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。

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。

顺倾层状岩质边坡滑移-溃屈破坏力学分析

顺倾层状岩质边坡是工程建设中经常遇到的一种边坡类型,在岩层自重、地震力及静水压力作用下常常发生滑移-溃屈破坏.基于弹性压杆理论和能量法建立了顺倾层状岩质边坡的滑移-溃屈破坏力学模型并进行了力学分析,推导出在由岩层自重、地震力及静水压力联合作用下顺倾层状岩质边坡发生滑移-溃屈破坏时的弯曲段长度条件方程.以霸王山滑坡为实例对该条件方程的合理性进行了验证,结果显示所计算的结果与实际情况较为一致,证明了该条件方程的合理性.通过参数敏感性分析发现:随着静水水头高度、岩层厚度、岩石弹性模量及层间摩擦强度的增加,顺倾层状岩质边坡发生滑移-溃屈破坏时的弯曲段长度随之增加;随着岩石重度、岩层倾角及水平地震系数的增加,顺倾层状岩质边坡发生滑移-溃屈破坏时的弯曲段长度随之减小.

层状岩质边坡遍布节理模型的三维稳定性分析

采用遍布节理模型(ubiquitous-joint模型)描述层状岩体的各向异性特征,并探讨ubiquitous-joint准则中安全系数的计算方法,利用FLAC3D分析层理倾角、倾向与边坡稳定性之间的关系,结果表明:(1)对于顺层边坡,当岩层倾向与坡面倾向的夹角α较小时,边坡的安全系数随层理倾角β的增大呈现先减小后增大再减小的趋势;β=20°～30°时,安全系数得到最小值,β=60°时安全系数得到最大值;不同破坏型式导致安全系数变化规律之间的差异;当α较大时,曲线从先减小后增大的趋势转变为不断增大的趋势;根据α的大小将顺层边坡分为两类:当α≤45°时,为严格顺层边坡;当45°<α<90°时,为斜向层状边坡。(2)对于逆层边坡,当α≤45°时,曲线呈现先增大再减小然后又增大的趋势,各曲线随β的变化程度基本相同;但减小过程中,随着α的增大,曲线的斜率逐渐减小,边坡稳定性的各向异性程度减小;当α>45°时,曲线随β的增大呈现非线性单调递增的趋势。(3)安全系数与α之间的关系表明,对于顺层坡,随着α的增大,边坡安全系数逐渐增大;对于逆层坡,当β较小时(β=150°),边坡安全系数随α的增大而逐渐减小;随着β的增大(β=120°),边坡安全系数与α呈现递增关系。

缓倾角层状岩质边坡小危岩体失稳破坏模式与稳定性评价

缓倾角层状岩质边坡是小危岩体出露的主要坡型之一。影响小危岩体失稳破坏的主要因素为边坡地形条件、地层岩性和岩体结构,诱发因素有暴雨、地震和人工开挖等。小危岩体失稳破坏的基本模式可概化为倾倒–崩落、拉裂–崩落和滑落–崩落3种。当缓倾内层状岩质边坡的岩层较厚,岩性呈软硬互层状产出,或岩层间软弱夹层较厚时,常发生倾倒–崩落式破坏;当缓倾内层状岩质边坡的岩层较薄,且岩性较均一,或层间结构面力学性质较好时,常发生拉裂–崩落式破坏;当缓倾角层状岩质边坡岩层倾向坡外时,在陡倾构造节理和风化卸荷裂隙切割下,常发生滑移–崩落式破坏。针对这3种破坏模式,提出相应的稳定性评价理论和方法。最后,以一修理厂陡崖边坡为例,系统阐述缓倾角层状岩质边坡小危岩体稳定性评价理论和方法。

层状岩质边坡失稳的尖点突变模型

根据含软弱夹层层状岩质边坡失稳的特点,建立了边坡地质力学模型,考虑内外环境因素对边坡稳定性的影响,建立了完善的边坡失稳尖点突变模型,分析得到了边坡系统发生突变的必要条件。边坡在与外界进行物质和能量的交换过程中,其内外环境的变化导致突变模型中控制变量改变,边坡可能不会滑坡,也可能发生快速和慢速蠕滑,从而形成复杂的演化特征。研究结果加深了对滑坡成因的认识,揭示了应用突变理论研究边坡失稳现象是可行性。

层状岩质边坡开挖过程的有限元模拟

采取自编弹塑性有限元程序,在考虑岩体节理和施工爆破影响的条件下,对常-张高速公路的k135层状岩质边坡的开挖过程进行了模拟,分析了开挖过程中岩体的变形和应力状态及屈服状态,并用降低材料强度储备的有限元强度折减法,对各开挖阶段边坡的整体稳定性进行了评价。通过分析表明,k135边坡在其施工过程中是稳定的。

层状岩质边坡临界高度极限分析上限解

为了确定层状岩体边坡稳定的临界高度，把层状岩体视为横观各向同性材料，采用抗剪强度随所求方向与层面之间的夹角线性变化的关系，导出了利用极限分析上限定理计算层状岩体边坡临界高度的方法。应用本方法对文中边坡进行了计算分析，结果表明，对算例中的竖直边坡，岩层倾角在48°-70°时，边坡将发生顺层面的破坏，否则发生切割层面破坏；另外，三峡库区某边坡的计算结果与工程实际相符。该方法可以用于指导层状岩体边坡开挖。

三峡库区水平层状岩质边坡稳定性分析

通过对三峡库区一大型巨厚水平层状岩质边坡的稳定性调查,认为受边坡软弱层面、节理以及岩性组合的影响,水平层状岩质边坡可能存在以下4种破坏方式:崩塌错落、顺层滑动、切层滑动和复式滑动。利用 Sarma 法结合最优化方法对顺层滑动和切层滑动2种方式进行了稳定性计算,其计算结果表明,三峡水库蓄水及大桥建成后,右岸边坡稳定性变差,有可能发生切穿泥质粉砂岩的切层滑动,必须采取处理措施;而库水位的变化是影响本区边坡稳定性最重要的因素。

基于FLAC3D多裂隙模型的层状岩质边坡破坏特征及稳定性

采用FLAC3D多裂隙本构关系,建立层状岩坡平面破坏特征的各向异性数值分析模型。运用强度折减法,得出边坡安全系数与层间弱面倾角β、坡角α、坡高H以及岩体抗剪强度之间的关系,并采用灰色关联法给出了各因素对安全系数的影响程度。研究结果表明:顺倾向边坡,当β≤15°时,其破坏形式主要是拉裂-剪切-滑移破坏,滑面不沿层间弱面;当15°<β<α时,产生顺层滑移破坏;当β≥α时,坡顶处沿弱面滑移,坡角处弯折破坏。反倾向边坡,当β<50°时主要为压剪破坏,β较大时(β≥50°)为倾倒破坏。随着β的增大,顺倾向边坡的安全系数呈先减、后增、再减的趋势,且水平层状边坡的稳定性要高于直立边坡;反倾向边坡的安全系数变化趋势与顺倾向边坡相反。当β>α时,顺倾向边坡的稳定性要高于同倾角的反倾向边坡。顺倾向边坡,坡高对其稳定性影响最大,其次为弱面黏聚力和坡角,而弱面倾角和弱面摩擦角相对影响较小;反倾向边坡,各因素对其稳定性的影响程度依次为弱面摩擦角、坡角、坡高、弱面黏聚力和弱面倾角。

紫坪铺工程复杂结构层状岩质高边坡变形破坏模式研究

紫坪铺工程地质条件复杂,岩质条件差,由软硬相间的砂页岩互层组成,坝区有一向斜构造分布,组成了复杂结构的层状岩质高边坡,且开挖边坡较多.因此,边坡变形破坏模式研究具有重要的实际意义.通过对各边坡的岩体结构和边坡的变形破坏模式的研究,为边坡稳定性分析打下了可靠的基础.

层状岩质边坡失稳的燕尾突变模型

根据层状岩质边坡含软弱夹层失稳的特点,建立了边坡地质力学模型,应用非线性科学理论中的突变理论建立了完善的边坡失稳燕尾突变模型。研究得出内外环境参数的变化改变系统控制变量的取值。边坡势函数形式发生变化,边坡在演化过程中可能处于稳定状态,也可能处于失稳状态,其稳定性取决于边坡岩体的内在和外界因素。计算了边坡处于失稳状态下系统所释放出的能量。研究结果加深了对滑坡成因的认识,论证了应用突变理论研究边坡失稳现象的可行性。

块裂层状岩质边坡稳定性研究

岩质边坡工程中经常会遇到层理和节理极为发育、岩体被切割成许多离散块体的块裂层状岩体边坡,该类型边坡的破坏模式和稳定性影响因素有别于一般的岩质边坡。针对该类边坡,通过室内模型试验,探讨不同开挖坡度和层理面倾角下岩质边坡的破坏特征,并运用Sarma法对于室内模型试验结果进行分析,计算结果表明Sarma法适用于块裂层状岩质边坡的稳定性分析,这对该类岩质边坡的工程实施具有一定的指导意义。

开挖与卸载交替作用对上陡下缓型高陡层状岩质边坡变形失稳影响试验研究

以云南磷化集团有限公司所属尖山磷矿上陡下缓型高陡层状岩质边坡为工程背景,依据相似理论开展模型试验研究,分析开挖与卸载交替作用对这类型岩质边坡变形失稳的影响。结果表明:上陡下缓型高陡层状岩质边坡随开挖深度的逐渐增加,其对应的位移变形量也逐步变大,边坡整体上表现为上部向下运动,下部受压向临空面方向隆起的变形规律;同时当开挖至一定的深度后,坡面与坡中均会发育较多的走向裂缝,且随着开挖深度的不断增加,其不断向坡体深部延伸发展。在整个开挖过程中,坡体中会发育形成"平面与圆弧面复合型的潜在最危险滑移面,且表现为滑移-弯曲-剪切的变形失稳破坏特征。对边坡开展的浅部卸载作用效果不理想,虽其位移变形量有所减小,但没有改变坡体整体的变形失稳趋势,对边坡施加的深部卸载作用效果非常明显,使坡面及坡顶产生的裂缝几乎完全消除。研究结果可为中国西部大开发过程中面临的上陡下缓型高陡层状岩质边坡的预警预报与治理设计提供参考。

强震作用下反倾层状岩质边坡变形及破坏模式研究

以反倾层状岩质边坡为研究对象,通过振动台试验,对强震作用下反倾层状岩质边坡的变形规律和破坏模式进行了研究,并通过数值分析对试验结果进行了验证。结果表明,反倾层状岩质边坡在强震作用下坡体内的位移不断增大,能量不断累积,裂隙不断发育延伸;裂隙从边坡的中下部开始发育,沿结构面不断向边坡内部和上部延伸;裂隙的产生、发育和贯通是反倾层状岩质边坡整体失稳的主要原因。反倾层状岩质边坡在强震作用下主要变形规律为,在震动初期坡体表面部分岩体松动,最终脱离坡体坠落;随着震动的持续,裂隙沿坡体内部结构面逐渐贯通,产生崩塌破坏。

反倾层状岩质高边坡开挖变形破坏机理研究

在龙滩工程工程地质条件、地应力测试和试验洞变形监测结果综合分析的基础上,建立了地质概化和边坡施工开挖模型。以监测信息为基础,假定初始地应力场近似符合线性分布,采用二维显式有限差分法对龙滩工程左岸进水口边坡1-1剖面进行了自重平衡和开挖施工的模拟。由分析获得了反倾层状岩质高边坡临界节理发展、节理张开度和变形等边坡破坏因素之间的规律。通过对开挖到480 m平台和313 m平台时情况的对比分析,找出了开挖对边坡破坏的影响,即会使临界节理发育和节理张开尺度增大。通过离散元程序(UDEC2D3.1)对边坡开挖的模拟分析,客观评价了边坡的稳定性及其可能的破坏形式。

贵州岩溶地区层状岩质基坑破坏模式及支护方法

岩溶地区岩质基坑的失稳机理复杂,破坏模式多样,支护结构选取困难。针对贵州岩溶地区岩质基坑工程的特定,阐述了层状岩质基坑壁岩体破坏的模式,及适用于此类基坑岩体稳定性评价的理论与支护方法。

层状岩质边坡成洞过程中围岩变形及力学特征研究

以某隧道进出口处含顺向软弱结构面岩质边坡为例,基于施加虚拟支撑力逐步释放法利用ANSYS有限元软件对开挖边坡进行分析,研究层状岩质边坡在成洞过程中围岩变形及力学特征。以实际地应力释放率条件为前提进行计算,对比隧道成洞支护前后边坡围岩的变形特征。结果表明:层状岩质边坡成洞后,围岩应力进行了重新分布,应力集中现象主要出现在拱脚附近及第二条软弱结构面附,控制性结构面附近集中了主要的剪应变;接近真实地应力释放率时支护前后的位移、应力、应变分布基本相同,但是,剪应力和剪应变有一定程度的减小;顺向结构面对开挖后边坡变形具有控制作用,最外层结构面成为了潜在滑带。

反倾等厚层状岩质边坡倾倒破坏折断深度计算

倾倒破坏是反倾层状岩质边坡一种主要的变形破坏模式。基于悬臂梁极限平衡理论研究反倾层状岩质边坡变形破坏是一种既注重变形过程又注重力学分析的可行方法。以地质分析为基础,基于梁板上、下层面间的正应力为三角形分布的假设,根据悬臂梁极限平衡分析模型,通过物理力学解析,开展反倾等厚层状岩质边坡倾倒破坏折断深度的研究,并推导出其计算公式。通过对一个工程实例的计算,得出其折断深度与实际现场调查的倾倒变形发育相近,并采用离散单元法(DEM)数值模拟手段进行了分析验证。实例计算表明,推导的公式能较准确地计算反倾等厚层状岩质边坡倾倒破坏折断深度。研究成果对反倾层状岩质边坡稳定性评价与防治具有一定的理论指导意义和应用价值。

层状岩质高边坡预应力群锚加固机理研究

“高边坡预应力群锚加固机理研究”是“八五”国家重点科技攻关项目“高边坡开挖及加固措施研究”的重点内容之一。通过现场试验、室内模型试验和数值计算的综合研究，发现了群锚增稳的机理依据，增效效应加锚法，提出了广义预锚参数选择的系统论新方法，定义了表层岩体新增围压下形成的连续不均匀分布的“岩壳效应”压应力场的机理标准。