双临空面岩质边坡滑动与倾倒破坏的运动学分析

临空面的几何形状在边坡破坏模式与稳定性分析中起着举足轻重的作用。运动学分析是确定边坡破坏模式与评价边坡稳定性的一种有效方法。目前基于运动学分析的边坡稳定性研究主要集中于单临空面边坡的破坏模式与最大安全开挖边坡角的确定。本文将此项研究扩展至双临空面边坡,将其破坏模式细分为4种,分别为沿结构面发生单平面滑动、沿结构面发生楔形体滑动、沿两个结构面的交线发生楔形体滑动以及倾倒破坏。在立体投影中得出,平滑滑动与楔形体滑动的滑动区为双临空面真倾向线与摩擦圆所组成的区域,单个结构面倾角矢量与两个结构面交线矢量位于该区城内;倾倒破坏区为双临空面真倾向线、摩擦圆与基圆所组成的区域,结构面的法向矢量位于该区城内。提出了双临空面边坡最大安全开挖边坡角的确定方法及边坡设计原则。最后将上述方法应用于三峡库区湖北省秭归县郭家坝镇郭家坝村生基坡高边坡,研究了该双临空面边坡的破坏模式并给出了最大安全边坡角的建议值     

秦岭甘湫池花岗岩质崩塌振动台试验研究

地震诱发山体崩塌常形成巨大的灾害,特定地形地质条件下山体地震动力响应特性及破坏机制研究是工程地质的重要难题。本文以秦岭地区具代表性的翠华山甘湫池花岗岩崩塌为研究对象,制作有效反映花岗岩工程地质结构的试验模型,开展大型振动台试验,研究山体地震动力响应规律和崩塌变形破坏机制。试验发现,边坡内部加速度放大系数随激振强度的增加呈现出显著的三阶段变化趋势;水平加速度响应呈现出随高程的增加而单调增大的特征,而竖直加速度响应随着高程的增加出现先增加后减小再增加的波动变化特征;边坡的固有频率变化曲线可以分为3个阶段,整体呈现下降的趋势,表明边坡动力特性发生变化;破坏后的边坡可以分为2个区域:后缘启动区和崩塌堆积区。边坡在地震激振作用下的破坏过程为地震波激振输入→坡体后缘形成拉张裂缝→裂缝向下扩展贯通→不稳定坡体滑动→堆积坡脚。反演了山体破坏的4个阶段:振动致裂阶段、高速启动阶段、撞击减速阶段和堆积阶段,结果与现场工程地质调查分析十分一致。研究翠华山甘湫池花岗岩崩塌的发育特征、成因机理和演化过程,研究成果对揭示秦岭北缘乃至秦岭地区崩塌形成机制、发育规律和灾害有效防控、地质遗迹开发和保护具有重要意义。     

株洲市边坡稳定性问题述评

根据工程地质条件可将边坡划分为岩质边坡、土质边坡和岩土质边坡三类和若干亚类。各类边坡的变形破坏形式主要有散落、崩塌、滑坡和错落等。土质边坡一般都以滑坡和崩塌形式产生破坏,岩质边坡的破坏形式主要有滑坡、错落和崩塌三种,沿岩体的各种软弱结结构面发生。崩塌多发生在60°以上的陡坡,滑坡多产生在30°～60°的凸形边坡上,结构面倾角小于坡角的顺向坡易产生沿层滑动,断裂构造处、岩溶发育区、河流凹岸等位置的边坡易发生变形破坏,此外,人类工程活动、暴雨等也可导致边坡的变形破坏。为防治边坡失稳,必须合理选择和利用边坡的地质环境,消除引起边坡失稳的因素,改善边坡岩(土)体的应力状况,因地制宜采取适当措施提高不稳定边坡的抗滑力。     

楔形体黄土崩塌的稳定性分析方法

楔形体黄土崩塌主要受两组相向倾斜的结构面控制。根据楔形体崩塌破坏机制,概化出其地质力学模型,结合极限平衡方程,考虑摩尔库仑准则,建立了楔形体总的稳定性系数及各个结构面的稳定性系数计算公式,提出了楔形体黄土崩塌稳定性分析方法。研究结果为定量评价黄土崩塌的稳定性提供了理论依据,对黄土崩塌治理的设计与施工具有参考价值。      

基于离心模型试验的复杂层状软岩楔形滑坡变形演化研究

楔形破坏是岩质边坡中的一种重要失稳形式,以往研究主要是通过块体理论从力学角度进行稳定性分析,一定程度上忽略了地质作用的孕育演化过程。为全面分析岩质边坡楔形破坏的灾害孕育机制及变形特征,以略阳县官家咀中桥楔体滑坡为地质原型,基于现场地质调查和分析,设计了具有两组结构面的层状楔形体岩质斜坡概化离心模型,并成功完成离心模型试验。结果表明:(1)不同于传统楔形滑坡大块体滑落,当坡体岩性较软、节理裂隙发育时,楔体将沿着楔形面交线方向呈解体式滑动;此类楔体滑坡的楔形形态差,难以从几何上进行识别,岩性条件、结构条件是其控制性因素。(2)这类具层状楔形软岩斜坡表观变形不明显,在重力作用下,变形主要从坡体内部向坡表、坡底纵向延伸,楔形滑体部分压力、应变变化较小,主要表现为拉张破坏。(3)滑坡可形成多级楔形滑面,并发育多级失稳楔体,坡体自动搜索最优滑动面,发生不同规模的崩滑灾害;在1 260 s、50g时出现一级楔体失稳,2 016 s、92g时二级深层楔体失稳。该试验揭示了在重力作用下此类楔体滑坡变形演化过程以及成灾模式,为深入认识该类滑坡以及灾害防治提供了参考依据。     

贵州纳雍“8·28”崩塌破坏过程与变形破坏机理初探

2017年8月28日,贵州省纳雍县张家湾镇普洒村发生山体崩塌,崩塌方量约6×10~5m^3,造成35人遇难。本文通过应急调查、过程还原及工程地质分析,对崩塌破坏过程及机理初步研究,以期有益于后续防治及类似灾害防范。研究发现,崩塌主要发生在三叠系下统夜郎组灰岩和粉砂岩地层中,岩层面近水平,受构造和卸荷作用,发育有平行于坡面的陡倾节理,受长期重力作用和风化作用影响,溶蚀漏斗和塌陷发育,节理在长期的风化过程中形成裂隙带和沉陷带;崩塌过程还原显示,崩塌可分为"沉陷带变形崩塌-坡面局部崩塌-整体溃屈崩塌-撞击地面-碎屑流"五个阶段;根据崩塌变形和运动特征,崩塌可分为崩塌源区、崩积区、碎屑流区和变形区四个区;崩塌体在降雨和采矿作用影响下,拉裂沉陷带和水体的楔形侧向挤压和劈裂作用加剧了坡顶临空岩土体的变形,崩塌发生前的降雨过程对崩塌的发生有重要的促进作用。     

中等倾角岩层顺向坡滑坡发育特征及形成机制分析——以拖担水库左岸坝肩滑坡为例

中等倾角岩层顺向坡,受坡体结构和岩体物理力学性质控制,多存在变形、崩塌、滑坡等工程地质问题,常常会诱发大规模的地质灾害。该类斜坡潜在滑动面不直接出露地表,一般具有变形机制复杂、隐蔽性强和危害大的特点,是滑坡领域关注与研究的重点。拖担水库大坝左岸为一古滑坡,在水库扩建开挖过程中,诱发古滑坡体复活。在分析古滑坡工程地质条件的基础上,结合地质勘察和变形监测结果,研究了其变形特征及形成机制。研究结果表明:(1)左岸古滑坡具有岩层倾角"上陡下缓"、滑体底部存在反倾坡内的剪切破碎带、滑床岩体产生弧状弯曲的特点;(2)古滑坡体为一基岩顺层滑坡,滑动模式为"滑移(弯曲)—剪断"型,其变形破坏过程包括三个阶段:弯曲隆起阶段、滑移剪出阶段和扰动变形阶段;(3)该类斜坡变形破坏后,坡体易沿"上陡下缓"的椅型软弱层面发生二次滑动,滑坡控制关键是对下部变形区的保护。     

层状岩质边坡破坏模式及稳定性的数值分析

运用FLAC3D模拟层状岩质边坡的破坏模式,并采用强度折减法分析结构面倾角与稳定性之间的关系。结果表明:①水平层状边坡坡顶变形破坏早于坡面和坡脚,形成拉破坏区。当结构面倾角较小时,顺倾向层状边坡主要发生滑移破坏;当结构面倾角较大时,发生弯折-溃曲破坏。直立层状边坡主要发生弯曲-板间拉裂-塌落破坏。逆倾向层状边坡的破坏形式为对于小倾角为滑移破坏,对于陡倾角为倾倒破坏。②对于顺倾向边坡,整体安全系数随结构面倾角先减小后增大,呈现两头高、中间低的形态,在倾角为30°时安全系数最小;对于逆倾向边坡,曲线呈现增大-减小-增大的态势,并且大部分高于顺倾向边坡曲线,符合实际情况。③所采用的低强度弹塑性单元能够比较真实地模拟软弱结构面的变形。     

岩层倾角影响顺层岩石边坡稳定性的模型试验研究

根据相似理论建立地质力学模型,介绍了模型试验的设计和过程。通过4组对比试验,研究了原型边坡的变形破坏机制以及改变边坡岩体的岩层倾角对边坡稳定性的影响。试验结果表明,顺层边坡的主要变形方式均为滑动变形,破坏模式为滑移-拉裂破坏,滑动过程为分级滑动,越往后拉裂面倾角越小。边坡的变形破坏首先发生在临空面靠近地表部位。层面强度越大,边坡越稳定;岩层倾角越小,边坡越稳定。     

海阳核电厂岩质边坡破坏模式及稳定性分析

对紧靠基坑边坡顶部边缘有大型吊装设备、吊装荷载较大以及走向呈弧形的海阳核电厂核岛岩质基坑边坡从定性和定量两个方面进行了稳定性分析。根据场地的地层岩性和地质构造特征,采用赤平投影方法对该边坡发生平面滑动、楔形体破坏和倾倒破坏模式进行了定性分析,初步确定了边坡区域可能发生某种形式破坏的区域范围。在此基础上,对最可能发生平面滑动和楔形体破坏的区域采用极限平衡法对边坡稳定性进行了定量分析,并对采用锚杆加固后的边坡采用极限平衡法进行了稳定性定量分析。分析研究表明:①该边坡不同区域可能发生边坡破坏的模式不同,相比其他破坏模式,岩质边坡发生楔形体破坏的可能性最大;②锚杆对提高楔形体的稳定性效果较为明显,特别是对于欠稳定的楔形体,施加锚杆可以明显提高其稳定性。     

基于RFPA3D和微震监测的白鹤滩水电站左岸边坡稳定性分析

白鹤滩水电站左岸边坡受缓倾角软弱面及NW向断层影响,施工、运行期的边坡稳定性问题尤为重要。为研究左岸边坡在开挖卸荷过程中应力场、位移场分布规律,揭示岩体内部破坏失稳机制,利用RFPA3D（realistic failure process analysis）软件以拱轴线剖面为例建立准三维数值模型,再现坝基边坡岩体裂隙萌生、发育、扩展直至贯通的渐进损伤破坏过程。结合左岸边坡开挖卸荷及应力调整过程中的微震活动演化特征,圈定工程边坡潜在危险区域,探讨可能的失稳破坏模式。分析表明：基于离心加载法计算得到工程边坡开挖后安全系数为1.33;边坡表层区域受缓倾角错动带控制,变形破坏最为明显,以小范围楔形体滑移为主。该研究结果可为白鹤滩水电站坝基边坡后期施工提供依据,对于类似岩质边坡工程施工具有一定的指导作用。     

不同临空条件的层状反倾岩质边坡倾倒变形几何特征参数影响规律

层状反倾岩质边坡是一种常见边坡类型,其变形破坏模式多样、力学机制复杂、影响因素众多。为揭示层状反倾岩质边坡不同临空条件几何特征参数对反倾边坡倾倒变形影响规律,通过3DEC并结合数理统计系统深入研究几何特征参数对倾倒变形影响。研究表明:(1)反倾边坡具有3个临空面时边坡变形最大,1个临空面时边坡变形最小;(2)变形随边坡高度、切坡角度增大而增大,随节理面与临空面夹角的增大而减小,随岩层厚度增大先增大后减小;(3)2个临空面夹角90°时边坡变形最大;(4)1个、2个临空面时节理倾角60°时位移最大,3个临空面时随节理倾角增大而增大。     

川藏公路茶树山滑坡特征及成因机制分析

通过对川藏公路茶树山滑坡地质环境条件的系统调查研究,分析了滑坡岩土体结构、边界条件、变形特征、影响因素,并结合3DEC数值模拟,对其变形破坏机制进行了深入的探讨。综合分析表明,滑坡位于活动断裂带内,后缘斜坡陡峭,岩体破碎,同时前缘为较厚的松散堆积体斜坡,在地震活动、降雨等影响因素的诱发作用下,滑坡成因机制主要表现为以下3个阶段:(1)倾倒拉裂阶段,滑坡受后缘地形及岩体结构控制作用较为明显,在坡体浅表层一定深度范围内出现较为强烈的倾倒拉裂变形带,产生倾倒-拉裂滑动;(2)蠕滑变形阶段,前缘松散堆积体在强大的自重推力作用下发生蠕滑变形;(3)前部"锁骨段"剪断,整体失稳阶段,滑坡前部锁骨段在自重推力及断层活动的持续影响下,发生剪断,控制后缘倾倒拉裂体稳定性的潜在滑面与前缘松散堆积体体内的剪切滑动面贯通,滑坡整体失稳。     

恩施盆地红层边坡变形破坏模式研究

恩施盆地红层分布范围广,存在大量的斜坡或人工高陡边坡。由于红层岩体工程地质性质的特殊性,在自然地质作用和人类工程活动的影响下,边坡产生变形破坏,造成人员伤亡和财产损失,对城市市政工程和道路工程建设产生了较大的影响和制约。本文通过恩施盆地红层边坡的野外工程地质调查、钻探、现场试验（压水和渗水试验）、样品采集和室内岩体特性参数测试等工作,基本查清了红层的工程地质特性、水理特性和边坡变形特点。恩施盆地红层可分为“硬砂岩”和“软砂岩”,前者由胶结较好的粉砂岩和砂岩组成,强度较高,透水性差,属相对隔水层;后者由胶结较差的砂岩构成,强度低,透水较强,为含水层。边坡变形破坏规模较小,但点多、危害较大。本文从运动方式和影响因素两个方面对边坡变形破坏模式进行研究,依据斜坡岩土体运动方式,红层边坡变形破坏划分为:顺层岩质滑坡、坠落式崩塌、倾倒式崩塌3种;按变形破坏影响因素,边坡变形破坏划分为:软硬互层红砂岩差异风化、顺层结构面和切层结构面不利组合、人工开挖扰动3种,并分析了各类变形破坏模式的特点和变形破坏过程,对恩施盆地及同类型地区的红层边坡变形破坏的防治具有指导意义及参考价值。     

优势结构面控制的岩质边坡强震破坏机制研究

据统计,由地震所造成的损失中,地震所诱发的滑坡和崩塌造成的损失约占40%。对于地震作用下斜坡变形破坏的类型与机制,前人已有大量的研究和归纳,然而对此问题的数值模拟研究则少有涉及。四川省什邡市北部山区在512汶川地震中烈度达到11度,遥感解译出的地震诱发崩滑体地质灾害点达161处,其破坏机制主要有顺层-切层滑坡和滑移式崩塌2种形式。本文针对这一地区2种典型滑坡地质灾害,利用赤平投影图分析方法确定边坡的控稳优势结构面组合,在此基础上用离散元数值模拟软件对其失稳过程进行数值模拟计算,分析结果显示:第1种斜坡破坏类型表现为缓倾坡外层状结构斜坡在强震作用下,坡顶首先出现拉裂,斜坡中部的结构面发生剪切变形,随着斜坡上部拉裂面向中部不断延伸并贯通,滑体便从高位沿中部缓倾结构面快速剪出。这种斜坡的变形破坏力学机制为滑移-拉裂,其破坏方式为顺层-切层滑坡。第2种斜坡破坏类型表现为高陡块状结构斜坡在强震作用下,斜坡上部结构面首先被拉裂,发生松动,被切割的块体沿拉裂面底端缓倾坡内或水平的结构面向外产生剪切变形,并在持续地震力作用下不断向坡外运动,以翻滚、崩落的方式运动至坡脚。这种结构类型斜坡的变形破坏力学机制为拉裂-滑移,其破坏方式为滑移式崩塌。     

缓倾外层状结构边坡变形破坏模式及支护对策研究

高速公路开挖形成越来越多的工程边坡。缓倾外层状结构边坡作为一种典型的岩质边坡,一般情况下整体稳定性较好,但在特定的结构面组合状况下,开挖后也可能产生整体变形破坏。本文以软弱结构面和长大裂隙发育的公路工程边坡为例,通过岩体结构及边坡一定范围内已有边坡破坏现象的调查研究,采用工程地质类比和三维离散元法综合分析边坡变形破坏模式,并针对变形破坏模式的特点,提出支护对策。研究结果表明,结构面贯通坡体形成切割块体的后缘和侧缘边界时,缓倾外层状结构边坡可沿层面产生滑移-拉裂变形,若滑面与临空面具有一定夹角,边坡的变形可表现为旋转式滑移-拉裂;结构面组合控制的缓倾外层状结构岩质边坡稳定性受坡体中下部的关键块体控制,一旦关键块体失稳,将引起上部块体的连锁失稳,此类边坡变形控制的重点是对关键块体分布区域进行强支护;支护工程实施后的变形监测结果表明,基于变形破坏模式分析的边坡支护方案保证了边坡施工和运营过程中的安全。     

楞古水电站碎裂岩质边坡变形破坏模式研究

碎裂结构岩质边坡是地质工程中遇到的一种最不稳定边坡,其原岩松弛,结构面普遍张开,围岩自稳能力差,碎裂结构岩体出露不连续,空间分布存在差异,导致边坡破坏边界不明显,变形破坏机制很难确定。本文以雅砻江楞古水电站碎裂结构岩质边坡为例,在地质环境调查和平硐勘测的基础上,系统研究了碎裂岩体结构特征,分析了控制边坡变形破坏的边界条件和变形破坏模式,并运用UDEC离散元程序模拟验证。研究结果表明:碎裂岩质边坡的变形破坏主要受自身结构及内部相对长大结构面控制,变形演化过程依循应力调整、时效变形和局部失稳3个阶段,变形破坏模式分为断层主控底滑型和裂隙切割破坏型。目前针对碎裂结构岩质边坡研究相对较少,缺乏大型工程实例支撑,该研究成果为水利工程中这类边坡的研究提供了参考。     

杨房沟坝址高边坡工程地质特征及稳定性评价

为掌握杨房沟坝址高边坡稳定性情况及治理措施,采用现场调查及室内分析计算方法对河谷高边坡岩体工程地质特征及稳定性展开了全面研究。得出以下结论:高边坡花岗闪长岩可划分为块状、次块状及镶嵌结构等类型;边坡岩体质量从坡面向内分别为Ⅲ2、Ⅲ1、Ⅱ类,Ⅳ类岩体很少;天然边坡存在松动张裂、楔形体滑动及崩塌等破坏形式,控制性结构面为顺河向卸荷裂隙;从河谷演化角度通过数值模拟方法分析现今边坡应力分布、塑性区范围、变形规律及总体稳定性,认为坝址区天然边坡整体稳定性较好,降雨或地震等不利条件边坡可能存在浅部块体滑移失稳。     

复杂岩质边坡的破坏类型及稳定性分析

复杂岩质边坡主要受结构面发育状态控制形成多种类型的变形破坏模式,与土质边坡迥异。本文以招商局漳州开发区11号山西段边坡为例,基于现场地质调查,对其主要节理面进行统计分析和变形模式评判,并对圆弧滑动破坏、楔形体破坏、平面滑动破坏及滚石破坏等各种破坏类型进行定量化评价,进而对边坡整体稳定性进行分析评价,为治理该复杂岩质边坡提出合理化建议,并总结形成复杂岩质边坡稳定性分析的评价思路和基本流程。     

基于结构面性状对岩体力学性质响应的模拟研究

为研究结构面性状对锦屏大奔流料场边坡岩体性质的影响,在对该边坡砂岩进行室内三轴压缩试验的基础上,开展含4组不同结构面性状岩体的力学模拟测试,最后对该边坡岩体的开挖进行数值模拟。试验结果表明,岩样破坏过程可以分为4个典型的阶段: 弹性变形阶段,屈服阶段,残余强度阶段及塑性流动阶段。随着围压的增大,岩石破坏所需偏应力逐渐增大,且岩石逐渐表现出延性特征。结构面性状模拟结果表明,含软弱充填结构面比不含者对岩体力学性质影响(弱化)大,有倾角结构面比无倾角结构面对岩体性质影响较大,大倾角结构面总体上比小倾角的影响大,软弱充填厚度对岩体内摩擦角影响较大。实例模拟结果表明,开挖卸荷使得边坡后缘岩体产生卸荷回弹变形,产生X向拉伸位移,煌斑岩脉的存在使得塑性区域沿此软弱带发展,开挖第8步时,塑性区贯通,边坡发生失稳。研究结果对陡高边坡岩体开挖的稳定性评价具有一定指导意义。