模拟库水位变化的抗滑桩加固边坡离心模型试验研究

 抗滑桩是边坡深层抗滑最为有效的措施之一,以三峡库区边坡抗滑桩加固工程为背景,利用离心模型试验手段,模拟库区蓄水和水位循环变化条件下失稳边坡的抗滑桩加固机制。详细介绍相应的离心模型试验方法,通过对一系列自然边坡和不同桩间距条件下的模型试验,获得库水位变化影响下的边坡变形、破坏模式和抗滑桩受力,探讨滑坡推力的分布以及不同桩间距条件下的抗滑桩–边坡相互作用机制。测试结果表明,受抗滑桩加固的边坡在水位升降作用下仍发生一定程度的变形并产生裂缝,随着抗滑桩的直接支挡和桩后土体由于不均匀位移产生土拱效应后,边坡变形逐渐得到较好的控制。在本试验条件下,随着桩间距的增大,边坡变形总体上表现为增大趋势,但抗滑桩的受力呈现出先增大后减小的抛物线型变化形态,在某一最适桩间距情况下抗滑桩的抗滑性能得到了最充分的发挥,而滑坡推力表现出复合三角形分布特征。该研究结果为桩土相互作用和库区边坡抗滑桩加固机制分析提供了直接的试验依据,对丰富抗滑桩设计理论和库区边坡的防灾减灾研究具有较为重要的意义。     

水位骤降对边坡稳定性影响的模型试验研究

 自然界中存在着大量的临水边坡,比如河岸、海堤、土石坝、水库库岸以及湖岸等,边坡外水位的骤降极易诱发此类临水边坡的滑坡。通过大型模型试验研究水位骤降引致临水边坡滑坡的原因及失稳模式。模型边坡的尺寸为15 m×5 m×6 m(长×宽×高),边坡部分的高度为4 m。在试验中,通过水位控制系统实现坡外水位的骤降,利用数码摄像、高精度传感器、侧面示踪点等仪器设备详细记录水位骤降过程中边坡内的孔隙水压力、土水总压力,滑动面形态及坡面裂缝的形成和发展过程,揭示水位骤降引致边坡失稳的原因及失稳模式。试验结果表明,坡外水位骤降时,坡内水位的下降速度显著滞后于坡外,产生指向坡外的渗流,是滑坡产生的重要原因;松散填土边坡的失稳模式为有多重滑面的牵引破坏模式。该研究结果有助于深入认识水位骤降引致滑坡的机制,可为治理此类滑坡提供科学依据。     

水位变化诱发粉土边坡失稳离心模型试验

粉土具有明显的非饱和土力学特性,坡内外水位变化诱发粉土边坡失稳是常见工程灾害之一。分别针对坡内和坡外水位变化诱发的粉土边坡失稳情况,开展了相应的离心模型试验研究,结合非饱和土力学相关理论分析和数值模拟,揭示了粉土边坡在两种情况下的变形及失稳模式和发生机制。结果表明：当坡内水位超过1/3坡高后,在坡内渗流作用下,粉土边坡呈现逐级侵蚀剥落、从坡脚向坡顶、由浅层向深层的多级滑坡失稳;坡外水位上升将导致松散粉土边坡发生显著湿陷变形,而坡外水位骤降将造成粉土边坡的多重浅层牵引式滑坡。粉土边坡的失稳模式和发展与粉土的非饱和土力学特性密切相关。最后根据模型试验结果提出了相应的粉土边坡渗流失稳工程控制措施。     

水位下降条件下土坡破坏的离心模型试验研究

水位下降引起土坡破坏的规律机理对于发展稳定性分析方法具有重要意义。研制了离心模型试验中超重力场水位升降模拟设备,进行水位下降条件下黏性土坡变形破坏的离心模型试验。根据试验位移测量结果,基于变形与破坏过程集成分析的思路探讨了土坡破坏机理。水位下降导致土坡发生由坡顶向坡脚的渐进性的错动破坏。水位下降条件下土坡的变形和破坏过程是耦合的。变形局部化发展是导致滑裂面出现的根本原因。滑裂面出现后滑动体内部仍发生显著的变形,并与滑裂面上的错动变形相耦合。     

下伏基岩堆积体边坡抗滑桩加固前后地震响应特征离心模型试验

 为研究抗滑桩加固上覆堆积体--下伏基岩二元结构边坡的抗震机制,开展2组1∶50比尺的离心振动台模型试验,以对比分析下伏基岩堆积体边坡在抗滑排桩加固前后的地震响应特征与抗滑桩的桩身弯矩分布规律。试验时,输入4级加速度峰值连续增大的El Centro波,监测边坡模型坡面与坡体内的加速度响应、坡顶沉降变形以及抗滑桩上静、动弯矩的分布。试验结果显示由于抗滑桩抑制了上覆堆积体的下滑,坡顶的加速度峰值(PGA)放大系数、加速度反应谱以及竖向沉降变形均有不同程度的降低。抗滑桩一方面加固了上覆堆积滑体另一方面在坡体内产生了地震波的反射叠加效应,使得边坡水平响应加速度放大系数出现了桩前增大桩后减小的现象。下伏基岩堆积体边坡坡顶沉降与Arias烈度在抗滑排桩加固前后均具有良好的正相关线性关系。地震荷载作用过程中抗滑桩动力响应弯矩变化幅值明显大于地震作用后的静弯矩增量,且静弯矩与动弯矩变化幅值的分布均在基岩面附近达到峰值,易在基岩面附近造成抗滑桩的破坏,类似工况下抗滑桩的抗震配筋设计应充分考虑这一特点。     

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。     

库水位升降作用下大型土石混合体边坡流–固耦合特性及其稳定性分析

 以金沙江中游梨园电站坝前大型土石混合体边坡为例,基于精细地质结构模型,研究其在蓄水及库水位骤降过程中的流–固耦合及相应的稳定性变化特征。结果表明：蓄水初期边坡地表变形较为缓慢,当库水位达到某一高程时,其地表变形呈现陡增趋势;在蓄水初期边坡的稳定性有所下降,当上升至某一临界水位后边坡稳定系数达到最低值,而后随着库水位的上升有所回弹;库水位骤降对边坡稳定性影响较大,且其稳定系数下降随着骤降幅度的增大而增大。这些对于指导实际工程及深化库区土石混合体边坡的研究具有一定的理论意义。     

土钉加固黏性土坡动力离心模型试验研究

 很多滑坡是由地震引发的,为了防止或减轻地震造成的边坡灾害,目前在边坡的加固治理方面已经发展并形成一些较好的方法,而土钉是边坡抗震加固的一种简便有效的方法。采用动力离心模型试验方法,再现地震条件下土钉加固黏性土坡和素土坡的响应;测量了试验过程中边坡的位移场和加速度响应的变化过程。基于试验结果,通过对比素土坡和土钉加固土坡的动力响应,探讨土钉加固土坡的变形规律和加固机制。试验结果表明,地震过程中土坡产生不可恢复的累积变形,其大小与输入的地震加速度峰值有关。通过比较土钉加固土坡和素土坡的位移分布,研究土钉加固土坡的机制。引入土单元应变进行分析,结果表明,土钉加固措施能显著地改变边坡的位移场分布,限制土坡的剪切变形,避免滑裂面的产生,从而提高了边坡的稳定性。     

土钉加固边坡的离心模型试验与分析

通过土工离心模型试验,研究了土钉加固边坡的变形情况、土钉加固土坡的作用机理及土钉的应用分布规律,最后还对试验的不足进行了分析。     

降水条件下抗滑桩-锚杆加固边坡的离心模型试验研究

锚杆抗滑桩是一种加固边坡的有效结构。本文进行了水位下降条件下素土坡与锚杆抗滑桩组合结构加固土坡的离心模型试验,测量了边坡的位移场变化,分析了锚杆抗滑桩的行为以及土体的变形特性。试验结果表明,锚杆抗滑桩加固导致边坡位移显著减小、改变了滑裂面连续性,并使得坡体破坏表现出显著渐进性。水位下降条件下锚杆抗滑桩加固土坡的破坏过程与变形局部化表现出显著的耦合特性。锚杆抗滑桩结构使得边坡变形均匀化,阻挡了桩侧土体滑动,从而延迟了边坡破坏。     

堤防边坡稳定离心模型试验技术

在进行堤防工程设计时,一般要进行竣工期、水位骤降期及高洪水位运行期的抗滑稳定分析。从试验材料模拟、工况模拟及离心机加荷运行方式等方面提出应用离心机模型试验研究堤防抗滑稳定的试验模拟技术,并探讨通过离心破坏性试验获取边坡稳定安全系数的方法。试验技术对进行堤防边坡工作与破坏机理研究以及对设计方案的论证、优选具有重要的指导意义。     

库水位下降对滑坡体稳定性的影响

以三峡水利工程为背景,针对长江三峡库区水位的周期性调节对库岸边坡稳定性可能产生的种种不利影响,计算了在库水位下降期间,滑坡体稳定性受库水位下降速度影响的变化情况。结合库水位下降期间不同渗透系数滑坡体的实际渗流场,对滑坡体稳定性进行了数值计算分析,得到了库区降水速度和渗透系数与边坡稳定性之间的变化规律,对库区边坡稳定性的研究有一定的参考作用。     

库水位涨落与降雨联合作用下滑坡地下水动力场分析

合理确定降雨和库水位变动联合作用下滑坡地下水动力场是库岸滑坡稳定性评价的关键。以三峡库区白衣庵滑坡为例，通过对多年降雨资料的概率分析和多种库水位调控的方案选择，建立了相应的降雨分析模型和库水位调控模型。在野外调查的基础上，确定了滑坡区的水文地质模型。将3个模型结合起来，提出了一种考虑降雨与库水位逐日变化的库岸地下水非稳定渗流场的计算模式。并从危险原则出发，采用卡明斯基有限差分方法对白衣庵滑坡进行了多种工况下的地下水位计算，从而确定了最危险地下水位及其发生概率。     

某湿陷性黄土超高填方边坡的离心试验及稳定分析

以晋西北某机场高填方地基工程为背景,根据边坡初步设计及其稳定性初始分析结果,结合大型离心模型试验对机场场区高边坡10个典型断面进行稳定性数值分析。分析结果表明:机场场区边坡在天然条件下基本是稳定的,但在饱和状态下极易失稳;边坡填方体主要以竖向变形为主,并伴随向边坡外的水平位移,且越靠近坡顶,竖向分量越大;边坡最大剪应变位置主要集中在填筑体与天然地基的接触面上;边坡破坏时,坡顶与坡脚的位移量随填方高度和厚度的增加而增大。     

库水位下降对滑坡稳定性的影响

三峡水库2003年蓄水后，滑坡将可能成为三峡库区最严重的地质灾害之一，库水位下降和暴雨是导致滑坡的主要因素。根据三峡库水位调控方案考虑库区极端暴雨情况，利用有限元模拟库水位在175～145m波动和降雨时红石包滑坡Ⅲ的暂态渗流场，将计算得到的暂态孔隙水压力分布用于滑坡的极限平衡分析，并考虑基吸力对非饱和土抗剪强度的影响。探讨不同降雨速度、降雨条件对滑坡稳定性的影响。研究表明：库水位下降对滑坡稳定性的影响受控于滑坡土的入渗能力和滑坡结构形态，当暴雨强度为300mm／d时，红石包滑坡Ⅲ的临界降速1m／d。其成果将为库区滑坡治理提供科学依据。     

库岸滑坡体失稳三维动态模拟与分析研究

滑坡的滑动过程是一个复杂的动态过程,库岸滑坡由于涉及到和涌浪的相互作用,其失稳运动过程难以进行数字化描述。基于重建的库岸滑坡体三维地质模型,运用三维极限平衡法分析滑坡的失稳诱发机制,为失稳运动的可视化仿真提供环境模拟背景。在判断滑坡可能失稳的前提下,针对库岸滑坡地面运动和水下运动的特点,提出库岸滑坡运动过程的数值模拟计算和可视化动态模拟分析流程,最终实现滑坡运动全过程的统一和三维可视化动态表达。实例分析验证了上述方法的可行性和实用性,模拟结果形象表现了滑坡体可能发生失稳时的运动面貌和涌浪过程,为滑坡失稳运动的研究提供了一种直观、实用的分析手段。