碎石土滑坡变形解体破坏机制及稳定性研究

为总结碎石土滑坡的一般发育规律,分析碎石土滑坡的稳定性,揭示碎石土滑坡变形解体破坏的机制、碎石土古滑坡复活破坏主要机制和其主要诱发因素,通过资料搜集整理和分析、现场工程地质调查与勘探、现场测试与监测和室内外的物理力学试验,以地貌学、系统工程学观点,采用数理统计分析法、不平衡推力法、大变形弹塑性有限元算法、弹塑性有限元接触算法,运用非线性科学的尖点突变理论和碎石土边坡地下水管网状排泄系统的理论,系统研究碎石土滑坡的发育规律,分析滑坡体位移与降雨量以及滑坡稳定性系数与滑体饱水面积比、滑面岩土体抗剪强度参数之间的相关关系,建立碎石土滑坡位移与降雨量的通用统计模型和强降雨作用下浅层滑坡的尖点突变模型,分析降雨对碎石土滑坡稳定性的影响,揭示碎石土滑坡变形解体破坏机制以及碎石土古滑坡复活破坏机制和诱发因素,并提出碎石土滑坡稳定性分析方法.研究取得以下主要成果:(1) 碎石土自然边坡地下水排泄的管网系统发育,地下水的渗流具有很大的不均匀性和集中渗流的特性;碎石土滑坡的变形破坏是一个缓慢的发展过程;降雨(特别是强降雨)是碎石土滑坡的主要触发因素.(2) 分别对典型浅层和中层松散土质滑坡坡体位移、降雨量进行指数模型和幂函数模型的非线性回归分析和比较,发现浅层和中层松散土质滑坡坡体位移与降雨量相关关系一般服从幂函数分布规律.研究表明,滑坡稳定性系数与滑体饱水面积比的关系服从线性分布,滑坡稳定性系数随滑体的饱水面积比增大而减小.影响碎石土滑坡稳定性主要因素的敏感性分析结果表明,各种因素按敏感度从大到小排列,依次为滑面岩土体内摩擦角、地形坡度、滑体饱水面积比和滑面岩土体的黏聚力.(3) 提出采用不分离接触弹塑性有限元强度折减法分析顺层滑坡的稳定性和计算滑坡稳定性系数的新方法.结合工程实例分析表明,采用该方法分析顺层滑坡的稳定性可以更加逼真地反映滑坡变形、解体和破坏的实际情况. (4) 采用大变形弹塑性有限元极限塑性应变分析法确定碎石土滑坡的滑动面,并根据极限状态下塑性应变值的大小确定滑面不同抗剪强度取值段,提出全面考虑滑面上岩土体抗剪强度不同发挥程度的不平衡推力法,并通过实例分析表明该方法能更加精确地计算碎石土滑坡的稳定性系数和分析滑坡的稳定性,并更加真实地反映滑坡所处的实际状态.(5) 采用三维弹塑性接触有限元强度折减法计算碎石土滑坡的整体稳定性系数和分析滑坡稳定性及其变形解体破坏过程,揭示碎石土滑坡变形解体破坏的机制.结果表明,采用该方法可以考虑滑坡体的空间效应,更好地反映碎石土滑坡所处的实际状态及滑坡的滑动过程.提出利用三维弹塑性接触有限元算法的计算结果计算三维斜坡中任意剖面对应的边坡稳定性系数的方法,并与不平衡推力法和二维接触弹塑性有限元强度折减法计算滑坡稳定性系数的结果进行比较表明,新方法更适合分析碎石土滑坡的稳定性.(6) 结合工程实践,对降雨作用下碎石土滑坡的变形解体破坏过程进行分析,揭示降雨作用下碎石土滑坡变形解体破坏的主要机制和一般的力学机制,同时研究结果表明强降雨和长时间一定强度的连续降雨或强降雨分别是浅层碎石土滑坡和中深层碎石土滑坡发生失稳的主要触发因素.另外,提出采用滑体饱水面积比的等效抗剪强度的二维或三维弹塑性接触有限元算法与不平衡推力法相结合模拟分析降雨对碎石土滑坡稳定性影响的方法.并对碎石土古滑坡复活破坏过程和稳定性进行分析,揭示降雨作用下碎石土古滑坡复活破坏的主要机制和长时间一定强度的连续降雨或强降雨是碎石土古滑坡失稳复活的主要触发因素.同时,研究结果表明采用三维大变形弹塑性接触有限元算法分析碎石土古滑坡的稳定性,可以考虑滑坡体的空间效应,使分析结果更加准确.(7) 根据已有坡体滑动位移与降雨量的相关数据,建立一个强降雨作用下浅层滑坡的尖点突变模型,揭示强降雨作用下浅层滑坡突发失稳的破坏机制和强降雨是浅层滑坡最关键的触发因素和影响浅层滑坡稳定性系数大小的最主要外部因素.同时,根据建立的尖点突变模型,揭示少数浅层滑坡在强降雨过后突发失稳的滞后原因.     

开挖及降雨作用下滑坡变形破坏分析

在工程建设中经常会遇到边坡开挖,研究坡体在不同开挖角度及不同降雨工况下的变形破坏规律,可以有助于我们选择最合适的开挖角度,完善方案。本文以孝感市某滑坡为例,研究该滑坡在不同开挖角度及不同降雨强度下滑坡的变形破坏规律。结果表明:随着开挖角度的减小,塑性变形有逐渐向滑坡后缘发展的趋势;滑体沿滑面相对位移随着开挖角度的减小而逐渐增大,且同一开挖角度下降雨强度的不同对滑坡位移的影响较大,成正相关变化;随着开挖角度的减小,降雨强度对滑坡稳定系数的影响逐渐变小,即开挖角度越大,滑坡受降雨影响越小。     

降雨作用下碎石土滑坡变形演化过程及孕灾模式研究

在总结碎石土滑坡地质模型的基础上,采用有限元数值方法研究不同降雨强度下碎石土滑坡的变形演化过程,并对降雨过程中及降雨后期1～7 d的应力应变情况进行分析,得出典型碎石土滑坡的变形破坏过程及其孕灾模式.研究表明,降雨过程中,滑坡中前部以水平剪切变形为主,中后部以沉降拉剪变形为主;碎石土滑坡在降雨作用下的孕灾模式可划分为三个阶段:后缘拉裂孕灾阶段、中部破裂扩展孕灾阶段、滑面贯穿孕灾阶段.     

碎石土古滑坡的开挖扰动效应及稳定性研究

在高速公路建设中经常需要开挖边坡,而作为古滑坡在坡体开挖过程中往往会被激活。通过资料搜集整理、现场工程地质勘察和室内外的力学参数试验,采用弹塑性接触有限元强度折减法,以西南某典型碎石土古滑坡的开挖为例,对古滑坡不同开挖工况下的开挖扰动效应及稳定性进行了分析研究。结果表明,开挖对塑性应变分布影响较大,使塑性应变集中区从滑面带前缘转移到了开挖处和滑面带中后部;古滑坡破坏过程中,滑体沿滑面的位移随着距滑面带前缘距离的增大呈非线性增大;滑动面的接触摩擦应力沿滑面分布很不一致。进一步分析可知,开挖深度对安全系数的影响大于开挖角度对安全系数的影响,并对各种工程情况进行了分析对比,提出了合理地处理碎石土古滑坡的建议。     

某加筋碎石土边坡变形破坏模式分析

通过某加筋碎石土边坡的工程实例,现场踏勘初步分析其变形破坏的主要原因,判断其可能的几种破坏模式;采用野外钻探、原位试验及室内土工试验等手段获取边坡各岩土层的物理力学指标,利用Geo-Studio软件建立二维地质模型,并进行边坡渗流和边坡稳定性计算。从正常工况和最不利工况两个角度来验证该边坡产生变形破坏的原因及模式,最后得出结论,并预测未来边坡变性破坏的发展趋势,以期为同类型加筋碎石土边坡的设计和施工提供一些参考。     

浅谈碎石土滑坡的勘察方法

以阳泉—盂县高速公路五架山滑坡勘察为例,阐述了碎石土滑坡的基本勘察方法,得出滑坡工程地质调查与测绘及滑坡滑动面的寻找是碎石土滑坡勘察过程中的重要工作,稳定性计算时定量评价服从于定性评价的结论。     

地震与降雨耦合作用下区域滑坡灾害评价方法

 基于莫尔–库仑破坏准则,通过引入地震动惯性力和地下水位系数,推导地震与降雨耦合作用下的滑坡安全系数计算公式。提出应用滑坡体物性、几何参数频度分析和蒙特卡罗模拟联合求算滑坡滑动概率的思路,建立综合坡度、土体类别、地震动强度和地下水位系数等因素的滑坡滑动概率理论判定矩阵。利用计算获得的特定研究区内不同强度地震动的重现概率,可将该矩阵转化为不同复发年限内实际地震发生条件下滑坡滑动概率的理论判定矩阵。依据2类理论判定矩阵,结合GIS技术、数字地质图和高精度DEM数据,即可实现地震与降雨耦合作用下区域滑坡灾害的概率性评价;以日本北九州市为例,给出应用该方法评价区域滑坡灾害的概率性预测结果。     

碎石土渗透特性对滑坡稳定性的影响

结合工程实践，通过现场工程地质调查与勘探和室内外物理力学试验，采用数理统计分析方法和不平衡推力法，对碎石土的一般物理力学特性、渗透特性以及碎石土滑坡中地下水管网状排泄系统对滑坡稳定性和失稳破坏的作用机制进行分析和研究。结果表明，碎块石粒组的含量和以粉粒、黏粒为主的细粒土粒组的含量对碎石土渗透系数影响最大且最为显著，碎石土的渗透系数分别随土中碎块砾石粒组含量和小于0．1mm粒径的细粒土粒组含量的增加而呈自然指数增大和降低；碎石土滑坡中地下水管网状排泄系统对天然边坡的稳定起关键作用；当碎石土滑坡中地下水管网状排泄系统遭受破坏和堵塞时，地下水位将明显上升，从而使潜在滑面的孔隙水压力及下滑力明显增大，导致边坡稳定性系数极大地下降，甚至使边坡失稳解体破坏。     

墓坪滑坡变形特征与降雨库水耦合作用变形机制

三峡库区滑坡众多,自水库蓄水以来,库水周期性变化且降雨充沛,对库区滑坡稳定性产生影响。以三峡库区墓坪滑坡为例,通过野外地质调查、位移监测等数据资料,采用定性与定量相结合的方法,分析了降雨与库水耦合作用下滑坡的变形机制。结果表明,墓坪滑坡的“阶跃”现象呈现出一大多小特征,大的“阶跃”现象伴随着库水位大幅波动和明显降雨;当库水位下降时,滑坡变形响应更为敏感,这是由于地下水与库水位的水头差指向滑坡外所致;单日强降雨和连续降雨均可引起滑坡变形,高水位运行阶段峰值速率滞后时间为9 d。研究成果可为墓坪滑坡灾害防治及同类滑坡的研究提供依据。     

降雨作用下滑坡变形稳定性分析

为了更加直观地了解滑坡在降雨作用下失稳的整个演变过程,文章参照某地区坡体特点,采用地质学方法进行模拟试验。通过在坡面不同点位处埋置倾角传感器、孔隙水压力传感器和土压力传感器监测其位移和应力变化规律,分析滑坡破坏阶段特征,最终实现滑坡预警监测的作用。研究结果表明,在降雨作用下,坡脚处会率先产生变形和坍塌,随后坡脚上部土体自下而上逐层发生失稳破坏。降雨量的增加会直接影响土体的纵向变形和土颗粒内部的孔隙水压力,而失稳过程中横向变形可忽略不计。变形滑移所产生的挤压效应会导致滑坡土体土压力的变化。滑坡进入失稳破坏阶段时的主要特征表现为轴向变形和土压应力快速增加,而孔隙土压力快速降低,以上三种测试指标的变化规律可用于滑坡变形稳定性的预警分析。     

圆砾地层深基坑工程开挖变形机理数值分析

以南宁轨道交通一号线广西大学站基坑工程为背景,应用FLAC3D数值模拟软件建立了圆砾地层深基坑三维模型;通过计算得到了圆砾地层基坑围护结构和周围地表的变形规律,计算结果表明,FLAC3D软件和Mohr-Coulomb模型比较适用于南宁地区圆砾地层的地质条件,若参数选取准确,能够比较准确的模拟基坑开挖的全过程。     

Study of the slope deformation characteristics and landslide mechanisms under alternating excavation and rainfall disturbance

Bulletin of Engineering Geology and the Environment - To investigate slope stability under alternating excavation and rainfall disturbance and to reveal the intrinsic mechanism of the slope stress...     

分块开挖方式下基坑变形有限元分析

将基坑的分块开挖引入分析过程,通过工程实例的三维有限元分析,把理论分析结果与实测结果进行比较,验证了理论分析计算的可靠性,同时分析误差产生的原因,对今后基坑设计理论的完善具有一定的指导意义。     

砂卵石地层基坑开挖模拟分析

采用FLAC3D软件,模拟了成都犀浦近接高铁及地铁高架桥墩的基坑开挖过程,通过数值计算,分析了不同开挖深度下基坑周边土体及桥墩的变形规律,证明了基坑支护结构的可靠性和安全性。     

某浅层碎石土滑坡稳定性分析及治理措施研究

以兴隆县某滑坡工程为背景,基于PLAXIS大型岩土工程有限元设计计算软件,构建了滑坡体有限元网格模型,对滑坡体的塑性区、剪切应变增量、总位移量等进行了分析,指出在实地条件允许的情况下宜优先采用削方减载进行滑坡治理,其次为支挡措施,可为同类的滑坡体治理提供一定的技术参考。     

碎石桩加固地基力学机理分析

对碎石桩复合地基的加固机理进行了分析,揭示了碎石桩加固地基土体的效应主要包括:挤密、置换和固结等效应,并分析了扰动区渗透系数变化的碎石桩固结特性,以指导碎石桩施工实践。     

袁家湾滑坡在切坡开挖过程中的演化机理

袁家湾滑坡是在高速公路修建过程中开挖高陡边坡诱发的顺层岩质滑坡。受边坡自然环境的复杂性以及人类活动边坡改造的多样性的控制和影响,从初始开挖到公路运营期间,滑坡多次滑动而久治不愈,滑动特征具有重复性、继承性、相似性和增大性,破坏形式因人类改造形式的变化具有独立性和多样性。根据其地质条件、工程特征以及滑动特征和滑动历史,采用物理模型试验和工程地质分析的定性分析方法,结合FLAC3D数值模拟的定量分析法,全面系统地分析了该滑坡产生的原因、失稳过程和演化机理。     

临近高架的基坑开挖变形特性的数值分析

以上海地区某深基坑工程为研究对象,考虑土体小应变刚度特性,建立高架道路和临近基坑的二维有限元分析模型,探讨土体小应变条件下深基坑的变形特性及基坑开挖对高架的影响。算例分析表明,考虑土体小应变刚度特性可以较好的模拟基坑开挖的变形及基坑开挖对高架的影响,计算结果与实际情况基本吻合。     

千岛湖某公路滑坡机理分析与稳定性分析

针对千岛湖某公路某段边坡开挖所形成的牵引式滑坡,论述了其解体特征,并从岩层岩性、水的影响、人类活动等方面对其形成机理进行了分析,对其开挖前后、减载前后在天然、降雨两种工况下的稳定性进行了量化评价,指出评价结果与滑坡现状相符。     

长距离深大基坑开挖下卧隧道变形规律研究

基坑进行开挖时,将不可避免的对周边土层产生一定的影响,并可威胁位于土体中隧道的运营安全。以深圳某道路快速化改造明挖基坑项目为背景,进行数值模拟研究并与实际监测结果进行了比对。研究发现,由于开挖卸载,下卧隧道变形以竖向变形为主,当下卧隧道邻近于围护桩时,受围护桩变形影响,隧道会产生一定的水平变形;施工过程中,隧道变形在断面开挖完成底板浇筑后能及时回落,但会受到后续邻近断面施工影响,影响范围约为40 m。高压旋喷桩加固,纵向分段分步开挖等措施对隧道上浮变形控制效果明显。