含软弱夹层岩质边坡开挖模拟及稳定性分析

甬台温复线K30+620边坡拓宽工程开挖坡脚将使坡体内软弱夹层出露坡面,上部岩体临空,对边坡稳定性极为不利。该文章利用岩土通用有限元软件plaxis建立计算模型,用界面单元模拟软弱夹层,分析上述工况下边坡的变形和稳定性,并确定合适的施工方案。此外对不同软弱夹层倾角对边坡稳定性的影响进行了分析。通过数值计算分析得到以下结论:plaxis界面单元可以较好的模拟岩质边坡中的软弱夹层;软弱夹层是影响边坡稳定的控制性因素,当开挖边坡会使软弱夹层出露时,应采取先加固后开挖的施工方案;当上部岩体发生位移时,滑动面基本沿软弱夹层展开;软弱夹层倾角对边坡的稳定性有重要影响,边坡软弱夹层倾角由50°减小到30°,安全系数的变化是一个先减小后略有提高的过程;抗滑桩对含软弱夹层的边坡有良好的加固效果,当坡体软弱夹层倾角较小时,应先通过数值模拟确定桩径、桩间距等来选择合适的抗滑桩设计方案。     

含软弱夹层的缓倾红层边坡切坡失稳特征数值模拟研究

含软弱夹层的缓倾红层边坡由于其岩性特殊,切坡开挖常导致其结构面外露于临空处,边坡上部易沿软弱结构面发生滑移.为了预防此类滑坡失稳和指导工程施工,采用有限元数值模拟软件Midas GTS/NX对含软弱夹层的缓倾红层边坡切坡失稳特征进行了分析.结果表明:坡体内应力会随着切坡而重新分布,大小主应力在开挖面附近发生偏转;未开挖至软弱夹层时,坡脚处出现剪应力集中现象,而开挖至软弱夹层以后,软弱夹层面会出现拉应力集中现象;含软弱夹层的缓倾红层边坡切坡过程以水平位移为主,竖直位移较小,同时软弱夹层开挖面附近位移最大,而夹层以下部分位移不明显,因此切坡后坡体变形主要集中于夹层及上部岩层,施工时应进行重点监控;边坡稳定性系数随切坡进程不断降低,当软弱夹层被开挖以后,坡体稳定性系数大幅下降,夹层以上的岩体易沿软弱泥化夹层发生滑移,工程中对于此类边坡需提前采取相关措施进行支护处理.     

顺层岩质边坡变形演化成因分析及治理研究

桂梧高速公路某段边坡,开挖至第三级边坡时,发生山体滑移。野外工程地质调查发现岩体中存在一组相互正交的共轭节理及多层顺坡糜棱状软弱夹层。通过对其结构面与坡面组合特征的细致研究,阐述了其变形破坏机制。研究结果表明,边坡为倾覆-滑移拉裂的渐进破坏模式,边坡的岩体结构及层间软弱夹层一起构成控制边坡变形的主要因素。基于以上的分析,边坡治理措施将重点放在控制软弱夹层与节理裂隙面的变形上。     

强降雨条件下含软弱夹层粘性土坡稳定性分析

为了分析含软弱夹层粘性土坡在强降雨条件下的稳定性,结合某失稳边坡工程现场实际调研资料,基于饱和非饱和渗流与非饱和抗剪强度理论,提出了一种新的含软弱夹层粘性土坡稳定性分析方法,并利用该方法分析了强降雨条件下边坡的渗流特性及安全系数变化规律。分析结果表明:降雨入渗先在边坡软弱夹层内形成暂态饱和区,且当坡顶入渗的雨水未渗流至软弱夹层时,夹层内暂态饱和区中的雨水会沿夹层上表面向着坡顶方向渗流;降雨入渗过程中,边坡基质吸力与铅直有效应力之间存在严格的正相关变化关系;随着降雨历时的增加,塑性区首先在软弱夹层内部贯通,然后向坡顶扩展,边坡安全系数逐渐降低;降雨停止一段时间后,由于坡顶入渗雨水的补给,软弱夹层内局部将仍存在暂态饱和区,此时,塑性区面积会由坡顶向软弱夹层内部减小,再由夹层内部至坡面逐渐缩减,但边坡安全系数并未明显上升;根据数值计算结果可将粘性土坡失稳过程分为夹层软化、夹层挤压、拉伸裂缝、坡顶沉降和断裂滑移等5个阶段。因此,为了降低强降雨对边坡稳定性的影响,在含软弱夹层粘性土坡支护设计时应着重考虑边坡排水系统的合理布设。     

地基内包含软弱夹层的复合滑动面稳定非线性有限元分析

极限平衡理论用于计算土坡稳定分析问题时的一个局限便是对较复杂的土层及土工结构计算较困难。对于边坡地基深度不大的范围内存在软弱夹层时，滑动面是由多段圆弧和一段软弱夹层直线组成的复合滑动面。本文运用非线性有限元的方法进行了复合滑动面滑坡分析，并得出了一些能指导边坡治理的结论。     

有关软弱结构面的岩质边坡稳定性分析

岩质边坡稳定性分析是工程界的重点问题。软弱结构面岩体的复杂构造,使得难以保证岩质边坡稳定性分析的准确性。为此,本文针对软弱结构面的岩质边坡稳定性问题展开了研究,并选择有限元强度折减法作为计算方法,探讨了软弱夹层对边坡稳定性影响和发展规律,旨在提高软弱结构面的岩质边坡稳定性分析的准确性。     

软弱夹层特性对顺倾边坡地震动力响应的影响研究

为了研究软弱夹层特性对于边坡动力响应的影响,利用FLAC3D建立某一含软弱夹层顺倾边坡的模型进行动力加载。归纳出如下结论：波阻抗反映了应力波在岩石中穿透和反射的能力,响应与边坡的波阻抗比成正比;随着夹层厚度的增加,坡肩的动力响应随之增大,坡面放大系数整体呈现出相对先慢后快再慢的增大趋势;坡肩的响应对夹层倾角不敏感,但随着夹层倾角的增大,高程较低处就出现很大的放大系数,易发生“挤出破坏”。软弱夹层的存在控制边坡的动力响应,会加剧边坡的动力响应,使边坡更易破坏,实际工程中应对软弱夹层加以重视。     

含软弱夹层顺层岩质边坡动力破坏模式的能量判识方法研究

基于希尔伯特–黄变换和边际谱理论,进行了含软弱夹层顺层岩质边坡的大型振动台试验,并利用试验结果对含软弱夹层顺层岩质边坡动力破坏模式的能量判识方法进行了研究,结果表明:边际谱峰值和特征频率的变化能清晰地表征边坡内部的震害损伤发展过程;地震作用下含软弱夹层顺层岩质边坡的损伤首先出现在坡肩位置,随着地震动强度的增大,震害损伤逐渐向低高程发展,最终边坡在坡体中上部相对高度0.56处沿软弱夹层顺层剪出,试验中坡面的位移监测结果表明坡体中上部位移出现陡增时刻晚于坡肩,边际谱分析结果与位移监测结果吻合较好;坡面附近的震害程度强于坡体内部;边坡中下部特征频率发生突变,表明坡体中下部为边坡动力响应的不连续带;含软弱夹层顺层岩质边坡的破坏形式主要表现为边坡后缘垂直的拉裂破坏和沿边坡中上部相对高度0.56处软弱夹层的剪切滑出破坏,边坡的破坏模式为拉裂-滑移-崩落式。本文提出的能量判识方法对识别边坡的破坏模式具有一定的指导意义。     

典型红层软岩软弱夹层剪切蠕变性质研究

 红层软岩边坡岩体中软弱夹层发育且具有蠕变性,很多边坡岩体的失稳破坏都是沿软弱结构面的滑移失稳,软弱夹层剪切强度参数的选取是边坡工程勘察中的关键问题。通过2个典型红层软岩边坡工点软弱夹层样品室内剪切蠕变试验研究,表明红层软岩软弱夹层具有显著的蠕变特性,在边坡剪切强度参数选取中应考虑软弱夹层蠕变的影响。通过软弱夹层长期强度与短期强度试验资料分析,建议软弱夹层长期剪切强度可取短期剪切强度的75%。     

基于转动–平动组合破坏机构的含软弱夹层土坡降雨入渗稳定上限分析

软弱夹层、降雨等因素对边坡的整体稳定性有着很大的影响。软弱夹层会使得边坡的破坏形式发生改变,从而降低其稳定性;而降雨不但会使得边坡的稳定性变差,甚至有可能使边坡内形成更加软弱的夹层。但是目前尚未有一个简单合理的方法来分析这种类型边坡的稳定性。基于转动–平动组合破坏机构,提出了一种用于含软弱夹层边坡降雨入渗稳定性极限分析上限法。采用非饱和非稳定渗流分析计算得到的浸润线位置结合降雨后的土体强度及组合破坏机构分析含软弱夹层边坡降雨入渗的稳定性,通过与弹塑性有限元数值模拟结果进行对比,验证了本文方法的有效性。分析表明,组合破坏机构能够很好的用于含软弱夹层边坡的稳定性分析并为实际工程提供一个简单有效的设计方法。     

顺向坡岩层倾向与坡向夹角对斜坡稳定性的影响

 顺向坡是岩质斜坡中稳定性最差、最易变形破坏的斜坡类型,顺向坡岩层倾向和坡向夹角的上限与岩质密切相关。为了分析不同岩质顺向坡岩层倾向与坡向夹角对斜坡稳定性的影响,建立考虑侧限顺层平面型斜坡的稳定性计算模型。考虑斜坡侧向边界阻滑效应,结合直剪试验岩桥贯通理论计算侧向阻力,以T2b2和T2b3分别作为软、硬岩代表,分析不同岩质顺向坡岩层倾向和坡向夹角变化对斜坡稳定性影响的敏感程度,最终给出顺向坡岩层倾向和坡向的上限夹角。结果表明：在考虑侧限时,硬质岩岩层倾向与坡向夹角变化对斜坡稳定性影响的敏感程度高于软质岩,取30°为顺向坡岩层倾向与坡向夹角的上限较合适。通过三峡库区库首至巴东段滑坡统计,验证分析结果的合理性。结论为经验判断顺向坡危险性提供了依据,也可作为区域滑坡危险性评价等工作中坡体结构划分的参考。     

三峡库区巫峡段反倾岩石边坡的破坏机制及判据

 三峡库区巫峡段龚家坊2#斜坡属反倾岩石边坡,发育薄厚互层和软硬相间的岩体结构,在库水位抬升后发生了大型滑塌。为了研究该类岩石边坡的破坏机制和判据,基于龚家坊2#斜坡岩体结构的调查成果,分析厚薄互层的反倾岩石斜坡弯曲变形过程,及库水作用下斜坡的破坏机制。基于叠合悬臂梁模型、独立悬臂梁模型,提出薄厚互层反倾岩石斜坡各破坏阶段的应力判据。采用有限元分析库水软化作用下,龚家坊2#斜坡岩石的强度折减参数及变形破坏规律。研究结果表明：(1) 上硬(嘉陵江组)下软(大冶组)的沉积结构和快速下切的河谷,是巫峡龚家坊至独龙段反倾斜坡普遍发育弯曲变形的关键因素;(2) 厚薄相间的岩层结构,使反倾岩石边坡表现为多阶段破坏,其中,薄层弯曲岩层和厚层坚硬岩层,分别以叠合悬臂梁模型和独立悬臂梁模型建立破坏判据;(3) 库水对该区薄层泥灰岩软化后的抗剪强度小于天然强度的85%,斜坡发生自下而上的渐进式破坏。     

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。     

偏压富水软岩大断面隧道下穿建筑物地层变形及影响分析

 偏压富水软岩大断面隧道施工引起的地层变形是多方面影响因素叠加的结果。结合武广高铁尖峰顶隧道下穿地表高压输电线塔的工程实践,首先对隧道施工前后地层变形监测和分析提出控制大变形的工程措施,然后采用综合统计和理论分析,研究地形条件、地层产状、隧道和通道施工、地面荷载、地表坍塌造成的地层变形与建筑物位移的关系,最后以流固耦合数值分析为手段对影响地层变形的关键因素进行量化分析。结果表明：(1) 偏压富水软岩大断面隧道下穿工程,地表地形引起的地层变形是影响地表建筑物水平位移和倾斜的主要因素;(2) 地层变形叠加效应对建筑物倾斜的影响存在明显的方向性,当多重因素引起的地层变形产生互逆方向位移叠加时对控制建筑物倾斜有利;(3) 软岩顺层斜坡地面下的大断面偏压隧道施工,地层变形在垂直于隧道轴线两侧呈非对称分布,变形最大区域位于向山坡侧;(4) 从影响地层变形长期效应上看,因施工引起的地层变形增量波动大但收敛快,地表地形引起的地层变形在施工后仍持续发展,成为影响建筑物安全性的长期潜在因素。     

某具有软弱夹层的反倾岩坡变形特征探索

反倾岩坡的结构面倾向与边坡倾向相反,通常认为反倾岩坡的稳定性较强,因此相对于顺倾向坡而言,对反倾岩坡的研究较少,但工程实例表明对反倾边坡的稳定性研究意义重大。当反倾岩坡中有软弱岩层时,软弱结构面会对坡体变形产生影响,因此借助内、外观测成果对一具有软弱夹层的反倾岩坡进行研究,对其变形特征和变形机制进行分析。研究结果表明边坡在开挖过程中变形呈现"点头"现象,且在边坡变形体后缘出现拉裂缝。由于存在较厚的软弱层,坡体在倾倒变形的同时对软弱岩层压缩产生压缩蠕变,所以坡体整体变形模式为压缩-蠕变、倾倒-拉裂复合模式。软弱岩层对坡体变形具有一定控制作用,支护效果说明对穿锚索可以有效地约束坡体变形。     

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。     

软岩地层地下铁矿开采岩体移动影响范围及变化趋势分析

 在我国官庄东矿北采区,采用分段崩落法进行回采,虽然矿区地表建筑物远离设计的地表移动影响范围,但仍受到影响。结合官庄东铁矿北采区进行分析,对深部开采引起的动态岩体移动变形问题进行具体计算,分析深部开采的岩体移动变形规律及特点,实际观测和理论分析均表明,深部开采工作面的覆岩破坏,具有整体移动变形均匀的特点;软岩地层深部铁矿开采引起的地表移动变形发展缓慢且周期较长。     

紫坪铺水电站2#泄洪洞进水口边坡变形特征及其机理研究

四川省紫坪铺水电站2#泄洪洞进水口高边坡地质条件复杂,坡脚和中部的L9,L10软弱岩带上盘均出现明显倾倒变形迹象,并发生过几次垮塌。通过对该边坡的物质组成、结构特征、以及边坡开挖等因素的分析研究,阐述了其变形机理说明这类由下软上硬岩性组成的反倾边坡,其变形破坏模式为压缩–倾倒和滑移复合型。变形首先以层间软弱岩的不均匀压缩变形为先导,进而引起上部岩体倾倒,沿顺坡向结构面拉裂。采用二维有限元数值模拟,分析了这类边坡在开挖过程中的应力和变形的特征及其变化规律,进一步验证了上述的机理模型。     

降雨入渗对边坡稳定影响的实例分析

以东江-深圳供水改造工程金湖泵站左岸边坡为例，分析影响边坡稳定的主要原因是地层岩性软弱，地区降雨量大，降雨入渗边坡后无法排出，聚集在混凝土防护层下，土体吸水软化，强度降低，导致坡面附近安全系数降低，边坡失稳。采用线弹性有限元及Mohr-Coulomb屈服准则进行土体应力、应变和破坏接近度计算，结果表明，边坡开挖后在自然状态下基本稳定，但随着降雨入渗边坡深度的增大，边坡坡面附近破坏接近度不断提高，破坏范围逐渐增大，边坡将町能由局部破坏发展为整体滑动破坏。