顺层边坡不同开挖锚固过程力学响应模型试验

为深入认识施工期顺层边坡变形与应力调整规律,开展了不同开挖与锚固过程顺层边坡地质力学模型试验,分析了边坡不同部位对不同开挖坡率、锚固次序等施工过程的力学响应规律。试验结果表明:①顺层边坡开挖响应主要受卸荷回弹与层面滑移影响,卸荷回弹效应由开挖方量控制,层面滑移对开挖振动响应显著;开挖后边坡上部主要表现为结构面滑动变形,中部及下部主要表现出卸荷回弹特征。②测点与坡面的距离直接影响测点对开挖的响应,靠近开挖面测点位移大,远离开挖面测点位移小,且边坡变形随开挖坡面变陡呈增加趋势。③预应力锚筋不同张拉次序会引起边坡不同的响应规律。单侧顺序张拉时,距离锚筋较远的岩体呈现受拉特征,易导致岩体中原有裂隙张开或出现新裂隙;中间到两侧对称张拉时,基本所有岩体均呈现受压特征。建议采用对称张拉次序,避免单侧张拉。     

不同降雨条件下顺层边坡力学响应模型试验研究

 为研究降雨条件对顺层边坡坡体内部力学响应特征的影响,结合叠加喷洒降雨技术和光纤光栅监测技术,开展不同降雨类型及支护条件下顺层边坡的地质力学模型试验,分析雨水入渗对于坡体位移、孔压力以及支护结构受力的影响等。试验结果表明,对于无支护边坡,在短时间暴雨条件下,位移和孔压力变化主要发生在降雨期间的坡体表层附近,坡体表层前端处雨后位移的增幅较大且孔压力的消散较快,坡体稳定性的主要影响因素是超孔压的累聚和消散;在长时间小雨条件下,位移和孔压力的影响范围逐渐向深部扩展,雨后位移仍保持较大的增长速率但孔压力消散较慢,坡体稳定性的主要影响因素是雨水入渗软化软弱夹层。相对于无支护边坡,有支护边坡的坡体位移和孔压力均显著减小,这主要是由于支护结构的施加限制坡体表面裂缝的扩展,从而减弱雨水的入渗,在总降雨量相同的情况下,短时间暴雨条件时支护结构的受力较快达到稳定,长时间小雨条件下支护结构的受力调整的速率较慢,在降雨试验结束6 h后,坡体前端推力最大值出现的位置不同,前者最大值出现在顶层,后者最大值出现在中层,且后者相应位置处的数值是前者的1.5～1.7倍。试验成果对于类似边坡工程的施工设计及加固维护具有参考意义。     

顺层岩体边坡锚固等效参数计算方法研究

锚固等效参数是进行顺层边坡锚固效果数值模拟的关键科学数据。针对锚固顺层岩体边坡中结构体和结构面刚度系数不同的实际情况,将锚杆锚固后顺层岩体边坡的锚杆、结构面、结构体的复杂体系等效为一个均质岩体。推导了节理岩体等效法向刚度系数和等效切向刚度系数计算公式。基于结构体小变形、岩体变形可叠加性及抗剪强度参数c、φ值不相关性假定,利用Coulomb抗剪强度理论推导、建立了顺层岩体边坡锚杆等效抗剪强度参数c、φ值计算公式。     

地震作用下顺层岩质边坡锚固特性的拟动力分析

实践证明锚杆对边坡加固效果明显,但目前对地震作用下岩质边坡的锚固机制研究还不够深入,因此研究锚固边坡的抗震性能对于边坡锚固的优化设计具有重要意义。采用拟动力法模拟地震加速度时程曲线的输入,并基于极限分析上限定理推导地震作用下顺层岩质边坡临界无量纲总锚固力及锚固边坡稳定安全系数的表达式。通过算例对比分析锚杆倾角、节理面倾角、地震加速度影响系数、地震加速度放大系数、节理黏聚力与内摩擦角对边坡临界状态下总锚固力的影响。研究结果表明:边坡临界状态下锚固力与锚杆倾角、节理内摩擦角、水平向地震加速度影响系数及地震加速度放大系数正相关,与节理面倾角、竖向地震加速度影响系数及节理黏聚力负相关;随着节理内摩擦角的增大,水平向地震加速度影响系数及地震加速度放大系数对边坡临界状态下锚固力的影响越明显,而锚杆倾角、节理面倾角、竖向地震加速度影响系数及节理黏聚力的影响则逐渐减弱。     

锚固边坡楔体稳定性地质力学模型试验研究

以李家峡水电站左岸岩质高边坡加固工程为背景，采用地质力学模型试验方法，完成了预应力锚索加固边坡模型和无锚索加固边坡模型的对比试验，研究边坡双滑面楔体稳定性和锚固效应的问题。给出了复杂岩体边坡和预应力锚索体的相似物理模拟方法，锚固和未锚固状态下边坡双滑面楔体的相对位移和绝对位移的变化形态、锚索预应力时程变化特征、锚索轴力变化特征以及边坡不同部位的锚索的受力破坏特点等结果。在此基础上，对上述两种状态下边坡楔体的安全稳定性进行了计算和对比分析，结果表明锚固边坡比无锚固边坡安全系数高1.4倍以上，并总结给出了预应力锚索对边坡双滑面楔体的加固效应。     

频发微小地震作用下顺层岩质边坡的振动台模型试验与数值分析

采用振动台物理模型试验与UDEC离散元方法,针对不同倾角的顺层岩质边坡,研究了其在频发微小地震作用下的动力响应、边坡变形与稳定性系数变化特征及破坏模式。结果表明:在频发微震作用下,边坡自振频率减小,阻尼比增大,坡体结构损伤不断发展并累积,具体表现为层面与次级节理的起裂、扩展、贯通,坡体永久变形逐渐增大,稳定性系数减小;两类边坡的加速度响应均表现出"高程效应"和"趋表效应",且两类边坡的动力响应随地震作用次数的增加而减弱;对缓倾顺层坡,其在振动台试验后期加载强震作用后,边坡破坏表现为岩层从上至下的逐层开裂滑移脱落,但在UDEC模拟的频发微震下的破坏主要集中在边坡表层;而对层面与坡面平行不出露的陡倾坡,边坡在微震下的稳定性基本良好,其强震破坏面主要有后缘陡倾层面段、中部台阶起伏段及前缘平缓剪出段3段构成。研究成果对库区滑坡形成机制的认识和减灾防灾具有重要的参考价值。     

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。     

船闸边坡节理岩体锚固效应的模型试验研究

通过室内相似材料模型块试验,研究了在不同的布锚参数下三峡船库高边坡节理岩体的抗压强度、弹性模量、泊松比及扩容特性等力学性质的变化规律,得出了一些有益的结果。     

地表水入渗环境下边坡稳定性的模型试验研究

自然界中，边坡的失稳(可导致滑坡)与地表水入渗补给条件下的地下水参与有关。通过理论和实践研究，地下水对边坡的作用可以概括为5个方面：(1)岩土体及结构面的软化；(2)静水压力；(3)动水压力；(4)岩土体含水量和容重的增加：(5)水．岩物理化学作用。为了解上述作用，鉴于模型试验是解决复杂工程问题的有效手段，开展了边坡稳定性模型试验研究。试验中，模拟了一含软弱夹层的均质边坡模型。通过应用相似条件，得到了均质边坡稳定性与地表水入渗量历时关系曲线。在试验过程中，主要考虑了4类模型：(1)后缘裂隙充水模型：(2)前缘洪水涨退模型：(3)坡面降水模型；(4)各种补给并存模型。最后，得到了可用于边坡失稳控制的两点成果：(1)累积入渗水量与边坡变形量的关系；(2)边坡危险入渗水量。     

地震作用下顺层岩质边坡动力可靠度

针对地震的动力特性以及岩体强度参数的随机性,提出计算地震作用下顺层岩质边坡动力可靠度时程的方法,并提出以最小平均安全系数和平均大失效概率作为联合评价指标来评价顺层边坡的整体稳定性。首先,建立了顺层岩质边坡地震响应的分析模型,根据得到的岩体应力地震响应求出了顺层岩质边坡的动力安全系数时程曲线;建立了顺层岩质边坡极限状态方程,并运用JC法求出了边坡的失效概率时程曲线。最后,求出了顺层岩质边坡的最小平均安全系数和平均大失效概率。算例分析表明,与传统方法相比,采用最小平均安全系数和平均大失效概率来作为评价顺层岩质边坡稳定性的综合指标,能更安全地评价边坡的稳定性。     

顺层岩质边坡稳定性分析

运用极限平衡法确定顺层岩质边坡在不同边坡角时的临界滑面,计算了临界滑面的安全系数,依据安全系数对边坡在不同边坡角时的稳定性进行了研究,并针对安全系数小于临界值1.35时的边坡角,研究了其在结构面倾角不断变化时,边坡安全系数的变化规律。     

高速公路顺层边坡设计方案探讨

论述了顺层边坡的一般设计方法,并对某高速公路顺层岩石高边坡进行了实例分析,从变形机理、边坡的稳定性以及设计对策等方面入手,分析了顺层岩石高边坡失稳破坏的控制因素,提出了合适的边坡设计方案,以促进对此类问题的深入研究。     

考虑时效特性的锚固岩质边坡变形可靠度分析

 提出基于非侵入式随机有限元法的岩质边坡变形可靠度分析方法。建立考虑腐蚀效应的锚杆锚固力随服役时间变化模型。给出边坡变形可靠度分析非侵入式随机有限元法的计算步骤。研究锚固边坡变形失效概率与最大允许变形值之间的关系,并基于参数敏感性分析提出边坡最大允许变形取值方法。以锚固岩质边坡为例,证明所提方法的有效性。结果表明：非侵入式随机有限元方法为考虑时效特性的边坡变形可靠度分析提供一条有效的途径。随着锚杆服役时间增加,锚杆腐蚀作用对锚固边坡变形可靠度的影响越明显。考虑时效特性的边坡变形失效概率常用对数 与边坡最大允许变形值间存在近似线性关系,而且随着边坡可靠度水平增加,该线性关系表现得越明显。     

地震荷载作用下顺层岩质边坡安全系数分析

结合强度折减法的思想,并考虑到地震荷载特征以及离散元法和顺层岩质边坡的特点,提出一种求解地震荷载作用下顺层岩质边坡安全系数的方法。采用关键点位移/速度时程曲线的变化趋势对边坡的临界状态进行判断,采用失稳状态时坡体的速度/位移矢量图来判断与安全系数对应的滑动面。将上述方法运用到钟家湾顺层边坡的稳定分析中,并将所得结果与极限平衡法计算结果进行对比,发现二者的计算数值相差较小,对比结果表明该方法是合理可行的。在此基础上,利用UDEC初步分析地震荷载作用下坡高、坡度、岩层倾角以及地震波参数包括振幅、频率等因素对顺层岩质边坡安全系数的影响规律。     

不同锚固方式下软弱破碎岩质边坡渐进破坏特性的模型试验研究

在软弱破碎岩体中进行人工边坡开挖,往往因局部坡体应力集中或变形过大而导致边坡失稳破坏,为此需要采用大量的锚杆加固岩体。为进一步了解该类边坡的变形破坏机制及其支护加固效果,以 Ⅳ 类围岩为参照对象,将其等效为单一均质地层,并根据相似理论建立其地质力学模型,随后开展了不同锚杆加固方式下岩质边坡破坏特性的试验研究。试验结果表明,当不采取加固措施时,软弱破碎岩质边坡的塌方主要是由于坡顶岩体的张拉和坡脚岩体的压剪共同作用的结果,且往往呈渐进性破坏机制;当采取锚杆加固时,一方面,锚杆加固可有效提高边坡岩体的承载能力和抵抗变形能力,锚杆的作用主要体现在抗剪止裂和抗拉伸两个方面,另一方面,不同的锚杆直径、锚杆长度和锚固间距对边坡岩体的加固效果和最终破坏模式有较大影响。     

基于静力模型试验的华丽高速公路金沙江桥华坪岸顺层边坡安全性评估

 顺层边坡的破坏范围及稳定性一般受工程扰动影响较大。以华丽金沙江桥华坪岸顺层边坡为研究对象,利用现场调查、地质力学方法和数值分析,综合确定华坪岸边坡破坏模式主要为后缘陡倾结构面控制剪入+T2凝灰岩软弱夹层主滑+前缘缓倾结构面剪出破坏控制。基于此,制作考虑后缘陡倾结构面和顺层软弱夹层边坡模型,设计了不同桥基荷载和水平荷载组合工况,分析余推力、位移、应力和应变发现：不同工况临界水平荷载为1.89～3.15 kN,临界水平地震加速度值为0.134 g～0.208 g,除100 a设防自然工况不满足外,其余条件下华坪岸边坡均满足工程区修正后地震设防标准0.105 g(50 a)和0.144 g(100 a)的要求。在模型试验过程中,数据的灵敏度和稳定性排序为表观应力和位移＞内部应力＞应变;传感器的费效比排序为量力环＞百分表＞土压力盒＞应变片。     

降雨入渗对含软弱夹层顺层岩质边坡性状影响的模型试验研究

 为揭示降雨入渗对于含软弱夹层顺层边坡性状的影响,结合室内叠加喷洒降雨技术和光纤光栅监测技术,开展大型地质力学模型试验,分别针对不同岩层倾角、有无支护结构的顺层边坡,探讨降雨工况下坡体内部关键位置处的物理量发展模式和变化特征。结果表明,在相同降雨条件下,对于含软弱夹层的顺层边坡,无支护时的位移发展模式具有陡变性、牵引性的特点,而有支护时的位移发展模式具有渐进性、推动性的特点;降雨导致边坡层间错动的现象受岩层倾角影响较大,当倾角达到35°时层间错动将较为明显,应充分重视深部位移和含水率的监测。无支护顺层边坡的软弱夹层泥化贯通位置主要位于坡体前部,有支护顺层边坡的泥化位置则位于坡体后部,可据此确定不同形式边坡的重点监控位置。随降雨入渗时间的持续,支护结构对于坡体的抗滑力从由锚杆受剪提供转向由框架受压带动锚杆受拉提供。试验结果可为类似边坡工程的加固设计和防灾监控提供参考。     

顺层岩质边坡开挖稳定性研究

用地质力学模型试验方法,在实验室对顺层岩质边坡进行分期开挖破坏试验;同时,利用三维快速拉格朗日差分分析(FLAC3D)程序模拟开挖破坏过程。2 种方法所得结果具有较好的可比性,揭示了顺层岩质边坡在开挖状态下岩体变形破坏的一些规律。提出在实际工程中,为避免开挖过程中边坡出现顺层滑动,宜边开挖边支护,且首先在坡脚处设置锚杆。     

顺层岩质边坡防护措施分析

阐述了顺层岩质边坡的概念,总结了顺层岩边坡的岩层结构面特征以及最常见的破坏形式。结合工程实例,通过分析顺层岩质边坡处理方案中工期、造价、防护效果以及实际施工情况等方面内容,最终确定框架锚索方案,并对方案的计算过程进行详解,以便为今后的施工设计提供科学指导。     

频发微小地震作用下顺层岩质边坡的振动台模型试验与数值分析EI北大核心CSCD

采用振动台物理模型试验与UDEC离散元方法,针对不同倾角的顺层岩质边坡,研究了其在频发微小地震作用下的动力响应、边坡变形与稳定性系数变化特征及破坏模式。结果表明:在频发微震作用下,边坡自振频率减小,阻尼比增大,坡体结构损伤不断发展并累积,具体表现为层面与次级节理的起裂、扩展、贯通,坡体永久变形逐渐增大,稳定性系数减小;两类边坡的加速度响应均表现出"高程效应"和"趋表效应",且两类边坡的动力响应随地震作用次数的增加而减弱;对缓倾顺层坡,其在振动台试验后期加载强震作用后,边坡破坏表现为岩层从上至下的逐层开裂滑移脱落,但在UDEC模拟的频发微震下的破坏主要集中在边坡表层;而对层面与坡面平行不出露的陡倾坡,边坡在微震下的稳定性基本良好,其强震破坏面主要有后缘陡倾层面段、中部台阶起伏段及前缘平缓剪出段3段构成。研究成果对库区滑坡形成机制的认识和减灾防灾具有重要的参考价值。