地震作用下坠落式危岩稳定性分析

构建了地震作用下厚层水平岩体中坠落式危岩块体的震动模型,并基于结构动力学和断裂力学,分别建立了危岩块体水平震动和竖向震动时危岩块体的位移、加速度与惯性力和主控结构面联合应力强度因子的计算方法。从能量的角度出发,获得了危岩块震动过程中危岩主控结构面扩展长度的计算方法,提出了危岩主控结构面的扩展判据,进而建立了考虑地震震动效应的危岩稳定系数计算方法。通过算例分析发现,危岩主控结构面对危岩体震动加速度的影响较大,考虑危岩主控结构面后危岩体的加速度峰值增加了55.56%;此外,将地震荷载视为动荷载,考虑了主控结构面在震动过程中的扩展长度的危岩稳定系数计算方法较传统的拟静力法更加安全,该方法可为地震区厚层水平岩体中坠落式危岩的防治工程设计提供理论依据。     

危岩锚固计算方法研究

危岩是三峡库区典型的地质灾害类型之一，根据失稳类型将危岩分为坠落式危岩、滑塌式危岩和倾倒式危岩3类，其破坏机理分别属于剪切破坏、压剪破坏和拉剪破坏。支撑、锚固、充填等是治理危岩的常用技术类型，其中锚固技术使用频率最高。作用在危岩体上的荷载主要有自重、裂隙水压力和地震力，其中裂隙水压力包括天然状态和暴雨条件下的裂隙水压力，可构成3种荷载组合。按照坠落式危岩和倾倒式危岩稳定系数不小于1．5、滑塌式危岩稳定系数不小于1．3的治理目标，基于极限平衡理论并遵循每类危岩的破坏机理，建立了每类危岩的锚固计算方法，包括非预应力和预应力锚固2类技术，获得了确定每种锚固技术所需要的最小锚杆数计算式。所提出的计算方法已经在三峡库区数百个危岩体治理中得到成功应用，为重庆市有关地方标准的修订完善奠定了基础。     

隧道洞口含软弱夹层仰坡振动台试验研究

为研究地震作用下含软弱夹层隧道洞口仰坡的动力响应特性,针对含软弱夹层隧道洞口仰坡开展大型振动台试验研究,通过分析水平和竖向激振作用下洞口段仰坡和衬砌模型动力响应和破坏特征,得到以下结论:水平向激振作用下,仰坡沿坡面向上存在明显加速度放大效应,软弱夹层对竖向加速度激振时仰坡动力响应有显著影响;越接近临坡面,衬砌结构加速度响应和越大,并且洞口段隧道衬砌拱顶加速度峰值最大,仰拱最小,衬砌结构受力状态复杂;竖向加速度激振时,软弱夹层上覆模型土出现松动,坡脚土体出现挤压、掉块,仰坡整体上保持稳定;在水平向激振作用下,而含软弱夹层仰坡则在坡脚土体先被挤压破碎,然后坡顶表面沿软弱夹层位置出现张拉裂缝,上覆土体沿软弱夹层滑动,最后土体大规模崩塌、滑落。竖向和水平激振力作用下,衬砌45°方向应变幅值最大,衬砌洞口段设防长度为25 m。该研究成果可以为山岭隧道洞口段边坡抗减震研究和设计提供参考。     

运用等效应力法建立压剪型危岩破坏判据的研究

基于断裂力学理论,构建压剪型危岩断裂力学模型。模型考虑了主控结构面的贯通段有水压和无水压两种情况,建立了两种情况下主控结构面的非贯通段等效应力场,结合D-P理论,建立了压剪型危岩的破坏判据。算例分析的结果表明:当贯通段无水压作用时,将有关参数代入破坏判据式,即可判定该危岩体是否失稳;当贯通段有水压作用时,危岩体的失稳破坏与水压应力在裂缝尖端产生的应力场距离r有关,只要求得r的具体值,就可以利用破坏判据式判断该危岩体是否失稳破坏。     

采矿对甑子岩危岩稳定性影响分析

重庆市南川区金佛山甑子岩危岩带的稳定性严重威胁其下部在建金佛山水利工程大坝及水库的安全,为了对该危岩带的治理提供理论依据,选取危岩带变形最严重的W29-1和W29-2两个危岩体,首先定性分析了采矿对其危岩稳定性的影响,得出采矿活动对甑子岩段危岩的发展、变形起到了催化剂的作用;其次采用有限元数值分析的手段,得到了危岩体的位移、剪应力分布规律,即危岩体在岩脚软弱基座处产生剪应力集中,水平位移较大,以致产生鼓胀变形。最后采用有限元强度折减法和极限平衡理论分别得到了危岩体的稳定性系数,两种分析方法结果相近,采用房柱法开采使危岩的稳定系数下降约10%。     

软岩隧道锚渐进破坏演化特征的模型试验研究EI北大核心CSCD

针对软岩隧道锚的渐进破坏问题,通过相似模型试验,运用数字图像相关技术,研究软岩隧道锚承载全过程中岩体裂纹的起裂与渐进扩展演化规律。结果表明:软岩隧道锚的承载过程经历近似线弹性变形、非线性变形、塑性变形和完全破坏4种状态,隧道锚的渐进破坏由早期单一的岩体破坏转为岩体破坏及锚–岩接触面滑移–脱黏的双重破坏,具体为:塑性变形状态下隧道锚首先进入剪裂纹从锚体拱顶和底板后端的岩体中萌生的破坏阶段I;而后进入岩体压剪和拉剪破坏以及接触面滑移的双重破坏阶段Ⅱ;完全破坏状态下隧道锚进入裂纹延伸至地表及接触面脱黏的破坏阶段Ⅲ。锚体上部岩体中的裂纹在向地表延伸的过程中,经历剪切破坏→拉–剪复合破坏→拉伸破坏的演变,锚体下部岩体中的裂纹则以近似平行于锚体轴向的剪裂纹为主。地表裂纹自锚体在地表的投影处起裂,并经历拉伸破坏→剪切或拉剪复合破坏→拉伸破坏→拉剪复合破坏的演变过程。岩体内部被裂纹切割而成的块体形态,自锚体拱顶后端起向前由条状过渡为块状,相邻块体间的竖向位错值由后向前依次降低。岩体内部的裂纹随剥离深度的增大逐渐由上凸的喇叭状转变为下凹弧状,破坏区域向浅层地表和锚体拱顶前端收缩。     

频发微震下上覆软弱岩体边坡动力稳定及失稳模式

水库蓄水诱发的高频次微小地震对库岸边坡稳定性存在一定影响。采用振动台物理模型试验,结合UDEC离散元分析方法,以三峡库区杉树槽滑坡为原型,研究了频发微震作用下典型上覆软弱岩体边坡的累计损伤过程、动力响应特征及破坏模式。结果表明：在频发微震作用下,模型边坡自振频率不断降低,阻尼比不断升高,完整性降低;坡体加速度响应在初始阶段和微震阶段体现出“高程效应”和“趋表效应”,而在小震加载后,坡体动力响应与上述特征出现偏离;在反复微震下,坡体的破坏演化过程可概括为“次级节理发育→次级节理扩展→上部岩体破碎→后缘裂隙扩张→滑面贯通→边坡失稳破坏”阶段;离散元数值分析结果表明,上覆软弱岩体边坡在频发微震下的变形主要发生于岩层分界面以上,后缘裂隙以下的上部岩体,随着地震次数的增加,其永久位移不断增大,边坡稳定性系数不断降低,边坡破坏特征与振动台试验结果相吻合。     

基于极限平衡法和强度折减法的危岩稳定性分析

为了分析评价陡倾结构面相互组合切割形成的危岩体的稳定性,本文以龙寺CIV-1边坡危岩体为例,根据地质调查数据,建立了危岩体的简化地质模型、失稳概化理论模型以及在冻胀、地震、水力等因素影响下的力学分析模型,利用极限平衡理论推导出了危岩体的滑移稳定性系数和倾覆稳定性系数的无量纲表达式,重点分析了不同工况下危岩体的稳定性,并借助UDEC强度折减法对危岩体的形成、破坏机理进行分析研究。结果表明：不同工况下的危岩稳定性为天然工况>地震工况>暴雨工况>组合工况;层面与陡倾结构面的组合关系以及陡倾结构面的贯通程度直接控制着危岩体的稳定性和破坏模式。通过极限平衡法和UDEC强度折减法相结合的危岩体稳定性评价方法,不仅可以通过简单的数学公式高效地获取危岩体的稳定性,还可以通过力与变形的信息,直观的辨别出危岩体易失稳的部位,为陡倾结构面切割形成的危岩提供防治参考。     

浅埋偏压小净距隧道衬砌地震应变规律研究

设计并制作了比例为1∶10的浅埋偏压小净距隧道物理试验模型,并开展了大型振动台试验,研究了地震波类型及加速度激振峰值对浅埋偏压小净距隧道衬砌应变响应规律的影响。研究结果表明:在0.1g与0.2g的工况下,衬砌的拉应变变化趋势较为相近且平缓;在0.4g与0.6g的工况下,衬砌的拉应变变化趋势较为相近且波动较大。拉应变受地震波类型的影响较小,而受地震波加速度激振峰值的影响较明显且随着加速度激振峰值增大而增大。在衬砌拱脚及拱顶处会产生较大的拉应变。衬砌的拉应变大于压应变且拉应变的变化趋势较为明显。在不同的加载波类型和不同的加速度激振峰值作用下,应变变化趋势呈现明显的非线性变化特征。研究结果可为浅埋偏压小净距隧道的设计与建设提供有益参考。     

谈危岩稳定性计算分析与治理方法

根据危岩的现场分类情况,对危岩的稳定性进行了计算,并建立了危岩体模型,通过对危岩体破坏形式及失稳模式的判断,提出了危岩治理方案,指出危岩体的治理应充分考虑施工可行性、难易度及经济成本。     

桩板墙地震动力特性的大型振动台模型试验研究

 通过1个比尺1∶8的二级支护边坡大型振动台模型试验,研究地震条件下桩板式挡墙加速度、动位移和动土压力等的响应特性,模型试验以汶川波、大瑞人工波和Kobe波3种地震波作为振动台激振波,汶川波采用水平(X)向、竖直(Z)向和水平竖直(XZ)双向3种激振方式,大瑞人工波和Kobe波采用水平竖直(XZ)双向1种激振方式,研究地震波作用方向和方式以及地震波形等地震动参数对桩板式挡墙地震动力响应特性的影响规律。研究表明：桩板式挡墙加速度、动位移和动土压力等的响应特性,主要受水平向地震波作用的影响,且与地震波类型、激振方向和方式以及测点位置有关。加速度动力响应峰值呈现出沿墙高非线性增大的特征,因而在采用拟静力法时,有必要在考虑支挡结构组合方式、边坡特性及地震波作用方式等影响的基础上,采用合适的地震荷载拟静力值的放大系数。动位移响应峰值和永久位移值呈现出非线性响应特性,水平竖直(XZ)双向地震波激振下,桩板墙主要产生离开土体向边坡外侧平移的动位移模式。动土压力响应峰值沿墙高呈现出两头小中间大的非线性分布特征。     

危岩支撑及支撑-锚固联合计算方法研究

危岩是三峡库区典型的地质灾害类型之一 ,根据失稳类型本文将危岩分为坠落式危岩、滑塌式危岩和倾倒式危岩三类。其中坠落式危岩和滑塌式危岩的破坏机理主要属于危岩体沿着主控裂隙面剪切破坏 ,而倾倒式危岩则主要属于危岩体围绕基部倾覆点拉裂转动破坏。实践表明 ,具有支撑条件时 ,支撑是极其有效的技术类型 ,尤其对坠落式危岩和倾倒式危岩更为适用。作用在危岩体上的荷载主要有自重、裂隙水压力和地震力 ,可构成三种荷载组合。基于支撑体的容许承载力及危岩体的极限平衡理论 ,本文建立了坠落式危岩的支撑计算方法 ,建立了倾倒式危岩的支撑 -锚固联合计算方法 ,量化了支撑体尺寸 ,获得了倾倒式危岩所需的锚杆 (索 )数量。文中所提出的危岩支撑计算方法两年来已经在三峡库区的数百个危岩体治理中得到成功应用 ,并被录入《重庆市(三峡库区 )滑坡、塌岸、危岩防治工程设计技术规范》中 ,用于指导三峡库区重庆境内的危岩防治工程。     

岩质边坡在地震荷载作用下的动力响应分析

在动力有限元理论的基础上,运用ANSYS软件对石家庄至武汉铁路客运专线岩质边坡进行地震荷载作用下的动力响应分析。获得了位移、加速度和锚杆(索)轴向力放大系数及其变化规律,结果表明:边坡对地震加速度存在放大作用,坡顶水平向峰值加速度为5.13 m·s^-2,约为输入地震峰值加速度的1.6倍,锚杆(索)框架梁支护能有效地提高岩质边坡的动力稳定性,具有良好的抗震效果。研究结果对岩质边坡的抗震设计具有一定的借鉴意义。     

大理岩损伤强度的识别及基于损伤控制的参数演化规律

为获取脆性岩石特征强度及破坏过程中损伤演化规律,设计能同步测试应力–应变曲线、AE声发射及岩样径向纵波波速的试验方案,并对3种不同方法确定的损伤强度值进行对比。结果表明,除AE及波速测试方法外,采用体应变(含裂纹体应变)方法可以较为准确地获取试件的特征强度值。通过定义岩石循环加卸载试验获取的不可逆裂纹应变累计值作为岩石损伤的度量,基于损伤控制试验得到锦屏大理岩破坏过程中强度和变形特性随损伤的演化规律。研究表明,随损伤变量的增加,岩石弹性模量、损伤强度和峰值强度均会下降,但随着损伤变量达到至某值后,损伤强度会发生迅速降低,而峰值强度随着损伤累积仍会保持增加然后缓慢降低;进一步分析得到内摩擦角和黏聚力随损伤变量变化规律：随着损伤的发展,黏聚力从峰值迅速下降,并很快到达残余门限值;而内摩擦角随着损伤的发展经历了先上升再降低2个过程,其中上升段是在大部分黏聚力损失后逐渐升高至峰值。研究成果对于揭示脆性岩石强度破坏机制具有重要的理论意义。     

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。     

各向异性岩石纵、横波的波速比特性研究

通过对板岩、千枚岩、糜棱岩和变质砂岩等4种各向异性岩石在平行和垂直层理或板理的3个正交方向上进行大量的纵、横波波速试验，并结合对相关文献中已有岩石波速数据的深入分析，提出岩石介质纵、横波波速比的各向异性效应。这种效应广泛存在，其发育程度受到岩石类别的控制。在试验所用的4种岩石中，板岩和千枚岩的波速比的各向异性明显，而糜棱岩和变质砂岩则不甚发育。波速比的各向异性特征主要表现为垂直层理方向上的波速比普遍小于平行层理方向，且两方向波速比的相对增量还随着垂直层理方向上的波速比的增大而逐步减小。基于横观各向同性弹性介质的波速方程，还进一步通过具体算例对这一特征进行较好的理论分析。     

巴西圆盘劈裂试验中拉伸模量的解析算法

 提出巴西圆盘劈裂试验中拉伸模量的解析算法。结合圆盘对心受力的理论弹性解和实际试验过程中便于测量的物理参数,基于微积分的原理,通过对试样中心垂直加载方向上每一点拉应变的积分,可以得到该方向上总的变形量,进而推导出岩石拉伸模量和总位移变形量之间的定量关系式。该关系式包含加载力、试样直径、试样厚度、岩石泊松比和试样中心垂直加载方向上总位移变形量5个物理量,其意义明确,运用简便,可为求解巴西劈裂试验拉伸模量提供一种新的方法。     

平台对滚石停积作用试验研究

 平台对危岩体失稳后运动有很好的减速拦阻作用,是危岩体防治的有效措施。设计了平台停积作用试验,采用多元非线性回归模型对滚石在平台上的停留位置以及平台平均阻力系数进行研究,分析停留位置和平均阻力系数分别与滚石质量、形状、滚石到达平台时的速率以及平台表面粗糙程度等因素之间的关系以及各因素的相关性,并对多元非线性回归模型进行预测;同时,特别分析了滚石质量对停留位置的影响。结果表明：(1) 滚石停留位置和平均阻力系数与滚石质量、形状、滚石到达平台时的速率以及平台表面粗糙程度等影响因素的关系均可采用多元非线性回归关系式表示,并且预测值与实际值可较好吻合;(2) 滚石质量、初始位置(边坡高度)和平台表面粗糙程度对滚石停留位置有较大影响,表现为滚石质量越大,边坡高度越大,滚石在平台运动的距离越远。所得结果为将平台作为危岩体防治措施时确定平台的宽度提供依据,对坡面地质灾害的防治有指导意义。     

巷道围岩爆破地震效应的模拟和解析对比分析

对某巷道围岩爆破工程进行数值模拟来分析爆破地震波在围岩中的传播规律,通过数值模拟分析结果与解析解进行对比,发现两者得出的结论类似。在爆破地震波的影响下围岩质点的峰值速度变化呈一定规律,对不同径向距离和轴向距离条件下质点峰值速度的变化规律进行比较,可以发现围岩中质点的峰值速度随着径向距离呈现正负号交互的波浪式衰减,即围岩可能出现交替拉压状态以及分区破裂现象,而质点峰值速度随着轴向距离的变化相对简单,主要表现为非线性的快速衰减。