软硬互层型平缓反倾岩质斜坡采动变形破坏机理研究

为研究我国西南矿区软硬互层型平缓反倾岩质斜坡采动变形破坏机理,以我国贵州省都匀市某煤洞坡为例,采用数值模拟方法,分析采动诱发软硬互层型平缓反倾岩质斜坡的变形破坏特征,讨论采动对坡体的作用规律,研究单工况采动和留煤柱下重复采动对坡体的变形破坏机理。研究结果表明:靠近坡表工作面开采和留煤柱下重复采动对坡体的稳定性影响较大;采动裂隙首先集中于采空区两侧并向上发展,软硬夹层间产生离层裂隙的可能性一般较大;留煤柱可防止坡体沉陷破碎,但也可能加剧坡体稳定性下降。研究结果可为软硬互层型平缓反倾岩质斜坡地下开采时,有效预防诱发山体失稳等地质灾害提供理论参考。

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。

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。

软硬互层反倾岩质边坡稳定性影响因素分析及破坏模式研究

反倾边坡破坏会诱发严重的地质灾害,因此对软硬互层反倾岩质边坡的稳定性及破坏模式进行研究具有重要的意义。本文基于数值模拟的方法,利用离散元UDEC软件,首先基于正交试验设计法,考虑了边坡坡角、岩层倾角、坡高、相邻软硬岩层总厚度、硬软岩层厚度比、硬软岩层力学参数序号比、结构面力学参数7个因素的影响,设计了32组正交试验,利用强度折减法对边坡的稳定性及可能的破坏模式进行模拟,并从边坡稳定系数和位移两个方面对计算结果进行敏感性分析。结果表明,边坡坡角和岩层倾角对稳定系数影响较大,结构面力学参数和坡高对边坡位移影响较大;然后对边坡的破坏模式进行归纳总结,将软硬互层反倾边坡的破坏模式分为弯曲倾倒破坏、坍塌滑动破坏和块体倾倒破坏3种类型,并对每种破坏类型的边坡特征进行详细分析。

缓倾外软硬互层型斜坡启滑前地下水压力分布特征物理模拟研究

强降雨是缓倾外软硬互层型滑坡发生的主要诱发条件,启滑前的地下水分布特征是此类滑坡形成的关键力学因素。弄清地下水分布特征对该类滑坡的稳定性评价和防治具有十分重要的意义。基于垮梁子滑坡为地质原型搭建试验模型,模拟强降雨条件下坡体内地下水分布特征及变形破坏模式。试验结果表明:1随着后缘裂隙水位上升,坡体内承压水呈三角形——前低后高梯形-矩形的演化规律;2伴随承压水分布的演化,坡体变形破坏呈现出前缘隆起-牵引后退式裂隙发育-滑移-拉裂趋势三个发展阶段;3降雨条件,含水层厚度及坡脚堵水条件等是影响坡体承压水分布的主要因素。

基于离散元技术的软硬互层斜坡动力响应及失稳机理研究

为研究不同岩层倾角陡倾顺层软硬互层斜坡在地震作用下的动力响应及失稳机理,以汶川地震中干磨坊滑坡和水磨沟滑坡为原型,结合三维离散元技术开展两种软硬互层斜坡对比分析。动力响应分析结果表明:在相同地震荷载作用下,陡倾软硬互层60°斜坡模型的PGA(峰值地面加速度)放大系数随着高程的增加表现出非线性增长,在坡顶动力响应最为强烈;陡倾软硬互层80°斜坡模型PGA放大系数随着高程的增加表现出先增大后减小再增大的节律性变化,在坡高1/3处和坡肩部位动力响应最为强烈。失稳机理分析结果显示,在地震荷载作用下:陡倾软硬互层60°斜坡模型发生滑移-弯曲式溃滑,斜坡的破坏流程机制分为四个阶段,即①裂缝扩展-层间错动阶段、②坡脚岩体弯曲隆起阶段、③上部岩体横向滑移阶段、④弯曲剪断-整体失稳阶段;陡倾软硬互层80°斜坡模型发生滑移-下部弯曲-上部倾倒式破坏,斜坡的破坏流程机制分为四个阶段,即①微裂隙扩展阶段、②层间错动-局部裂隙贯通阶段、③下部岩体弯曲阶段、④上部岩体倾倒破坏阶段。

缓倾软硬岩互层边坡变形破坏机制模型试验研究

以宜巴高速公路沿途彭家湾软硬岩互层边坡为工程依托,依据地质分析及相似理论建立缓倾软硬岩互层边坡室内模型,采用开挖试验及和注水软化试验来模拟实际中的工程开挖(或河谷下切)和雨水浸润软化过程,研究缓倾软硬岩互层边坡的变形破坏机制。结果表明:在开挖及雨水软化两种工况下,该类软硬岩互层边坡的变形模式都是前期的滑移拉裂变形和后期的整体蠕滑变形,破坏模式是以深部软层为滑动面的整体滑移;硬岩层与软岩层的变形情况略有不同,硬岩层以整体蠕滑变形为主,而软岩层以滑移拉裂变形为主;深部软岩层的状态变化对边坡的整体稳定性影响非常关键;工程开挖(河谷下切)及雨水入渗都会对该类缓倾软硬岩互层边坡的稳定性有重要影响,开挖导致的临空面及微裂隙是滑坡发生的基础,水是滑坡发生的条件和诱因。

高频次微小地震下顺倾软硬互层边坡动力稳定性研究

三峡库区(TGR)自蓄水以来微震活动加剧、强度增大,频发微震会对库区边坡产生一定影响。采用振动台模型试验和UDEC数值模拟方法,对库区顺倾软硬互层边坡在不断微、小地震作用下的破坏失稳演化过程及动力稳定性进行了研究。研究成果如下:在不断地震作用后,边坡自振频率下降、阻尼比上升,自振频率下降的速度随加载次数和加载幅值的增加而增大;在不同加载阶段,边坡坡面PGA放大系数不断降低,动力响应呈现减弱趋势;弱层成为顺倾软硬互层边坡变形破坏的优势区域;边坡的破坏失稳演化过程为分段式的滑移破坏过程,上部软、硬层滑落后,剩余滑体沿着由上部弱层剪切裂缝、中部硬层次级节理拉裂缝和下部弱层剪切裂缝贯通形成的滑移面滑移破坏;UDEC数值模拟表明顺倾软硬互层边坡的累积永久位移随微震作用次数的增加而增加,稳定性系数则呈现递减趋势。研究成果对库区滑坡形成机制的认识和减灾、防灾有一定的价值。

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。

基于软件phase2的软硬互层反倾岩质边坡稳定性与破坏模式研究

反倾岩质边坡的岩性特征、坡角、岩层倾角等自身特性主导了边坡的变形破坏的模式和稳定性.针对这一问题,国内外学者在均质反倾岩质边坡方面已经取得了丰富的研究成果并达成共识,然而,对于软硬互层的反倾岩质边坡其研究工作开展较少.鉴于此,本文以phase2为工具,采用数值模拟手段对软硬互层的反倾岩质边坡的稳定性和破坏模式进行研究.计算结果表明:软硬互层反倾岩质边坡的安全系数随着坡角β的增加逐渐降低.当坡角小于60°时,岩层倾角和软岩/硬岩层厚比的增加均会导致稳定性变差.当坡角大于60°时,岩层倾角和软岩/硬岩层厚比对稳定性影响很小;当坡角或岩层倾角小于45°时,软硬互层反倾岩质边坡破坏的倾倒特征并不明显,当坡角或岩层倾角大于45°时,随着坡角或岩层倾角的增加,边坡破坏的起始区域由边坡坡脚前缘向边坡坡面上部转移,随着软岩/硬岩层厚比的增加边坡的破坏面逐渐由直线型向圆弧形发展.

基于离心机和数值模拟的软硬互层反倾层状岩质边坡变形特征分析

我国西部山区建设揭露了众多大型弯曲倾倒变形体,它们多具有软硬互层结构。为进一步探明软硬互层反倾岩质边坡的变形破坏规律,本研究融合大型土工离心机试验与自开发的可以综合考虑节理面拉剪和压剪破坏的Hoek-Brown与Mohr-Coulomb联合强度准则,对此类边坡进行试验与数值模拟分析。首先,结合监测点位移和应力曲线对边坡的变形破坏过程进行详述并验证了所提出的强度准则及所建立的数值模型的正确性;然后,基于此数值模型研究不同几何因素对此类边坡倾倒破坏特征的影响。结果表明:(1)节理单元采用Hoek-Brown与Mohr-Coulomb联合强度准则可以较准确地模拟软硬互层反倾边坡的层间错动以及岩层弯折;(2)此类坡体倾倒变形破坏全过程为:层间先出现相互错动,然后边坡自坡脚部位开始出现弯曲变形,随后坡体后缘出现拉张裂缝,与此同时边坡整体向临空面弯曲倾倒,最终形成2个或3个破坏面;(3)随着岩层倾角的增大,边坡一级破坏面逐渐向坡体深处发展;(4)随着硬/软岩层厚比的减小,坡顶竖向位移变小,且坡体滑动的整体性逐渐增强;(5)随着软/硬岩层厚比的增加,坡体破坏面逐渐由粗糙的"锯齿状"向平滑的"圆弧状"过渡。

山东某水库道路开挖软硬互层顺层斜坡稳定性分析

以山东某水库进场道路开挖边坡为研究对象,使用底摩擦物理模型试验对软硬互层的顺层边坡开挖稳定性情况进行分析。试验结果表明:边坡开挖后将会形成较好的临空条件,岩体沿着软层,发生多级滑动,在后缘形成阶梯状滑动面。

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。

陡倾互层斜坡动力损伤能量特征识别方法研究

为研究强震作用下软硬互层斜坡变形破坏过程中坡内损伤演化特征,进而为斜坡地震稳定评估提供技术支持,通过对离心机振动台试验中采集的加速度监测数据进行降噪、信号重构及HHT变换处理,分析边际谱峰值以及熵值与坡体损伤发育之间的规律,提出根据边际谱累积熵值识别陡倾互层斜坡动力损伤的方法。结果表明:(1)软硬互层斜坡在强震作用下变形破坏模式为动力滑移–弯曲型,该类斜坡强震破坏位置较浅且其动力响应呈现显著的近坡面效应。(2)随地震波作用的增强,坡内损伤破坏部位的边际谱峰值及熵值均会出现突变,但仅边际谱熵值可量化反映坡体损伤程度。(3)相对于采用边际谱峰值或其熵值变化识别斜坡损伤的方法,边际谱累积熵值云图具有可直观反映坡内损伤破坏过程、坡体不同位置受损程度,并可识别锁固段及破坏面位置的优点。

软硬互层状反倾岩质边坡倾倒变形离心模型试验研究

针对软硬互层状反倾岩质边坡倾倒变形演化模式尚不明确的问题,基于相似原理以及地质资料,以水泥、石膏等作为相似材料建立3组边坡物理模型:一组为单一硬岩层状反倾岩质边坡,另外2组为不同层厚比的软硬互层状反倾岩质边坡。通过离心模型试验,运用图像量测技术,探究软硬互层状反倾岩质边坡与单一硬岩层状反倾岩质边坡倾倒变形破坏模式的差异性,分析不同软硬岩层厚比中软岩对于边坡整体倾倒变形程度以及边坡极限承载力的影响。研究表明:(1)软硬互层状反倾岩质边坡倾倒变形模式与单一硬岩层状反倾岩质边坡倾倒变形模式存在差异。前者在倾倒变形过程中产生两级破裂面:主破裂面与次级破裂面,次级破裂面首先贯通,其上浅层岩体失稳,进而深部不连续弯折带相互贯通,主破裂面形成,边坡整体失稳,向下垮落。(2)倾倒变形过程中主破裂面以下岩体几乎未发生倾倒,可将该面定义为倾倒-未倾倒岩体的分界线;次级破裂面发育深度与主破裂面相比更浅,但是其上浅层岩体倾倒变形程度更大,且更易发生失稳破坏,该面为边坡倾倒变形的最危险破裂面。(3)由于软岩强度较弱的影响,软硬互层状反倾岩质边坡其破裂面形态呈弧线形,与单一硬岩层状反倾岩质边坡不同。(4)软岩的存在对于边坡的极限承载力与倾倒变形程度也有影响,且软硬岩层厚比不同,影响不同。相比于单一硬岩层状反倾岩质边坡,软硬岩层厚比为1∶1的软硬互层状反倾岩质边坡,其极限承载力提高,倾倒变形程度减小;而软硬岩层厚比为2∶1的软硬互层状反倾岩质边坡,其极限承载力降低,倾倒变形程度增大。