Modelling the flexural buckling failure of stratified rock slopes based on the multilayer beam model

The buckling failure of stratified rock slopes intersected by a set of steep discontinuities that are approximately parallel to the slope surface is frequently encountered while constructing railways and roadways in mountainous areas. In this study, an analytical approach based on the energy equilibrium principle is presented to solve the flexural buckling stability of stratified rock slopes within the framework of multilayer beam theory. The generalized HoekBrown failure criterion is introduced to reflect the influences of slope size(scale effects) on the buckling stability. Subsequently, numerical and physical modellings from previous literatures are employed to validate the proposed approach. Furthermore, a practical case of Bawang Mountain landslide is also used for the comparative analysis. The study shows that the present analytical approach is capable to provide a more reasonable assessment for the buckling failure of stratified rock slopes, compared with several existing analytical approaches. Finally, a detailed parametric study is implemented, and the results indicate that the effects of rock strength, rock deformation modulus, geological strength index, layer thickness and disturbance degree of rock mass on the buckling failure of stratified rock slopes are more significant than that of rock type and slope angle.

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。

某水电站2#倾倒体时效变形及失稳模式的离散元分析

为深入研究倾倒体变形破坏全过程特征,以某水电站消力塘左岸2#倾倒体为例,在野外调查基础上,利用离散元模拟,从模型时效变形及变形机理出发,分析该倾倒边坡在现状及地震作用下的失稳模式。结果表明:当边坡变形累积到一定程度,不稳定地质体将发生失稳,其位移表现为宏观的快速增加,若地质体的失稳是强震触发的,其位移还具有一定的“震荡”特征;倾倒边坡前期或前中期的变形破坏以沿结构面的剪切错动为主导,之后,随着拉张效应的逐渐积累,变形转为以沿结构面的拉张破裂为主;地震作用下,边坡中质点的水平速度及加速度均有高程放大效应,其中加速度放大系数大于速度放大系数,边坡破坏时,由于动力波的加速效应及岩体弹性应变能的释放将获得较大的水平加速度,表明岩体中的弱面对于岩质边坡的稳定性起控制作用;现状条件下,2#倾倒体整体稳定,其失稳模式以浅表层岩体的局部垮塌或沿小型山脊的滑塌为主,而遭受地震时则有整体失稳的可能,若整体失稳,其失稳过程应为:表层松动岩体率先垮塌、滚落→坡体震裂松弛→形成“滑移-拉裂”型滑坡。

层状岩体边坡锚杆加固效应的数值分析

利用数值计算软件FLAC3D建立层状岩体边坡的稳定性分析模型,采用锚杆单元对岩体边坡进行加固模拟,得到加固后岩体的变形情况以及锚杆的受力情况。研究结果表明:边坡的破坏形式为明显的直线型滑动破坏,滑块的位移从上到下逐渐增大,水平位移最大处位于剪出口位置;层状边坡锚杆加固后,沿节理面发生一定的变形;各监测点位移沿自然坡倾向位置逐渐减小,越往岩体内部受到的开挖扰动越小;由于节理的存在,全长黏结式锚杆的轴力分布为多峰值曲线,峰值均出现在节理面位置;锚杆轴力最大位置可表征滑动面位置。

竹城公路层状岩质边坡的稳定性研究

为了研究竹城公路层状岩质边坡的稳定性及防治措施,通过现场调查和赤平投影分析边坡潜在变形滑动机理;利用UDEC软件建立层状边坡数值计算模型,分析开挖过程中岩土体的变形情况;根据变形破坏模式提出层状岩质边坡的长短锚杆交替复合支护结构。研究结果表明:浅层滑动和楔形体滑动破坏是该公路边坡的主要破坏模式;开挖完毕后左侧边坡存在稳定性隐患;当边坡开挖到第4步时,将发生滑移破坏;长短锚杆交替复合支护结构充分利用了锚杆和岩土体的受力特性,有效加固了边坡。

层状岩质边坡的屈曲破坏分析

本文根据多层层状结构岩质边坡的屈曲破坏模式,建立了相应的力学模型,从理论上对这种形式的破坏机理进行了研究,得出了相应力学模型的挠曲曲线的理论解。对具体工程实例的应用表明,本文的研究成果不仅能解决具体工程问题,而且有助于深入理解该类边坡的屈曲破坏机理。

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。

层状岩体边坡抗滑桩加固效应的数值分析

利用数值方法探讨抗滑桩在层状岩体边坡中的加固效果,分析抗滑桩位置和桩长对于边坡变形、应力的影响。研究结果表明:抗滑桩位置对于边坡水平位移的影响较大;当抗滑桩位于边坡坡面中下部时(但需保证抗滑桩穿过了最危险滑动面),对岩土体变形的效果最佳;随着桩长的增大,边坡水平位移突变逐渐减少,最大位移也逐渐减小。存在一临界桩长Lcr,当桩长超过Lcr时,继续增大桩长对位移的控制效果明显降低。

基于异向波速模型的微震定位改进

针对波速分层的区域岩体,在异向波速模型的基础上,对垂向上的应力波按岩体波速值大小作分段区别,推导震源应力波走时关系式,建立分层速度定位目标函数,基于此提出一种由参数准备、层速度反演、微震定位三个模块组成的分层速度定位模型SV,并采用遗传算法进行优化求解.然后,对分层速度定位模型在已构建微震监测系统的白鹤滩水电站左岸岩质边坡进行验证.微震事件重定位结果表明,分层速度定位模型定位微震事件的最大、最小和平均偏离层内错动带程度指标较单一速度模型分别降低了57.17%、36.51%和57.35%,证明了定位模型在波速分层的区域岩体微震定位应用中比单一速度定位模型更加合理可靠.

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。

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。

层状岩体边坡变形破坏模式及滑坡稳定性数值分析

论述了层状岩体的地质特征及其物理力学特征 ,在此基础上 ,归纳了层状岩体构成的边坡几种变形破坏模式 ,然后对边坡破坏后形成的滑坡进行了稳定性数值分析。最后得出一些结论及认识。

基于突变理论的反倾层状岩石边坡稳定性研究

反倾向层状岩石边坡失稳问题一直是工程地质学和岩石力学领域亟待解决的问题之一。针对反倾层状岩石边坡的岩体结构特点,以弯曲拉裂(倾倒)变形的地质模型为基础,根据突变理论建立反倾层状岩石边坡尖点突变模型。从理论上分析了边坡失稳的突变条件,并提出临界失稳深度。在此基础上建立基于突变理论的稳定性评价方法。通过对工程实例的分析,表明对于反倾层状结构岩石边坡,该稳定性评价方法是成功有效的。

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。

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.

层状岩石边坡倾倒破坏过程的数值流形方法模拟

层状岩石边坡的倾倒破坏是岩石边坡失稳破坏的主要形式之一。本文利用数值流形方法对一层状岩石边坡的倾倒破坏过程进行了模拟。模拟结果表明:在不考虑块体间粘结力的情况下,块体间的摩擦角决定着岩石边坡的稳定性。随着摩擦角的增加,块体间的摩擦系数增大,岩石边坡的稳定性增强,并出现相应的滑动区、倾倒区和稳定区。模拟结果与相应的理论预测结果相吻合。

边坡层状岩体三维横观各向同性数值分析

建立层状岩体的三维横观各向同性连续介质力学模型,把三维Hoffman强度准则引入到层状边坡稳定性分析中,模拟不同岩层倾角下三维边坡破坏模式。结果表明:岩层为水平分布,剪应力起主导作用,易发生以剪切为主的损伤破坏;岩层为竖直分布,主应力起主导作用,易发生以拉应力为主的倾倒破坏;当层状岩体的走向与坡面走向一致,岩层倾角在0°～90°变化时,岩体从剪应力为主的破坏到拉剪组合破坏再到以拉应力为主的破坏过渡。另外,顺倾岩层的边坡更容易发生剪切滑移型破坏,而反倾岩层的边坡整体不易发生剪切滑移破坏,多存在局部小范围损伤,整体相对较稳定。研究结果可为层状岩体边坡的设计、支护和监测提供借鉴意义。

顺层状岩质边坡的数值模拟分析

采用快速拉格朗日元法对洪家渡进水口顺向坡进行了数值模拟;分析和比较了其在天然状态、正常蓄水位及水位骤降时三种工况下边坡的应力和变形情况。

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。

层状岩坡变形破坏及其治理的离散元分析

某大型水电站为顺倾层状人工高边坡,坡体软弱层面、断层、节理和后缘陡倾卸荷张裂隙对坡体稳定性影响大,在自上而下的挖坡过程中,局部坡体发生了失稳座滑。本文分析了边坡的地质条件和岩体结构特征,采用离散单元法模拟了边坡的变形破坏过程,探讨了坡体的变形破坏机理;研究了在滑坡体上继续挖坡,坡体可能发生的变形破坏形态;另根据坡体变形破坏机理及后续开挖边坡可能发生的变形破坏形态,基于离散元数值模拟优化了边坡预应力锚杆和抗滑桩的工程加固支护措施,确保了边坡稳定,监测表明,后续坡体开挖及开挖完成后未出现明显变形破坏迹象。