斜倾厚层山体滑坡启动机制的模型试验研究

首先分析鸡尾山斜倾厚层岩质滑坡视向滑动的成因机制,对前期的滑坡物理模型进行优化;开展土工离模型试验,重现滑坡失稳过程;研究斜倾厚层岩质滑坡视向滑动的变形破坏特征,对斜倾厚层岩质滑坡视向滑动的"后部块体驱动–前缘关键块体瞬时失稳"的破坏模式进行验证。试验结果显示,滑坡模型在73 g时发生破坏,与前期80 g破坏的试验具有较好的重复性,节理化的滑坡模型与岩体结构完整的滑坡模型相比,更易于发生变形破坏;内侧滑块大部分残留堆积在滑动面上,外侧滑块视向滑动、高位剪出。随着离心加速度的增大,模型后部块体首先出现蠕滑现象,前缘块体阻滑作用明显;当加速度达到73 g时,前缘块体被突然视向挤出,诱发后部块体沿滑面产生滑移;滑坡的初始变形破坏过程是由渐进破坏向瞬时破坏转变的过程,经历蠕滑变形–节理张拉–滑面滑动–前缘撞击–视向偏转–高位剪出–碰撞解体–静止堆积。     

斜倾厚层山体滑坡视向滑动机制研究——以重庆武隆鸡尾山滑坡为例

 以武隆鸡尾山滑坡为例,通过地质条件、采矿扰动等分析,运用FLAC3D模拟,研究在重力、岩溶、底部采矿活动等因素下山体的变形破坏特征,认为斜倾厚层山体滑坡视向滑动应具备5个条件：(1) 层状块裂结构,滑坡体被多组不连续面切割,呈积木块体,离散性好;(2) 山体倾向阻挡,受下部稳定山体阻挡,迫使滑坡体沿真倾角方向顺层滑动偏转为视倾角方向滑动;(3) 临空视向剪出,滑坡体视倾角方向斜坡被河流、沟谷深切,为滑坡体提供了转向滑动的临空面;(4) 驱动块体下滑,山体后部的积木块体沿软弱层面长期蠕动,抗剪强度由峰值逐渐趋向残余值,下滑力逐渐增加;(5) 关键块体阻滑,下滑驱动块体沿视倾角方向滑动前缘存在一相对稳定的块体,随下滑推力增大和内部强度降低,沿损伤带瞬时脆性剪断,形成整体滑动,因此,对这类斜倾层状结构的山体地质灾害的监测和防治必须以前缘阻滑的关键块体为重点。在此类斜倾厚层山体中,矿层大都位于滑带100 m之下,因此,采矿活动主要通过应力环境的调整和层状块裂岩体的差异沉降2种方式对滑坡构成扰动。     

某长大缓倾顺层边坡的失稳机理研究

为研究长大缓倾顺层边坡失稳破坏机理,以某滑坡为实例,采用土工离心机,开展了坡脚开挖和降雨入渗对边坡稳定性影响的离心模型试验研究。试验结果表明:在边坡开挖、降雨入渗和泥岩软化三个因素的综合作用下,滑坡的稳定性降低,发生了整体顺层滑移和拉裂式破坏。根据模型侧面网格变形,观察网格错动趋势,推测滑坡有多层滑动的可能。把研究成果与已有结论进行定性对比,验证了离心试验适用于长大缓倾边坡的失稳机理研究,为该类型边坡的研究提供了一种新思路。     

降雨条件下折线型滑面的大型滑坡稳定性离心模型试验

以大型土工离心机为技术依托,采用离心模型试验,研究开挖和降雨对滑面为折线型的大型滑坡变形破坏和稳定性的影响。试验中采用变形标志点、颗粒图像测速技术(PIV)和可承受高离心力的传感器,在获取坡体土压力、孔隙水压力和位移矢量场的基础上,综合分析开挖和降雨诱发大型滑坡变形破坏的特征及失稳模式。试验结果表明,在滑面形态变化大的部位开挖卸荷容易引起折线型滑面大型滑坡的局部复活;受开挖卸荷和降雨影响,滑坡后缘的开挖斜坡位移最大且最先失稳;受降雨的影响,滑坡前部位移较大,坡体表面变形破坏严重,开挖斜坡下部发育一条次级滑裂面,滑坡后缘和开挖平台前沿滑面坡度突变处各形成一条潜在主滑裂面。离心模型试验显示折线型滑面的滑坡受开挖和降雨的影响可表现出分级分块滑动的变形破坏特征。稳定性分析表明,降雨使折线型滑面的大型滑坡不同滑段稳定性系数不同程度降低,滑坡后缘、开挖斜坡和滑坡前缘处于不稳定状态。     

武隆鸡尾山滑坡形成机理数值模拟研究

2009年发生的重庆武隆鸡尾山滑坡,因滑源区斜坡岩层整体缓倾山内,缺乏有效的临空面和滑移空间,因此,在滑坡孕育过程中存在前缘岩溶带压缩变形、底部剪切滑移、后缘拉裂以及最终前缘关键块体(岩溶带)侧向剪断滑出等一系列的复杂动力学行为。这一过程存在显著的连续变形向非连续变形的过渡与转化,单纯用连续介质的有限元和离散介质的离散元来分析模拟都很难取得较好的效果。为探究鸡尾山滑坡的孕育过程和失稳机理,运用将连续–非连续单元有机耦合的大型数值模拟软件CDEM,模拟鸡尾山滑坡的失稳过程和形成机制。研究表明:滑体前方岩溶发育带具有"可压缩性",为滑体运动提供了一定的变形空间;滑源区下方的采矿活动产生应力重分布,滑带抗剪强度降低,滑体沿其底部软弱带发生剪切蠕滑,并逐渐形成滑体后缘拉裂缝;滑动块体在向前滑移过程中不断挤压向前缘"易压缩带",坡体应力自组织调整,并逐渐在前部三角区形成垂直的第二破裂面,前缘抗力体(关键块体)形成,最后剪断岩溶带个别与稳定山体咬合岩块,整体失稳破坏。数值模拟结果较好地揭示了武隆鸡尾山滑坡前缘视倾向展布岩溶带"软基效应"所提供"准临空面",重现了鸡尾山滑坡"蠕滑—拉裂—压缩(压碎)—剪切滑出"的致灾机理。     

基于离心模型试验的武隆鸡尾山滑坡形成机制研究

采用离心模型试验,查明和重现典型视倾向滑移型滑坡武隆鸡尾山滑坡的形成演化过程。试验模型采用重晶石粉、石英砂、石膏、甘油、水泥和水按一定比例,分别制作包含鸡尾山滑坡模型的基座、岩溶带和滑体的地质力学模型,布设相关仪器设备,按照相关规范运行离心试验。试验成果表明,武隆鸡尾山滑坡前部岩溶带的"易压缩性"为滑源区的蠕滑提供了"准临空面"作用,第二破裂面的形成是武隆鸡尾山滑坡失稳的前提,离心模型试验重现了武隆鸡尾山滑坡"蠕滑→拉裂→压缩(压碎)→剪切滑出"的致灾机制。结果表明,岩溶带"易压缩性"是坡体演化的关键条件之一,土工离心模型试验是一种研究岩质滑坡的有效方法。     

陡倾顺层岩质斜坡倾倒变形破坏特征研究

 顺层岩质斜坡是常见的斜坡结构类型之一,对该类斜坡的变形破坏特征以及形成机制研究已较深入,一般认为顺层岩质斜坡的变形破坏以滑移–拉裂、滑移–弯曲(或溃曲)模式为特征。通过系统的文献收集及大量现场调查发现,陡倾顺层岩质斜坡还存在一种典型的变形破坏形式,即倾倒变形。结合具体的陡倾顺层岩质斜坡倾倒变形破坏的实例,详细分析、总结该类斜坡发育的地质环境条件及变形破坏特征,在此基础上结合典型斜坡分析陡倾顺层岩质斜坡倾倒变形是在河谷演化、成坡过程中,岩层在平行坡面的最大主应力作用下由坡脚开始从下至上作悬臂梁弯曲,最终导致岩层根部折断,形成倾倒体;当坡体内折断带的剪应力超过其抗剪强度时,坡体将发生滑动形成滑坡。     

汶川地震大光包滑坡动力响应特征研究

 运用FLAC3D模拟大光包滑坡变形失稳特征,并输入距离滑坡约4.3 km的清平台站强震加速度三向记录,结果表明：其地震动力响应较为复杂,受控于斜坡形态、岩体(地质)结构及地震强度和振动持时等因素,在水平加速度响应方面,前缘滑坡更为明显,地震动频率更高,振幅更大,利于前缘的顺层失稳滑动;在竖向加速度响应方面,后缘滑体的振幅更大,竖向加速度(绝对值)数倍于水平加速度,利于拉裂、振碎解体和抛掷失稳。大光包滑坡与简单均值结构的边坡地震动力响应特征不完全一致,随高程、坡度放大的趋向性和节律性不明显。结合地震动力响应和运动特征,对滑坡堆积和滑源进行概化分区：(1) 下部顺层滑坡堆积区,是滑坡的主堆积区,分布于滑坡东侧,堵塞黄洞子沟;(2) 上部崩滑堆积区,分布于滑坡西北、北侧,具有明显的带状特征;(3) 后缘陡壁及倒石堆区,侧缘拉裂边界,近直立不规则凹凸状断壁,分布多组张拉裂隙,说明受陡倾角张性裂隙控制,表现为张性破坏特征,陡崖下部分布大量倒石堆,呈串珠状分布,以碎块石为主,岩性与后缘及北侧陡壁岩体一致,系地震后的重力调整所致;(4) 顺层滑面及擦痕区,在滑面上分布大量与岩层倾向相同的擦痕,说明顺层滑坡在后部具有向北方向偏转滑动的特征。     

唐家山滑坡变形运动机制的离散元模拟

 地震是滑坡灾害的一个重要触发因素,而这类形式的滑坡通常危害较大。以汶川地震触发的唐家山滑坡为例,在野外现场调查基础上,采用离散元数值模拟技术,对滑坡由变形累积到破坏滑动的全过程进行模拟,以研究地震作用下顺层岩质滑坡的变形破坏过程。结果表明：在地震力及滑体重力作用下,坡顶首先形成应力集中,滑体沿中后部的软弱面产生蠕变变形,随着持续的地震动力输入,应力不断向中前部的锁固段集中,使得变形沿接触面不断向坡脚方向扩展,最终从坡脚剪出,破裂面贯通形成滑带;通过滑动过程模拟表明,唐家山滑坡运动模式为：启动→高速滑动→碰撞停积→自稳过程,滑坡滑动过程中,斜坡表层部分块体在地震水平力作用下发生临空抛射现象,表层岩体在滑动过程中,受地震竖向作用力而发生垂直抛落现象;地震力作用下坡体中质点加速度、速度具有高程放大效应,表现为水平加速度放大系数大于竖向加速度放大系数、水平速度放大系数大于竖向速度放大系数,对比结构面监测点和基岩监测点加速度、速度放大系数,表明滑坡启动时具有较大的加速度,也说明不连续结构面对岩质边坡的动力反应起着控制性作用。     

地下采空诱发陡倾层状岩质斜坡失稳机制研究

 我国西南灰岩山区的褶皱山体经长期强烈的地质抬升运动与河流侵蚀,山体呈现出中上部厚层-巨厚层灰岩地层陡峭,下部页岩、泥岩地层平缓的“靴状”地貌形态,加之下部煤层、铝土矿层的开采,成为我国大型层状岩质崩滑灾害的高发区。本文以重庆武隆鸡冠岭陡倾层状岩质斜坡滑动为例,采用FLAC3D模拟分析了地下采空诱发陡倾层状岩质斜坡“弯曲变形-层间错动-采矿加速倾倒变形-下伏岩体阻滑-下伏岩体剪切破坏-整体失稳”的渐进失稳过程,认为鸡冠岭山体滑动是一类层状岩体的倾倒-滑移失稳的复合破坏模式。模拟结果表明：(1) 陡倾临空的斜坡在长期重力作用下,坡体沿山梁方向发生蠕滑变形,坡体逐渐产生拉裂缝;同时由于该斜坡位于背斜核部附近,应力集中导致上覆层状岩体呈现出弯曲变形的特征;(2) 长期岩溶作用加速坡体裂缝的发育与扩张;(3) 斜坡下部煤层开采时,导致鸡冠岭山梁发生应力发生重分布,上覆层状岩体逐渐发生层面分离,层状岩体下部产生裂缝,岩体强度逐渐降低;(4) 当斜坡下部煤层逐渐采空后,上覆层状岩体变形急剧增大,发生倾倒破坏,挤压矿层下伏稳定岩体,发生剪切滑移,最终从临空处剪出形成高速碎屑流。因此,对于西南灰岩褶皱山区,认识长期地下采空对层状山体的扰动作用,对大型灰岩山体防灾减灾与风险区划具有重要的现实意义。     

汤屯高速公路顺层岩质边坡变形机制分析及治理对策研究

通过对汤屯高速公路顺层边坡现场工程地质条件的系统调查,首先对边坡的岩体结构类型及其成因机制、结构面与坡面组合特征进行细致研究,在此基础上通过FLAC^3D数值模拟,结合工程地质条件分析,对其变形破坏机制进行深入探讨。研究结果表明,边坡处于滑移弯曲–滑移拉裂复合型滑坡的初始阶段,边坡的变形受层间软弱夹层及岩体结构控制作用明显,坡体中上部块体沿层间软弱夹层产生滑动,受下部岩体约束,在坡体最薄弱部位–开挖面附近产生弯曲变形;受弯曲部位推力作用,第一级边坡碎裂岩体中逐渐产生剪切滑动面,并与弯曲部位岩体中滑移切出面贯通,最终破坏。基于变形机制分析的治理措施将重点放在控制碎裂岩体和潜在剪出口的变形上,监测结果表明,边坡达到稳定性要求。     

地震荷载作用下陡倾角顺层开挖斜坡的变形破坏模型试验

在汶川地震灾区,顺层陡倾斜坡是一类地震山地灾害非常发育的斜坡类型,而开挖往往加剧了斜坡的地震山地灾害。为了重现斜坡的变形破坏过程,分析斜坡在地震荷载作用下的变形破坏规律。选取平武县平通镇桑树坪滑坡所处斜坡作为顺层陡倾角开挖损伤斜坡的典型实例,进行地震荷载作用下变形破坏的室内物理模型试验。结果表明,开挖加剧了斜坡在地震荷载作用下的变形破坏。从破坏形式来看,顺层陡倾斜坡的坡变形破坏兼具崩塌和滑动二者特征,与野外调查结果吻合。从整个变形破坏过程来看,可以划分为以下阶段：a.地震初始阶段,此阶段开挖呈契形体岩层在地震作用下沿层面微小滑动,坡脚应力剧增;b.开挖岩层坡脚溃曲阶段;c.全面下滑阶段;d.岩层滑动受阻倾倒阶段。     

基于隔时复压试验的静压桩优化设计方法

桩的承载力随时间变化的现象称为承载力时间效应,现有设计方法没有全面考虑此方面的影响。利用静力压桩机方便移机的特点,对桩进行复压使其产生一定的贯入度,以确定任意时刻的广义极限承载力,称之为隔时复压试验,其特点是以减少后期沉降和提高承载力为目的的复压方法。珠海、太原隔时复压试验的结果显示,承载力增长趋势是明显的。将隔时复压的结果与广泛采用的Skov和Denver的承载力增长经验关系式对比,发现两者的相关性显著,并得到了时效系数的分布范围。通过较短时间内的隔时复压结果,确定长期承载力增长规律,并运用到静压桩的优化设计中,同时采用复压调节系数和安全系数对结果进行修正,以提高设计方法的准确性。详细介绍了优化设计的思路,并以太原某工程为例证明了此方法的可行性。此设计方法对降低施工难度、缩短工期、节约成本、保证设计的可靠度都具有重要意义。     

逆层岩质边坡地震动力破坏离心机试验研究

使用相似材料分别制作了只含有非连续的层面和同时含有非连续的层面和非贯通的次级节理逆层岩体边坡小比例物理模型,进行离心机动力试验,研究边坡的动力响应和破坏机理以及非连续层面和次级节理对其的影响。试验结果证明：逆层岩体边坡地形放大效应受地震动力输入频率和振幅影响显著;次级节理对逆层边坡动力稳定性影响很大,含有次级节理的逆层岩体边坡动力稳定性明显低于不含次级节理的逆层岩体边坡;两种逆层边坡的破坏模式存在很大的区别,不含次级节理的边坡破坏从坡脚开始依次向后产生岩层的弯折破坏,而含有次级节理的边坡破坏从坡体中后部开始依次向坡脚岩层产生贯通破坏,贯通破坏面倾角明显高于不含次级节理边坡,并且呈明显的台阶状。     

顺层岩质边坡地震动力响应及地震动参数影响研究

 利用FLAC2D建立顺层岩质边坡模型,分析其在地震作用下的动力响应规律,研究地震动参数对其动力响应的影响。结果表明：顺层岩质边坡在地震作用下失稳主要由结构面控制,位移主要发生在潜在滑移面上部岩体中;对地震波存在垂直向和临空面放大作用,其滤波作用没有土质边坡明显,不同岩层会对某一频率的波产生明显的放大效应;当振幅、卓越频率增加时,坡肩下方的加速度放大系数呈递减趋势,且在强度相对较低的岩体内较明显,但随着振幅增加,边坡动力响应增强;各处加速度放大系数受地震动持时影响较小,剪应变增量受其影响较大。当振幅、持时增加时,边坡位移呈增大趋势;当卓越频率增大时,边坡位移减小。同时,证实了地震边坡破坏由上部拉破坏与下部剪切破坏组成,研究结果有助于进一步揭示边坡在地震作用下的失稳机制。     

顺层岩体边坡地震动力破坏离心机试验研究

 使用相似材料分别制作只含有非连续的层面和同时含有非连续的层面和非贯通的次级节理顺层岩体边坡小比例物理模型,进行离心机动力试验,研究边坡的动力响应和破坏机制以及非连续层面和次级节理对其的影响。试验结果证明：顺层边坡的动力响应对地震波的频率和边坡内部结构面的发育特征敏感,边坡结构面发育越复杂,边坡对地震波的频率响应越复杂,地形放大效应也越明显;顺层边坡的动力稳定性和破坏机制受结构面发育特征控制,含有次级节理的边坡动力稳定性更低,破坏范围也更浅,在破坏过程中还会出现次级节理的张拉破坏导致的岩体内部解体破碎,可能诱发岩石碎屑流。     

地震荷载作用下中–缓倾角顺层开挖斜坡的变形破坏模型试验

在汶川地震灾区,顺层中–缓倾斜坡是地震山地灾害非常发育的斜坡类型,而开挖往往加剧斜坡的地震山地灾害。据调查,顺层中–缓倾斜坡以整体滑动为最主要的变形破坏形式。为重现斜坡的变形破坏过程,分析斜坡在地震荷载作用下的变形破坏规律,选取北川县陈家坝马滚岩滑坡作为顺层中–缓倾角开挖损伤斜坡的典型实例,进行地震荷载作用下斜坡变形破坏的室内物理模型试验。结果表明,开挖加剧斜坡在地震荷载作用下的变形破坏,整体滑动是斜坡最主要的破坏形式,与野外调查结果吻合。同时,斜坡整个变形破坏过程具有阶段性,可以划分为以下几个阶段:(1)地震初始阶段,此阶段坡体沿开挖不连续层面逐渐贯通并微剪出,同时开挖坡顶形成大量裂缝;(2)开挖坡顶浅表崩塌阶段;(3)整体滑动阶段。     

顺层岩质路堑边坡破坏模式及设计对策

 在对大量顺层边坡进行详细调查研究基础上,总结提出顺层岩质路堑边坡的分类及8种顺层边坡破坏模式,并对较为常见的滑移–拉裂和滑移–弯曲破坏模式的稳定性分析方法进行讨论。指出在实际工程中,对于滑移–拉裂型顺层边坡,其稳定性分析可通过计算失稳岩层临界长度进行,为避免开挖过程中边坡出现顺层滑动,宜先加固后开挖或边开挖边加固;对顺层清方边坡,可能出现滑移–弯曲破坏,宜采用弹性受压板稳定理论进行边坡稳定性分析后,确定分级高度和加固措施。水是诱发顺层边坡失稳的主导因素,设计中应加强防排水措施。     

Shaking table test to assess seismic response differences between steep bedding and toppling rock slopes

In order to investigate the seismic response of steep bedding and toppling rock slopes, a large-scale shaking table test was performed taking into consideration a variety of factors such as slope type and input seismic excitation. Diverse seismic responses, including acceleration and earth pressure at several locations, were analyzed in terms of the test results. It was found that the slope type has a significant impact on the failure mechanism and response norm of different kinds of rock slopes. Firstly, the slide surface of the steep bedding rock slope is basically parallel to the slope surface, while that of toppling rock slope skews the rock layer under seismic load. The failure zone area of the toppling rock slope is smaller than that of the bedding rock slope, which is mainly because it consumes plenty of seismic energy to break through the rock layer of the toppling rock slope. In addition, for acceleration along the vertical direction, an abrupt amplifying effect exists at the top slope when the peak input motion acceleration (PIMA) exceeds a certain value: 0.6 g for a bedding rock slope and 0.4 g for a toppling rock slope. Meanwhile, for acceleration along the horizontal direction, the acceleration amplifying factors of toppling rock slopes are larger at the slope surface but smaller at the inner slope portion than that of bedding rock slopes. Furthermore, the acceleration amplifying factor is larger than the earth pressure amplifying factor at the slope surface. The earth pressure amplifying factor at the top surface for a toppling rock slope is close to that of a bedding rock slope with an increase in PIMA. This novel experiment reveals the different failure mechanisms between steep bedding and toppling rock slopes, as well as being of help to the conduct of further study on seismic hazard early warnings.