倾角变化条件下反倾层状斜坡倾倒变形演化研究

倾倒变形是反倾层状岩质边坡的一种典型破坏模式,为了研究不同岩层倾角对反倾层状岩质边坡倾倒变形的影响,以澜沧江上游古水水电站坝前倾倒变形体为原型,从岩层倾角变化的角度出发,利用大型土工离心机试验分析了反倾层状岩质边坡的失稳破坏过程、变形演化特征与最终失稳模式等。结果表明:①反倾层状斜坡的变形演化过程基本概括为岩层压密-坡脚压裂阶段、弯折面形成-部分失稳阶段和弯折面贯通-彻底失稳3个阶段,岩层倾角的改变并不会影响斜坡阶段性演化过程;②岩层倾角越大的斜坡,斜坡形成弯折面所需时间越短,失稳破坏发生后坡体贯通性倾倒破坏深度更大,对应的变形范围越大,折断岩层的破坏程度越剧烈;③岩层倾角变化会导致斜坡的倾倒变形过程与最终失稳模式存在一定差异。倾角较小的55°和70°模型斜坡前部岩层在重力作用下发生明显弯曲倾倒变形,最终以“倾倒-弯曲-滑移”的失稳模式发生破坏;倾角最大的85°斜坡岩层发生的弯曲变形较小,最终以“倾倒-折断-崩塌”的模式发生破坏。研究结果对大型工程项目的顺利开展具有一定指导意义。

陡倾层状岩质斜坡极限平衡稳定分析

针对自然界中的层状岩质滑坡绝大部分呈现出明显的三维形态特征,在倾倒破坏极限平衡二维推导分析方法的基础上,考虑层状岩质斜坡的三维受力状态,进行三维力系的简化与等效,提出了考虑三维受力的倾倒分析方法,在考虑真倾角方向的倾倒极限平衡分析中,将层状岩质滑坡近似为悬臂梁处理。并以重庆鸡冠岭滑坡为例进行验证分析。计算结果表明:1自然状态下,鸡冠岭斜坡处于稳定状态;2地下采空状态下,鸡冠岭煤层上覆岩层逐层发生倾倒破坏,并挤压下伏阻滑关键块体,导致关键块体剪出破坏后形成滑坡。该分析结果与实际情况基本一致。

陡倾顺层岩质斜坡倾倒变形破坏特征研究

顺层岩质斜坡是常见的斜坡结构类型之一,对该类斜坡的变形破坏特征以及形成机制研究已较深入,一般认为顺层岩质斜坡的变形破坏以滑移–拉裂、滑移–弯曲(或溃曲)模式为特征。通过系统的文献收集及大量现场调查发现,陡倾顺层岩质斜坡还存在一种典型的变形破坏形式,即倾倒变形。结合具体的陡倾顺层岩质斜坡倾倒变形破坏的实例,详细分析、总结该类斜坡发育的地质环境条件及变形破坏特征,在此基础上结合典型斜坡分析陡倾顺层岩质斜坡倾倒变形是在河谷演化、成坡过程中,岩层在平行坡面的最大主应力作用下由坡脚开始从下至上作悬臂梁弯曲,最终导致岩层根部折断,形成倾倒体;当坡体内折断带的剪应力超过其抗剪强度时,坡体将发生滑动形成滑坡。

缓倾层状结构高陡采动斜坡变形特征研究

采空区深度、平面位置等控制缓倾层状结构采动斜坡的变形特征,直接影响采动斜坡整体稳定性。近年来,国内外学者针对地下采煤引起上覆岩体变形开展了大量研究,但目前采空区特征对斜坡关键位置的影响作用揭示还不够深入。贵州省发耳煤矿尖山营变形体是典型的缓倾层状结构采动斜坡,具有上陡下缓、上硬下软的特征。文章以发耳尖山营变形体为例,采用地质过程机制定性分析和数值模拟方法研究了多层开采与不同深度单层开采对斜坡变形的影响,揭示采空区宽度、深度及深厚比等参数对斜坡变形特征的影响。结果表明:多层开采导致斜坡坡脚破坏和整体塌陷,引起斜坡产生显著向坡外的水平位移,导致竖向位移远大于煤层开采总厚度;采空区跨越坡脚致使开采深厚比急剧减小,采动裂隙更易扩展至地表,是坡脚附近岩体产生破坏的重要因素;采空区宽度增大、多层采动会显著加剧斜坡变形,采空区深度增加可减小斜坡变形量值,但显著增加变形范围。在地形起伏强烈地区采煤,通过优化工作面布置,防止开采深厚比急剧减小、控制采空区宽度、避免重复采动以及开采更深部煤层对斜坡稳定性有利。

基于离散元技术的陡倾顺层岩质斜坡动力响应FFT特征研究

以汶川地震中失稳的干磨房滑坡为例,经充分分析工点的地质情况,结合FFT变换和3DEC离散元技术,提出一种新的陡倾斜坡动力失稳响应和失稳模式的识别方法。结果表明:在相同地震荷载作用下,陡倾顺层硬岩斜坡坡体中上部出现显著破坏面,坡脚无明显破坏;陡倾顺层软硬互层斜坡坡体中上部及坡脚均出现显著破坏面,破坏程度更严重;两类斜坡在同一水平高度处,由坡表向坡内一定范围内均出现显著破坏。研究成果有利于西南地区岩质斜坡失稳评价及机理分析。

水力作用下陡倾顺层岩质斜坡的倾倒破坏

陡倾顺层岩质斜坡的倾倒变形破坏与水力因素密切相关。将陡倾顺层斜坡的岩层概化为受自重及水力作用的悬臂梁。通过建立陡倾顺层岩质斜坡不同阶段水力作用下倾倒变形破坏的力学模型,揭示了陡倾顺层岩质斜坡的倾倒变形破坏过程。通过定量分析滑移面中产生的静水压力及后缘拉裂缝中的充水高度对坡体稳定性的影响,得出坡体稳定性系数及临界充水高度的表达式。结果表明:水力作用产生的倾倒力矩是引起该类斜坡发生倾倒变形与破坏的重要原因,坡体的稳定性系数降低亦是由水力作用引起的,排水是防治该类斜坡倾倒变形破坏的首要措施。

基于坡角变化的反倾层状岩质斜坡倾倒变形离心模型试验研究

基于临空条件变化对倾倒变形斜坡影响的认识,以澜沧江古水水电站倾倒变形边坡为原型,通过3组斜坡模型的离心试验,模拟不同坡角条件下反倾层状斜坡的变形演化与破坏过程,获得坡角变化与倾倒变形发展演化之间的关系。研究结果表明:反倾斜坡倾倒破坏最先发生在坡脚位置,而后向上部发展。坡角越陡,产生这种变形需要的累积时间越短;反倾层状岩质斜坡倾倒变形演化过程可分为4个阶段:(1)斜坡岩体倾倒,斜坡后缘沉降;(2)坡脚岩层破裂,岩体"倾倒–弯曲"变形;(3)折断带从坡脚向坡顶延伸,坡顶岩体张拉破坏;(4)折断带延伸直至贯通,岩体"倾倒–折断"破坏;其它条件不变的情况下,坡度较陡的斜坡发生倾倒变形的范围更大,更可能在倾倒过程中产生多级折断带,造成斜坡破坏的能量释放不是一次性的;坡角的变化会导致斜坡最终失稳模式的差异,坡角越缓,倾倒变形斜坡更有可能演化成为整体滑移失稳,坡角越陡,岩体倾倒后出现崩塌的可能性更大。

陡倾层状斜向岩层视向溃屈机制力学分析——以陕西山阳滑坡为例

以陕西山阳滑坡为例,分析了陡倾层状斜向岩层岩质滑坡的视向滑动特征、滑移—溃屈破坏模式与机制。基于梁板理论、层状板裂结构岩体弯曲—溃屈破坏的力学模型在考虑自重、地下水静水压力作用及斜倾层状山体视向滑动侧向摩阻力作用的影响下,采用岩体结构力学分析的方法建立了相应的力学模型;经过力学分析,推导出基于斜坡自重、地下水静水压力与侧向摩阻力作用下的陡倾层状斜向岩层斜坡溃屈段长度条件方程。为验证条件方程的正确性,以山阳滑坡为例进行了验算,最后得出与实际调查较一致的结果,为防御陡倾层状斜向岩层斜坡产生视向溃屈破坏提供依据。

陡倾片麻岩滑坡演化过程研究——以兰陵溪滑坡为例

弯曲-倾倒破坏是陡倾顺层岩质斜坡的一种变形模式,当其折断面贯通形成滑移面时,斜坡演化为滑坡。以三峡库区兰陵溪滑坡为例,引入反转应力法、梁板强度理论对滑坡变形模式与演化过程进行了研究。结果表明:①该岩质斜坡具有典型的陡倾顺层、岩体结构软硬相间的特点,为其发生弯曲-倾倒破坏提供了先天性条件。②差异性风化是兰陵溪滑坡发生弯曲-倾倒变形的主要原因,片状片麻岩抗弯强度变弱,促使片麻岩逐渐发生弯曲,最后产生弯曲折断-倾倒变形破坏。③兰陵溪滑坡演化过程历经差异性风化、岩层弯曲变形、岩层倾倒破坏、折断面贯通等4个阶段,所有折断面贯通形成潜在滑移面时,斜坡演化为滑坡。研究成果可为该滑坡工程治理提供理论依据,也可为同类型岩质斜坡治理提供思路。

斜倾厚层岩质滑坡视向滑动的土工离心模型试验

采用石膏、水泥和重晶石按一定比例混合水,制作包含4组结构面的地质力学模型,利用土工离心机进行物理模型试验,研究斜倾厚层岩质滑坡视向滑动机制。离心模型试验成果表明,鸡尾山滑坡视向滑动的主要原因是软弱夹层软化与关键块体失稳,与地质调查结论一致。随着离心加速度的逐级增大,驱动块体首先达到极限平衡,随后进入蠕滑变形阶段,挤压前缘关键块体。当离心加速度达到16.2 g时,关键块体瞬时失稳发生视向滑动,引起斜坡整体失稳。土工离心模型试验结果重现了斜倾厚层岩质斜坡视向滑动的"后部块体驱动-前缘关键块体瞬时失稳"模式。

地下采空诱发陡倾层状岩质斜坡失稳机制研究

以重庆武隆鸡冠岭陡倾层状岩质斜坡滑动为例,采用FLAC3D模拟分析地下采空诱发陡倾层状岩质斜坡"弯曲变形→层间错动→采矿加速倾倒变形→下伏岩体阻滑→下伏岩体剪切破坏→整体失稳"的渐进失稳过程,认为鸡冠岭山体滑动是一类层状岩体的倾倒–滑移失稳的复合破坏模式。模拟结果表明:(1)陡倾临空的斜坡在长期重力作用下,坡体沿山梁方向发生蠕滑变形,坡体逐渐产生拉裂缝;同时由于该斜坡位于背斜核部附近,应力集中导致上覆层状岩体呈现出弯曲变形的特征;(2)长期岩溶作用加速坡体裂缝的发育与扩张;(3)斜坡下部煤层开采导致鸡冠岭山梁发生应力发生重分布,上覆层状岩体逐渐发生层面分离,层状岩体下部产生裂缝,岩体强度逐渐降低;(4)当斜坡下部煤层逐渐采空后,上覆层状岩体变形急剧增大,发生倾倒破坏,挤压矿层下伏稳定岩体,发生剪切滑移,最终从临空处剪出形成高速碎屑流。因此,对于西南灰岩褶皱山区,认识长期地下采空对层状山体的扰动作用,对大型灰岩山体防灾减灾与风险区划具有重要的现实意义。

白龙江干流典型滑移-倾倒型滑坡的特征及形成机制

探讨中陡倾角顺层岩质斜坡发生倾倒变形的特征、发育条件及形成机制。白龙江干流受区域构造环境条件的影响,纵向河谷发育,河谷两岸志留系白龙江群的砂质板岩、千枚岩等较发育,尤其在甘肃的舟曲、武都一带以软质、薄层状的绢英、碳质千枚岩为主。这些干流段岸坡稳定性较差,尤其是顺层岸坡段滑坡较发育,且多以滑移-弯曲(溃曲)、滑移-拉裂模式为特征。通过对白龙江干流水泊峡水电站的Ⅶ#滑坡、碧口水电站库区的青崖岭滑坡与孟家干沟滑坡的现场调查、分析,揭示了在陡顺倾层状岩质斜坡中还发育一种特殊的倾倒变形破坏模式,即滑移-倾倒模式。该类变形多发育在临空条件好、坡度40°以上由软硬相间或软硬互层状、岩层倾角一般在65°以上的高陡层状岩质斜坡中,是在斜坡应力场或遭受水、地震等作用下,坡脚首先发生初始倾倒变形,同时上部岩体发生滑移-倾倒,最终岩层发生连续弯曲变形、根部折断,折断面贯通而形成滑坡。

鸡尾山特大型岩质滑坡的物理模型试验

鸡尾山滑坡的失稳模式为斜倾厚层岩质滑坡视向滑动。为了研究这种独特的特大型岩质斜坡失稳模式,利用土工离心机,对1个包含4组结构面的地质力学模型进行物理模型试验。研究结果表明:随着离心机加速度的不断增大,后部块体首先失稳并推挤前缘关键块体,粘贴在滑块与基座之间的裂缝监测应变片从斜坡后缘到前缘相继发生破坏;当离心加速度达到80g(1g=9.8 m/s2)时,斜坡前缘关键块体发生位移突变,产生瞬时视向滑动破坏,引起整体滑坡;软弱夹层抗剪强度的降低和关键块体瞬时失稳是鸡尾山滑坡发生的主要原因,斜倾厚层岩质滑坡视向滑动具有"后部块体驱动前缘关键块体失稳"的特征,斜坡的初始变形破坏是一个从稳定到失稳渐进发展的过程。

陕西山阳特大型滑坡视向滑移-溃屈破坏力学分析

陕西山阳滑坡为典型的陡倾层状斜向岩质斜坡,其破坏模式不同于常见的顺倾层状岩质斜坡溃屈破坏模式,也不同于斜倾层状山体的视向滑移-剪切破坏模式,更不同于陡倾顺层岩质斜坡的倾倒、倾倒-滑移破坏模式,属于视向滑移-溃屈破坏模式。在实地调查的基础上,从斜坡结构特征、结构面组合特征以及剪出口特征分析了滑坡的破坏模式,进而分析了山阳滑坡的视向滑移-溃屈破坏机制;以梁板理论、层状板裂结构岩体弯曲-溃屈破坏的力学模型为基础,结合斜倾层状岩质滑坡的视向滑动机制研究,建立了基于斜坡自重、地下水静水压力、侧向摩阻力以及斜坡岩体厚度变化作用下的陡倾层状斜向岩质斜坡视向滑移-溃屈破坏力学模型,进行力学分析,推导了溃屈段长度条件方程,并以山阳滑坡为例验证了长度条件方程的正确性。

皂角沱崩塌形成机制数值模拟

以位于"5·12"汶川大地震震中区的皂角沱崩塌为研究对象,通过对崩塌所处的自然地理、工程地质环境进行野外调查,分析崩塌的发育特征;采用不连续变形分析软件DDA,对坡体失稳崩塌的全过程进行模拟研究。结果表明,斜坡地形放大效应在震中区是客观存在的,具倾向坡外的陡倾控制性结构面的高陡突出地形对地震波具有明显的放大作用。该坡体崩塌失稳模式为:峰值加速度放大→增加的振幅迫使岩体沿陡倾坡外的控制性结构面迅速拉裂→沿滑动面发生崩滑→高速脱离滑源区→巨大的势能和动能驱动块体做长距离运动。通过数值模拟可知,随着斜坡坡高的增大,地震加速度和速度无论是在水平向,还是在竖直向均存在放大效应,但是水平向的放大效应较竖直向更明显;结构面监测点的加速度和速度放大系数相比稳定的坡体要大得多,地震袭来,当遇到陡倾坡外的不连续结构面时,斜坡动力响应强烈,最终危岩体沿控制性结构面发生崩滑破坏。

碧口水电站库区淤积对右岸河口滑坡稳定性的影响

为研究水库库岸滑坡的稳定性对水库正常蓄水及安全运行的重要性,在分析白龙江碧口水电站河口滑坡所处的环境条件、滑坡变形破坏特征等基础上,采用定性与定量计算方法分析了水库蓄水前后及达到淤排平衡等不同条件下的稳定性变化情况,尤其水库游积对滑坡稳定性的作用。计算结果与实际相符,说明水库淤积对滑坡稳定性有益。

乌弄龙水电站库区拉金神谷坡体变形成因机制分析

以乌弄龙水电站库区拉金神谷坡体变形破坏为例,通过地质分析,揭示反向陡倾层状岩质斜坡早期倾倒折断后,受重力等外界因素作用折断带沿倾坡外的中缓倾结构面贯通并形成滑动面,产生滑移变形的历史成因机制。电站蓄水后,坡体受地下水位抬升影响,再次产生整体变形调整,随后变形减缓并趋于收敛。通过对勘探和监测成果的分析确定本次变形的成因和诱发因素,并进行稳定性评价和变形发展趋势预测。