雅砻江上游互层斜坡倾倒变形破坏机制与演化

以甲西倾倒体为典型实例,从赋存环境、发育特征、形成条件等基础层面上分析雅砻江上游互层斜坡倾倒变形破坏机制及演化过程。研究表明:区内大型倾倒体是斜坡岩体在叠加有残余构造应力的自重应力场中长期演化的产物,软硬相间的岩性组合、陡倾内的岸坡结构,加之垂直层面密集节理的切割是斜坡发生倾倒变形的控制性因素;斜坡倾倒是受节理面和层面控制的复合倾倒模式,即:硬岩发生块状-弯曲倾倒,而软岩发生弯曲倾倒;受河谷演化控制,斜坡变形破坏主要经历了4个演化阶段:卸荷回弹陡倾面拉裂阶段,初始变形阶段,板梁根部折断、剪切面贯通阶段以及破坏阶段,并最终转化为蠕滑-拉裂模式形成滑坡。该滑动面受倾向坡外破裂面控制,而并非沿最大弯折带发育。     

地震动强度对斜坡加速度动力响应规律的影响

依托大型振动台试验成果,采用加速度响应峰值PGA及其放大系数相结合的分析方法,系统地探讨了上硬、下软和上软、下硬两种岩性组合结构斜坡模型,分别在正弦波和天然地震波作用下坡面各高程点的水平向和竖直向加速度响应随震动强度增大的变化规律。试验结果分析表明：①在天然波作用下两斜坡模型的水平向和竖直向PGA均随震动强度增大而增大,而放大系数则随震动强度增大到一定程度时,逐渐减小并趋于稳定;②在正弦波作用下两斜坡模型的水平向和竖直向PGA亦随震动强度增大而增大,然而竖直向PGA放大系数随震动强度增大亦有所增大,说明竖直向加速度响应表现出了相对于水平向响应较弱的非线性特征;③在水平向和竖直向地震力作用下加速度响应沿高程表现出的放大效应分别体现在斜坡模型的上段和下段。此外,斜坡模型的加速度响应沿坡面在坡脚、坡中和坡肩等特殊部位出现了多个极值区;④在水平向地震力作用下低频的地震波作用要强于高频地震波,且加速度在上硬、下软岩性组合结构斜坡模型中的响应要强于上软、下硬岩性组合斜坡模型;在竖直向地震力作用下则呈现相反结果。其研究结果对高地震风险山区的防震减灾及灾后重建都具有指导和借鉴意义。     

岩性及岩体结构对斜坡地震加速度响应的影响

斜坡岩体的岩性及岩体结构是斜坡在地震作用下产生变形破坏的主要控制因素。基于振动台模型试验,对4个斜坡模型探讨了这2个因素对斜坡地震动力响应的影响。岩性包括强度相对较高的硬岩和强度相对较低的软岩,对这两种岩性的斜坡又分别考虑了不含结构面的均质斜坡和含水平层状结构面的斜坡。基于传感器采集到的大量数据,以主频相近的天然地震波和10 Hz正弦波加载为分析工况,获得了以下几点认识：（1）4个模型斜坡坡面和坡内的水平向加速度均具有高程放大效应,尤其是软岩斜坡坡顶放大效应最显著;（2）软岩斜坡对水平向加速度的高程放大效应强于硬岩斜坡,尤其是在均质斜坡中表现最显著,均质软岩斜坡的高程放大效应呈现出明显的非线性特征;（3）当加载方向与水平层面平行时,含水平层状结构面的斜坡比均质斜坡产生了更强的高程放大效应,且在软岩斜坡中体现最显著;（4）岩性差异对斜坡水平向加速度高程效应的影响比结构差异的影响更为显著。研究结果为岩质斜坡的抗震设计提供了一定参考。     

近水平厚层高陡斜坡崩塌机制研究

近水平厚层高陡斜坡岩层倾角小于10°,具有软硬相间或上硬下软的结构,常形成高陡斜坡或陡崖地形,主要以大型崩塌的形式发生破坏。在梳理国内外文献的基础上,从岩体破坏机制出发,对近水平厚层高陡斜坡崩塌的形成过程、破坏机制、失稳模式进行分析,总结归纳了6种地质力学模型,包括滑移-拉裂、塑流-拉裂、倾倒-拉裂、剪切-错断、剪切-滑移、劈裂-溃屈,并提出了相应的野外识别特征。      

上硬下软反倾边坡开挖变形响应的物理模拟

现有上硬下软边坡的研究大都集中在压缩挤出变形的近水平泥岩、页岩基座型边坡变形演化过程,针对倾倒变形的板岩基座型边坡开挖响应研究甚少,本文以西藏玉曲河某水电站厂址边坡为研究对象,根据现场地质调查建立符合坡体实际情况的地质结构模型,采用物理试验的方法模拟原型边坡开挖。通过试验揭示上硬下软反倾边坡在开挖条件下的变形响应特征及破坏模式。研究结果表明:（1）开挖条件下上硬下软型边坡变形破坏过程分为a）下部软岩倾倒弯曲加剧;b）软岩倾倒折断,上部卸荷硬岩沿已有裂隙剪切;c）倾倒软岩滑移,卸荷硬岩剪断岩性分界部位,折断面贯通3个阶段。其变形破坏模式为下部软岩倾倒—上部硬岩剪断组合滑移型破坏;（2）开挖强倾倒区岩体会使下部软岩迅速失稳并促使上部硬岩剪切破坏;开挖引起的反倾上硬下软边坡大变形在短时间内完成,前期变形和能量积累是一个较长的过程;（3）开挖时需避免对坡脚倾倒岩体“大开挖”施工。     

基于覆岩结构效应的导水裂隙带发育特征

为探讨黄陇煤田煤层采动引起的顶板水害问题，以煤层顶板不同覆岩结构采动导水裂隙为研究对象，概化了煤-软-硬-软-硬（组合一）、煤-软-软-硬-硬（组合二）、煤-硬-软-硬-软（组合三）及煤-硬-硬-软-软（组合四）4种典型的岩性组合结构，运用数值模拟和理论计算等方法，分析了不同覆岩组合采动破坏特征和覆岩导水裂隙与覆岩结构之间的相关关系，研究了覆岩结构对导水裂隙发育高度（简称“导高”）的影响规律。研究结果显示:在相同的采高条件下，煤-软-硬-软-硬型覆岩结构导高最小，煤-硬-硬-软-软型覆岩结构导高最大；工程实例表明，黄陇煤田煤层开采导高与采高之间并非简单线性关系，利用覆岩结构效应预测的导高更接近实测值。      

恩施盆地典型红砂岩斜坡破坏机理试验研究

恩施城市建设中盆地内红砂岩斜坡破坏较为严重,其中结构面控制的逆向红砂岩斜坡破坏现象普遍。以恩施市内凤凰山公园斜坡为典型实例,研究其变形破坏过程与机理。工程地质调查与室内岩体物理力学试验研究表明,该类红砂岩斜坡破坏的影响因素为斜坡地质结构构造、地层岩性与工程诱发因素。基于物理模型试验再现了该类斜坡失稳破坏的全过程,通过坡体位移监测、有机玻璃投影监测与宏观变形拍照记录分析了斜坡的变形破坏机理,并采用离散元法数值模拟对比验证了该类斜坡破坏机理。结果表明,该类斜坡的稳定性状态主要由结构面控制,在工程开挖的作用下,斜坡沿结构面必发生失稳破坏。鉴于此,工程建设中必需对该类斜坡进行合理的边坡设计,防止出现不同规模的失稳滑动现象。     

关键影响因子作用下三峡库区堆积层滑坡分布规律及变形破坏响应特征

三峡库区崩滑地质灾害频发,堆积层滑坡是最常见的滑坡类型。在分析三峡库区145处库岸堆积层滑坡资料基础上,选取地形地貌、地质岩性和斜坡构造作为控制因素、降水和库水波动作为主要诱发因素,探究堆积层滑坡在上述关键影响因子下的分布发育规律及变形破坏响应特征,阐明内在机理,结果表明:(1)受区域地质构造和基岩地层岩性显著控制,滑坡发育频次和规模沿长江存在显著空间差异性;(2)砂页岩夹煤层岩组(SC)和泥灰岩与砂泥岩互层岩组(MSM)对库区堆积层滑坡危害最大,软岩、“软-硬”互层二元结构和水-岩(土)相互作用是主导滑坡发育的主要影响因素;(3)大多数滑坡涉水,主要发育在10°~30°斜坡上,前缘高程集中在100~175 m,受库水波动影响严重,岸别和斜坡结构对堆积层滑坡发育没有明显控制作用;(4)库区滑坡主要由降雨-库水下降联合诱发滑体前缘滑移-拉裂,引发牵引式滑坡,降雨与库水波动各自对滑体的影响格局和程度存在明显差异。以期研究成果为有针对性的库区滑坡总体防治提供一定的科学指导。     

金沙江虎跳峡河段斜坡变形破坏特征及地质环境

文章在充分调研和综合分析研究金沙江虎跳峡河段岸坡地质背景的基础上,采用数理统计分析方法,对斜坡变形破坏体的主要类型、规模、数量、空间分布及与基本环境条件的关系进行了分析与总结。结果表明区内斜坡变形与破坏主要表现为斜坡变形体、滑坡体和崩塌体三种类型,并以大中型规模最为发育;其发生明显受地层岩性、河谷地貌、斜坡结构类型和地质构造等环境要素的控制,从而在河谷不同区段呈现出分布特征上的差异。     

陕西某顺层岩质边坡滑坡形成机理及破坏边界研究

为研究探讨顺层岩质边坡的形成机理和破坏机制,以陕西某拟建抽蓄电站下库区一处顺层滑坡为例,通过对现场的详细勘查,分析了坡体的结构与变形特征,并对滑坡的形成机制与滑坡破坏边界的确定进行了深入讨论与研究。分析结果表明,斜坡因公路修建坡脚开挖,具备了沿层面滑动的临空条件,随后强降雨导致中下段发生滑移-拉裂式破坏,其整体破坏边界明确。通过对局部破坏边界的进一步研究,发现滑坡整体上未完全破坏,岩层结构面,下游侧一组长大结构面和反倾坡内层面分别构成了残留坡体的底滑面,下游侧滑面和后缘分离面,该部分的坡体仍有失稳的可能性。该研究对于滑坡稳定性的进一步确定和灾害的有效治理有重要意义。     

顺倾层状碎裂结构岩质边坡地震动力响应及破坏模式分析

顺倾层状边坡沿软弱带剪切方式破坏是滑坡的主要类型之一。采用块体砌筑斜坡振动台模型,在多维多参数地震动作用下,考虑斜坡不同工况下力学参数弱化的过程,研究了层状碎裂结构岩质边坡的地震动力响应和失稳破坏模式。结果表明：斜坡地震动特性和斜坡地质结构是决定斜坡地震动力稳定性以及破坏模式的决定因素;斜坡水平动力响应具有明显的高程和坡表放大效应,高程对斜坡的垂直动力响应影响较小,地震动放大效应与结构面力学强度、地震波波形、频谱特性等均有一定的关系,正弦波较天然波对坡体放大效应影响更为显著;坡体裂纹依托优势结构面在最弱部位起裂萌生扩展,并向节理面追踪形成蠕滑段和锁固段,节理面强度参数在外界地质营力作用下发生弱化,使潜在滑带出现由后缘向前端搭接贯通的前进式破坏模式和由前端向后缘的后退式破坏模式的分化,滑体也由高位剪出向溃散破坏演变。     

Assessing slope protection methods for weak rock slopes in Southwestern Taiwan

Failures of weak-rock slopes adjacent to roadsides in southwestern Taiwan most often occurred during or immediately after heavy rainfall. Field survey of weak rock slopes along the national South-2 Freeway conducted in this study showed that the slope protection methods employed in the study areas mainly included vegetation (82.0%), prestressed rock anchors with vegetation (6.8%), grille beam (5.9%), rock anchors with grille beam (3.6%). The highest failure rate occurred in the slopes that were protected by the vegetation method. The most frequently encountered weak rock formation along the South-2 Freeway is the alternating sandstone–shale formation (36.3%), followed in sequence by sandstone (24.4%), conglomerates (21.9%) and mudstone (17.4%). The field survey also found that the mudstone slopes present the highest failure rate among all rock types, and the most commonly encountered modes of failure were surface erosion and shallow slides. Factors affecting slope failure include inadequate drainage of storm water runoff, disparate rock types and vegetation on slope surfaces, slope angles and heights. This paper presents results of the field survey of the rate of failures of weak rock slopes in Southwestern Taiwan and examines the attributes of slope failures and the effectiveness of commonly used slope protection methods in the region. Requirements or essential features of an effective slope protection method are then presented along with the preliminary results of its field implementation.     

地震效应下非线性抗剪强度参数对裂缝边坡稳定性影响的上限解析

基于非线性Mohr-Coulomb破坏准则,结合极限分析上限法和拟静力分析法,建立功能方程,推导了地震效应下裂缝边坡的安全系数计算方程。采用数学规划方法,计算了不同参数组合条件下的边坡安全系数值,详细分析了非线性条件下一系列参数对边坡稳定性的影响。研究表明,边坡安全系数随非线性参数和地震效应的增大而减小。对比分析可知,在非线性破坏准则下,裂缝深度较大时,裂缝对边坡稳定性影响显著,且边坡越陡影响越大;当裂缝深度超过某个值后,临界破坏面起始端可能不穿过裂缝最底端,而是从裂缝中间某部位穿过。在地震效应作用下,非线性抗剪强度参数对安全系数影响显著。研究成果进一步完善了裂缝边坡稳定性分析内容,所列图表为边坡的设计与施工提供有益参考。     

黄土基覆层边坡动力破坏特征的大型振动台试验研究

为了探讨黄土基覆层边坡动力破坏特征与加速度的响应关系,采用1∶20振动台试验,设置输入地震波幅值逐级增大,实时监测边坡裂缝试验全周期内发育规律,应用MATLAB动力破坏特征检测系统获取地表裂缝的基本信息,提出边坡表面动力破坏特征,并结合各工况监测点加速度峰值变化规律进行分析。得到如下结论:(1)输入加速度峰值0.6g时,坡顶和坡脚的裂缝宽度、裂缝面积均有跳跃性增长,表明土岩接触面部位土体已发生累进剪切破坏,滑面和坡面上的加速度峰值响应突变,振幅突变较大,表明边坡已经发生破坏。(2)沿坡面和滑面加速度放大系数均呈非线性增加,而沿坡面的放大系数在各工况下明显比沿滑面的大,说明加速度沿高程放大效应明显。(3)拉裂缝和剪切裂缝面积突增是边坡破坏的重要特征,贯通裂缝产生和加速度响应突变可以作为边坡动力破坏的依据。     

天水市麦积区税湾地震黄土滑坡特征及其形成机制

以天水市税湾地震黄土滑坡为例, 依据野外调查和室内测试结果, 总结天水地区历史地震黄土滑坡特点, 剖析地震黄土滑坡发生的力学机制, 初步提出历史地震黄土滑坡的识别标志。税湾滑坡及柳沟右岸滑坡群属典型的地震黄土滑坡, 具有规模大、滑动面切割深、滑坡坡度小、成群成带分布和高位下滑等特点, 可作为识别历史地震黄土滑坡的重要标志。税湾滑坡及柳沟右岸滑坡群坡体具有明显的黄土/泥岩二元斜坡结构, 极易沿黄土/泥岩接触面滑动。当坡体受到地震力作用时, 地震产生的循环动荷载一方面降低滑坡岩土体的抗剪强度, 另一方面改变滑坡体的力学状态, 坡体应力平衡遭到破坏, 地震力增加坡体下滑力、减小坡体抗滑力, 导致坡体失稳发生滑坡。目前, 税湾滑坡处于欠稳定状态, 遇地震或强降雨有可能再次失稳下滑, 因而有必要进一步开展地震黄土滑坡的成灾模式研究, 为潜在强震区防灾减灾提供科学依据。      

地震力作用下基覆边坡模型试验研究

以汶川灾区实地考察资料为背景,选择宇宫庙滑坡为参照,制作了模型试验台,在量纲分析的基础上,对主要参数做了相似理论研究,并采用水下爆炸的方式来模拟地震波（近场）进行了大量模型试验。结果表明：基覆边坡在地震力作用下的破坏模式是浅表层张拉而导致表层松散体流坍,且地震加速度随着药量（地震烈度）的增加而呈递增趋势,重力墙、桩板墙等支挡结构对于基覆边坡的作用明显。其结论将为铁路、公路沿线的高陡边坡分析和研究提供一定的依据。     

边坡失稳过程模型试验研究

采用一个1 m×2 m×4 m（高×宽×长）的模型槽,对素土和加筋土边坡的失稳破坏过程进行了详细的试验研究。试验设计了30°、45°和60°共3种坡度,坡面考虑了平面和凸面两种形式。通过倾斜模型槽,触发模型边坡失稳破坏,利用数码摄像机采集边坡破坏的发生、发展过程和最终形态,并对裂缝的开展、滑坡体形态以及模型槽倾斜角度进行了归纳总结。结果表明：边坡破坏呈现三维形态,坡度和坡面形状对滑体形态影响较大;同一坡度下,凸坡较平坡容易失稳,二者裂缝位置基本一致;加筋后,提高了边坡稳定性,破坏形态也发生改变。研究成果有助于更深入了解边坡失稳破坏过程及破坏形态,为边坡治理提供科学依据。     

Seismic behaviors of soil slope in permafrost regions using a large-scale shaking table

Large-scale shaking table model tests were carried out to study the dynamic behaviors of slopes and failure mechanism of landslide in permafrost regions. The model slope was constituted of silty clay layer stacked on an ice layer with 8° surface slope. Acceleration, displacement, and pore pressure were measured subjected to vertical and horizontal seismic loadings. The horizontal wave has a stronger influence on the failure of the model than the vertical wave motion, and the natural frequency of vibration in the horizontal direction decreased obviously at the failure state. The model slope has three components of different nonlinear mechanical properties, which are the soil layer, soil-ice interface, and ice layer. The amplification factor of peak ground acceleration is obviously smaller at the soil-ice interface than that at the soil and ice layer. The acceleration responses are nonlinear because of the nonlinear soil properties and degradation of modulus with increasing horizontal acceleration. Especially, excess pore pressure generation was observed near the soil-ice interface of the slope subjected to higher input acceleration, which resulted in the decrease of the effective stress. Failure surface appeared to be the soil-ice interface, which was consistent with the field observations of landslides in permafrost regions. Slope failure could be defined based on the massive movement of the slope, characterized by integral sliding pattern along the soil-ice interface without the distinct deformation inside the sliding body. The results show that the sliding of the slope with soil layer at gentle gradient is mainly triggered by the combined action of horizontal seismic wave, existence of soil-ice interface, and pore pressure generation in permafrost regions.     

基于边坡单元的公路沿线滑坡危险度概率分析

公路沿线发生的滑坡、泥石流等自然灾害是造成交通停滞的主要原因。对公路沿线边坡进行稳定性评价及滑坡灾害分析对于公路管理和灾害防治具有重要意义。为了能对大范围边坡应用三维力学模型进行稳定性评价,研究中将较大研究区域划分为多个边坡单元（slope unit）,并介绍了边坡单元划分方法。对每个边坡单元,采用随机生成许多假想滑动面并通过一个基于GIS的边坡稳定性三维分析模型计算其安全系数的方法,找出具有最小安全系数的危险滑动面,同时求出在试算过程中安全系数小于某临界值（通常设为1.0）的结果出现的比率,作为该边坡单元的滑坡发生概率,以此作为指标对研究区域进行危险度评价。通过对日本49号国道沿线边坡中的应用对该方法的实用性进行了验证。