某堆填土欠稳定高边坡抗剪强度参数取值研究

梧州市某楼盘在建筑安全影响范围内有一削坡形成的高度20~45 m的堆填土高边坡,存在较大滑塌安全隐患,需对该欠稳定高边坡综合整治处理。为取得符合实际的、经济合理的边坡设计抗剪强度参数,采用了综合法确定抗剪强度参数,即采用现场原位直剪试验、室内重塑土样试验、多元线性回归法等,综合分析确定欠稳定高边坡的抗剪强度参数。结果表明:采用综合法参数取值能优化边坡设计、缩短治理工期、节约治理费用,治理效果显著。

地表结构面影响下的花岗岩体抗剪强度分析

花岗岩中因存在的不规则结构面导致岩体在不同方向上的强度存在较大差异。在选址阶段确定岩体不同方向的力学强度参数有助于未来高放废物地质处置工程的设计与施工。连通率是反应岩体内部结构面贯通程度的重要参数,可以通过确定裂隙岩体连通率来判断工程岩体的综合抗剪强度。在现场结构面测量基础上,采用Monte-Carlo随机方法,模拟出与现场结构面几何分布特征一致的裂隙网络模型。利用裂隙网络模拟对预选区不同剪切方向结构面的连通率和岩体抗剪强度参数进行分析。研究表明:不同方向的结构面连通率和岩体抗剪强度差异性明显,其中产状为146°∠79°方向上的结构面连通率最大,内摩擦力11.92 MPa,内摩擦角44.8°,易发生破坏,需在工程设计与施工过程中予以重视。

岩石结构面力学原型试验相似材料研究

基于岩体结构面抗剪强度机制及相似材料的选择原则和要求,研制以高强水泥、硅粉、高效减水剂、标准砂、水等原料混合而成的模拟材料,并利用其制得的试样及结构面模型进行大量物理力学试验的对比分析,研究结果表明:相似材料的抗压强度与原岩结构面相近,调整不同混合材料的配合比,相似材料可以覆盖中低强度的岩石类型;利用相似材料及多尺度试样模具可制作与原岩结构面表面形态及起伏度近似一致的模拟结构面;利用模拟结构面代替原岩结构面进行直剪试验,模拟结构面表面的磨损程度、粗糙度系数衰减规律及破坏形式均与原岩结构面相似,且模拟结构面抗剪强度直剪试验结果与理论计算值相差不大;模拟材料具有物理力学性能稳定、制作方便、成本低廉的优点,可代替原岩结构面进行不同尺寸、可重复性的破坏性试验。

岩石结构面注浆加固抗剪特性试验研究

为了研究破裂岩体结构面的注浆加固效果,并揭示其加固实质和作用机制,对单轴压缩试验形成的破裂岩样结构面粗糙度进行了测量与研究;通过破裂岩样结构面注浆加固的剪切试验,分析了注浆对结构面强度和刚度等力学特性参数的影响;通过锯齿形模型化结构面注浆前后剪切试验,分析了锯齿形结构面的力学特性及注浆加固对模型化结构面的影响。研究结果表明,同种岩样压裂后结构面粗糙度系数JRC相近,其数值约为8～10,具有可复制性;注浆后结构面残余强度、剪切峰值强度及上升段斜率均有明显提高;注浆后岩体中结构面的刚度也得到了明显改善;通过理论分析,给出了结构面刚度的理论拟合公式;结构面的剪切峰值强度及残余强度随着锯齿形齿数的增多明显提高,注浆加固后,结构面剪切峰值强度、黏聚力都有不同程度的增大,而内摩擦角变化不大。

基于多尺度直剪试验的岩石模型结构面抗剪强度特征研究

开展岩石模型结构面抗剪强度特征的多尺度（尤其大尺寸）直剪试验研究对于理解岩石结构面力学特性具有重要的理论价值和实践意义。首先，基于多尺度直剪试验仪（MSJ-DST），对20cm×20cm、40cm×40cm、60cm×60cm、80cm×80cm和100cm～100cm的岩石模型结构面试样采用法向应力分别为200～1000kPa进行直接剪切试验；然后，研究不同尺寸岩石模型结构面抗剪强度的特征。结果表明：不同法向荷载作用下模型的受力变形特点相近，峰值剪切位移总体上随着某一数值附近上下浮动；在同一法向应力作用下，不同尺寸结构面试样的峰值抗剪强度表现出在某一数值附近上下浮动的特征，残余抗剪强度则表现出随尺寸的增加有小幅度增加；5级法向应力作用下，不同尺寸的峰值抗剪强度和残余抗剪强度随着法向应力的变化规律均近似相同，抗剪强度残余值与峰值的比值随着法向应力的增大逐渐增大并趋于稳定。

制样误差对结构面直剪试验结果影响定量研究

在结构面直剪试验制样过程中,所产生的误差会对试验结果带来很大的影响。研究结构面制样误差对试验结果的影响具有十分重大的意义。推导结构面倾斜时的正、剪应力的修正公式,并研究控制结构面倾斜的2个参数爬坡角α、偏角β对试验结果的影响。定量分析结果表明:试验结果误差对控制结构面倾斜的因子爬坡角α敏感,而偏角β对试验结果影响较小,可忽略;最后提出了2种试验结果误差修正方法,并给出一修正实例。

应用离散元强度折减对复杂边坡进行稳定性分析

介绍了离散元(DEM)及强度折减法基本原理,利用3DEC软件结合强度折减法对某水电站高边坡进行稳定性分析。对岩体强度参数进行折减,以关键点位移与时间关系曲线发散时的折减系数作为边坡安全系数,根据位移矢量图确定滑面和破坏形态。通过与Dijkstra极限平衡有限元法及Sarma法的计算结果对比,验证该方法的可靠性。在二维计算基础上建立并简化三维模型,模拟边坡三维应力场。结合工程关注区域的应力及位移趋势,采用3DEC中的辅助节理截取典型坡段单宽模型,在已有的三维应力场的基础上对其进行强度折减,弥补了二维强度折减未考虑三维应力场对边坡稳定性影响的不足,把握了工程重点及力学特性,为类似工程提供了一种合理高效的稳定性分析手段。

某水电站高边坡煤系软弱结构面流变特性试验研究

针对坝区开挖高边坡煤系地层软弱结构面的发育特点,设计和开发饱水条件,软弱结构面剪切流变试验装置,系统开展高边坡煤系地层中软弱结构面的时效变形特性研究,尤其是通过长达近1a的流变力学试验,应用Burgers流变本构方程,建立各种类型软弱结构面的综合时效本构方程,获取坝区煤系地层软弱结构面的长期强度参数。剪切流变试验结果表明,饱水状态下软弱结构面长期强度参数c值为57～160kPa,φ值为12°～18°,比利用携剪试验所获得的软弱结构面饱水快剪强度参数折减约60%。研究结果为水库蓄水运行期的边坡安全反馈分析、变形机制、边坡加固防治对策的采取及支护设计优化提供重要的理论依据,也为类似工程边坡软弱结构面提供具有参考价值的本构模型。

基于三维扫描和三维雕刻技术的岩石结构面原状重构方法及其力学特性

为了客观重复制作与原岩结构面的岩性、表面形态和力学性质完全一致的试样,集成三维扫描和三维雕刻技术,提出了原岩结构面试样重构新方法。采用该方法制作了具有相同表面形态的大理岩结构面试样,开展了不同法向力下的直剪试验,并采用声发射技术对结构面剪切破坏过程进行了监测。结果表明:重构结构面试样与原始结构面试样具有高度相似性;结构面剪应力-剪切位移曲线可分为两类:剪胀滑移型和剪断跌落型;剪切破坏后结构面可明显地划分为两个区域:剪胀脱开区和剪断磨损区;提出了结构面剪切强度新公式,理论公式与试验结果更接近;结构面剪切过程中剪应力、能量率、计数、撞击率随时间的变化规律具有较好的一致性,声发射定位位置与剪切过程中结构面损伤破坏区域基本吻合。

力矩效应对顺层岩质边坡稳定性的影响

考虑了力矩效应的存在对顺层岩质边坡稳定性的影响。当存在力矩效应时,剪切面上的剪应力和正应力不是均匀分布的,在剪切过程中存在一个调整过程,并在局部集中。当力矩效应较弱时,结构面上的应力可视为均匀分布;随着力矩效应的增大,正应力和剪应力都增大,出现非均匀分布,在局部表现为应力集中,并且出现局部破坏,而在整体上表现为力矩平衡和受力平衡。当剪切力大于抗剪强度时,则宏观上出现边坡失稳。同时根据应力集中部位的不同划分了不同的边坡破坏形式。

锯齿结构面注浆剪切特性研究

为研究注浆对于结构面抗剪强度的影响,对注浆加固后的规则锯齿结构面进行剪切试验,研究不同锯齿个数时,结构面所受法向荷载与抗剪强度的定量关系。根据试验结果,阐述了规则注浆锯齿面破坏时的特征。结合莫尔库伦理论,分析影响结构面抗剪强度的相关因素以及锯齿个数对相关因素的影响。通过与普通规则锯齿结构面剪切试验进行对比,进一步说明注浆对结构面抗剪强度的影响。建立单锯齿剪切力学模型,分析顺逆剪面破坏特点,最终建立了规则注浆锯齿结构面的抗剪强度经验公式。研究结果表明:规则注浆锯齿结构面的抗剪强度随锯齿个数的增加而增加,在不同正应力下,注浆锯齿结构面会出现粘接失效,爬坡效应,剪断效应三种基本现象。单个锯齿顺逆剪面破坏与施加的荷载大小和位置有关。结构面进行注浆加固之后,其抗剪强度有明显的提高。

JRC-JCS模型与直剪试验对比研究

结构面抗剪强度是影响工程岩体稳定的重要因素,它决定工程岩体破坏的可能性。基于结构面粗糙度系数定向统计测量技术的JRC-JCS模型可以考虑地质和环境因素的影响,具有费用低、速度快、简便易行等特点,是获取工程岩体无填充或少填充硬岩结构面抗剪强度参数的实用方法,已为50多个岩体工程提供了结构面抗剪强度参数。为分析JRC-JCS模型评价结构面抗剪强度参数的可靠性,选取天然岩石结构面试样,进行干燥状态和饱和状态结构面抗剪强度直剪试验和JRC-JCS模型评价的对比研究。结果表明,在结构面粗糙度系数的定向统计测量、尺寸效应分析,以及剪切过程衰减折减的基础上,运用结构面粗糙度系数定向统计测量技术的JRC-JCS模型评价的结构面抗剪强度参数与直剪试验结果具有较好的一致性,JRC-JCS模型对结构面峰值摩擦角有较好的预测能力。

岩体结构面锚固剪切特性的数值分析

为了探讨锚杆加固情况下,岩体结构面的力学和变形特征,利用数值分析方法建立结构面直剪三维计算模型,分别改变结构面的表面形态和锚杆倾角,分析其对于结构面强度和变形特征的影响,结果表明:结构面加锚后,剪切强度得到提高,并且等效黏结力的提高幅度较大;结构面起伏角为0时,锚杆倾角为15°对应的剪切强度最大;随着锚杆倾角的增大,试样的剪切强度逐渐减小;结构面起伏角为17°时,剪切强度最大值均出现在锚杆倾角为30～50°的范围内。

中缓倾角结构面分类及其抗剪强度的研究

西南某坝区中缓倾角结构面具有分别倾向上游和下游的空间分布规律。根据结构面接触情况,首先将结构面分为刚性结构面和软弱结构面两大类。其中,刚性结构面属于裂隙型;软弱结构面根据其物质组成和结构特征,可以细分为岩块岩屑型、岩屑夹泥型、泥夹岩屑型3个亚类。断层类结构面具有垂直于断层走向,由高高程到低高程,由泥夹岩屑型→岩屑夹泥型→岩屑砾型→裂隙型逐渐过渡的发育规律。最后在分析抗剪试验资料和分类及发育规律的基础上,提出了抗剪强度指标的建议值。

基于三维形态空间分析和仿真试验的岩体结构面剪切强度参数研究

获取结构面可靠的强度指标是研究岩体强度的重要基础。因不同结构面样本的巨大差异,以及剪切测试难以重复进行的实际情况,直接通过试验获取剪切参数通常难度较大且结果不理想。以具有定向变形特征的岩体剪切结构面为研究对象,探索性提出采用结构面剪切测试-结构面表面形态三维空间分析-数值仿真试验相结合方法,获取真实可靠的结构面强度参数。该方法优势表现为:岩体结构面摩擦角的2个组成部分即基本摩擦角和爬坡角完全分离,且能考虑结构面形态三维特性及剪切变形方向特征;同时,力学测试和数值试验结合,克服了单纯依靠剪切测试无法重复的重大难题。

提高节理面c和φ对岩坡开挖变形的影响

为了反映岩质边坡在节理面注浆后的变形效应,首先,通过室内试验,分析注浆前后岩体变形和破坏的全过程,以探讨其抗剪性能(粘结力c和内摩擦角φ)的变化;然后,基于理想弹塑性本构模型的Mohr-Cou-lomb准则,运用拉格朗日元数值方法(FLAC3D),对岩坡注浆前后变形效应(水平位移、垂直位移、剪应变增量)进行模拟。结果表明:注浆加固后,岩体的位移场变得均匀和连续,节理面处的较大位移受到抑制,边坡的整体性得到提高,有利于边坡的稳定性。

灰岩岩体软弱结构面抗剪强度试验研究

通过对灰岩边坡中的软弱结构面进行室内抗剪试验,发现灰岩中的软弱结构面剪切变形呈较理想的"弹塑性"破坏型,剪切变形过程可分为3个阶段,根据剪应力—变形关系曲线上的比例极限、屈服点和峰值点计算得出软弱结构面不同阶段的强度参数值,由c和tgφ试验结果计算得到的边坡稳定性系数与实际情况吻合,说明试验结果是准确的。室内试验方法克服了现场大型剪切试验周期长、耗资多的缺点,对于边坡工程是经济而适用的。

桂北硅质岩结构面抗剪强度研究

在广西壮族自治区桂林市天门村进行了硅质岩结构面强度的原位试验,结合现场调查,基于Barton模型,估算了硅质岩结构面抗剪强度。结果表明,硅质岩结构面的剪应力-位移曲线呈现出塑性变形的特征,剪切过程具有爬坡、空化、剪胀的特点。剪切曲线分为剪胀、剪断凸台和完全接触三个过程。结构面受剪力初期,剪应力上升较快,剪切位移随剪应力的增大而几乎呈线性增大,处于弹性状态;随着剪应力的不断增大,在剪切面处发生爬坡作用和啃断作用这两种力学效果;当将结构面上的凸台被啃断后,剪应力上升的梯度变小,直至峰值强度,处于完全接触状态。原位试验得到的抗剪强度参数与Barton模型计算的结果具有较好的一致性,但Barton模型参数的确定带有很强的主观性而造成的误差较大,导致其计算结果偏小,因此在没有经验值和相关工程参考的地区进行现场大剪试验是十分必要的,既保证了工程的可靠性,又避免过于保守,本次实验的结果为类似工程的取值提供了参考。

考虑锁固效应的顺层边坡稳定性分析

顺层滑坡是破坏最多、危害最大的边坡.长大顺层边坡失稳往往并非一次下滑,而是多次分段下滑,这与边坡体滑面上的锁固效应有关.根据滑移坡体的运动特征,提出坡体粘滑运动的数学模型,导出整体运动及部分协调运动情形下的位移、速度、加速度等运动量的计算公式,从而建立起坡体运动与其几何尺寸、物理参数、受力状态的关系,进一步讨论划分边坡的不同破坏形式.

岩体抗剪强度参数的结构面倾角效应

通过对泥质粉砂岩、泥质灰岩抗剪强度参数的层面倾角效应研究,以及石膏模型试件力学性质的结构面倾角效应研究,就结构面倾角对层状、似层状岩体抗剪强度参数产生的影响进行了较详细的剖析,阐明了层状、似层状结构岩体力学性质各向异性的本质和机理,并在此基础上对受倾角效应影响的层状、似层状岩体抗剪强度参数取值进行了较深入的分析,提出了较为客观的、极具参考价值的层状、似层状结构岩体抗剪强度参数的取值原则。分别得到了层状结构粉砂岩、泥质粉砂岩、泥质砂岩以及薄层的层状结构灰岩、片岩、板岩的系列强度参数与结构面倾角a的相关公式。层状、似层状结构石膏模拟试件不同裂隙倾角条件下的室内三轴剪切试验研究进一步表明,新提出的相关公式可作为类似结构岩体抗剪强度参数在不同层面倾角下的取值参考。