基于离散元的边坡弯曲倾倒渐进破坏特征分析

发生弯曲倾倒的边坡一般存在一组优势的陡倾不连续面,岩层在自重或外力作用下向临空面弯曲变形,表现出明显的柔性特征。基于物理模型试验建立了相应的离散元计算模型,模拟了边坡弯曲倾倒的渐进失稳过程,系统剖析了岩体弯曲倾倒的力学机制和破坏特征。结果显示,塑性区贯通是边坡弯曲倾倒失稳的必要非充分条件,悬臂岩柱在弯折过程中其内部应力表现出明显的不均匀性。进一步探讨了关键力学参数对倾倒破坏面的影响规律,具体表现为破坏面倾角随节理摩擦角的增大而增大,而节理黏聚力和岩体抗拉强度对其影响并不显著。研究成果可为倾倒边坡的分析设计提供科学参考。

层状岩质边坡弯曲倾倒破坏研究进展

由于层状岩体特殊的地质力学结构特征,在此类岩体中边坡可能发生多种类型的失稳破坏,其中倾倒破坏是较常见的一种。根据发生机理的不同,倾倒破坏可分为三种类型,即弯曲倾倒、块体倾倒和块体–弯曲倾倒。弯曲倾倒主要发生在仅有一组陡倾节理的情况,与块体倾倒不同,弯曲倾倒的破坏机制为类似悬臂梁的弯曲破坏,弯矩产生的拉应力超过岩石的抗力强度是造成破坏的主要原因。本文就岩体边坡弯曲倾倒变形破坏机制与规律认识,以及解析解、数值模拟和物理模拟研究进展进行了系统总结,对有待深入思考的问题和可能的研究途径进行了探讨。

西南地区典型弯曲倾倒式滑坡变形演化机理及防治研究

弯曲-拉裂(倾倒)变形是西南地区常见的边坡失稳的一种复杂的地质模式。通过实例研究,分析了这类边坡产生变形破坏的地质力学机制及其演化过程,然后采用离散单元法对开挖过程和最终稳定性进行模拟和分析,获得的坡体变形破坏特征、变形破坏范围与现场调查的坡体变形破坏特征基本一致,进一步验证了该类滑坡的演化机制。此外,以弯曲倾倒式滑坡概化模型为例,进行时空演化过程控制,主要从三方面进行研究:锚杆间距、锚杆嵌入角度和锚杆长度,提出弯曲倾倒式滑坡应用锚杆防治结构的优化设计方法,对类似的工程岩质边坡防治具有一定的参考价值。

弯曲倾倒模式下薄层状反倾岩质边坡锚固力研究

基于悬臂梁理论建立锚固力解析计算模型,以某薄层状反倾岩质边坡为实例,进行锚固力计算及相关参数敏感性分析,并以数值模拟加以对比分析。研究结果表明:此类边坡锚固力计算可划分为倾倒锚固区和滑动锚固区,其中倾倒锚固区折断深度和锚固力都随坡顶距增大而减小,且最大折断深度和最大锚固力对相关参数敏感性由大到小依次为:层厚、抗拉强度、层间内摩擦角。数值模拟中锚索轴力增量比随坡顶距增大而减小,与解析计算结果变化规律一致,且加固倾倒锚固区比加固滑动锚固区对于控制边坡水平位移效果更加明显。

基于潘家铮原理的反倾向层状边坡弯曲倾倒破坏基准面搜索算法

在进行反倾向层状边坡的弯曲倾倒分析时,需要对边坡破坏基准面的位置和形状作一种简单假定;目前常见的假定形式为直线型破坏面,并垂直于岩层层面。从野外观测来看,这种假定的破坏面与实际工程边坡破坏面并不吻合,为提高反倾向层状边坡弯曲倾倒计算的可靠性,提出一种搜索破坏基准面的算法。基于潘家铮最大最小原理,认为边坡破坏基准面(由各个岩层折断面组成)为使边坡发生整体破坏所需外力最小的破坏面。在破坏基准面的搜索过程中,根据岩层的受力分析确定其破坏模式(剪切破坏和弯曲拉裂破坏);然后,依据最后一块岩层发生倾倒破坏的条件确定岩层可能发生破坏的范围,并将可能发生破坏的岩层划分为多个组合,利用极限平衡方法,结合岩层的破坏模式,求出各组岩层发生整体破坏所需的最小外力F;最后,不断变化搜索角,得到一系列F,其中的最小值为边坡发生整体破坏所需的最小外力,对应的破坏面为边坡潜在破坏基准面,相对应的岩层组合为最危险的岩层组合。选用安徽皖南地区的某反倾向板岩边坡作为工程实例进行验证分析,结果表明本文算法所得到的破坏基准面能较好地与实际工程边坡破坏面、文献模拟结果相吻合,进一步说明了本文算法的有效性。

反倾岩质边坡弯曲倾倒-剪切滑移破坏分析方法研究

目前反倾岩质边坡弯曲倾倒破坏分析方法仍以基于极限平衡理论的悬臂梁模型为主,但大多未考虑坡脚岩层的剪切破坏。为准确评价该类边坡的稳定性,建立考虑坡脚岩层剪切破坏的分析计算方法。首先,根据岩层变形破坏特征,将边坡分为后缘稳定区、中部弯曲倾倒区和前缘剪切区3个区域;其次,建立弯曲倾倒-剪切滑移破坏模式的稳定性分析方法;最后,通过工程实例验证,并进行参数分析。研究结果表明:提出的分析方法与工程实际符合性较好;边坡在倾角较陡、坡角较大时稳定性最差,坡角对边坡稳定性影响大于岩层倾角的影响;岩层厚度及层面内摩擦角增加有利于边坡稳定性,且会扩大坡脚剪切区范围。研究成果对反倾岩质边坡破坏的防治具有实践指导意义。

坡顶荷载作用下岩质边坡弯曲倾倒破坏分析

车辆、坡顶堆载等造成的坡顶荷载是影响边坡稳定性的一个重要因素。首先,基于叠合悬臂梁模型和极限平衡理论,建立了坡顶荷载作用下岩质反倾边坡的力学分析模型,推导了坡顶荷载作用下边坡的剩余倾倒力和剩余滑移力计算公式,给出了岩层破坏模式判别条件,并通过大型数学分析软件Matlab将分析方法程序化;然后,通过与离散元模拟结果进行对比分析,验证了所提分析模型的准确性;最后,基于所提分析方法,进行了不同参数的敏感性分析。研究结果表明,坡顶荷载对岩层剩余力的影响较大,但对岩层破坏模式的影响不大;对边坡稳定性较为敏感的切坡角度为50°和岩层倾角为58°,当小于该值时,边坡稳定性将显著提高;层间黏聚力对自重边坡稳定性影响较大;数值模拟与理论分析得到的安全系数较为一致,验证了考虑坡顶荷载作用下弯曲倾倒破坏分析理论解的正确性,可为类似工程稳定性分析提供参考。

岩质边坡弯曲倾倒破坏及支护DDA方法模拟

弯曲倾倒破坏作为一种复杂的滑坡灾害,对其破坏机理的研究是近年来学术界关注的重点和难点。本文采用非连续变形分析法(DDA)模拟露天矿边坡弯曲倾倒破坏过程。在DDA模型中通过引进人工结构面方法来实现弯曲倾倒过程岩体开裂,与现场比较得到了合理的引入人工结构面方法。模拟过程表明,该露天矿边坡是由于下部岩层无法承受上部荷载首先发生破坏,致使上部岩体失去支撑,并最终导致边坡整体倾倒破坏。针对抵抗边坡弯曲倾倒变形的支护分析表明,由于倾倒变形的不均匀性,依靠普通锚索强度进行支护,容易出现局部锚索拉断,最终影响整个锚固区的锚索安全。

弯曲倾倒边坡开挖变形响应机理与反馈预测

针对苗尾水电站右岸坝基上游边坡工程实例,开展定性分析,采用允许层面之间发生拉张破坏和剪切滑移、层间岩体可以发生屈服破坏的离散元分析方法模拟边坡变形破坏现象,剖析变形破坏机理,开展动态反馈分析,并指导边坡的抢险治理措施设计和后续设计优化。研究表明:边坡坡脚开挖和雨季强降雨两种不利条件共同作用下,坡脚垮塌导致变形范围扩大,是边坡较高高程部位覆盖层开裂的主要诱因。基于离散元动态反馈的边坡变形机理与稳定性状态,确定了"强锚固固脚锁腰+排水"的处理策略,在边坡变形剧烈阶段,首先采用压渣进行处理,同时边坡上部采用预应力锚固锁腰,然后对边坡下部采用锚索、锚拉板、灌浆固结等手段进行锁脚处理。工程实践表明,经过治理之后边坡整体稳定性增强,治理措施有效。

地震作用下反倾向层状岩质边坡弯曲倾倒稳定性分析

当前关于弯曲倾倒破坏的研究鲜有涉及到地震荷载,地震荷载对反倾向边坡弯曲倾倒稳定性的影响规律尚不清楚。为了解决上述问题,提出一种分析地震作用下反倾向层状边坡弯曲倾倒稳定性的极限平衡方法,该方法认为边坡发生破坏时,坡体内部应力达到极限平衡状态,即基于边坡破坏面计算得到的坡脚岩层剩余下滑力(倾倒力)为0。基于静力等效替代思想推导了推力线高度的计算公式;通过严格的力学推导确定岩层的稳定区域、破坏区域及破坏区岩层的破坏模式,并通过逐步迭代的方式计算坡脚剩余下滑力(倾倒力)。选用皖南板岩边坡作为工程实例,计算结果表明采用本文方法得到的边坡破坏面和稳定系数是合理可信的。通过地震影响系数的敏感性分析发现,随着地震影响系数的增大,坡脚剩余下滑力(倾倒力)增大,而边坡稳定系数减小,边坡更容易发生浅层破坏,变得愈发不稳定。

基于Adhikary理论的反倾岩质边坡弯曲倾倒计算模型研究

根据反倾岩质边坡弯曲倾倒变形破坏特征,将边坡分为稳定区、弯曲倾倒区、剪切滑移区3个区域,建立考虑破坏分区的弯曲倾倒计算模型,对Adhikary悬臂梁极限平衡模型进行合理改进,工程实例验证表明:改进模型的计算结果更贴合实际,对该类边坡计算具有理论和实践指导意义。

岩质反倾边坡工程弯曲倾倒破坏稳定性评估

岩质边坡弯曲倾倒破坏是一种典型的岩质边坡破坏形式,由于反倾边坡破坏形式复杂,需结合具体工程实例进行分析。为了探究能够快速确定岩质反倾边坡破坏情况的方法,本文结合浙北某区某边坡稳定性评估的工程实例,应用岩质反倾边坡弯曲倾倒破坏理论方法,对发生局部滑塌后的边坡进行稳定性分析,求得边坡的安全系数,计算出隐患方量,最终确定了边坡的稳定性,同时针对该边坡给出了初步治理的建议,为分析类似的反倾边坡破坏问题提供一个快速简便的方法。

考虑变形协调的地震作用下反倾岩质边坡弯曲倾倒稳定性分析方法

我国西南地区高陡反倾岩质边坡广泛分布,坡体深部折断贯通容易形成规模巨大的滑坡,而地震是诱发反倾岩质边坡失稳破坏的重要外部因素。为分析地震作用下反倾岩质边坡的稳定性,以相邻岩层为基本力学分析单元,将其视为自由变形或协调变形的叠合悬臂梁,提出2种变形模式的判别条件。在此基础上,提出地震作用下反倾岩质边坡弯曲倾倒破坏力学模型,建立各岩层自由变形和协调变形的力学平衡方程,给出划分岩层变形类型的计算方法和边坡整体稳定性判别方法,并基于Matlab实现了地震作用下反倾岩质边坡弯曲倾倒分析的程序化。通过与不同地震影响系数下边坡UDEC模拟结果对比发现,理论计算和数值模拟得到的边坡安全系数相差最大不超过16%,自由变形区和协调变形区范围基本吻合,验证了所提方法的正确性。采用理论方法进行参数分析发现:岩层倾角对地震作用的影响显著,在相同地震影响系数下,边坡安全系数的降低幅度随着岩层倾角的增加而增大,而边坡坡度和岩层厚度对地震作用影响较小。研究结果对地震高危区域反倾岩质边坡失稳破坏的防治具有指导意义。

反倾层状岩质边坡块状–弯曲倾倒变形演化过程试验研究

为研究三江并流地区某反倾岩质边坡在复杂内外动力共同作用下的倾倒变形破坏机制,开展相似材料物理模型试验并着重研究反倾岩质边坡在构造应力、河流快速下切以及降雨条件下发生块状–弯曲倾倒变形失稳的各阶段演化过程。结合离散元数值试验分析边坡岩层在各工况下的宏观变形特征、关键点的位移变化规律、最大弯折面的演化、岩层塑性区的分布等。结果表明:(1)试验与模拟结果吻合较好,倾倒变形演化过程分为坡趾剪切弯曲→出现最大弯折面→弯折面上部岩层弯曲倾倒→主破裂面贯通4个阶段;(2)坡趾区域首先发生浅层块状倾倒,伴随最大弯折面的贯通,弯折面上部岩层呈现叠网状的深层弯曲倾倒,下部岩层则相对稳定,体现反倾岩层的自稳性特征;(3)河流下切作用是反倾岩质边坡形成弯曲倾倒变形的前提条件,而降雨作用加快了倾倒体从蠕变阶段向累进破坏阶段的过渡,最终导致岩层发生倾倒失稳。

弯曲型倾倒变形边坡破坏模式研究

为了分析弯曲型倾倒变形边坡破坏模式,以西藏扎拉水电站为研究对象,分析了弯曲型倾倒变形边坡在天然状态、开挖工况下的破坏模式及其控制因素。结果表明:弯曲型倾倒变形边坡的破坏模式主要有表层剥落与崩塌、浅层滑移、深层或大规模失稳。(1)剥落与崩塌发生在坡表,在倾倒变形及卸荷、风化作用下,坡表岩体破碎,在降雨产生的坡面水流作用下易发生剥落、崩塌;(2)浅层滑移发育在强倾倒变形区,倾倒变形过程中产生的倾向坡外的张剪裂隙是边坡失稳的控制性结构面,当路堑边坡开挖或河水冲刷切脚时,边坡产生应力调整,导致倾向坡外的破裂面贯通,进而发生滑坡;(3)边坡发生深层或大规模失稳的控制因素是大断裂或活断裂、软弱夹层等软弱结构面。西藏扎拉水电站弯曲型倾倒变形边坡弯曲界面及深部弱倾倒变形区没有形成贯通性失稳界面,整体处于稳定状态。该工程区弯曲型倾倒变形边坡的发育特征和破坏模式具有典型性,研究成果可供类似工程借鉴。

基于弯曲倾倒破坏模式的反倾岩质边坡稳定性解析方法

悬臂梁法是反倾层状岩质边坡弯曲倾倒破坏与稳定性分析的常用方法,然而目前主要做法是对破坏面上全部岩层依次迭代求解,不够简便,很难在现场快速初步判定边坡稳定性。在悬臂梁模型的基础上,通过对岩层临界失稳高度与预设破坏面上岩层高度比较分析,将破坏面上的岩层分为稳定区、主动倾倒区和被动倾倒区,进而基于极限平衡原理,提出相应的稳定性计算方法,同时利用S区几何面积的大小,初步判定边坡的倾倒风险。通过2个工程实例及离心实验结果验证了所提方法的可靠性,研究成果对反倾层状岩质边坡倾倒破坏稳定性评价与灾害防治具有重要的指导意义和应用价值。

地震作用下的层状岩质边坡块状-弯曲倾倒解析分析

为了进行地震作用下块状-弯曲倾倒破坏边坡的稳定性评价,基于极限平衡理论,运用逐步分析方法,建立了地震荷载作用下块状-弯曲倾倒破坏的地质力学模型,并推导出了地震荷载作用下块状-弯曲倾倒破坏的解析公式,分析了地震荷载对岩质反倾边坡稳定性和破坏模式的影响。采用边坡几何力学参数、潜在破坏岩块编号及地震影响系数作为稳定分析中的变量,运用MATLAB编写了求解不同变量下的边坡安全系数和破坏模式的计算程序,此外,还将该方法与传递系数法、数值模拟结果进行了对比分析。研究结果表明:随着地震惯性力的增大,边坡稳定性逐渐下降;部分相邻块体的潜在破坏模式不同,滑移破坏和倾倒破坏交叉出现,但随着地震影响系数的增大,整体破坏模式逐渐由倾倒破坏转变为滑移破坏;随切坡角度增加,边坡的稳定性下降,较易发生倾倒破坏;不同地震影响系数下岩层厚度对边坡的影响不同。

岩质高边坡弯曲倾倒变形分析和破坏机理研究

弯曲倾倒常发生在反倾层状岩质边坡中,岩体表现出类似于"叠合悬臂梁"的破坏特征,呈此类破坏模式的边坡有可能会演化成为大型滑坡。以厄瓜多尔德尔西水电站左岸边坡为例,详细介绍了其地质、地貌特征,分析了施工过程中的相关监测数据。典型的反向陡倾岩体结构和特殊的岩性组成(薄层片麻岩)是该边坡发生弯曲倾倒的先决条件,而工程开挖、强降雨等外界因素触发并加剧了岩层的变形。基于离散元的数值模拟结果显示,边坡1493 m高程以下的岩体开挖会导致整个边坡发生深层的弯曲倾倒失稳。岩层变形表现出较为明显的柔性特征,倾倒体内部会发育出反向屈曲的二次折断面。边坡内塑性区的演化能够反映岩体破损区域的发展过程,最大剪应变和拉应力分布均显示倾倒破坏面呈倾角为21°的近似直线型。最后,控制边坡底部高程的开挖高度和角度能够有效降低倾倒变形的程度。

反倾软硬互层岩质边坡倾倒变形破坏机理与影响因素研究

倾倒变形常见于反倾结构边坡,特别在具有软硬互层结构边坡中,甚至可发育为深度上百米的大型滑坡。为进一步探明此类反倾边坡倾倒变形的破坏机制,以及边坡形态结构及岩体力学参数等因素的影响规律,以离心模型试验为原型,结合离散元数值模拟,分析了倾倒变形的形成过程以及在外界扰动下的破坏机制。并通过单因素分析法、正交设计法等,研究了多种因素对反倾边坡倾例变形的影响,通过极差分析获得了各因素的敏感性。通过在岩层内预置大量多边形随机裂隙,数值模拟较好地实现了对破裂面起裂及延展规律的模拟。结果表明:离心模型试验可较好地还原倾倒变形过程,而离散元数值模拟则可对实验结果进行有效的重现与扩展,两者吻合度良好;岩体变形过程存在3个阶段,即起始变形、稳态变形和失稳破坏等阶段;破裂面呈弧形,在变形积累到一定程度后快速形成;边坡可自下而上形成多级破裂面,并伴随岩层的强烈弯曲变形,在外界扰动下,倾倒变形体将由外到内沿不同破裂面形成渐进后退式破坏;多种影响因素中,边坡形态结构影响最大,层面参数次之,软硬岩岩石力学参数的差异影响较小;具体而言,边坡形态与坡体结构对倾倒变形的影响性大小表现为坡角>倾角>坡高>坡形>层厚比>层厚,坡角、倾角、坡高越大,坡形越外凸,软硬岩层厚差越小,倾倒变形越容易发生;边坡变形规模主要受形态结构因素控制,倾角和坡角影响最显著。

龙滩电站左岸倾倒体演化机理离散元分析

基于研究区工程地质条件和已有变形破坏特征,建立变形体倾倒失稳概念模型,采用离散元程序,模拟验证斜坡变形失稳过程及风化作用影响。结果表明,变形体变形失稳过程可归纳为卸荷回弹-弯曲拉裂-滑移拉裂;风化作用对斜坡弯曲变形具有重要影响,弯曲变形随强风化带厚度增大而增大,随层面内摩擦角减小而增大,且对层面内摩擦角在低角度范围变化较敏感。