鄂西北片岩边坡渗流计算与稳定性分析

鄂西北广泛出露的武当群片岩,岩体变质程度深,结构特征复杂,加之雨季雨量充沛。在工程开挖、削坡过程中出现大量不稳定岩质边坡,十堰市某变电站在施工过程中出现的边坡失稳便是典型案例。在对该滑坡的工程地质条件以及变形特征分析的基础上,采用饱和-非饱和渗流计算得到滑坡体内孔隙水压力分布规律,并采用极限平衡法分析了滑坡稳定性系数随时间的变化规律。分析结果表明,降雨是该类边坡失稳的主要诱发因素,因此在工程中务必做好坡体表面甚至内部的排水措施,避免雨水大量入渗坡体,还应制定在边坡开挖过程中应对突降大雨的应急预案。     

开挖边坡变形破坏过程与稳定性分析

随边坡工程大型机械开挖以来,边坡开挖施工过程中常常出现一坡到底的开挖现场,同时开挖边坡一般都要放置一定的时间才能进行防护,有时受某种因素影响,开挖边坡可能放置相当长一段时间才能进行防护,结果造成工程中大量临时边坡失稳。应用数值计算分析了开挖边坡变形破坏过程及对稳定性的影响,同对超高边坡支护提出了建议,研究结果对工程实践有一定的参考作用。     

开挖对边坡变形影响的离心模型试验研究

边坡开挖是工程中经常遇到的问题。采用清华大学土工离心机以及新开发的开挖模拟设备进行了土坡开挖的离心模型试验,测量了开挖过程中边坡位移场的变化。基于位移测量结果提出了一种确定开挖影响范围的方法,分析了开挖后边坡的变形响应。结果表明：开挖后坡体内部根据竖向应变性质的不同可分为开挖松动区、开挖压缩区和无影响区3个区域,不同区域土体的变形特性有所差别。开挖后边坡内部的潜在滑裂面在变形破坏过程中是变化的,从坡体内部向坡面方向移动。开挖条件下边坡表现出明显的渐进破坏过程。     

乌东德水电站左岸尾水出口陡倾顺向坡变形影响因素分析

 乌东德水电站左岸尾水出口正面边坡为典型陡倾顺向坡,在施工期出现了2次变形。以工程地质条件分析为基础,以变形监测资料和声波检测资料分析为主要手段,辅以三维数值模拟计算,对其变形与边坡结构、坡脚隧洞、开挖爆破、坡内小断层、卸荷松弛的关系进行研究,进而对边坡变形的影响因素进行分析。研究认为,该边坡变形主因为顺向坡切脚,此外,脚部紧凑大断面隧洞挖空和超标准爆破扰动,在较大程度上加剧了边坡的变形,坡面出露的小断层对断层附近坡体变形加剧有一定影响。提出在脚部有大断面隧洞开挖的顺向坡施工中,洞坡交叉部位的隧洞开挖应以支护后边坡稳定为前提,再进行隧洞的分层开挖,另外,施工爆破与边坡支护在顺向坡施工过程中亦应予以高度重视与特殊控制。研究成果丰富了顺向坡稳定性研究的工程实例,为工程本身的支护设计及开挖施工提供了重要的技术支持,亦为类似工程提供可以借鉴的经验与指导。     

天然边坡削坡工程中的稳定性研究

天然边坡在削坡工程施工阶段或竣工后,往往形成上下部不同坡度的边坡。离心模型试验与现场试验结果表明,这类边坡有两种破坏模式。一种是滑裂面始于坡顶,另一种是滑裂面始于坡面。利用极限分析上限法理论讨论并确定边坡发生不同破坏模式的条件,从而给出极限开挖深度、设计开挖深度小于极限开挖深度时的稳定安全系数以及设计开挖深度大于极限开挖深度时的土压力,为解决天然边坡削坡工程中的稳定性设计问题提供理论依据。     

类土质高边坡开挖效应的离心模型试验及数值模拟研究

高边坡在开挖过程中具有明显的开挖效应.采用离心模型试验及快速拉格朗日元数值模拟方法对花岗岩全～强风化而成的类土质高边坡的开挖效应进行研究.离心模型试验采用福建省漳(州)龙(岩)高速公路和溪段一边坡原状土样削制而成;数值模拟中采用程序内置的遍布裂缝模型建模.两种研究结果均显示,各级边坡的开挖会对已开挖坡面及未开挖坡面、坡脚产生明显的附加位移和附加不平衡力,有时,这种附加不平衡力会很大,达到原剩余不平衡力的1倍以上,使本已达到平衡的边坡产生新的失稳,这将影响已施工边坡支护工程的稳定性及边坡整体的稳定性.应在边坡工程设计中充分考虑这种边坡开挖效应,使支挡结构的承载能力可以满足多级边坡开挖形成的附加应力要求.     

高边坡多级锚杆框架上坡体压力模型试验

多级框架锚杆是加固高边坡的一种常用工程结构,合理确定其在边坡分级开挖过程中所承受的坡体压力荷载是设计计算的关键环节之一。依托遂资高速公路一路堑高边坡多级框架锚杆加固工程,采用室内模型试验方法,模拟了边坡分级开挖施工过程,获得了各级锚杆框架梁上的坡体压力分布规律和变化特征,以及下面坡级开挖对上面坡级的锚杆框架梁上坡体压力的影响特征。结果表明,各级坡框架梁上坡体压力整体均具有中间大两端小的特点,在下面的1—2级坡体开挖完成后的工况是各级框架梁受力的最不利工况,在工程设计中应主要以这些工况作为各级框架梁的控制设计的工况。     

含软弱夹层的缓倾红层边坡切坡失稳特征数值模拟研究

含软弱夹层的缓倾红层边坡由于其岩性特殊,切坡开挖常导致其结构面外露于临空处,边坡上部易沿软弱结构面发生滑移.为了预防此类滑坡失稳和指导工程施工,采用有限元数值模拟软件Midas GTS/NX对含软弱夹层的缓倾红层边坡切坡失稳特征进行了分析.结果表明:坡体内应力会随着切坡而重新分布,大小主应力在开挖面附近发生偏转;未开挖至软弱夹层时,坡脚处出现剪应力集中现象,而开挖至软弱夹层以后,软弱夹层面会出现拉应力集中现象;含软弱夹层的缓倾红层边坡切坡过程以水平位移为主,竖直位移较小,同时软弱夹层开挖面附近位移最大,而夹层以下部分位移不明显,因此切坡后坡体变形主要集中于夹层及上部岩层,施工时应进行重点监控;边坡稳定性系数随切坡进程不断降低,当软弱夹层被开挖以后,坡体稳定性系数大幅下降,夹层以上的岩体易沿软弱泥化夹层发生滑移,工程中对于此类边坡需提前采取相关措施进行支护处理.     

顺层挖方边坡松弛区及稳定性数值模拟分析

为有效的研究砂泥地互层的顺层坡体在人类开挖工程影响下的失稳特征,本文以山西省长晋高速公路K31+160~K31+460段顺层滑坡为例,通过Geo-slope软件数值模拟了该顺层坡体在边坡开挖后,防护工程没有及时对坡体损失的稳定度进行补偿,造成坡体的自身锁固作用削弱,使坡体在自身势能作用下发生的松弛范围,及坡体沿处于塑性变形区的软弱层发生滑动变形的特征进行了数值模拟;并根据后续工程为有效的补偿或提高坡体的稳定性,根据施做工程对坡体的位移、应力等进行有效限制、防止坡体由于蠕变及松弛而导致坡体中塑性区出现直至贯通的情况进行了有效的数值模拟。依据8年来坡体的良好稳定性证明,通过数值模拟指导顺层挖方边坡的工程治理是有效的,对顺层挖方边坡松弛区及坡体在工程加固前后的稳定性数值模拟分析是合理的,可行的。     

边坡开挖过程监测点的设置及监测结果分析

岩质边坡开挖过程中,由于坡体自身的静力平衡状态被打破,造成应力的大量释放和重新分布,边坡出现瞬态失稳的可能性较大。因此施工中做好坡顶水平位移监测和深层水平位移监测工作,并及时对监测结果进行分析非常重要。     

丹巴水电站石英云母片岩力学特性及岩体质量分类

按水电行业HC法将丹巴水电站片理状岩体质量分类定为IV类,围岩稳定性差。通过对丹巴石英云母片岩的宏细观力学特性试验,提出石英云母片岩的“似块状”岩体结构,对岩体质量分类进行合理修正。通过单轴压缩试验、不同围压下真三轴试验表明,高应力作用下片岩的各向异性不明显,并通过薄片的细观试验提出丹巴石英云母片岩并非“层状结构”岩体结构,而是“似块状”结构。在此基础上,对丹巴水电站引水隧洞岩体质量分类进行了修正,隧洞围岩以III类为主。最后,通过现场回弹测试、声波检测和变形分析表明,围岩自稳能力强,修正后的分类标准具有良好的适用性。因此,研究不同应力环境下特殊岩石的力学特征对于岩体质量分类具有重要意义,可为同类水电工程围岩分类提供借鉴。     

高围压卸荷条件下横观各向同性岩体变形破坏与能量特征研究

 为揭示石英云母片岩变形及能量特征,针对平行片理和垂直片理方向的试件,基于MTS815岩石力学试验平台开展不同围压下的卸荷试验,分别从体积变形系数、能量比、能量变化率、能量应力增量比等方面系统研究高围压卸荷条件下石英云母片岩变形破坏特征及能量演化规律。结果表明：平行组试件径向变形发育能力及各特征应力量值均高于垂直组;其能量演化规律具有显著的围压效应,2组试件能量特性差异明显;与垂直组相比,平行组试件峰前、峰后应变能变化率较低且高围压下裂隙发育及塑性变形程度更高;提出能量应力增量比以表征试件能量变化对卸荷程度的敏感性,2组试件峰前能量应力增量比均随围压的增加而增加,但峰后弹性能应力增量比几乎不受初始围压的影响,垂直组峰前、峰后弹性能应力增量比和耗散能应力增量比量值均大于平行组。     

基于各向异性模型的引水隧洞围岩稳定性研究

以丹巴引水隧洞石英云母片岩为对象,研究了岩体各向异性特性及开挖卸荷作用对围岩稳定性影响。针对石英云母片岩横观各向同性特性,将Adina中Hill48各向异性模型转化为用Lankford系数描述的横观各向同性模型,从而用泊松比描述各向异性系数,并根据试验结果对模型进行修正,使计算结果更为准确。为考虑岩体各向异性特性下的高埋深高地应力隧洞开挖卸荷作用,提出了一种针对层状岩体变形参数的卸荷弱化方法,应用该方法可得到各自方向的卸荷参数,减少按参数折减法的人为主观性对结果的影响。建立地应力场中3个主应力方向与模型边界垂直模型,并利用在垂直边界施加与3个主应力等值面力的建模方法,极大简化了传统构造地应力场的工作量。将数值模拟结果与实际监测结果进行对比,得出塑性区、应力区与试验洞下游侧边墙位置的岩层鼓胀断裂现象有较好的吻合,说明计算模型的准确性。     

谈炭质片岩隧道变形原理及三台阶错位施工法

结合炭质片岩岩体受构造挤压影响扭曲、揉皱现象明显,施工过程中初期支护变形非常大等特征,就炭质片岩的变形原理进行了剖析,并针对该类围岩施工提出＂三台阶六部错位施工法＂,从而解决了该类围岩的开挖问题。     

Analysis of mechanical behavior of soft rocks and stability control in deep tunnels

Due to the weakness in mechanical properties of chlorite schist and the high in situ stress in Jinping II hydropower station, the rock mass surrounding the diversion tunnels located in chlorite schist was observed with extremely large deformations. This may significantly increase the risk of tunnel instability during excavation. In order to assess the stability of the diversion tunnels laboratory tests were carried out in association with the petrophysical properties, mechanical behaviors and waterlweakening properties of chlorite schist. The continuous deformation of surrounding rock mass, the destruction of the support structure and a large-scale collapse induced by the weak chlorite schist and high in situ stress were analyzed. The distributions of compressive deformation in the excavation zone with large deformations were also studied. In this regard, two reinforcement schemes for the excavation of diversion tunnel bottom section were proposed accordingly. This study could offer theoretical basis for deed tunnel construction in similar geological condition~     

岩石单轴压缩条件下裂纹扩展试验研究——以片状岩石为例

 为研究片状岩石渐进性破坏,首先对其应力门槛值：裂纹起始应力 、裂纹破坏应力 、单轴抗压峰值强度 及相互间的关系进行系统的总结和论述。基于片状岩石--丹巴二云英片岩单轴压缩试验轴向应力–轴向/ 径向应变曲线,首次将岩石渐进性破坏过程应力门槛值分析应用于片状岩石,得出加载方向与片理面方向平行、垂直和成30°夹角3种加载条件下的应力门槛值,并将其与其他岩石种类的应力门槛值研究结果进行比较。结果表明裂纹扩展过程与岩石种类有关,不同岩石矿物颗粒、胶结状况、片理面发育情况等因素都会影响岩石的渐进性破坏过程,从而对应不同的应力门槛值范围。二云英片岩的试验结果直接表明,由于片理面的发育,片状单轴压缩条件下的裂纹扩展过程存在显著的各向异性,这一特点显著区别于其他种类岩石,在地下工程开挖中应对其进行具体的量化分析,以指导开挖设计和支护加固。     

深埋绿泥石片岩变形特征及稳定性分析

根据锦屏二级水电站绿泥石片岩的特点,在同一断面综合采用变形、应力和钻孔电视多种监测手段,分析围岩内部的力学状态。为了更加深入地认识绿泥石片岩的工程力学特性及其对变形破坏机制的影响,开展单轴和三轴压缩试验、灌浆渗透性试验和三轴流变试验,揭示绿泥石片岩变形、破坏和失稳的多方面原因,并为支护措施的确定提供参考意见。绿片岩洞段的围岩稳定主要取决于衬砌结构能否抵挡流变和遇水软化2种作用导致的挤压效应,通过引入软化系数和退化的Burgers流变模型,从衬砌结构的受力角度对围岩稳定性进行评价,数值计算结果表明衬砌结构具有相当高的安全裕度。     

循环荷载下节理岩体边坡动力响应的试验研究

 在振动荷载的长期循环作用下,岩质边坡中的原生结构面可能扩大并产生新的破裂面,直接影响到岩质边坡的稳定性。以某节理岩体边坡为原型,根据相似理论制作模型框架并在其内建造室内节理岩体边坡模型,利用振动台对边坡模型进行振动加载,研究在振幅分别为1.0,1.25,1.5 mm的振动荷载作用下节理岩体边坡的动力响应规律,对比水平方向和竖直方向振幅都为1.5 mm时边坡模型的变形差异。循环加载试验表明,在振动荷载作用下,边坡变形随振动荷载振幅、振动时间的增大而增大;边坡模型对于竖向的振动荷载更加敏感;边坡模型在受到振动荷载作用时,顶部的变形大于底部的变形;长期的振动荷载作用会导致原生裂隙延伸、扩张、贯通,引起边坡变形增大;根据变形情况提出边坡在振动荷载作用下的变形过程及变形导致的整体性滑坡和局部滑塌2种可能的破坏模式。研究结果对节理岩体边坡在循环荷载作用下的动力响应、疲劳劣化机制和边坡工程的长期安全性等理论研究和工程应用具有参考意义。     

Methodology for tunnel and portal support design in mixed limestone, schist and phyllite conditions: a case study in Turkey

The purpose of this study is to present a methodology for tunnel and support design in mixed limestone, schist and phyllite conditions through investigating two highway tunnel case studies that are located along the Antalya–Alanya Highway in southern Turkey. The main lithologies of the project area are regularly jointed, recrystallized limestone and the weak lithologies of the schist unit (i.e., pelitic schist, calc schist, graphitic phyllite and alternations of these lithologies). A detailed geological and geotechnical study was carried out in the project area, and the tunnel ground support types and categories were determined according to the Q-system, rock mass rating method and New Austrian Tunneling Method (NATM). The shear strength parameters and geomechanical properties of the rock masses were obtained by using the geological strength index (GSI). The deformation moduli and post-failure behavior of the rock masses have been determined. Slope stability analyses were performed at the portal, side or cut slope sections. Kinematic and limit equilibrium analyses incorporating the effects of water pressure were performed for the regularly jointed failed rock slopes. Circular failure analogy was used for the slope stability analyses of irregularly jointed, highly foliated lithologies. Slope support system recommendations were made. A back analysis on a failed slope was performed. The results of the back analysis compared well with the results obtained through the GSI method. The tunnel grounds were divided into sections according to their rock mass classes. The deformations and stress concentrations around each tunnel section were investigated and the interactions of the empirical support systems with the rock masses were analyzed by using the Phase² finite element software. The regularly jointed rock masses were modeled to be anisotropic and the irregularly jointed, highly foliated and very deformable soil-like lithologies were modeled to be isotropic in the tunnel finite element analyses.