西南地区典型软硬互嵌顺层岩坡开挖诱发变形及防治研究

针对西南地区软硬互嵌顺层岩质边坡开挖变形及防治问题,通过有限元计算,分析了某典型岩坡开挖后的应力及变形,并对抗滑桩加固后的岩坡进行了对比分析。结果表明:开挖后该软硬互嵌顺层岩质边坡的坡脚处出现压应力集中,开挖平台竖直向及水平向变形数值相接近,开挖坡面以水平向变形为主,开挖坡脚处变形均较小;设置抗滑桩加固后,开挖变形显著变小,且抗滑桩位置处岩体横坡向及竖直向变形存在绕桩分布;顺层岩质高边坡开挖卸荷引起其坡体变形分布以开挖面上部及远离坡脚的开挖平台处最为显著,若要进行岩坡变形防治监测,监测仪器摆放方向以与岩层倾角一致为最佳。     

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。     

地震作用下反倾岩质边坡变形破坏的坡面效应

为研究地震作用下坡面形态对边坡的变形破坏过程及破坏形式的影响,以汶川地震灾区公路沿线不同坡面形态的边坡为例,采用离散元UDEC软件,模拟4种不同坡面形态的边坡变形破坏过程,并监测坡体关键部位的位移变化。通过分析得出：阶梯型坡破坏发生最早;直线型坡破坏发生最晚;破坏位置都集中在坡型的拐角处和坡脚转折点;不同坡型破坏的程度及模式也明显不一样。上述结论对于了解地震作用下反倾岩质边坡变形破坏的坡面效应具有指导作用。     

如美水电站坡体变形破坏的地质模式

边坡的工程地质模式可归纳为有明显控制性结构面和无明显控制性结构面的边坡工程地质模式。在实际工程中,边坡的破坏大都是受结构面控制的,结构面很大程度上决定了边坡破坏的模式、滑动的方向和滑动坡体的大小。结合祁生文等的研究成果,通过对如美水电站的地质调查,对工程区内坡体的破坏模式进行研究分析。结果表明:坝址区内结构面控制着边坡的变形破坏,其变形破坏模式符合祁生文等提出的当岩质边坡具有明显控制性结构面时,边坡的变形破坏决定于结构面的形态特征及与边坡特征的组合形式。如美水电站坝址区内结构面的形态特征主要表现为缓倾坡外,边坡的破坏形式也主要表现为顺结构面向坡外滑动。     

复杂层状高陡岩质边坡变形与稳定性研究

我国西南地区坡高谷深,蕴含着丰富水能资源的同时,高陡岩质边坡变形与稳定问题亦相对突出。以乌东德水电站右岸厂房进水口边坡为例,重点研究层状岩质工程边坡变形与稳定问题,以及工程边坡对环境边坡变形与稳定性的影响。该处边坡结构复杂,顺向坡、斜向坡、横向坡、反向坡均有分布,不同边坡结构坡段变形破坏模式差异明显。在地质条件详细调查的基础上,分析不同边坡结构坡段变形破坏特征,并以此为依据进行有针对性的个性化设计。此外,工程边坡的开挖对上部环境边坡稳定性的不利影响也应予以足够的重视。充分考虑工程边坡开挖后顺层滑移、顺层倾倒等作用对上部环境边坡的变形影响,有针对性地提出了"先环境边坡变形影响区支护,后工程边坡开挖"的设计理念,治理效果在数值模拟中表现明显,实际效果将在边坡施工完成后得到进一步验证。本研究成果可为工程建设提供技术支持,亦为类似工程提供借鉴。     

水利工程楔形体稳定性分析及支护优化处理

岩质边坡失稳是山区坡体破坏的主要形式,而楔形体破坏是岩质边坡失稳的一种常见破坏模式。利用赤平极射投影对多组结构面的边坡进行定性分析,筛选出优势结构面,利用Swedge软件对优势结构面组合的楔形体进行稳定性分析。计算结果表明,结构面J4和J8组合时,该组合形式形成的楔形体易发生潜在滑移,需要对其进行支护处理。利用Swedge软件进行优化支护分析,计算得到最优化的锚杆支护产状为313°∠69°,最优化的锚杆支护位置与结构面交线是垂直的,符合工程实际要求。     

云盘头滑坡变形破坏机制研究

缓倾顺层岩质边坡由于其岩层倾角较缓,具有不易察觉其失稳且识别难度大的特点。以一个典型的缓倾顺层岩质边坡(贵州云盘头滑坡)为例,基于工程地质勘察,建立边坡地质模型,并结合底摩擦试验、二维离散元和有限元模拟等方法,探讨云盘头滑坡的变形破坏机制。结果表明:云盘头滑坡的变形破坏过程可分为微裂纹发育阶段、裂纹拓展阶段、滑体变形阶段与完全破坏阶段,并在坡脚存在关键块体;滑坡形成的主要原因是,坡体经过开挖导致软弱夹层出露,坡体内部发育垂直于软弱夹层的拉裂纹并将滑体分割成块体,随着坡脚关键块体向临空面滑移,后部次级块体随之移动并产生多米诺骨牌效应导致坡体发生整体滑移,变形模式属于典型的滑移-拉裂式。研究成果为探究缓倾顺层岩质边坡的失稳破坏有现实意义。     

巴贡水电站进水口边坡稳定性分析

进水口边坡为顺层岩质边坡,边坡中存在软岩条带等影响边坡稳定的不利软弱面,边坡开挖后是否稳定将直接影响电站的正常运行.通过量化分析进水口边坡可能的失稳模式及变形特征,评价边坡的整体稳定性,并对边坡设计拟采用的加固支护措施进行模拟,为边坡设计提供依据.     

复合界面堆积体边坡变形稳定破坏分析

地下水体及堆积土体应力分布是影响复合界面边坡变形稳定及破坏模式的重要因素。依据董家山滑坡典型地质断面,概化出复合界面边坡地质力学模型,采用有限元软件分析不同地下水位时边坡等效塑性区发展演化结果;重点分析了自然状态时边坡坡面、滑带和中部土体的应力变形特征,揭示了复合界面边坡变形破坏机制。数值计算结果表明,自然及暴雨状态下边坡等效塑性区均为先整体贯通,并逐渐向坡体中部发展演化,最终形成坡体上中部的次级塑性贯通面。地下水位降低了复合基面边坡稳定性,暴雨时复合界面边坡出现上部次级滑动可能性较高。滑带和坡面的水平向位移变化曲线形状与复合界面相似,非单调变化潜在滑面影响岩土复合界面边坡变形分布及破坏模式。     

乌东德水电站左岸尾水出口边坡动态设计

乌东德水电站左岸尾水隧洞出口边坡为典型陡倾顺向坡,最大坡高114m,顺层滑移是边坡开挖支护设计需解决的关键问题。遵循优化开挖坡比、强化锁口支护的思路开展了施工图阶段设计。由于地质条件复杂,开挖揭露岩体结构与前期勘探成果差异较大,为此开展了边坡动态加固设计。为了对边坡稳定性进行反馈分析,采用FLAC3D三维数值方法研究边坡在开挖卸荷条件下的力学响应、边坡变形破坏机制和潜在失稳模式以及不同工况下整体稳定性安全系数。计算结果及变形监测资料表明,边坡开挖与支护设计合理,满足规范要求,边坡整体稳定。该边坡设计过程可供类似工程参考。     

某渠道顺层岩质边坡开挖过程稳定性计算分析

为了研究渠道顺层岩质边坡在开挖过程中的各项特性,以某渠道顺层岩质边坡的开挖支护工程为研究对象,采用数值分析法进行全程模拟,重点研究边坡开挖支护过程的应力应变特性、结构受力、位移和稳定性变化趋势,结果表明:(1)边坡岩体开挖后,出现了明显的卸荷效应,随着开挖深度的增加,剪应变有增大的趋势,集中分布在坡脚位置;(2)下部锚杆所受轴力明显大于上部锚杆,且越接近坡脚,所受轴力也越大;(3)边坡开挖越深,坡面位移也越大,边坡安全系数越小,采取锚喷支护后,位移变形得到控制,边坡稳定性显著提高。研究成果可为类似渠道边坡工程开挖加固的稳定计算提供参考,便于确定合理的施工方案。     

顺层边坡稳定性影响因素及加固方案比选数值模拟研究

顺层岩质边坡是公路工程建设过程中常见的边坡形式,因具有较复杂的地质破坏模式而成为工程项目中的控制节点。以岩层厚度和岩体特性为基础对顺层岩质边坡进行分类,分析其变形失稳机理。同时,以广巴高速典型顺层边坡为实际案例,对其进行稳定性分析及支护方案优选。结果表明,顺层岩质边坡分为硬岩-硬岩互层组合边坡,硬岩-软岩互层组合边坡,硬岩夹软岩组合边坡以及软岩夹硬岩组合边坡四类;发现当岩层倾角在25°附近时,顺层边坡安全性最低;随着岩层厚度的增大,硬岩-硬岩边坡与硬岩软岩互层边坡安全性均出现不同程度的降低且硬岩软岩互层边坡安全性均远大于硬岩-硬岩互层边坡;案例顺层边坡开挖易失稳,经方案比选后发现锚杆框架梁加固方案为优选。     

层状岩质边坡成洞过程中围岩变形及力学特征研究

以某隧道进出口处含顺向软弱结构面岩质边坡为例,基于施加虚拟支撑力逐步释放法利用ＡＮ ＳＹＳ有限元软件对开挖边坡进行分析,研究层状岩质边坡在成洞过程中围岩变形及力学特征。以实际地应力释放率条件为前提进行计算,对比隧道成洞支护前后边坡围岩的变形特征。结果表明:层状岩质边坡成洞后,围岩应力进行了重新分布,应力集中现象主要出现在拱脚附近及第二条软弱结构面附,控制性结构面附近集中了主要的剪应变;接近真实地应力释放率时支护前后的位移、应力、应变分布基本相同,但是,剪应力和剪应变有一定程度的减小;顺向结构面对开挖后边坡变形具有控制作用,最外层结构面成为了潜在滑带。     

反倾层状岩质边坡倾倒破坏的离心模型试验研究

针对反倾层状岩质边坡倾倒破坏机理认识的不足,采用平板玻璃作为相似材料,开展不同边坡坡角及岩层反倾角组合条件下的多组离心模型试验;结合图像量测技术,综合分析坡体在离心加载条件下变形倾倒特征,提出反倾层状岩质边坡典型倾倒破坏模式和倾倒破裂面位置的确定方法。研究表明:坡体倾倒变形主要发生在破裂面以上,坡趾岩层起到抗倾倒作用,变形过程分为位移量稳定增长和位移量加速增长两个阶段;坡体倾倒破坏模式经历坡趾岩层断裂、近坡顶张拉裂缝产生、岩层折断渐进式延伸及裂缝贯通瞬间倾倒4个阶段;边坡坡角及岩层反倾角影响坡体破坏时的临界坡高与破裂面位置,可通过计算位移矢量方向确定破裂面位置。上述研究成果,为反倾层状岩质边坡的破坏理论发展、工程地质灾害评价及防灾减灾提供参考。     

上覆土层节理岩质边坡稳定性数值分析

采用Mohr-Coulomb和Ubiquitous-Joint本构模型,运用强度折减法,研究节理面倾向与倾角、土层与岩层的厚度比例对上覆土层节理岩质边坡稳定性的影响。结果表明: 节理面顺倾角度大小与岩体中岩石的内摩擦角接近时,坡体稳定性较差,破坏区域较大;节理面反倾角度与坡体潜在破坏裂隙近似正交时,坡体稳定性较好; 随着坡角的增大,节理面倾角变化对坡体稳定性的影响逐渐减弱;当节理面倾角大于坡角时,边坡角度是影响坡体稳定性的主要因素; 上覆土层厚度小于4m时,安全系数随土层厚度的增加而增大,土层厚度大于4m时,安全系数随土层厚度的增加而减小;上层土体的厚度较小时,应重点对坡脚处进行支护;上层土体厚度接近或超过坡高一半时,应重点对上层土体临空侧进行支护。     

考虑岩体劣化的三峡库区顺层岩质边坡破坏分析

三峡水库在正常运行期间库水位在145.00～175.00 m之间周期性波动,这对库区内广泛发育的顺层岩质岸坡造成损伤劣化,严重影响坡体稳定性。以三峡库区内典型的顺层岩质岸坡青石6号坡作为研究对象,采用FEM/DEM(有限元/离散元)耦合分析的方法模拟其变形破坏全过程。同时结合室内饱和-风干试验结果,讨论库水位长期变动条件下消落带岩体强度与结构的劣化对岸坡变形破坏演化过程的影响。结果表明：当岩体强度逐渐劣化时,仅会加快坡体变形演化速度但不会改变破坏模式;当坡体结构劣化程度增加时,坡体的变形演化速度不仅会加快,变形破坏模式也会随之发生改变。研究成果对库区内顺层岩质岸坡的防灾减灾工作提供了一定的技术支撑。     

强震作用下反倾层状岩质边坡变形及破坏模式研究

以反倾层状岩质边坡为研究对象,通过振动台试验,对强震作用下反倾层状岩质边坡的变形规律和破坏模式进行了研究,并通过数值分析对试验结果进行了验证。结果表明,反倾层状岩质边坡在强震作用下坡体内的位移不断增大,能量不断累积,裂隙不断发育延伸;裂隙从边坡的中下部开始发育,沿结构面不断向边坡内部和上部延伸;裂隙的产生、发育和贯通是反倾层状岩质边坡整体失稳的主要原因。反倾层状岩质边坡在强震作用下主要变形规律为,在震动初期坡体表面部分岩体松动,最终脱离坡体坠落;随着震动的持续,裂隙沿坡体内部结构面逐渐贯通,产生崩塌破坏。     

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。     

地震作用下岩质边坡变形破坏效应研究

文中以汶川地震灾区公路沿线的裕丰岩边坡为例,采用有限元模拟软件对该高边坡进行模拟分析,研究地震作用下岩质边坡的变形破坏过程。分析了坡体关键位置位移和应力变化,通过分析得出:在边坡水平方向上随着坡深的增大应力会增大,在坡表达到最小。边坡垂直方向上应力会随着高程的增加而减小,在坡顶达到最小,坡脚处最大的发展规律。而且在边坡拐点、转折端会产生应力集中,这些地方是边坡失稳的起始位置。坡体内最大的水平和垂直位移发生在边坡的中上部和坡体表面。上述规律对于防治地震作用下边坡的变形破坏效应具有指导作用。     

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。