研山铁矿西帮反倾岩质边坡变形监测及数值模拟分析

针对研山铁矿西帮反倾岩质边坡开挖稳定性问题,建立了集成钻孔测斜仪、锚杆应力计、微震、高清摄像头等多种手段的坡内及坡表协同监测网,通过原位监测与数值模拟相结合的研究方法,对研山西帮反倾岩质边坡变形破坏机制进行了分析。结果表明:根据目前监测显示边坡仅14 m深度及以上有较小的位移变化,受降雨影响坡体内部出现明显的应力变化特征。微震事件时空分布情况及微震反演分析表明,高坡段为潜在失稳破坏区域,坡体浅层易形成拉裂松动趋势,微震事件呈现出密集—贯通性分布状态,但是沿坡脚发生切层滑移的可能性不大;根据数值模拟计算结果判断,边坡为拉应力主导的变形破坏,下部台阶受节理切割作用先发生拉裂破坏,上部台阶牵引式受拉发生倾倒破坏,整体边坡发生倾倒滑移变形。微震监测结果与数值模拟结果基本一致,研究成果对现场滑坡预警及工程防护有着重要的参考意义。

坡脚岩体劣化条件下库区软硬互层反倾岩质边坡的破坏机制和稳定性

大型水电工程库区内的软硬互层反倾岩质边坡,坡脚岩体位于消落带范围内时其物理力学性质在周期性水-岩作用下可能劣化,威胁边坡的整体稳定性。基于三峡库区典型岩石和结构面在干湿循环作用下的物理力学性质劣化研究成果,选取砂岩和砂质泥岩为硬岩和软岩原型,建立软硬岩层等厚的互层反倾边坡数值模型,使用GDEM软件模拟坡脚岩体劣化条件下的边坡变形破坏过程,揭示其破坏机制并明确稳定性演化规律。研究表明:坡脚岩体劣化条件下软硬互层反倾岩质边坡的破坏存在诱发型和触发型两种机制。诱发型机制下坡脚岩体劣化后的变形导致边坡破裂面出现,随着劣化程度增加破裂面不断向上延伸,最终边坡失稳或形成倾倒趋势。触发型机制下坡脚岩体劣化打破了边坡沿已存在的非贯通破裂面的力学平衡,导致边坡失稳破坏。诱发型机制下,边坡破裂面多为上陡下缓的折线,转折点位于劣化区与非劣化区的区域分界,岩层倾角α和坡角β是决定该折线形态的主要因素。坡脚岩体劣化条件下边坡安全系数初期下降幅度较大,后期下降幅度趋缓,安全系数的下降幅度与岩层倾角α之间存在明显的正相关关系。

库水涨落条件下三峡库区反倾岩质边坡稳定性分析

三峡库区库水涨落对消落带岩体的长期水岩作用导致消落带岩体的力学性质劣化和渗透性增强,进而威胁库区反倾岩质边坡的稳定.基于三峡库区反倾岩质边坡的概化模型,使用GDEM软件的裂孔隙渗流分析系统分析反倾岩质边坡在库水周期性涨落过程中的渗流场变化,并采用悬臂梁极限平衡法评价周期性涨落过程中的反倾岩质边坡的稳定性.研究发现库水周期性涨落过程中反倾岩质边坡内的地下水位线升降存在较强的滞后效应,反倾岩质边坡稳定系数呈“库水水位由145 m上涨至175 m过程中,稳定系数增加→库水稳定在175 m之后,稳定系数下降→库水水位由175 m下降至145 m过程中,稳定系数下降→库水水位稳定在145 m之后,稳定系数增加”的变化趋势,边坡渗透性、库水涨落速率、岩层厚度差异和岩层倾角均是反倾岩质边坡稳定性的重要影响因素.

软硬互层反倾岩质边坡倾倒变形深度研究

软硬互层反倾岩质边坡破坏类型复杂,影响因素众多,难以防治。为进一步探明此类边坡倾倒变形深度的变化规律,利用二维颗粒流方法并结合重度增加法,研究了不同岩性组合对倾倒变形深度的影响规律。模拟结果表明:(1)边坡倾倒变形过程中产生1~3级破裂面,且破坏模式主要有倾倒-滑移破坏、倾倒-弯曲和倾倒-折断3类,破裂面级数和破坏模式随岩层厚度增大而逐渐变化。(2)随着硬岩层厚的增大,软岩层厚为0.5 m的边坡深层主破裂面、第一次级破裂面和第二次级破裂面深度逐渐增大,而软岩层厚为1.0 m的边坡深层主破裂面、第一次级破裂面逐渐减小,第二次级破裂面不发育。(3)总体上,随着软岩层厚的增大,硬岩层厚为0.5 m和1 m的边坡深层主破裂面和第一次级破裂面深度逐渐减小,且影响程度前者大于后者。

层状反倾岩质边坡影响因素及反倾条件分析

借助广西龙滩水电站左岸边坡工程地质剖面模型以及岩体参数对反倾岩质边坡的影响因素进行了多工况分析,提出了边坡反倾优势角的范围。并通过不同模型对应同一点的位移矢量角对层状反倾岩质边坡的反倾条件进行了界定分析。通过与工程实例总结资料对比,其可用性强,并为反倾岩质边坡的快速破坏模式分析提供了科学依据。

反倾岩质边坡变形破坏的节理有限元模拟计算

岩质边坡的倾倒破坏是地质环境中广泛存在的现象,通过模拟手段对边坡的响应规律进行科学准确预测显得尤为重要。采用基于强度折减法的节理有限元法(JFEM-SSR)对反倾层状边坡的变形破坏机制进行研究,该方法可同时考虑岩块和节理属性,并能充分体现岩层或岩块接触作用的非线性关系,在获得边坡应力、位移及塑性区的同时可以到边坡的稳定系数。首先,采用JFEM对R.E.Goodman和J.W.Bray提供的一个倾倒破坏的算例进行了模拟计算,证实该法应用于节理岩石边坡稳定性分析的合理性;然后,基于该方法,采用节理网络模型建立广乐高速公路一桥墩承台开挖边坡的地质模型,对其变形破坏机制及稳定性影响因素进行研究,重点探讨地下水渗流作用、地震作用、岩层倾角、岩面厚度对边坡变形破坏的影响,以便为工程决策提供依据。

反倾岩质边坡破坏的力学机制研究

以反倾岩质边坡为研究对象,建立了由一组结构面切割时边坡稳定性系数的力学计算方法。根据岩块结构面的受力模式,构建了岩块结构面的断裂力学模型,并基于断裂力学建立了各岩块结构面等效应力强度因子的求解方法和稳定性判据。引入Kelvin蠕变模型,获得了t时刻岩块结构面等效应力强度因子的求解方法和结构面长度计算方法,为反倾岩质边坡的防治和监测提供了理论依据。以边坡内各岩块的转角为关联变量,量化了岩块转动后岩块间的相互作用力,建立了岩块转角的计算方法。最后,通过实例分析,表明建立的反倾岩质边坡破坏的力学分析方法计算结果与实际情况基本一致。

反倾岩质边坡悬臂梁极限平衡模型的改进

反倾岩质边坡稳定性分析一直以来都是边坡稳定性分析中的难点,有很多悬而未决的问题。极限平衡分析方法仍然是目前最为常用的一种方法,也是相对比较成熟的一种方法。在Adhikary和Dyshin悬臂梁弯曲极限平衡分析模型的基础上,经过分析推导,对其折裂面形式、层间凝聚力的影响和各层岩体重度等方面问题进行了修正,得到了改进的悬臂梁极限平衡模型,提出了以各层位剩余不平衡力作为分析反倾边坡稳定性标准的新方法,并对边坡稳定性各影响因素进行了分析研究,得出的结论和规律更符合工程实际,对该类边坡的设计施工具有指导意义。

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。

基于敏感分析的反倾岩质边坡锚固参数优化设计

以湖北鹤峰红莲池反倾边坡为例,在分析边坡地质条件的基础上,通过离散元软件UDEC模拟试验,分析反倾岩质边坡的位移云图,得出了反倾边坡倾倒变形的破坏基准面,并以此初步确定锚索长度。基于敏感性分析方法,研究在不同锚固角、锚固力及锚索长度条件下,坡顶最大水平位移以及倾倒变形区面积变化特征,以此得到参数优化结果:锚固角为8°、锚固力为1 000 k N、锚索锚固段长度为5 m。锚固参数敏感性大小排序依次为:锚固角度,锚固力,锚索长度。

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。

反倾岩质边坡倾倒变形影响因素分析

倾倒变形是反倾岩质边坡最为常见的破坏形式,研究其影响因素是分析倾倒变形形成机制的基础。以连云港东疏港高速公路中云台山路堑边坡为例,基于正交试验设计理论,运用ABAQUS有限元软件,对边坡坡高、边坡坡角、岩层厚度及岩层倾角4个影响因素进行分析。结果表明,边坡坡高是边坡倾倒变形的主要影响因素,其次为岩层厚度、岩层倾角和边坡坡角;边坡稳定性与岩层厚度呈正相关关系,与边坡坡高和坡角呈负相关关系;当岩层倾角为75°左右时,边坡最易发生倾倒变形。

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。

降雨作用下反倾岩质边坡尖点突变模型研究

针对降雨触发的滑坡,以反倾岩质边坡为例,在岩层受力分析的基础上,提出了一个简单的力学模型,并运用突变理论分析该类边坡弯曲倾倒破坏的力学机制。结论表明:反倾岩质边坡弯曲倾倒破坏过程是其内外因素共同作用的结果,其中内部因素起主导的定性作用,外部因素起触发作用。

优势裂隙倾角对反倾岩质边坡变形影响分析

通过底摩擦实验试验在前人的基础上进一步研究优势裂隙组的倾角变化对反倾岩质边坡变形破坏影响。将反倾岩质边坡变形破坏区域分为剪切滑移区、倾倒破坏区以及倾倒变形影响区。实验试验结果及理论分析表明:①裂隙的存在使得岩体呈现非均质各向异性的特性且裂隙的倾角不同对岩体强度的折减也是不同的,当裂隙倾角θ满足关系式:θ∈[π-(α+50°),π-(α+40°)](α为岩层倾角)时,对反倾岩质边坡的整体强度折减达到最大;②当裂隙倾角θ对反倾岩质边坡的岩体强度折减达到最大时,剪切滑移区在反倾岩质边坡的破坏区域中的占比达到最大,与之呈正相关;③反倾岩质边坡发生最终破坏需要的时间主要与前缘以剪切破坏为主导的剪切滑移区的占比有关,剪切越多区的占比越大,边坡发生破坏所需时间越多,反之边坡破坏所需时间越少。

反倾岩质边坡稳定性分析

反倾岩质边坡是我国大型水利枢纽、高速公路(铁路)工程、矿山工程建设过程中常见的一种层状岩质边坡。本文提出了反倾岩质边坡的稳定性评价方法,确定了破坏基准面。以嘎夏帕滑坡作为工程实例,利用所提出的计算公式进行了稳定性评价,讨论了不同破裂角条件下滑坡的破坏特征。实例分析表明:岩层力学参数对岩层稳定性产生影响,破裂角对岩层岩块的应力影响明显;存在结构面使得边坡更倾向于向结构面方向产生破坏。

注浆压力对反倾岩质边坡支护效果分析

反倾层状岩质边坡灾变过程隐蔽,变形破坏机理复杂,边坡一旦失稳,往往造成严重的灾难性后果。青岛市经济开发区扒山边坡为典型的反倾层状岩质边坡,选取以锚杆+墙为主要支护方法。由理论推导和UDEC数值模拟确定合理支护参数和合理注浆压力,并对该方案的支护效果进行模拟评估。

反倾岩质边坡动力响应及地震动参数影响研究

边坡的动力响应特性分析是研究动力条件下边坡失稳机制的前提。基于反倾层状岩质边坡振动台模型试验构建数值计算模型,利用校准后的数值模型研究地震动强度、频率、持时等对反倾层状岩质边坡动力响应特征的影响。结果表明:边坡内部及坡体表面的地面运动峰值加速度PGA(Peak Ground Acceleration)放大系数在竖直方向上都随边坡高度的增加呈非线性增长趋势;PGA放大系数的大小和分布受地震动参数影响显著,其中地震动频率对PGA放大系数影响最大,震动强度次之,持时影响最小。

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。

反倾岩质边坡的受力特征和变形破坏机理分析

以某煤矿反倾岩质边坡为分析对象,采用悬臂叠合梁的力学模型计算分析了反倾岩质边坡的受力特征,认为反倾岩质边坡的变形破坏过程经历弯曲倾倒变形—结构强度弱化—结构失稳破坏3个阶段。反倾结构面对于岩质边坡的变形破坏模式起决定性的控制作用。