基于应变软化的软弱夹层边坡渐进破坏

含软弱夹层的顺层岩质滑坡是常见的地质灾害,研究其渐进破坏过程对于滑坡防治具有重要意义。基于软弱夹层的应变软化特性,推导了开挖工况下含软弱夹层的顺层岩质边坡渐进破坏的微分方程,并理论分析了渐进破坏的过程和阶段;对比摩尔-库伦本构模型下的数值计算结果,证明了应变软化摩尔-库伦本构模型能更准确地反映边坡软弱夹层的渐进破坏过程,并以实际工程案例进行了检验。研究结果表明:含软弱夹层的顺层岩质边坡的渐进破坏过程可分为初始、等速与加速变形3个阶段;在开挖工况下,破坏首先产生自坡脚,而后剪切破坏区不断扩展,沿软弱夹层延伸至坡顶,并在坡顶产生拉张破坏,边坡的整体破坏模式表现为滑移-拉裂式。     

切坡影响下缓倾顺层红层边坡变形的演化过程

以德遂高速公路沿线典型缓倾顺层红层边坡为工程依托，依据地质分析及相似理论建立缓倾顺层红层边坡室内物理模型，采用开挖试验模拟实际工程切坡，研究坡体的变形演化过程。结果表明：缓倾角20°的顺层红层边坡随切坡呈现典型的拉裂[CD*2]滑移式破坏，坡体位移均随分级切坡不断增大，水平位移均高于竖直位移，同时切坡面附近产生的位移相对于坡体其他部位较大；坡体变形主要由切坡阶段卸荷变形及静置阶段蠕滑变形两部分组成，且切坡卸荷为蠕滑变形发展创造了基础条件；切坡至软弱泥岩夹层前卸荷变形大小及速率均高于蠕滑变形，切坡至软弱泥岩夹层后坡体卸荷变形低于蠕滑变形；切坡面附近部位应力受切坡扰动较为明显，而坡体中部及后缘应力受切坡扰动较小，但坡内应力总体呈现下降趋势，即应力随切坡逐步释放。     

基于河谷下切面与软弱层关系的顺向坡破坏机理

为弄清河谷下切面和软弱层组合特征对顺层斜坡的破坏失稳模式和成因机制的影响,采用UDEC建立了相应的数值模型,结合该区域内顺层滑坡的工程地质特征进行了深入探讨。研究结果表明:顺层斜坡坡脚河谷下切面与坡脚处软弱夹层的空间位置关系造成了滑坡失稳的3种变形破坏模式,滑移-剪切、滑移-剪断、滑移-弯曲-溃屈。得出了在坡脚河谷不同下切深度下岩质顺层斜坡变形破坏模式的转化过程及成因机制,并结合三峡库区实际案例验证了相应的变形破坏模式和成灾机制。     

软弱结构面位置对岩质顺倾边坡稳定性的影响

为研究软弱结构面的位置对岩质顺倾边坡稳定性的影响,以耿马县河底岗某石灰岩矿山为例,采用GeoStudio及MIDAS/GTS软件,对该岩质顺倾边坡的稳定性进行研究。结果表明,软弱结构面愈接近坡脚,边坡沿软弱结构面发生失稳破坏的可能性越大,潜在滑移面可能穿越软弱结构面;随着软弱结构面距离坡脚位置越远,其对对边坡稳定性的影响越小,此时边坡失稳的潜在滑移面与软弱结构面无关。     

陡倾顺层岩质斜坡动力倾倒变形机理研究

通常认为顺层岩质斜坡动力变形破坏以滑移—拉裂、滑移—弯曲模式为主,但是通过现场调研发现,在陡倾顺层斜坡中存在一类特殊的动力变形破坏方式——倾倒变形。为了得出该类型斜坡动力倾倒变形机理,以四川汶川县水磨沟陡倾软硬相间顺层斜坡在"5.12"汶川地震作用下失稳为例,在充分总结滑坡区工程地质条件和分析其动力破坏特征后,利用二维离散元数值模拟方法开展研究。结果表明:在地震荷载作用下,在斜坡表面PGA放大系数随着高程的增加总体表现节律性变化,在坡肩呈现峰值;斜坡失稳机理为坡内软岩和硬岩差异式拉剪破坏导致层面抗剪强度急剧降低,岩土体沿优势层面下滑;由于坡体下部岩层锁固作用,坡体向下滑动受阻,坡脚附近岩土体翘曲隆起,而坡顶震裂松弛岩土体在巨大地震惯性力下沿优势结构面滑动剪出过程中,受坡肩"关键块体"阻挡而向临空面发生倾倒变形,整个斜坡发生滑移—下部弯曲—上部倾倒式失稳破坏。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。     

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。     

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。     

坡面降雨和坡脚浸泡对土坡影响的模型试验研究

降雨是诱发边坡失稳破坏的重要因素,为研究降雨条件下土质边坡的滑动破坏规律,为了便于制模和坡土位移的PIV观测,开展了无黏性土降雨滑坡的模型试验,利用体积含水率传感器测试了降雨条件下坡土不同位置处含水率的变化特征,利用PIV技术研究了边坡渐进变形破坏的发展过程,分析了变形场特征,并进一步研究了长时间降雨坡脚浸泡导致的破坏规律。结果表明:持续降雨入渗条件下坡土体积含水率依次可分为初始平稳期、上升期和最终稳定期三个阶段,坡脚土体的积水会导致边坡进一步滑移破坏。边坡破坏模式为渐进式滑移变形破坏;根据边坡速度场和位移场随厚度分布特征,可将坡土从下往上分为稳定层、剪切层和随动层。     

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。     

基于数值仿真的顺层岩质边坡支护稳定性分析

以长沙某矿坑顺层岩质边坡为研究对象,结合有限元数值分析软件Ｐｈａｓｅ2对边坡开挖应力状 态变化与潜在变形破坏模式进行仿真模拟,分析其支护效果,确定合理可靠的治理措施方案,并采用极 限平衡法进一步验证。结果表明:该顺层岩质边坡应力松弛区位于坡面中上部,由坡面向坡体内部呈现 出显著变化、渐变和基本不变的分布特征;该顺层岩质边坡的潜在变形破坏模式为顺层滑移－弯曲破 坏;采用预应力锚杆对该顺层岩质边坡进行支护,能有效提高边坡的稳定性。     

红层缓倾岩质斜坡地下水作用机制及稳定性分析

强降雨条件下地下水作用对川东缓倾岩质滑坡大规模的爆发起到关键作用。以川东典型红层缓倾岩质斜坡为例,通过现场调查和数值模拟等方法分析地下水渗流规律,并从地下水的物理作用和力学作用两方面研究其变形破坏机制。研究结果表明:地下水在层状和块状岩体斜坡中主要是通过原生层面和节理裂隙运移,孔隙水压力主要集中在斜坡后缘,靠近前缘水压力逐渐降低。川东缓倾岩质滑坡是在地下水的静水压力和物理软化泥化共同作用的结果,降雨入渗形成的水平推力、扬压力及软弱结构面强度的降低导致滑坡的启动;其形成演化过程可分为:1结构面形成与贯通阶段;2泥岩夹层软化阶段;3强降雨启动破坏阶段。     

软硬岩互层边坡的破坏模式及稳定性研究

采用FLAC^3D强度折减法研究软硬岩互层边坡在不同岩层厚度组合h、不同岩层倾角下边坡的破坏模式和稳定性系数k。结果表明h对边坡的破坏模式影响较小,θ对边坡的破坏模式影响明显①水平层状边坡破坏模式为滑移—压致拉裂;随着θ的增大,顺倾向边坡破坏模式为滑移—拉裂、顺层滑移、滑移—溃曲、弯折—溃曲;直立边坡为弯折—崩塌破坏模式;反倾向边坡为滑移—溃曲和弯折—倾倒破坏模式。②缓倾向顺层边坡中,h的变化对边坡k影响很小,k由靠近坡脚处的软岩决定;其余层状边坡中,当软岩厚度不变时,k随着硬岩厚度的增大而增大,当硬岩厚度不变时,k随着软岩厚度的增大而减小。③随着θ的增大,顺倾向边坡中,k曲线呈现出先减后增的形状;反倾向边坡中,k曲线呈现出先增大后减小再增大的形状;软硬岩互层边坡总体稳定性趋势为,近直立层状边坡>陡倾向顺层边坡>反倾层状边坡>近水平层状边坡>缓倾向顺层边坡。     

缓倾层状高边坡典型破坏模式及宏观判据研究

 缓倾层状高边坡是三峡库区典型的岸坡结构之一,其稳定性主要由岩体结构和岩性组合决定。通过对长江上游云阳—江津100个高边坡详细调查,针对缓倾角层状岩质边坡特殊情况,考虑其形成机理将三峡库区缓倾层状高边坡典型破坏模式概化为风化崩落型、压剪滑移崩落型、拉剪倾倒崩落型、拉裂坠落型4种破坏模式。以岩体结构控制论为指导,结合实例分析了4种破坏模式的基本特征。从陡崖(坡)断面形状、主控结构面特征、优势面数目、节理密度以及岩性等方面构建了缓倾层状边坡破坏模式的宏观判据。经云阳—江津100个高边坡现场验证,利用这些宏观判据判识的破坏模式与实际相符。     

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。     

黄河某水电站库区Ⅲ#滑坡形成机制研究

倾倒-变形多发生在逆向层状边坡内,但在近几年工程勘查中发现,陡倾顺向边坡也存在该种失稳模式,研究其形成机制对正确评价工程边坡的稳定性有着重要意义。以西北黄河流域某水电站坝前右岸的Ⅲ^#滑坡为例,在地质勘察的基础上,结合数值模拟和定性分析得出滑坡的形成过程分为河谷下切、坡表卸荷,岩层发生倾倒-变形,滑移-拉裂3个阶段,利用UDEC再现了滑坡的形成过程。利用有限元和离散元计算得到的结果互相吻合,证明了结论的合理性。     

反倾岩质边坡弯曲倾倒-剪切滑移破坏分析方法研究

目前反倾岩质边坡弯曲倾倒破坏分析方法仍以基于极限平衡理论的悬臂梁模型为主,但大多未考虑坡脚岩层的剪切破坏。为准确评价该类边坡的稳定性,建立考虑坡脚岩层剪切破坏的分析计算方法。首先,根据岩层变形破坏特征,将边坡分为后缘稳定区、中部弯曲倾倒区和前缘剪切区3个区域;其次,建立弯曲倾倒-剪切滑移破坏模式的稳定性分析方法;最后,通过工程实例验证,并进行参数分析。研究结果表明:提出的分析方法与工程实际符合性较好;边坡在倾角较陡、坡角较大时稳定性最差,坡角对边坡稳定性影响大于岩层倾角的影响;岩层厚度及层面内摩擦角增加有利于边坡稳定性,且会扩大坡脚剪切区范围。研究成果对反倾岩质边坡破坏的防治具有实践指导意义。     

层状岩坡变形破坏及其治理的离散元分析

某大型水电站为顺倾层状人工高边坡,坡体软弱层面、断层、节理和后缘陡倾卸荷张裂隙对坡体稳定性影响大,在自上而下的挖坡过程中,局部坡体发生了失稳座滑。本文分析了边坡的地质条件和岩体结构特征,采用离散单元法模拟了边坡的变形破坏过程,探讨了坡体的变形破坏机理;研究了在滑坡体上继续挖坡,坡体可能发生的变形破坏形态;另根据坡体变形破坏机理及后续开挖边坡可能发生的变形破坏形态,基于离散元数值模拟优化了边坡预应力锚杆和抗滑桩的工程加固支护措施,确保了边坡稳定,监测表明,后续坡体开挖及开挖完成后未出现明显变形破坏迹象。