基于离散元法的反倾边坡动力破坏模式及分区研究

在地震作用下,一旦诱发反倾路堑边坡的失稳破坏,将对高速公路的安全运行带来不可估量的损失。为研究反倾边坡的动力响应特征,利用UDEC离散元软件模拟了Scavia反倾边坡模型在双向地震作用下的位移过程,分析了块体的运动模式。结果表明:在双向地震作用下,反倾边坡各岩块从稳定状态到滑出坡体的运动状态是相互转换的,靠近坡体后缘岩块运动状态的相互转换更为剧烈;根据块体的运动状态,可以分为3个区域,其中位于坡体前端的岩块主要经历“滑动—倾倒—滑动-倾倒”的状态变化,坡体中部则在滑动-倾倒与滑动状态之间相互转换,且转换速度慢,而坡体后缘岩块运动模式为“滑动—倾倒—滑动-倾倒—滑动”状态,其中滑动-倾倒状态到滑动状态相互转换,且转换速度快。

市政道路上硬下软反倾边坡变形破坏及稳定性分析

为有效探究上硬下软反倾边坡破坏机理,文中以贵安新区高峰污水处理厂市政道路改扩建项目YK17+500-YK17+700段反倾边坡治理为例,系统分析上硬下软反倾边坡变形破坏特征、机理,并建立数值模型,对边坡稳定性实施计算与评估。结果显示,边坡开挖及雨水渗透作用为滑坡形成提供条件;该边坡在当前状态及开挖至设计标高条件下,其稳定性已不符合标准要求,需实施加固处理,并充分考虑后续可能出现的深层滑移。

露天矿反倾边坡稳定性分析及加陡可行性研究

以研山铁矿西帮反倾边坡为工程背景,探究其最终境界加陡的可行性。通过现场地质调查,掌握了影响边坡稳定性的关键因素,针对西帮反倾边坡破坏模式,开展了原设计境界边坡稳定性研究工作;结合国内外矿山工程类比,对研山西帮反倾边坡加陡范围进行了初步分析,对不同加陡角度安全系数进行验算。结果表明,原设计境界反倾边坡满足安全要求,具有加陡1°~2°的可行性;从安全方面考虑,加陡1°更加稳妥。

层状反倾边坡破坏机制及NPR锚索控制效果物理模型试验

以内蒙古长山壕露天矿区大规模倾倒失稳反倾边坡为工程背景。首先基于相似理论构建层状反倾边坡地质概化物理模型,开展在未加固、普通锚索加固(PR锚索)及恒阻大变形锚索加固(NPR锚索)3种不同工况条件下边坡控制效果物理模型试验。然后使用红外热成像系统、应变监测系统和数字散斑位移测量系统,对反倾边坡开挖试验全过程的温度场、应变场和位移场进行综合监测。最后,研究层状反倾边坡变形特征和失稳机制,对比分析不同加固对策下的加固效果。研究结果表明:层状反倾边坡变形过程具有明显的"叠合悬臂梁"变形特征,其倾倒机制主要表现为岩层初始裂纹产生、岩层裂纹发育以及滑动面贯通边坡失稳3个阶段。PR锚索在边坡开挖过程中断裂失效,无法抵抗边坡大变形失稳。NPR锚索具有高恒阻、大变形以及吸收能量的超强特性,有效防止反倾边坡倾倒失稳的发生,为边坡工程加固提供了一种新的思路。

反倾边坡地震破坏模式及能量判识方法研究

利用大型振动台试验,基于HHT边际谱理论,本文对含软弱夹层反倾岩质边坡地震破坏模式及其能量判识方法进行研究。振动台试验结果表明含软弱夹层反倾岩质边坡的地震破坏模式为中部岩层挤压滑出型。边际谱峰值的变化能清晰地表征边坡内部的震害损伤发展过程,且边际谱的识别结果与试验中坡面位移监测结果吻合较好。振动台试验和能量判识方法表明边坡的破坏过程为：0.1 g和0.2 g地震作用下,边坡未出现震害损伤,边际谱峰值随高程增加近似呈线性增加;0.3 g地震作用下坡顶附近出现震害损伤,坡顶出现局部掉块;0.4 g地震作用下,坡内震害损伤位置发展至相对高度0.295-0.6之间,坡体中部出现水平向微裂隙;0.6 g地震作用时,震害损伤位置进一步向坡脚发展,坡内震害损伤位置发展至相对高度0.295以下,上部坡体（相对高程0.8附近）向坡面方向滑出,坡面出现纵向裂隙,并与水平向裂隙贯通,中部软弱夹层被挤出,坡顶被震碎。边际谱辨识结果显示,边坡坡面附近的震害程度弱于坡体内部。本文的研究对认识含软弱夹层反倾岩质边坡的地震破坏模式具有指导意义。

反倾边坡倾倒变形演化过程的模型试验研究

以西藏扎拉水电站坝址右岸反倾边坡为工程依托,基于地质认识及相似理论建立边坡物理模型,采用分级开挖的方式模拟河谷下切作用,研究反倾岩质边坡倾倒变形的演化过程。模型开挖后变形破裂发展的过程表明:该类反倾边坡倾倒变形模式为初期卸荷回弹变形、长期重力弯曲(破裂)变形及后期蠕滑变形。通过对位移、变形速率和变形加速度变化规律的分析发现:反倾边坡倾倒变形的过程可以根据变形加速度a划分为3个演化阶段即倾倒启动阶段、稳态变形阶段和快速失稳阶段,各阶段分别对应衰减蠕变、稳态蠕变和加速蠕变的变形特征。在此基础上采用变形加速度a作为倾倒边坡稳定性判别指标,并尝试将变形加速度突破稳态蠕变上限值(a≥a_2)作为边坡失稳预警判据。

层状反倾边坡变形特征及影响因素分析

借助金沙江某水电站左岸边坡岩体参数,利用离散元软件UDEC/3DEC对层状反倾边坡的主控影响因素（边坡高度、边坡坡度、层面倾角、层面力学参数、坡面与层面夹角等）进行多工况数值模拟分析,揭示了不同影响因素下层状反倾边坡倾倒变形的条件及破坏特征。计算结果表明各影响因素均对边坡倾倒变形有显著影响,边坡层面力学参数的影响尤为显著;边坡在坡角β40°,层面倾角γ＆gt;50°时,随着各影响因素的不同组合与变化,边坡倾倒变形趋势显著增加,边坡的破坏模式主要表现为延性弯曲倾倒和脆性折断倾倒破坏;坡面与层面夹角的变化对边坡倾倒变形及边坡潜在破坏模式均有显著影响,当坡面与层面夹角Ψ在0°~90°时,随Ψ值的增大边坡潜在破坏模式由典型的弯折倾倒破坏模式向圆弧形滑动破坏模式转变。

“下软上硬”二元结构型反倾边坡倾倒变形演化机理研究

针对某水电站导流洞进口边坡开挖过程中出现的顺层面张裂缝问题,采用工程地质分析、数值模拟相结合的方法,定性、定量分析裂缝产生机理及开挖边坡稳定性。研究结果表明,进口边坡本质上是一个"下软上硬"的二元结构,作为边坡基座的Pt2-12y具有极薄层的岩体结构特征,开挖卸荷后呈现了较强的弯曲式倾倒变形;边坡潜在失稳区域集中在前缘Pt2-12y岩层内,其变形破坏模式由倾倒-拉裂为主转变为滑移-拉裂;从安全系数计算结果及倾倒变形体的一般破坏特征来看,当前条件下开挖边坡整体稳定是有保障的。

基于地质几何分区的反倾边坡倾倒变形特征

为研究反倾边坡倾倒变形分布区域几何特征,以重庆硝洞槽岸坡为研究实例,首先在现场工程地质调查分析基础上,采用Arc GIS进行岸坡地质几何分区;然后对地表离散位移监测数据采用距离反权重插值法得出岸坡倾倒变形位移云图;最后叠加地质几何分区与位移图层,得出岸坡倾倒水平和垂直强变形分布区几何特征。研究结果表明:(1)岸坡地质几何分区中面积最大分区为211,即中等坡度、低高程、北坡向区;(2)岸坡水平强变形最大面积区为211,即中等坡度、低高程、北坡向区,占该区总面积的79.24%,岸坡垂直强变形最大面积区为137,即低坡度、高高程、西北坡向区,占该区总面积的87.9%。

下伏软弱层反倾边坡的动力响应物理模型试验研究

以罐滩滑坡为原型,设计、制作下伏软弱层的反倾边坡物理模型,进行模拟试验,研究其动力响应规律,并详细论述了物理模型试验的相似设计、试验方案设计以及模拟试验结果分析。通过对比前、后两种加载方式中各测点加速度峰值与加速度放大系数的关系,得出物理模型的动力响应特征规律。

岩体力学参数对反倾边坡稳定性影响的数值模拟研究

应用离散元软件UDEC,以秦岭南部略阳县菜籽坝反倾边坡为例,研究岩体物理力学参数(主要为抗拉强度、节理刚度、内摩擦角及黏聚力)对边坡稳定性的影响。通过比较三者所引起的边坡位移及变形破坏情况,得到以下主要结论:抗拉强度对反倾边坡稳定性的影响有限,但随着抗拉强度的大幅降低,边坡失稳范围也会加大;节理刚度的合理选取至关重要,极大影响着结构面的弯曲变形;随着内摩擦角及黏聚力的不断降低,边坡潜在破坏范围逐渐增大;三者对倾倒变形影响大小关系为:内摩擦角、黏聚力>节理刚度>抗拉强度。

岩质反倾边坡复合倾倒破坏分析

针对岩质反倾边坡滑动倾倒复合破坏的研究不足,首先建立了边坡滑动-块状倾倒-弯曲倾倒复合破坏的地质模型,具体可分为滑动区、块状倾倒区和弯曲倾倒区;然后根据三个分区岩块的破坏机制,提出了各个分区的力学模型;并基于极限平衡理论和悬臂梁模型,提出了边坡滑动-块状倾倒-弯曲倾倒复合破坏的逐步分析方法;最后通过一个工程实例验证了所提地质模型和分析方法的正确性.研究结果表明:岩质反倾边坡滑动-块状倾倒-弯曲倾倒复合破坏的稳定性由滑动-块状倾倒复合破坏区域控制;块状倾倒区域属于主动破坏区域,滑动区属于被动破坏区域,治理加固时应重点加固块状倾倒破坏区.

反倾边坡支护结构的拉筋动力响应振动台试验研究

采用几何相似比为1∶30的模型,模拟含泥化夹层的反倾岩质边坡振动台试验,在EL Centro地震波、汶川地震波和人工波的作用下,研究了预应力锚索(杆)拉筋轴力的动力响应规律。结果表明:泥化夹层饱水后,不同高程处拉筋轴力的地震动力响应值均大于泥化夹层饱水前;拉筋轴力的最大值并不随着输入地震波峰值(PGA)的增加而递增,在汶川地震波激振下,当PGA=0.3 g时达到峰值;拉筋预应力的损失值随着高程的增加而增大,随着输入地震波峰值的增加而收敛。

软硬互层岩质反倾边坡弯曲倾倒离心模型试验与数值模拟研究

西部山区工程建设揭露了众多大型弯曲倾倒变形体,多具有软硬互层结构,水平深度可达300 m。为进一步探明软硬互层反倾边坡的倾倒变形机制,融合离心模型试验与UDEC模拟,研究了此类边坡的破坏模式与影响因素,并通过点对分析,讨论了变形的力学机制。数值模拟时,在岩层内预置随机裂隙,获得了破裂面的演化规律。结果表明:数值模拟与试验的位移曲线及破裂面形态吻合较好,边坡变形可分为起始蠕变阶段、稳态变形阶段和失稳破坏阶段;坡体前部为压剪复合变形,后部则以拉张为主;边坡主破裂面呈弧形,由坡脚快速贯通至坡顶,整体为拉–剪性破裂面;坡体内发育3条破裂面,可作为分界线将变形体分为极强倾倒区、强倾倒区和弱倾倒区;坡脚岩体变形后期压致拉裂,逐渐折断脱离母岩,最终导致变形岩体沿不同的破裂面形成渐进后退式破坏;边坡在倾角与坡角之和大于等于120°时才较易破坏,坡角主要影响破坏难易,倾角则控制变形规模。

基于断距-层厚特征统计的反倾边坡S型破坏演化数值模拟

三峡库区巫峡龚家坊至独龙一带存在大量反倾不稳定边坡,多具有薄厚互层和软硬相间的岩体结构,边坡高度普遍在500 m以上。现场调查表明独龙7#边坡(D7)具有明显的“S”型柔性变形现象。为探明反倾边坡“S”型变形破坏机制,以独龙段反倾边坡为依托,从边坡的岩体结构调查、破坏模式概化、监测资料分析、变形破坏模拟等角度对软硬互层反倾高边坡的破坏机制进行研究。通过现场调查与无人机倾斜摄影,建立了边坡的三维模型,进而提取航拍数据,获得了岩层厚度、断距等的统计规律;基于断距-层厚统计规律,通过离散元软件UDEC对库水软化作用下D7边坡“S”型变形机理进行了模拟分析。研究表明:(1)独龙段边坡普遍具有陡倾内逆向层状结构,发育3组结构面,岩体被切割成块;(2)根据软岩占比,可将独龙段边坡分为2类:A类边坡软岩层占约20%,断距/层厚值分布于0.7~2.8区间,并集中于1.2~1.8;B类边坡软岩层占比约10%,断距/层厚值分布于0.5~3.3区间,并集中于0.6~1.5;A类边坡岩体长细比更大;(3)长期监测表明,边坡在库水位低值时位移量大,D7边坡位移持续增大,潜在整体失稳;(4)离散元模拟表明,边坡破裂面自坡脚延伸,中部硬岩区起到支撑并抑制上部变形的作用,边坡硬岩区与软岩区的差异变形以及变形体不同部位惯性的差异是导致岩层“S”型变形的主因,最终分别过“S”形岩层两个反弯点形成两条剪切带,形成自下而上的柔性弯曲-滑移型破坏。(5)断距-层厚比(S/T)可影响边坡破坏模式,比值越大,反折变形区与坡脚垮塌区越小,当S/T≥2时,S型变形不再发育。

汤屯高速公路某反倾边坡变形破坏模式分析及支护设计

对汤屯高速公路上一典型反倾高边坡的变形破坏机理进行了系统研究。对边坡的地质条件及岩体结构特性进行了深入分析,表明该边坡将发生2种不同类型的失稳模式:小桩号侧主要以松弛和架空的碎裂-碎块的倾倒变形体为主,其变形破坏受最大剪应力面控制;大桩号侧岩体为较完整岩体,岩体质量较好,可能产生局部掉块失稳。利用极限平衡方法对小桩号侧的倾倒变形体的稳定性进行分析,并提出相应的支护措施。

基于离散元的某水电站库岸反倾边坡变形演化研究

为研究反倾岸坡在蓄水作用下的变形,本文以某水电站库岸边坡为例,在工程地质勘查的基础上,运用二维离散元数值模拟对该倾倒变形岸坡在天然和蓄水工况下的演化情况进行了研究。结果表明:在天然工况下,岸坡整体处于稳定状态,但在蓄水的影响下,可能出现由前缘坡脚处水平断层带引起的倾倒一滑移一拉裂破坏,最终形成贯通性滑动面。此类反倾边坡受其中发育的切层节理的影响较为明显,易沿该类节理倾倒张拉并贯通形成倾倒折断面,并沿底部水平断层带滑移,使得后缘形成拉张裂缝。若后缘发育层间错动带或顺层断层,则会加大裂缝范围,形成大规模的倾倒滑移破坏。

基于改进Goodman-Bray法的库区反倾边坡稳定评价

库区岩质反倾边坡常在蓄水期发生失稳破坏,其存在特定的破坏模式。在中国水利水电科学研究院改进的Goodman-Bray算法基础上,考虑岩柱间水压力及库水压力对岩柱产生的倾倒力矩以及饱和区岩土体的强度降低,改进该算法对库区反倾边坡蓄水期稳定性进行评价。以Fortran为平台编写岩质反倾边坡稳定性分析程序,通过苗尾水电站工程实例边坡对所提力学模型和分析方法进行验证,并与离散元模拟结果进行对比验证其准确性。反倾边坡失稳模式为“滑动—倾倒—稳定”三段式,坡形隆起处倾倒变形程度更加强烈。蓄水后饱和岩土体抗剪性能变弱,导致坡脚处失稳模式由倾倒转变为滑动,锁固段岩体失去阻滑力后引起边坡整体失稳。

上硬下软反倾边坡变形破坏机理与稳定性研究

依托兰州至海口国家高速公路重庆至遵义段扩容工程YK71+590~+710右侧上硬下软反倾结构边坡工程,采用工程地质分析方法对边坡变形破坏机理进行分析,预测评价边坡稳定性。结果表明:坡体开挖和坡脚软弱地层遇水软化是发生变形破坏的主要控制因素;在现状条件下及开挖完成后,边坡稳定性均不能满足安全要求,必须进行治理,且应考虑边坡开挖完成后可能发生深层滑动。

基于正交试验的反倾层状岩质边坡稳定性影响因素研究

反倾层状岩质边坡是水电工程常见的一种边坡类型,其稳定性受控于边坡形态、岩体特征和结构面性质等因素。为了揭示不同因素对此类边坡稳定性的影响程度,基于离散元数值计算模型,运用正交试验设计方法,分别以安全系数和关键点位移为目标变量,研究了坡角、坡高、岩层倾角、岩层厚度、岩体质量和结构面质量等6个主要因子对边坡稳定性影响的敏感程度,并剖析了反倾边坡典型失稳模式的变形和破坏规律。研究结果可为反倾层状岩质边坡的优化设计提供参考依据。