通率、展布方向等因素影响;节理面的位移放大效应和变形积累效应明显;岩桥的破坏在地震初期比较剧烈,之后在地震作用下继续发生破坏,在经过地震波波幅较大的波段后,斜坡的变形破坏才稳定下来;地震作用下,岩桥内部应力波动剧烈,拉剪共同作用导致了岩桥的最终破坏;层间节理位移和层间摩擦应力分布很不均匀,不同位置的节理的动力响应也有较大不同。     

反倾岩质库岸边坡渗流稳定性数值分析

在库水渗流作用下,水位变化会产生非稳定渗流,土体的渗透性质会影响土体中水压力分布.利用有限元Phase2软件,对不同水位情况下的反倾岩质库岸边坡进行渗流分析,研究库水水位变化速率和滑体渗透系数对岸坡稳定性的影响.当滑体渗透系数一定时,库水位变化速率越大,岸坡安全系数变化越明显.当库水位变化速率一定时,滑体渗透系数越小,岸坡安全系数变化越明显.当库水位下降速率越大,滑体渗透系数越大时,岸坡最容易发生失稳滑移破坏.