基于底摩擦试验的缓倾边坡滑移拉裂破坏过程研究

顺层边坡一旦失稳,具有规模大、危害性强的特点。针对缓倾顺层边坡滑移—拉裂型破坏,采用底摩擦物理模型试验,结合PIV粒子成像技术以及MATLAB后处理方法,分析了缓倾顺层边坡滑移—拉裂型破坏过程中的宏微观特征。研究结果表明:PIV和MATLAB的后处理所得结果与宏观观察结果相吻合,计算结果能够反映出不同边坡结构下的位移矢量特征,并对变形特征进行分区;滑移—拉裂式破坏过程分为三个阶段,裂缝产生阶段、裂缝扩展阶段和破坏阶段。裂缝产生阶段边坡后缘首先产生竖向张拉裂隙,裂缝扩展阶段裂缝向深部扩展,破坏阶段边坡上部岩体沿层面中的软弱结构面滑动。对缓倾边坡滑移拉裂破坏过程的研究成果,能够为类似边坡的滑动机制分析提供一定参考。

降雨诱发古滑坡多期复活机制物理模拟试验研究

雅砻江上游某拟建水电站的库区巨型滑坡近年来变形显著,对水电站的施工、运营构成严重威胁。在现场地质调查和变形分析的基础上,配制不同相似材料,采用底摩擦试验对滑坡的变形机制以及破坏模式进行研究。底摩擦试验结果表明:滑坡B1区的后缘裂缝形成的时间较前缘裂缝的形成时间要早,裂缝规模也较大,这与现场调查、访问信息一致。B1区监测点表明,后缘变形程度较前缘更大,符合推移式的变形模式,但若B1区发生破坏失稳,可能造成后缘的A区局部渐进式的失稳破坏,整体上(A+B1区)可能演化为牵引式的变形破坏模式。底摩擦试验对周家滑坡的变形破坏模式研究成果可为工程治理决策提供一定的依据。

软弱基座型斜坡变形破坏机制模拟研究

软弱基座型斜坡崩滑在我国西南山区及三峡库区是一种较为常见的地质灾害。下伏软岩在上部硬岩重力作用和外营力地质作用下产生压缩变形,向临空方向塑性流动,导致上部硬岩拉裂,进一步发展演变为崩滑。贵州某斜坡为一典型缓倾内软弱基座斜坡,上部为灰岩形成高度约150m陡崖,下部为厚度大于150m泥岩形成的缓坡。调查发现上部硬岩坡肩部位产生多条深大拉裂,坡肩局部发生过多次崩塌落石现象,斜坡变形仍在继续。本文采用有限元数值模拟和底摩擦物理模拟相结合的方法,分析了该斜坡坡体内应力、变形分布特征和发展过程,在此基础上研究软弱基座型斜坡的变形破坏机制,为软弱基座斜坡崩滑地质灾害防治提供理论支撑。研究结果表明,缓倾内具软弱基座的斜坡变形破坏机制表现为压缩(塑流)—拉裂—剪断三段式滑坡。

金沙江特大桥左岸岸坡岩体结构面强度参数取值及工程稳定性评价

丽香铁路金沙江特大桥位于金沙江虎跳峡镇高地震烈度深切峡谷地段。香格里拉端岸坡地形陡峻,卸荷裂隙发育,岸坡岩体在地震及工程荷载作用下的稳定性直接控制了桥梁选址方案的可行性。在深入分析对岸坡工程地质条件的基础上,基于节理特征分析的Barton模型、岩体结构面强度实验,讨论了岩体结构面强度参数,并在此基础上采用底摩擦实验研究了岸坡在自然和工程荷载作用下的稳定性,进而采用离散单元法计算分析了岸坡岩体在自然、桥基荷载作用下、地震加桥基荷载作用工况条件下的破坏趋势。研究表明,岸坡整体稳定,但在地震和桥梁荷载作用下,岸坡卸荷裂隙进一步发育,对桥基影响较大,应加强卸荷带岩体的工程整治以确保桥基安全。

底摩擦重力试验在倾倒变形岩体稳定性研究中的应用

底摩擦重力试验(底摩擦试验)是利用相似理论分析原理,将研究原形按几何比例和各种物理力学参数,制作相似模型及确定相应的边界条件。然后按照相似边界条件进行加载试验,再现曾经发生过或今后将会出现的物理力学现象,进而了解其发展演化规律及其对工程的影响。澜沧江某水电站坝肩主要为典型的倾倒变形岩体,为探讨倾倒变形岩体在天然重力场条件的变形破裂发展趋势。试验采用模拟重力场条件的岩体底摩擦模型试验技术模拟分析岩体倾倒变形进一步发展演变过程及特征。

层状岩体高陡边坡底摩擦模拟试验研究

应用正交设计原理，进行了多因素的层状岩体高陡边坡底摩擦模拟，获得了层状岩体高陡边坡在自重应力作用下的变形规律和破坏机理，其试验结果对确定高陡边坡破坏模式等具有指导意义。

河谷区采空诱发缓倾岩质斜坡变形破坏模式研究

为研究采空区变形对河谷区岩质斜坡变形破坏过程的影响,以贵州省清镇市小二岩斜坡为研究对象,运用底摩擦物理模型试验,将物理模型分别设置为预制裂隙组和无预制裂隙组,研究采空区变形影响下岩质斜坡破坏过程,并探讨该类斜坡的变形破坏模式。初步研究发现:①两组试验共同点是由于采空区导致小二岩斜坡出现变形,小二岩斜坡为缓倾上硬下软型结构,采空区上覆顶板在重力作用下发生弯曲变形导致采空沉陷。②无预制裂隙组模型总的变形演化过程为采空沉陷-坡体中产生拉裂缝-裂隙拓展延伸至坡顶。③预制裂隙组模型总的变形演化过程为采空沉陷-卸荷裂隙贯通至坡脚-发生滑塌。④分析认为在对斜坡体预制卸荷裂隙后,卸荷裂隙对于斜坡的变形模式有较大影响,小二岩斜坡变形破坏的地质力学模式可分为表生改造和拉裂-滑塌(或拉裂-倾倒)2个阶段。

基于相似理论的力学模型试验材料研究

目前,中国对于岩质边坡模型试验相似材料的研究已经非常深入,但对于土质边坡,特别是黄土边坡模型试验相似材料的研究却非常浅薄,因此研究出一种适用于黄土边坡模型试验的相似材料具有非常重要的研究价值。通过大量的相似材料配比试验,研制出一种新型的黄土相似材料来模拟诠释兰州报恩寺滑坡的破坏过程,借以兰州报恩寺滑坡为模型,通过常规三轴试验,确定材料的基本力学参数,通过兰州报恩寺滑坡的室内物理模拟底摩擦试验来验证试验相似材料配比ω_(黄土)∶ω_(河沙)∶ω_(石蜡油)∶ω_水=4∶1∶0.7∶0.627的可靠性。并且通过对该材料的试验可得出,该相似材料有使黄土易于保持水分、配置的特点,且价格便宜,方便购买,可模拟按相似比缩小后的大型黄土体,是一种比较理想的模拟黄土的相似材料。

基于底摩擦试验的硬岩岩质边坡变形过程及破坏机制研究

针对不同倾向、不同倾角条件下,边坡变形破坏特征不同但缺乏相互对比分析研究的现状,在充分考虑硬岩岩质边坡变形破坏特征的基础上,配制硬岩相似材料,采用底摩擦试验方法,分析不同倾向、不同倾角边坡变形破坏模式,并借助PIVlab技术进行分析。结果表明:顺倾和反倾边坡变形破坏模式和破坏范围有明显区别。在45°坡度条件下,当顺倾边坡倾角由30°→45°→60°→80°转换时,变形破坏模式由滑移-拉裂→轻微滑移-弯曲(或滑移-剪切)→未有明显变形(整体稳定)→浅表部倾倒-拉裂逐渐演化。在45°坡度、反倾边坡条件下,变形破坏模式由岩层倾角30°和45°条件下无明显变形,逐渐向60°和80°条件下的倾倒-拉裂演化。当岩层倾角较陡时,反倾边坡破坏范围相对顺倾边坡更大,倾倒弯曲转折端更深。PIVlab结果反映出不同结构边坡条件下,不同位置的速度和位移矢量特征不同,且与宏观观察结果相吻合。研究成果能够为同类边坡的稳定性评价和治理设计提供一定参考。

顺层陡倾岩质边坡变形机理探究

顺层岩质边坡是指坡向与岩层倾向一致的边坡,自然界中广泛分布。在顺层陡倾岩质边坡中往往存在滑移-弯曲变形和倾倒变形两种变形破坏模式,它们的典型变形特征与变形演化过程截然不同。总结了顺层陡倾岩质边坡滑移-弯曲变形和倾倒变形的典型特征,开展了不同边坡坡角、岩层倾角组合下边坡的底摩擦模型试验,揭示了顺层陡倾岩质边坡的变形机理和影响因素。结果表明:(1)工程实例统计分析显示,倾倒变形往往发生于岩层倾角为70°~90°、边坡坡角为40°~60°、且边坡坡高大于300 m的顺层陡倾岩质边坡中,而滑移-弯曲变形往往发生于岩层倾角为50°~70°、边坡坡角为15°~60°、且边坡坡高在300 m左右的顺层陡倾岩质边坡中;(2)顺层陡倾岩质边坡倾倒变形的典型变形特征表现为中上部岩体呈现滑移-倾倒变形,中下部岩体呈现弯曲-倾倒变形,整个变形演化过程可以概括为卸荷回弹、滑移-倾倒和蠕变-滑移3个阶段;(3)数值模拟结果显示,岩层陡倾角是顺层陡倾岩质边坡发生滑移-弯曲-倾倒变形的必要条件,当边坡坡角大于60°且岩层倾角与边坡坡角之差小于15°时,顺层陡倾岩质边坡往往发生滑移-弯曲变形,而当边坡坡角大于60°且岩层倾角与边坡坡角之差大于15°时,则其发生滑移-弯曲-倾倒变形。

云盘头滑坡变形破坏机制研究

缓倾顺层岩质边坡由于其岩层倾角较缓,具有不易察觉其失稳且识别难度大的特点。以一个典型的缓倾顺层岩质边坡(贵州云盘头滑坡)为例,基于工程地质勘察,建立边坡地质模型,并结合底摩擦试验、二维离散元和有限元模拟等方法,探讨云盘头滑坡的变形破坏机制。结果表明:云盘头滑坡的变形破坏过程可分为微裂纹发育阶段、裂纹拓展阶段、滑体变形阶段与完全破坏阶段,并在坡脚存在关键块体;滑坡形成的主要原因是,坡体经过开挖导致软弱夹层出露,坡体内部发育垂直于软弱夹层的拉裂纹并将滑体分割成块体,随着坡脚关键块体向临空面滑移,后部次级块体随之移动并产生多米诺骨牌效应导致坡体发生整体滑移,变形模式属于典型的滑移-拉裂式。研究成果为探究缓倾顺层岩质边坡的失稳破坏有现实意义。

船闸底枢摩擦副设计及摩擦学行为分析

为了解决船闸底枢由于非正常摩擦磨损导致过早失效等问题,分别采用Fz5(3)和38Cr Mo Al A作为船闸底枢蘑菇头帽的材料,与作为船闸底枢蘑菇头材料的40Cr配对为2种摩擦副.在此基础上,先利用MM200摩擦磨损试验机测量摩擦副在水润滑和脂润滑条件下的摩擦系数,再利用台架模拟系统测量由摩擦副衍生出的5种船闸底枢蘑菇头帽-蘑菇头摩擦副在模拟实际工作情况下的磨损情况.试验结果表明:2种材料的船闸底枢在脂润滑下均具有良好的摩擦特性,Fz5(3)-40Cr摩擦副和38Cr Mo Al A-40Cr摩擦副在脂润滑条件下的摩擦系数分别为0.061和0.070,而在水润滑不充分情况下38Cr Mo Al A-40Cr摩擦副可发生咬合.台架试验结果表明Fz5(3)蘑菇帽与表面开润滑槽的40Cr蘑菇头配对的摩擦副磨损性能最佳,经过150 000次工作循环,Fz5(3)蘑菇帽的磨损量仅为0.45 mm,40Cr蘑菇头的磨损量为0.12 mm,该摩擦副的使用寿命可以较好地满足船闸大修的周期要求.

缓倾软硬相间边坡破坏机理的物理模拟研究

以相似理论分析原理为基础,采用物理模拟的底摩擦模型试验对赤水市旺隆匝道边坡进行深入的研究。此边坡是以砂岩和泥岩为主的缓倾软硬相间红层边坡,为探讨这种岩体在天然重力场条件的变形破坏及发展趋势,试验采用模拟重力场条件的岩体底摩擦模型试验技术,模拟分析此岩体的变形及进一步的发展演变过程及其特征。

含软弱夹层开挖边坡变形特征物理模型试验研究

为了研究开挖边坡的变形破坏特征,在相似原理的基础上,采用底摩擦的试验方法进行室内物理模拟试验。实验结果表明,该边坡的破坏主要是由于坡脚开挖造成的,边坡的破坏不是一次形成的,而是两次形成的。不合理的开挖导致边坡形成良好的临空面,利于边坡的下滑,该边坡的破坏模式主要为滑移-拉裂。

某消力池末端河床冲刷治理方案试验研究

对于水闸下游的冲刷防护与治理,一般在方案实施前需要进行物理模型试验验证。通过对某电站典型运行工况进行模拟,反演了冲刷区域的冲刷过程,确定了最大冲刷深度和范围,并在此基础上提出了6种护底方案。通过1:70水工模型试验综合对比不同方案的防冲效果。结果表明:明渠左导墙左侧河床位置铺设2列3.0 m厚、长宽均为9.0 m的混凝土板进行护底时,各项水力学指标较优,既考虑了经济效益又切实控制了河床冲刷范围;同时推算出混凝土板与河床之间的摩擦系数范围为0.20～0.30。研究成果可为类似河床护底修复工程提供科学依据及经验。

某井场基坑变形时空演化特征的底摩擦试验

以相似理论为基础,通过建立基坑的地质结构模型,采用物理模拟研究中的底摩擦试验方法,研究了基坑在时间和空间上的变形特征,试验结果表明:基坑变形是一个持续的变形过程,在有附加荷载的情况下更快更明显,并且由变形所产生的裂缝的位置与附加荷载作用边界及其大小都有关系。

岩质边坡阶梯状破坏及岩桥破裂机制研究

岩质边坡阶梯状破坏路径由节理和破裂岩桥组成,为了从地质力学模型试验的角度研究其破坏机制,开展底摩擦试验并着重分析岩桥的破裂机制。针对缓倾节理、陡缓倾节理阶梯状分布和缓倾节理平行分布的3种边坡模型,从岩桥破裂演化过程和位移场变化特征揭示阶梯状破坏机制。基于力学机制分析给出岩桥的破裂模式,并从现场岩体破坏、模型试验结果和PFC^(2D)数值分析等方面进行验证。结果表明:边坡阶梯状破坏为“多级锁固拉裂型”和“层间块体拉裂型”,而在细部上岩桥破裂为压剪–拉裂和拉剪–拉裂。前一种破坏位移增大区呈条带并向坡表扩张,而后一种破坏呈片状相并相连,均展现了岩桥张拉破裂和块体分裂的过程。相比于平面型滑坡,在岩桥的破裂路径、断裂性质和扩展方向上,阶梯状破坏均有所不同。研究成果可为阶梯状破坏岩质边坡的稳定性分析提供理论支撑。

软硬岩互层反倾高边坡变形破坏过程物理模型试验研究

反倾高边坡是工程界一类易致灾性地质体,为揭示软硬岩组合条件下斜坡倾倒变形内在机理,本研究通过配制相似材料,采用底摩擦实验分析软硬岩不同组合条件下的边坡破坏模式,并使用PIVlab工具箱进行分析。结果表明:软硬岩边坡在变形破坏模式上有较大的差异性,软岩边坡多以变形为主,层间多发生倾倒弯曲,垂直层面的裂隙产生较少,不易形成贯通破裂面;硬岩边坡多以倾覆折断破坏为主,岩层内部拉张裂隙发育并连通,最后产生阶坎状贯通破坏面;软硬互层边坡在倾倒弯曲之后,发生倾覆破坏,直至形成贯通破裂面。在含有硬岩层的反倾边坡中,更易出现“悬臂梁”式结构,这表明硬岩层更易发生折断破坏,所以硬岩层比例较多的反倾边坡,更易发生整体破坏。PIVlab计算结果与试验现象过程吻合性好,计算能正确反映边坡的位移矢量特点,并划分出变形特征范围。

库水位升降下多诺水电站右岸倾倒变形体边坡演化过程研究

为研究多诺水电站右岸倾倒变形体边坡的演化过程,结合地质资料和监测数据来分析边坡变形影响因素,通过底摩擦模型试验模拟倾倒变形体初始形成过程,最后综合得出库水位升降下多诺水电站右岸倾倒变形体边坡的变形机制和演化过程。结果得出:(1)受坡体结构的控制,边坡在河谷下切阶段容易出现倾倒现象;(2)水库蓄水加速了水位变动区的岩体蠕滑变形;(3)地震致使岩体劣化,进而加速了蓄水作用对边坡变形的影响;(4)倾倒变形体边坡的变形影响因素主要有:卸荷作用、蓄水作用和地震作用。

软弱基底排土场边坡破坏模式模型试验研究

为了全面分析软弱基底排土场边坡潜在破坏模式及渐进破坏全过程,开发模型试验的非接触测量系统,其中,图像采集子系统获取试验过程中的高清照片,测量分析子系统基于散斑技术和追踪技术获取模型表面位移场和标志点时程曲线。基于模型试验的非接触测量系统,对软弱基底排土场边坡开展一系列底摩擦试验,试验结果表明,软弱基底排土场边坡的破坏具有渐进性,破坏始于坡脚,并沿着基底软弱层向坡体深部逐渐扩展,最终在坡体后部形成贯通滑面,边坡发生整体滑动。破坏裂缝可以分为2种类型:错动裂缝,裂缝主要为错动变形,并伴随水平分离,主要分布在坡体内部;拉张裂缝,裂缝主要为水平分离,并伴随错动变形,主要分布在坡体后缘。研究结果为软弱基底排土场边坡稳定性评价方法和防治措施的选择提供了依据。