考虑结构面震动劣化效应的岩质边坡块体动力稳定性评价

为解决岩质边坡块体在地震作用下的动力稳定性评价问题,基于结构面的循环剪切数值试验研究结构面的震动劣化效应,从而构建结构面震动劣化数学模型;结合坐标投影原理提出考虑结构面强度震动劣化效应的块体动力稳定性系数计算方法;基于数值分析法研究地震波波动特性对岩质边坡块体稳定性的影响,并进一步基于突变理论提出位移动力响应放大系数突变判据,最后形成一套以块体动力稳定性系数时程曲线和位移动力响应放大系数共同评价块体动力稳定性的评价体系,拓展地震作用下块体动力稳定性评价新思路。研究表明,结构面震动劣化效应不仅受循环剪切幅值、循环剪切次数及相对运动速度影响,还与起伏角度密切相关;通过算例证实了考虑结构面震动劣化的块体动力稳定性系数计算方法的准确性,所提出的以块体动力稳定性系数时程曲线和位移动力响应放大系数的共同评价体系更加安全可靠,将促进块体动力稳定性理论的发展,对边坡地质灾害的防治具有重要的科学意义和应用价值。

高陡岩质边坡生态修复基材模拟试验研究

为修复云南省西北部裸露岩质边坡的生态环境,研发了集多功能于一体的生态修复基材。该生态基材分为结构层和面层,以陶粒、复合肥、保水剂等为原材料,分别设计结构层正交试验和面层正交试验,选取发芽率和生长高度作为定量评价植物生长情况的指标。根据设计的各试验组配比和观测结果,建立模糊综合评价模型和多项式回归模型,求出其在给定条件下的最优配比,并分析各影响因素间的关系。结果表明:基材结构层最优配比为谷壳750 g/m^(2)、复合肥20 g/m^(2)、EPS颗粒40 g/m^(2)、陶粒1.88 kg/m^(2)、团粒剂34.65 g/m^(2)、保水剂84.6 g/m^(2);基材面层最优配比为复合肥9.24 g/m^(2)、保水剂9.12 g/m^(2)、团粒剂13.51 g/m^(2)。基材各组分存在交互作用,而土壤的理化性质与护坡植物生长存在一定的相关性。研究结果可为高寒地区高陡岩质边坡生态基材的制备与生态修复提供理论依据和技术支持。

含建筑桩基的顺层岩质边坡桩锚支护体系振动台模型试验研究

基于Bockinghamπ定理,对具有建筑桩基的顺层岩质边坡桩锚支护体系开展振动台模型试验,通过分析预应力锚索、建筑桩基的应变以及边坡坡顶加速度,研究支护体系的动力响应规律。结果表明,预应力锚索的应变在地震波加速度达到峰值时达到最大值,且上排锚索受力大于下排锚索,随着地震幅值的增大,最上排锚索锚固段率先发生滑移破坏失去锚固作用;建筑桩基应变最大值点位于滑动面以下一定深度,且远离边坡坡面的建筑桩基受力大于邻近边坡坡面的建筑桩基;坡顶各点峰值加速度随地震波幅值增大整体表现为线性增大,但在Wenchuan-Wolong波(0.55g)和Sin波(0.4g)工况时,各点峰值加速度相对有所下降,随着地震波幅值增大,各点峰值加速度放大系数在汶川波和正弦波作用下并非单调变化,而是表现为先减小后增大波动变化特点。

基于GeoSMA-3D的岩质边坡异形滑动面搜索方法

针对岩体结构面发育特征的不确定性,提出一种岩质边坡异形滑动面搜索方法 .以Ⅲ,Ⅳ结构面岩体为研究对象,结合GeoSMA-3D(geotechnical structure and model analysis-3D)程序中块体切割和关键块体判别模块,将滑坡体设定为几何多面体.岩体的内部块体组合形成多面体,以多面体的表面表征滑动面.引入层次分析法,建立滑动面准定量化评价准则.以小盘岭边坡为例,将异形滑动面判定准则导入GeoSMA-3D程序中,研究表明边坡存在6个关键块体,组合滑动面有3个,潜在滑动面安全系数为1.046,滑动面几何形态与实际边坡拟合度高达95%,验证了岩质边坡滑动面搜索方法的合理性.

基于构造滑面正应力分布的岩质边坡三维极限平衡法与应用

开展岩质边坡三维稳定性分析方法研究具有重要的理论意义和工程应用前景。常规的等效Mohr-Coulomb强度参数来分析岩质边坡的稳定性,不能准确反映岩体材料强度包线呈非线性分布的特征,计算结果偏于保守。建议了一种逐点等效Mohr-Coulomb强度参数替代常规的等效Mohr-Coulomb强度参数,通过构造滑面上的正应力分布,滑面上各点的等效黏聚力和等效内摩擦角则随着滑面正应力分布而逐点变化。在此基础上,将逐点等效Mohr-Coulomb强度参数方法和基于滑面正应力修正的极限平衡法相结合,提出了一种基于构造滑面正应力分布的岩质边坡三维稳定性分析方法。算例表明该方法计算结果与已有方法相印证,适用于任意空间滑面形态。与常规等效Mohr-Coulomb强度参数相比,该方法得到稳定性系数显著偏低。进一步将该方法应用于某露天矿边坡的整体稳定性评价,效果理想,并被工程单位所采纳。该方法结果可靠,计算过程简单且易于编程,可为岩质边坡工程稳定性评价提供理论参考。

基于力学机理的贝叶斯动态线性岩质边坡变形预测模型研究

考虑岩质边坡变形的力学机理,将边坡变形分解为弹塑性损伤变形、粘弹性变形、周期波动及观测误差等分量,以Bayesian动态线性模型理论为基础,建立了基于力学机理的边坡变形动态演化预测模型。模型以边坡岩体力学参数为系统控制变量,应用Bayesian推断,通过观测数据及相关信息,估计其动态演化规律,并以此预测边坡变形。通过对某水电站边坡位移监测数据分析表明:监测点处边坡变形主要为弹塑性损伤蠕变,监测初期,岩体迅速损伤,变形15天后进入加速蠕变阶段,与现场巡查结果一致。

陡倾反向岩质边坡变形破坏机理及处治措施

随着公路建设规模增大,陡倾反向岩质边坡变形破坏在建设中逐渐增多,勘察设计人员往往忽略该类边坡的工程地质分析及综合处治措施,本文以贵州某道路陡倾反向岩质边坡变形破坏及处治措施为例,对边坡岩体结构、环境地质条件、变形破坏特征等进行综合分析,重点讨论了边坡变形产生的主要影响因素及重点加固处治措施,为同类项目提供工程经验。

缓倾顺层岩质边坡失稳破坏机理分析

文中以某营运高速公路缓倾顺层岩质边坡为例,对边坡岩体特性、地质环境条件、形态特征等进行综合勘察,对边坡失稳破坏机理进行分析,阐述了缓倾顺层岩质边坡产生失稳破坏模式为后退式渐进滑移-拉裂破坏。对同类工程具有较好的指导意义。

中国高陡岩质边坡植被重建技术现状与展望

工程建设和矿山开采等活动形成了大量裸露的岩质边坡,由此可能带来许多地质和生态环境问题。随着边坡治理技术的发展,兼具稳定边坡和绿化环境双重功能的植被重建技术,逐步取代传统的单一工程治理技术,被广泛应用于边坡恢复治理。高陡岩质边坡因坡度陡、高差大,坡面固土保水困难,导致植被生长条件十分恶劣,所以该类岩质边坡的植被重建工作极其困难。为此,文章在分析高陡岩质边坡生态特点的基础上,重点总结了适宜高陡岩质边坡的植被重建技术,并阐述了各类代表性技术的基本概念、适用范围及优缺点。同时,论述了边坡植被重建技术的主要研究热点,指出各类技术中可能存在的理论研究薄弱、基质稳定性差、植被单一、技术选型不合理以及养护费用高等问题,并从特殊生境技术开发、基质研发、植物选配、护坡机理研究、评价机制建立及信息技术应用等方面进行了展望,以期为中国高陡岩质边坡植被重建技术的工程实践和理论研究提供一定的借鉴和参考。

矿山岩质边坡地层结构及岩体抗剪强度参数随钻智能识别方法

地层类别及岩体抗剪强度参数的准确识别对岩质边坡的稳定性评估至关重要。基于无量纲的可钻性指标建立了岩体抗剪强度参数随钻识别模型,使得随钻测试结果能够不经标定或换算,即可直接识别岩体抗剪强度参数。结合无监督学习和自主设计的决策模块,对深度序列随钻数据进行智能识别和自动平滑处理,实现对地层结构的智能感知,并定量描述各岩层的随钻参数及抗剪强度参数。采用自主研发的高精度现场随钻测试设备对云南鹤庆北衙露天矿灰岩体区和F6-1断层交界区域的爆破钻孔过程进行监测,并以两个典型钻孔的全过程监测结果为例,展示随钻智能识别方法的应用。总体而言,ZK1钻孔随钻智能识别方法与原始地质剖面一致程度为90.85%,ZK2钻孔随钻智能识别方法与原始地质剖面一致程度为84.47%,钻孔成像验证表明该方法识别的地层能更准确地反映边坡实际地层情况。值得注意的是,该方法能够在大尺度与地质剖面结果一致的前提下,精准地识别出地质剖面未曾表现的关键层位。这一特性为破碎软弱岩层及其强度参数的识别,以及地质模型的精准构建提供了有力保障。该方法在岩土工程领域具有广泛的应用前景,为岩层性质和抗剪强度参数的实时智能识别及地质模型的精准构建提供了可靠的解决方案。

降雨作用下露天矿山岩质边坡稳定性与声—力学特征研究

降雨是加剧露天矿山岩质边坡灾害的重要因素,准确剖析降雨作用下的岩石声—力学特征是实现矿山安全监测的前提条件。为研究降雨作用对露天矿山岩质边坡稳定性与声—力学特性的影响,以室内声学测试与力学测试为主要手段,研究了不同探头布置方式下砂岩在水饱和过程中的声发射信号特征,并定量分析了干燥与饱水2种状态下岩样破坏的声发射信号特征及其破坏形式。结果表明:①降雨作用对声发射信号衰减显著,各探头位置波形最大幅值下降约43.3%,波形频率降低约33.3%,呈现出明显的“频移”现象;②声发射事件在干燥岩样破坏过程中呈现较为随机的、缓和的方式,而在饱水岩样中具有一定的连续性和集中性;③干燥和饱水岩样的破坏形式均以剪切破坏为主,并伴随一定的张拉破坏,但饱水岩样的张拉破坏更加明显。研究结果可为露天矿山岩质边坡岩体声—力学特性分析提供参考,促进微震监测技术在露天矿山边坡稳定性监测中的应用。

怒江流域典型岩质边坡破坏模式及机理分析

对怒江流域典型调查点的岩质边坡节理裂隙进行统计,采用Dips软件分析得出破坏类型图,结合怒江流域边坡破坏因素影响,探讨典型岩质边坡的破坏机理.结果表明,怒江流域岩质边坡破坏失稳的主要地质影响因素有结构面、岩性、地形地貌、构造活动等,降雨、开挖和地震等是破坏失稳的触发条件;将怒江流域岩质边坡破坏类型归纳为3种模式:倾倒破坏、平面滑动破坏和楔形体滑动破坏.破坏阶段可分为初始、蠕变和崩落;采用Swedge软件,分析降雨及地震影响下岩质边坡的稳定性系数,发现安全系数随着降雨引起的内摩擦角和黏聚力的减小而降低,安全系数与地震力系数呈反比,且在相同地震力条件下沿交叉方向地震力作用下的安全系数大于沿水平方向.

含雁列式断续节理的岩质边坡失稳机制模拟研究

岩质边坡的阶梯状破坏是一种常见的失稳破坏类型,其稳定性主要受岩质边坡内部的不连续结构面和岩桥控制。为了探究雁列式裂纹间相对位置的复杂变化对节理岩质边坡阶梯状破裂面形成的影响,基于零厚度黏聚力(Cohesive)单元,采用重力增加法开展了考虑裂隙倾角、岩桥倾角、岩桥长度的含雁列式裂纹岩质边坡阶梯状破坏数值模拟。通过对于模拟结果的编程处理,实现了节理岩质边坡破坏过程中的声发射模拟,结合岩质边坡破坏过程的应力、位移云图,进一步分析了节理岩质边坡阶梯状破裂面形成的演化过程与力学机制。研究表明:节理岩质边坡模型的破坏模式可分为持续破坏型和渐进破坏型,渐进破坏模式的出现主要与裂纹倾角和岩桥倾角有关;岩质边坡阶梯状滑裂面的形成是一个岩桥从下至上逐渐贯通的过程,其破坏过程分为等速变形阶段和加速变形阶段;随着裂纹倾角的增加,岩质边坡的岩桥贯通所需要的荷载逐渐增加;随着岩桥长度的增加,岩质边坡内部岩桥破裂贯通所产生的声发射事件数和裂纹扩展总长度逐渐减小;相比于裂纹倾角和岩桥长度,岩桥倾角对于节理岩质边坡中岩桥贯通与阶梯状破裂面形成的影响较小。本文研究了多种工况下含雁列式断续节理岩质边坡的失稳机制,以期为该类型岩质边坡的稳定性评价与失稳防控提供一定的理论参考。

裂隙水作用下岩质边坡平面滑动力学模型

在降雨等水力条件作用下沿岩层层面的平面滑动是顺层岩质边坡最常见的一种破坏模式,而目前关于该类边坡的稳定性计算方法几乎很少考虑裂隙面粗糙度对地下水渗流力及滑面抗剪强度的影响,进而导致其稳定性计算结果误差较大。为此,首先对地下水作用下的顺层岩质边坡受力特征进行分析,认为地下水将对滑动岩体产生3个方面的力学作用:张裂隙中的静水压力、滑面上的扬压力和渗流力,由此建立了相应的边坡稳定性计算模型。其次,通过引入裂隙面粗糙度对裂隙抗剪强度及地下水渗流力的影响,提出了考虑裂隙粗糙及地下水渗流力的顺层岩质边坡稳定性计算模型。而后,通过对含一条贯通粗糙裂隙的岩质边坡稳定性为例,验证了该模型计算结果的合理性,同时计算结果表明裂隙面粗糙度系数JRC对边坡稳定性有重要影响,必须予以考虑。最后,基于参数敏感性分析研究了主要参数如裂隙面粗糙度系数、裂隙基本摩擦角、裂隙宽度、裂隙壁面岩石抗压强度及地下水位高度等对边坡稳定性的影响,结果表明:仅裂隙宽度对边坡稳定性影响很小,而其他参数对边坡稳定性影响则相对较大,不容忽视。且裂隙面粗糙度对边坡稳定性的影响与裂隙壁面岩石抗压强度密切相关,随着其增加,裂隙面粗糙度对边坡稳定性的影响程度逐渐变大。

基于分段反演的岩质边坡力学参数反分析方法

为反映岩质边坡力学参数随时间演化的真实特性,文章采用分段反分析遗传算法,基于位移增量结合外部因素(开挖、降雨、防渗措施等),划分南俄Ⅲ水电站厂房后边坡的反分析时段。研究发现降雨对岩体弱化影响随风化减小,各时段位移增量拟合值与实测值平均相对误差分别为11.61%、7.81%。监测结果显示各时段增量变形值与拟合值吻合良好,满足工程需求。研究成果可为复杂赋存环境下边坡工程参数反分析提供技术支持。

隐伏非贯通软弱夹层岩质边坡剪切蠕变特征及稳定性研究

针对隐伏非贯通软弱夹层岩质边坡滑移机理复杂这一关键科学问题。设计一种隐伏非贯通软弱夹层缩尺制备方法,开展考虑夹层埋深、岩层倾角、含水率因素影响下岩体剪切蠕变特性试验。引入多参数岩体渐变损伤变量,分阶段建立剪切蠕变损伤本构模型,并通过相似模拟试验验证模型的合理性,分析此类边坡的稳定性。研究表明:(1)隐伏非贯通含软弱夹层岩体随夹层埋深增加、倾角减小、含水率减小而稳定性升高,反之稳定性降低,且夹层含水率对岩体稳定性影响最大,埋深影响相对较小;(2)考虑多参数渐变损伤本构模型能够反映隐伏非贯通软弱夹层岩体剪切蠕变全过程,且加速蠕变阶段拟合效果优于西原模型;(3)隐伏非贯通软弱夹层缩尺制备方法较为合理,所推剪切蠕变本构模型能够较好拟合边坡蠕变滑移各阶段情况,边坡滑移呈坡脚剪胀、后缘拉裂的整体性滑移,对隐伏非贯通含软弱夹层岩体蠕变滑移具有参考意义。

电测量法在岩质边坡软弱层损伤累积研究中的应用

岩质边坡软弱层的结构性改变会导致边坡损伤,在强震和降雨作用下,损伤效应将更为明显,其累积也是触发滑坡的关键因素。因此岩土体内部缺陷累积过程、滑动面的发育规律等研究对于明确滑坡动态演化机制具有重要的理论意义。本文基于电测量法,对岩质边坡软弱层材料设计开展不同含水率的电测量试验,集成电测量系统与三轴压缩试验的接驳装置,分别探究了电阻率-含水率关系和电阻率变化率-应力-应变关系,初步建立了边坡软弱层损伤与电阻率变化率的关系。在此基础上开展小比例尺模型试验,模拟降雨-拟地震力作用下岩质边坡软弱层水分升高与强度劣化过程,评价了试验过程中含水率的变化与边坡软弱层的损伤累积,并探讨了将电测量方法应用于边坡软弱层损伤累积研究中的可行性。

反倾层状岩质边坡倾倒变形模式与宏观形变特征关系研究

随着中国建设工程不断向西南地区发展,一系列地质灾害问题日益凸显,许多学者利用InSAR遥感技术在该地区开展早期识别研究卓有成效,但研究却仅限于地表宏观形变的识别与判定,无法明确斜坡内部破裂与表层宏观形变间的对应关系。加之西南地区复杂地质构造作用,产生了许多高隐蔽、难预测的反倾层状岩质边坡,使得InSAR遥感早期识别遇到了又一难题。因此,本文通过开展大型土工离心试验,分析斜坡弯曲-倾倒变形阶段,结合图像分析技术,建立起斜坡倾倒变形模式与表层宏观形变特征之间的耦合关系,并利用原型边坡的InSAR解译和实地调查结果,反向推断边坡所处阶段,将斜坡变形阶段可视化,为此类斜坡变形的识别和防控提供技术支撑。研究表明:1)反倾层状岩质边坡弯曲倾倒破坏主要分为初始蠕变、坡脚倾倒-弯曲、变形累进以及折断带贯通4个阶段。倾倒破坏往往始于坡脚,而后向斜坡中上部发展,伴随阶梯状破裂面的发育贯通,斜坡被整体破坏;2)对试验图像识别分析,获取深部与表层的速率变化,建立二者的对应耦合关系。发现在倾倒变形不同阶段,大变形区域(表层关键裂缝)遵循从下至上的发展规律,依次是坡脚附近—坡前中部—陡缓交界处;且陡缓交界处岩板的变形速率曲线在倾倒变形启动、内部折断带贯通阶段存在两次明显的峰值现象;3)选用扎永变形体的In-SAR解译结果与试验结果进行对照,并通过现场复核,初步判断该变形体正处于变形累进阶段。

抽水蓄能电站水库岩质边坡消落带生态修复探讨

抽水蓄能电站是我国水利水电开发的重要组成部分,建成运行后将形成库水周期性涨落的消落带,生境条件极为脆弱,是生态环境修复的重难点区域。对岩质边坡生态修复关键技术和水库消落带生境改善方法开展系统分析,结合河南天池抽水蓄能电站上水库岩质边坡消落带生境特征,提出土工格室+生态袋+挂网复合工程技术可作为水库岩质边坡消落带生态治理的关键措施。基于消落带库水涨落节律和植物自身遗传特性,指出消落带下端优先配置长期耐淹多年生草本植物(如狗牙根),消落带中端配置耐淹能力较强的灌木和草本(如秋华柳、黄荆、紫穗槐、中华蚊母和狗牙根等),消落带上端可综合配置抗旱耐淹能力较好的乔木、灌木和草本(如银合欢、桑树、紫穗槐、黄荆、秋华柳、狗牙根和苘麻等),以及生态适应性较强的乡土植物(如藜和诸葛菜等)。研究成果对抽水蓄能电站水库岩质边坡消落带生态治理具有重要指导意义。

岩质边坡结构面交互式识别技术与系统研发

岩质边坡中的岩体结构面调查与分析是进行边坡稳定性分析的基础工作之一。然而,传统手段获取边坡岩体结构面存在效率低、安全性差、主观性高、数字化程度低以及流程繁琐等不足。基于三维重建SFM算法,深入研究了高精度大场景露天矿边坡岩体三维实景模型重建方法,并融合高精度边坡岩体三维实景模型中的空间和纹理特征信息,构建了以Opengl图形库为基底的可视化交互系统,实现了岩质边坡高精度三维实景模型的高效采集和可视化操作。同时,将不共线三点确定一个平面的理论应用到结构面识别中,实现岩体结构的交互式精准识别。在此基础上,开发了岩质边坡结构面识别系统,并以某露天矿边坡为研究对象,结合岩体力学基本理论深度挖掘岩体结构信息解译结果,对边坡稳定性进行了详细分析。研究结果表明:该系统能够使岩质边坡的稳定性分析与灾害防控更具有及时性、高效性、准确性,具备广泛的应用前景。