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。

基于GDEM的坡脚劣化条件下三峡库区砂岩反倾岩质边坡的破坏机制研究

三峡库区反倾岩质边坡的坡脚岩体在水-岩作用下,物理力学性质易发生劣化,威胁边坡稳定。准确认识坡脚岩体劣化条件下反倾岩质边坡的破坏机制尤为重要。以三峡库区砂岩反倾岩质边坡为研究对象,利用GDEM数值软件建立了不同坡角、岩层倾角、层厚的边坡模型。对于坡脚劣化前后均未发生倾倒变形的边坡,分析了坡脚劣化前后边坡最大主应力的变化;对于坡脚劣化前稳定、坡脚劣化后发生倾倒变形的边坡,概述了反倾边坡在坡脚劣化条件下的变形演化过程,明确其对坡脚劣化的响应特征。另外,分析了坡角、倾角、层厚对边坡变形的影响,探明了砂岩反倾边坡破裂面的形态、位置特征,砂岩边坡主破裂面与层面夹角呈20~26°,以坡脚劣化岩体与上部变形岩体为界,破裂面自分界点向上成近直线形。砂岩反倾边坡中主要呈剥落-倾倒-折断式的破坏模式。