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。     

反倾层状岩体倾倒变形发育深度模型的计算分析

为分析反倾岩质边坡弯曲倾倒破坏机理,通过对反倾层状岩体的物理力学解析及悬臂梁极限平衡分析模型的优化,开展反倾层状岩体变形发育深度计算研究。基于流变理论,采用广义开尔文流变模型,以变形发育极限位置处零应变作为发育深度的界定标准,获取了反倾层状倾倒变形体的发育深度。进而,将两种方法推导出来的计算式进行工程实例分析,并与前人的研究成果进行对比分析,探讨其工程实际应用价值。实例计算表明:优化下的悬臂梁模型比广义开尔文流变模型计算的发育深度更接近实际情况;反倾层状边坡倾倒变形破坏发展演化的四个阶段为初始弯曲变形阶段、累计弯曲变形阶段、板裂体折断破裂阶段、破坏阶段。研究成果对反倾层状岩质边坡整体稳定性判别及失稳规模预测具有一定理论意义和参考价值。     

顺倾层状岩质边坡失稳破坏机制及稳定性影响研究

为探讨顺倾层状岩质边坡的失稳变形破坏机制,基于SRM强度折减法,采用Midas-GTS NX岩土分析软件对一坡角为60°的硬质岩夹软岩顺层边坡进行数值模拟,通过改变边坡的几何条件,探讨并查明了该形式边坡的变形破坏形式及稳定性。结果表明:结构面倾角对顺倾层状岩质边坡变形规律影响明显,以水平层状边坡和直立层状边坡为临界点,随着结构面倾角不断增加,顺倾层状边坡破坏模式体现为:压剪破坏→滑移-压致拉裂破坏→滑移-拉裂破坏→滑移-劈转破坏→滑移-弯曲破坏→弯曲-崩塌复合破坏,边坡安全系数随倾角的增大先减小再增大,在结构面倾角为40°时稳定性最差,在90°达到最大值;随着结构面厚度的增加,边坡安全系数呈线性减小趋势;随着结构面间距的不断增加,边坡安全系数呈增大趋势,不过增加速率逐渐减小。     

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。     

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。     

互层倾倒边坡岩层折断深度对挠度的影响分析

针对互层反倾岩质边坡倾倒破坏问题,在综合考虑软岩和硬岩力学性质差异的基础上提出了"组合悬臂梁"模型,并对各悬臂梁进行了力学分析。依据最大拉应力破坏准则建立平衡方程,计算出硬岩岩层的折断深度,并利用"分段叠加法"给出了组合岩层坡表处挠度计算公式。根据澜沧江苗尾水电站库区左岸一典型反倾软硬互层岩质边坡岩体参数,研究折断深度对组合岩层挠度的影响,结果表明:硬岩岩层折断深度越大组合岩层坡表处挠度越大;折断深度一定时,随着软岩与硬岩厚度比的增大、弹性模量比减小,组合岩层挠度增大;组合岩层挠度较大区域集中在岩层倾角60°附近,推测组合岩体岩层倾角接近60°时容易发生倾倒变形。     

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。     

顺层边坡“滑移-弯曲”向倾倒变形演化探讨

在研究顺层边坡变形破坏模式实例中发现,如果岩层倾角大于坡角,"滑移-弯曲"与"倾倒变形"两种变形形式是可以转化的。经研究得到如下结论:存在一"倾倒临界倾角δ",当岩层倾角αδ,边坡将可能形成大规模的倾倒变形体,当αδ,边坡常发生"滑移-弯曲"型破坏,并且δ≈60°;顺层边坡形成的倾倒体其属于"滑移-弯曲"与"倾倒变形"两种变形模式复合的结果,边坡最初形成的反倾岩层并不能称之为倾倒,而是由于边坡发生"滑移-弯曲"导致的,之后在重力作用下才发生初始倾倒变形。     

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。     

基于离散元技术的软硬互层斜坡动力响应及失稳机理研究

为研究不同岩层倾角陡倾顺层软硬互层斜坡在地震作用下的动力响应及失稳机理,以汶川地震中干磨坊滑坡和水磨沟滑坡为原型,结合三维离散元技术开展两种软硬互层斜坡对比分析。动力响应分析结果表明:在相同地震荷载作用下,陡倾软硬互层60°斜坡模型的PGA(峰值地面加速度)放大系数随着高程的增加表现出非线性增长,在坡顶动力响应最为强烈;陡倾软硬互层80°斜坡模型PGA放大系数随着高程的增加表现出先增大后减小再增大的节律性变化,在坡高1/3处和坡肩部位动力响应最为强烈。失稳机理分析结果显示,在地震荷载作用下:陡倾软硬互层60°斜坡模型发生滑移-弯曲式溃滑,斜坡的破坏流程机制分为四个阶段,即①裂缝扩展-层间错动阶段、②坡脚岩体弯曲隆起阶段、③上部岩体横向滑移阶段、④弯曲剪断-整体失稳阶段;陡倾软硬互层80°斜坡模型发生滑移-下部弯曲-上部倾倒式破坏,斜坡的破坏流程机制分为四个阶段,即①微裂隙扩展阶段、②层间错动-局部裂隙贯通阶段、③下部岩体弯曲阶段、④上部岩体倾倒破坏阶段。     

陡倾顺层岩质斜坡动力倾倒变形机理研究

通常认为顺层岩质斜坡动力变形破坏以滑移—拉裂、滑移—弯曲模式为主,但是通过现场调研发现,在陡倾顺层斜坡中存在一类特殊的动力变形破坏方式——倾倒变形。为了得出该类型斜坡动力倾倒变形机理,以四川汶川县水磨沟陡倾软硬相间顺层斜坡在"5.12"汶川地震作用下失稳为例,在充分总结滑坡区工程地质条件和分析其动力破坏特征后,利用二维离散元数值模拟方法开展研究。结果表明:在地震荷载作用下,在斜坡表面PGA放大系数随着高程的增加总体表现节律性变化,在坡肩呈现峰值;斜坡失稳机理为坡内软岩和硬岩差异式拉剪破坏导致层面抗剪强度急剧降低,岩土体沿优势层面下滑;由于坡体下部岩层锁固作用,坡体向下滑动受阻,坡脚附近岩土体翘曲隆起,而坡顶震裂松弛岩土体在巨大地震惯性力下沿优势结构面滑动剪出过程中,受坡肩"关键块体"阻挡而向临空面发生倾倒变形,整个斜坡发生滑移—下部弯曲—上部倾倒式失稳破坏。研究成果为类似地区的边坡工程地震失稳分析提供参考和依据。     

用DDA 方法验证倾倒边坡变形的制动机制

倾倒边坡通常发育一组反倾坡向的结构面,其破坏形式主要表现为倾倒岩柱旋转弯曲折断破坏。一旦岩柱产生旋转,岩柱倾角随之变化,阻止其进一步翻转的摩擦力也将增加,随着倾角的变化,逐步使岩柱侧面的棱与面接触转换为连续的面接触,倾倒变形会随之停止,由失稳状态重新回到稳态。本文用非连续性变形分析方法DDA对Hoek经典倾倒例题进行验证,模拟了倾倒变形使岩柱产生旋转和张开裂缝,从初始岩柱间面与面接触转化为棱与面接触,再回到面与面接触,最终重归稳定的全过程,初步讨论了倾倒变形的制动机制。     

云盘头滑坡变形破坏机制研究

缓倾顺层岩质边坡由于其岩层倾角较缓,具有不易察觉其失稳且识别难度大的特点。以一个典型的缓倾顺层岩质边坡(贵州云盘头滑坡)为例,基于工程地质勘察,建立边坡地质模型,并结合底摩擦试验、二维离散元和有限元模拟等方法,探讨云盘头滑坡的变形破坏机制。结果表明:云盘头滑坡的变形破坏过程可分为微裂纹发育阶段、裂纹拓展阶段、滑体变形阶段与完全破坏阶段,并在坡脚存在关键块体;滑坡形成的主要原因是,坡体经过开挖导致软弱夹层出露,坡体内部发育垂直于软弱夹层的拉裂纹并将滑体分割成块体,随着坡脚关键块体向临空面滑移,后部次级块体随之移动并产生多米诺骨牌效应导致坡体发生整体滑移,变形模式属于典型的滑移-拉裂式。研究成果为探究缓倾顺层岩质边坡的失稳破坏有现实意义。     

澜沧江上游梅里石3号巨型古滑坡成因机制研究

以梅里石3号滑坡为例,经过详细工程地质勘察,定性分析了滑坡的成因机制。结果表明,该滑坡是反倾岩体倾倒变形破坏的产物,其成因机制具有一定的特殊性及研究价值。采用离散元和有限元相结合的方法,研究澜沧江快速下切过程中原始斜坡发生倾倒变形破坏的全过程,即弯曲变形、倾倒—弯曲、倾倒—折断、蠕滑—拉裂4个阶段。地质分析表明滑坡为倾倒变形体发生整体失稳形成,数值模拟中岩体倾倒变形各阶段的变形破坏特征与地质分析相互印证,与实际情况相符。     

强震作用下中倾外层状岩质边坡动力失稳机理研究

中倾外层状岩质边坡在静力条件下的稳定性一般较好,但是在对"5·12"汶川地震中失稳边坡调查的过程中,却发现了大量的中倾外层状岩质边坡动力失稳案例。为了得出该类型斜坡动力变形失稳机理,采用三维离散元数值模拟技术,对该类型边坡在地震作用下失稳机理进行数值模拟。结果表明:在地震荷载作用下,坡表各监测点PGA放大系数随高程增加呈现非线性增大且均大于1。在边坡水平剖面上PGA放大系数先增大,在距坡表50 m后逐渐降低;而竖直剖面上PGA放大系数在1/2高度下整体变化不大,超过该高度其急剧增大。地震作用下整个边坡的失稳机理为:边坡顶部优势层面逐渐张开,缓倾坡外的结构面发生剪切变形;随着变形的发展,坡体上部拉张裂缝向深处扩展,坡内锁固段岩层被破坏,控制性结构面贯通;滑坡沿贯通滑面快速滑下,摧毁坡脚铁路线并堵塞河道,整个边坡发生拉裂-滑移-剪断型失稳破坏。研究成果为类似地区的边坡工程地震失稳分析提供参考和依据。     

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。     

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。     

滇西红层边坡变形破坏机制及整治对策研究

通常认为岩层倾向与坡面倾向相反的边坡稳定性是比较好的,但是滇西红层有其特殊的工程地质特性,这就导致滇西红层中的反倾边坡失稳也比较常见。瓦窑坪边坡位于在建大理至漾濞至云龙高速公路K78+384位置,由于工程活动及河流冲刷,该边坡发生了表层及深层变形,对公路建设构成巨大威胁。经过现场调查和地质勘察,分析了该边坡的工程地质条件、水文地质条件、岩土体结构和工程地质特性,结合位移监测资料及变形破坏迹象,认为该边坡的变形破坏模式为弯曲-倾倒-拉裂型,目前边坡处于弯曲拉裂的初始阶段,并在此基础上提出了合理的边坡治理方案。     

河谷区采空诱发缓倾岩质斜坡变形破坏模式研究

为研究采空区变形对河谷区岩质斜坡变形破坏过程的影响,以贵州省清镇市小二岩斜坡为研究对象,运用底摩擦物理模型试验,将物理模型分别设置为预制裂隙组和无预制裂隙组,研究采空区变形影响下岩质斜坡破坏过程,并探讨该类斜坡的变形破坏模式。初步研究发现:(1)两组试验共同点是由于采空区导致小二岩斜坡出现变形,小二岩斜坡为缓倾上硬下软型结构,采空区上覆顶板在重力作用下发生弯曲变形导致采空沉陷。(2)无预制裂隙组模型总的变形演化过程为采空沉陷-坡体中产生拉裂缝-裂隙拓展延伸至坡顶。(3)预制裂隙组模型总的变形演化过程为采空沉陷-卸荷裂隙贯通至坡脚-发生滑塌。(4)分析认为在对斜坡体预制卸荷裂隙后,卸荷裂隙对于斜坡的变形模式有较大影响,小二岩斜坡变形破坏的地质力学模式可分为表生改造和拉裂-滑塌(或拉裂-倾倒)2个阶段。