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。     

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。     

层状岩质边坡动力变形破坏特征的试验研究

以反倾层状岩质边坡为研究对象,通过振动台试验对地震作用下反倾层状岩质边坡的变形破 坏过程进行了研究,观察记录了在不同频率、振幅、持时地震波作用下模型边坡的宏观变形破坏特征。 在此基础上,对模型边坡的变形破坏模式进行了分析。试验结果表明:地震作用下边坡变形破坏特征与 地震动参数密切相关;结构面对边坡的变形破坏有着控制作用;地震作用下反倾层状岩质边坡的变形破 坏模式可概化为:地震诱发———顶部及浅表部松动变形———坡体裂缝发育、扩展及层间错动加剧———顶 部及浅表部破坏加剧———坡脚拉张裂缝扩展及层间错动加剧,引起边坡大规模崩塌溃坏,散落岩体堆积 坡脚。     

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。     

倾角变化条件下反倾层状斜坡倾倒变形演化研究

倾倒变形是反倾层状岩质边坡的一种典型破坏模式,为了研究不同岩层倾角对反倾层状岩质边坡倾倒变形的影响,以澜沧江上游古水水电站坝前倾倒变形体为原型,从岩层倾角变化的角度出发,利用大型土工离心机试验分析了反倾层状岩质边坡的失稳破坏过程、变形演化特征与最终失稳模式等。结果表明：(1)反倾层状斜坡的变形演化过程基本概括为岩层压密-坡脚压裂阶段、弯折面形成-部分失稳阶段和弯折面贯通-彻底失稳3个阶段,岩层倾角的改变并不会影响斜坡阶段性演化过程;(2)岩层倾角越大的斜坡,斜坡形成弯折面所需时间越短,失稳破坏发生后坡体贯通性倾倒破坏深度更大,对应的变形范围越大,折断岩层的破坏程度越剧烈;(3)岩层倾角变化会导致斜坡的倾倒变形过程与最终失稳模式存在一定差异。倾角较小的55°和70°模型斜坡前部岩层在重力作用下发生明显弯曲倾倒变形,最终以“倾倒-弯曲-滑移”的失稳模式发生破坏;倾角最大的85°斜坡岩层发生的弯曲变形较小,最终以“倾倒-折断-崩塌”的模式发生破坏。研究结果对大型工程项目的顺利开展具有一定指导意义。     

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。     

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。     

反倾互层岩质边坡挖方稳定性的建模分析

现有反倾互层岩质挖方边坡的稳定性分析方法很难将动力载荷位移响应比参数控制在预警标准值以下,导致分析结果不够精准。分别从岩体强度、岩层组合结构、力学载荷作用、时间、不连续面力学特征等5个方面,分析影响反倾互层岩质边坡稳定性的要素条件,计算挖方边坡整体边坡角数值,根据损伤贯通区域发展原理分析失稳损伤破坏特征,计算挖方卸荷效应下的施工强度,构建反倾互层岩质挖方边坡的稳定性模型。实例测试表明,应用该稳定性建模分析方法后,随着边坡高度的不断增大,挖方动力载荷位移的响应比参数始终低于5.42,未超过预警标准值,可精准分析反倾互层岩质挖方边坡的稳定性。     

岩体力学参数对反倾边坡稳定性影响的数值模拟研究

应用离散元软件UDEC,以秦岭南部略阳县菜籽坝反倾边坡为例,研究岩体物理力学参数(主要为抗拉强度、节理刚度、内摩擦角及黏聚力)对边坡稳定性的影响。通过比较三者所引起的边坡位移及变形破坏情况,得到以下主要结论:抗拉强度对反倾边坡稳定性的影响有限,但随着抗拉强度的大幅降低,边坡失稳范围也会加大;节理刚度的合理选取至关重要,极大影响着结构面的弯曲变形;随着内摩擦角及黏聚力的不断降低,边坡潜在破坏范围逐渐增大;三者对倾倒变形影响大小关系为:内摩擦角、黏聚力节理刚度抗拉强度。     

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。     

地震作用下反倾岩质边坡变形破坏的坡面效应

为研究地震作用下坡面形态对边坡的变形破坏过程及破坏形式的影响,以汶川地震灾区公路沿线不同坡面形态的边坡为例,采用离散元UDEC软件,模拟4种不同坡面形态的边坡变形破坏过程,并监测坡体关键部位的位移变化。通过分析得出：阶梯型坡破坏发生最早;直线型坡破坏发生最晚;破坏位置都集中在坡型的拐角处和坡脚转折点;不同坡型破坏的程度及模式也明显不一样。上述结论对于了解地震作用下反倾岩质边坡变形破坏的坡面效应具有指导作用。     

基于敏感分析的反倾岩质边坡锚固参数优化设计

以湖北鹤峰红莲池反倾边坡为例,在分析边坡地质条件的基础上,通过离散元软件UDEC模拟试验,分析反倾岩质边坡的位移云图,得出了反倾边坡倾倒变形的破坏基准面,并以此初步确定锚索长度。基于敏感性分析方法,研究在不同锚固角、锚固力及锚索长度条件下,坡顶最大水平位移以及倾倒变形区面积变化特征,以此得到参数优化结果:锚固角为8°、锚固力为1 000 k N、锚索锚固段长度为5 m。锚固参数敏感性大小排序依次为:锚固角度,锚固力,锚索长度。     

动力荷载下软硬互层岩体力学特征

针对动力荷载下软硬互层岩体破坏问题,以汶川水磨沟滑坡层状岩体为研究对象,依据相似理论,制作软硬互层岩质试块,开展单轴压缩及变上下限等幅值循环荷载试验,研究其动力特性及破坏过程。结果表明：随岩层倾角的增大,其破坏模式为贯通层面的张拉破坏(0°～30°)、沿层面的剪切破坏(45°～75°)及沿层面的劈裂破坏(90°),而试样的强度及应变先增后减。对于相同倾角的试样,强度随加载频率及围压增大而增大。应变随加载频率增大而减小,随围压增大而增大。加载频率的增大会导致竖向拉张裂缝贯通、破裂程度降低。     

高填方路堤边坡在地震作用下的动力响应分析

通过建立二维有限差分模型,对地震荷载下高填方路堤边坡的动力响应进行数值模拟,探讨了边坡在地震作用下的变形、位移规律及沿坡面的加速度放大规律。结果表明:在土体性质差异较大的薄弱层,会产生较大的剪切位移;路堤边坡处加速度峰值自下而上先减小后增大,在路堤顶部加速度峰值达到最大;砂卵石在地基中的位置不同,使得路堤顶部位移的周期与振幅不同,其中砂卵石在中部时对抗震来说最不利。     

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。     

云南苗尾水电站倾倒变形体边坡稳定性分析

倾倒变形破坏是高山峡谷地区反倾薄层状斜坡的典型失稳形式之一。为了分析云南苗尾水电站库区倾倒变形体边坡(QD8)稳定性,对其岩体结构进行调查,并分析了两种破坏形式。采用极限平衡法,计算倾倒变形体边坡在天然、地震、蓄水和暴雨4种工况下的稳定性。结果表明:边坡最小安全系数为1.18,整体稳定性较好;运用离散元法,得到边坡的应力和位移分布,最大位移为0.14 m,存在局部坍塌现象,因此倾倒变形体边坡(QD8)稳定性较好。研究成果可为倾倒变形体边坡稳定性分析提供借鉴。     

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。     

水位上升条件下陡坡破坏离心模型试验研究

基于变形与破坏过程耦合分析的研究思路,针对水位上升条件下黏性土陡坡变形破坏开展了离心模型试验,测定了试验过程中边坡的位移时程及其分布,并进行点对分析确定了边坡破坏过程,揭示了边坡的破坏机理。研究结果表明：水位上升引起的陡坡剪切破坏从坡脚开始,逐渐向上发展与坡顶张拉裂缝共同形成整体滑裂面;水位上升过程导致陡坡产生显著变形并在一定区域内集中,出现了明显的变形局部化,导致该处出现局部破坏,局部破坏逐渐发展并贯通形成滑裂面;滑裂面形成后边坡变形主要出现在滑动体内部,滑动体上不同点的位移特征受到所在位置的影响。