古水水电站工程区域堆积体边坡工程地质分析

西南地区水电工程中堆积体边坡的稳定性问题研究对水电工程建设极为重要。堆积体边坡研究中比较关键的问题包括:堆积体的历史成因、不同条件下的力学参数取值和稳定性分析。本文通过对古水水电站坝址区域内下覆为板岩、上覆为堆积体的工程地质条件进行了相关分析,得到了该区域上覆堆积体和下覆板岩倾倒变形的历史演化过程:在冰水的携带作用下,边坡顶部的岩土体逐步向下迁移而形成堆积体,并且表现出明显的层状效应;板状岩体在构造运动、河谷下切和风化卸荷等共同作用下,加之上覆堆积体重量的不断增加,从而发生折断并导致倾倒变形。在对冰水堆积体物理力学特性分析的基础上,结合现场的工程地质调查,得到了区域内堆积体边坡的变形破坏模式表现为顺软弱面整体滑动破坏和局部圆弧型滑动。     

上硬下软反倾边坡开挖变形响应的物理模拟

现有上硬下软边坡的研究大都集中在压缩挤出变形的近水平泥岩、页岩基座型边坡变形演化过程,针对倾倒变形的板岩基座型边坡开挖响应研究甚少,本文以西藏玉曲河某水电站厂址边坡为研究对象,根据现场地质调查建立符合坡体实际情况的地质结构模型,采用物理试验的方法模拟原型边坡开挖。通过试验揭示上硬下软反倾边坡在开挖条件下的变形响应特征及破坏模式。研究结果表明:（1）开挖条件下上硬下软型边坡变形破坏过程分为a）下部软岩倾倒弯曲加剧;b）软岩倾倒折断,上部卸荷硬岩沿已有裂隙剪切;c）倾倒软岩滑移,卸荷硬岩剪断岩性分界部位,折断面贯通3个阶段。其变形破坏模式为下部软岩倾倒—上部硬岩剪断组合滑移型破坏;（2）开挖强倾倒区岩体会使下部软岩迅速失稳并促使上部硬岩剪切破坏;开挖引起的反倾上硬下软边坡大变形在短时间内完成,前期变形和能量积累是一个较长的过程;（3）开挖时需避免对坡脚倾倒岩体“大开挖”施工。     

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。     

锦屏Ⅰ级水电站解放沟左岸边坡倾倒变形机制的3D数值模拟

为研究某一边坡的变形机制问题,采用3D-σ模拟了地质体演化机理,用FLAC-3D模拟与3D-σ的模拟结果相互验证;获得了河谷下切过程中边坡的变形特征,揭示左岸边坡的变形破裂形成机制。经分析得出如下主要结论:从地应力的角度分析河谷边坡变形的成因机制是切实可行的方法;坡体的卸荷促进弯曲倾倒变形的进行,并为它划定界限;作者提出的解放沟左岸边坡变形的成因机制是合理的;卸荷回弹也是促进倾内层状体边坡中深层弯曲倾倒变形进行的起始因素,并为变形划定界限;倾倒变形的破坏面是双折线型的。      

岩质边坡倾倒变形机理及稳定性研究综述

倾倒破坏是岩质边坡的一种典型失稳模式,目前对于岩质边坡倾倒变形的稳定性分析与评价仍存在很多问题与争议。本文在回顾和总结国内外边坡倾倒失稳案例的基础上,阐述了岩质边坡倾倒变形的分类和破坏机理。从块体倾倒、弯曲倾倒、块体—弯曲倾倒和次生倾倒的角度详细介绍了倾倒边坡解析方法的研究现状,进一步论述了数值方法和物理模型试验的研究进展。基于悬臂梁力矩平衡思路,提出了岩质边坡弯曲倾倒的解析方法。最后,讨论了各种稳定性分析方法的不足与适用性,指出了以后研究的重点和有待深入探讨的问题。     

反倾岩质边坡的时效变形破坏研究

为研究反倾岩质边坡的变形破坏规律性与形成机制,以黄河上游茨哈峡水电站库区反倾岩质边坡变形破坏为例,基于系统的工程地质方法并结合离散元模拟边坡的变形演化进程,对其倾倒变形的时效性进行了分析并研究了其形成演化机制。结果表明:1该倾倒边坡的时效变形规律表现为倾倒变形在不同方向上具有差异性,其时空演化特征表现为斜坡顶部的拉裂和中部的弯曲变形,目前倾倒体内未形成贯通性失稳界面,倾倒拉裂和弯曲变形同时存在,表现为倾倒机制的长期性、积累性和阶段性;2该类斜坡的变形破坏是岩层在自重应力作用下做悬臂梁弯曲,岩层发生弯曲变形,导致坡体后缘开裂、根部折断、前缘剪切蠕变,当坡体折断带内的剪应力超过其抗剪强度时,坡体逐渐错动下滑形成倾倒塌滑体;3该倾倒变形体的破坏模式为弯曲—拉裂变形、弯曲—折断破裂、蠕滑—拉裂变形、表层滑塌和深部滑坡形成。     

黄河上游某倾倒体的时效变形研究

黄河上游某巨型倾倒体主要由反倾层状砂岩和板岩相间分布构成,砂岩层以倾倒拉裂为主,板岩层以弯曲变形为主,两种不同的时效变形组合导致整个倾倒体的演化具有长期性、累进性和阶段性的特征。基于岩体组合模式和变形破坏表现形式,研究两种岩层的时效变形空间分布特征,总结整个坡体的时空演化规律,并探究其成因机理,论述岩体组合模式、岩体结构、卸荷裂隙以及地形地貌等因素对倾倒体演化的影响。     

斜坡倾倒变形的工程地质分析

近10年来,在山区,尤其是西部山区的工程建设和灾害防治实践中,我们发现越来越多的以“倾倒”为特征的岩质边坡变形破坏和稳定性问题,其出现的频度和造成的危害大有比肩“滑动”破坏这一边坡失稳的传统主题,成为困扰地质工程师和岩石力学工作者的又一难题。这类问题之所以难,是因为建立在以“滑动”为基础的传统边坡稳定性分析方法不再适用这类边坡。本文在大量工程实例的基础上,分析了边坡倾倒变形和破坏的基本特征,从“倾倒”变形破坏的地质过程和变形稳定性分析的基本理念出发,建立了描述倾倒边坡不同变形程度的工程地质模型,这个模型将倾倒边坡分为倾倒-坠覆、倾倒-错动、倾倒-张裂、倾倒-松弛4个区,分别对应不同的变形程度和稳定性状况,提出了各个区的具体特征和定性指标与量化指标相结合的描述指标体系,从而将倾倒的地质显现、力学机理和变形稳定性有机统一,实现了对倾倒边坡稳定性的工程地质评价。与传统的“滑动”问题不同的是,本文没有强调对这类问题采用强度稳定性的评价思路,而建议采用变形稳定性评价的理念,这似乎更适合倾倒变形这类问题的分析和评价。     

澜沧江某水电站右坝肩岩体倾倒变形的数值模拟

对该水电站坝址区陡立反倾板状结构岩体而言,纵向河谷的地形特征,使坝址两岸边坡大范围发育倾倒变形。针对该水电站倾倒变形问题,在掌握坝址区工程地质条件背景的基础上,通过对岩体倾倒变形基本特征及破裂程度分级等分析,建立边坡离散元的工程开挖和破坏机理的数值计算模型,得出了工程开挖边坡岩体倾倒变形特征和变形破坏机理发展过程为:初期弱倾倒变形岩体的层内剪切错动、强倾倒变形岩体的层内拉张变形、强倾倒变形岩体的切层张-剪破裂及极强倾倒破裂岩体的折断张裂(坠覆)破裂。研究结果为倾滑体的稳定性评价及工程开挖施工提供一定科学依据。     

黎家洞滑坡变形机制研究

通常认为顺层岩质斜坡的变形破坏以滑移-拉裂、滑移-弯曲模式为特征,但野外调查中,在陡倾顺层岩质边坡还发现一类特殊的变形破坏方式,即倾倒变形。以黎家洞滑坡为例,在阐明区内地质环境条件、滑坡的基本特征的基础上,应用数值模拟手段对该滑坡的倾倒变形机制进行了分析。研究成果为该类滑坡除险加固提供了参考依据。     

雅砻江上游互层斜坡倾倒变形破坏机制与演化

以甲西倾倒体为典型实例,从赋存环境、发育特征、形成条件等基础层面上分析雅砻江上游互层斜坡倾倒变形破坏机制及演化过程。研究表明:区内大型倾倒体是斜坡岩体在叠加有残余构造应力的自重应力场中长期演化的产物,软硬相间的岩性组合、陡倾内的岸坡结构,加之垂直层面密集节理的切割是斜坡发生倾倒变形的控制性因素;斜坡倾倒是受节理面和层面控制的复合倾倒模式,即:硬岩发生块状-弯曲倾倒,而软岩发生弯曲倾倒;受河谷演化控制,斜坡变形破坏主要经历了4个演化阶段:卸荷回弹陡倾面拉裂阶段,初始变形阶段,板梁根部折断、剪切面贯通阶段以及破坏阶段,并最终转化为蠕滑-拉裂模式形成滑坡。该滑动面受倾向坡外破裂面控制,而并非沿最大弯折带发育。     

反倾软硬互层岩质边坡倾倒变形破坏机理与影响因素研究

倾倒变形常见于反倾结构边坡,特别在具有软硬互层结构边坡中,甚至可发育为深度上百米的大型滑坡。为进一步探明此类反倾边坡倾倒变形的破坏机制,以及边坡形态结构及岩体力学参数等因素的影响规律,以离心模型试验为原型,结合离散元数值模拟,分析了倾倒变形的形成过程以及在外界扰动下的破坏机制。并通过单因素分析法、正交设计法等,研究了多种因素对反倾边坡倾例变形的影响,通过极差分析获得了各因素的敏感性。通过在岩层内预置大量多边形随机裂隙,数值模拟较好地实现了对破裂面起裂及延展规律的模拟。结果表明:离心模型试验可较好地还原倾倒变形过程,而离散元数值模拟则可对实验结果进行有效的重现与扩展,两者吻合度良好;岩体变形过程存在3个阶段,即起始变形、稳态变形和失稳破坏等阶段;破裂面呈弧形,在变形积累到一定程度后快速形成;边坡可自下而上形成多级破裂面,并伴随岩层的强烈弯曲变形,在外界扰动下,倾倒变形体将由外到内沿不同破裂面形成渐进后退式破坏;多种影响因素中,边坡形态结构影响最大,层面参数次之,软硬岩岩石力学参数的差异影响较小;具体而言,边坡形态与坡体结构对倾倒变形的影响性大小表现为坡角＞倾角＞坡高＞坡形＞层厚比＞层厚,坡角、倾角、坡高越大,坡形越外凸,软硬岩层厚差越小,倾倒变形越容易发生;边坡变形规模主要受形态结构因素控制,倾角和坡角影响最显著。     

反倾层状岩质边坡悬臂梁极限平衡模型研究

基于悬臂梁理论和运用极限平衡法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。在国内外研究现状基础上,研究悬臂梁极限平衡分析模型。首先通过野外现象的观测,提出能对反倾层状边坡变形几何空间条件进行分区的“基准面”的概念,再利用“基准面”分析岩层分区破坏模式的力学机制,认为破坏面的形成机制是弯曲拉裂和压缩剪切的共同作用结果,对悬臂梁极限平衡分析模型中的各参数确定给出假设或理论分析,建立了计算模型。以重庆市巫溪县中梁水库硝洞槽-郑家大沟库段反倾岸坡为例,在边坡变形破坏模式识别基础上,应用悬臂梁极限平衡模型理论分析实例,验证该模型的合理性,同时也给出反倾层状边坡悬臂梁极限平衡模型计算步骤,用数值模拟方法验证该分析模型的正确性。模型计算结果表明,破坏区大体分为滑移区、倾倒区和倾倒变形影响区,破坏区大小由坡角、岩层倾角、坡高共同决定,当三者关系（见式（13））大于0时,才存在破坏区,才有可能发生变形破坏。研究成果对反倾层状岩质边坡稳定性评价与防治具有理论指导意义和应用价值。     

重庆市涪陵区厚层软硬相间岩体失稳模式

重庆市涪陵区厚层软硬相间公路高边坡的详细调查发现,不同的岩层产状,不同开挖方向其斜坡变形破坏模式不同。本文根据野外实例总结了不同岩层产状与开挖方向对应的破坏模式,平缓层状斜坡破坏方式有滑塌式崩塌、倾倒式崩塌和坠落式崩塌;中倾角层状斜坡破坏方式有顺层滑移和崩塌;高陡倾角层状斜坡坡破坏方式有滑移式崩塌和坠落式崩塌。表明斜坡变形破坏地质力学模式与斜坡岩体结构之间存在着密切的成生联系。通过对不同倾角的斜坡岩体破坏方式研究,可以达到系统评价预测斜坡稳定性的目的;通过公路开挖对不同产状岩层可能造成灾害的预期,可以采用不同的预防措施,避免大型灾害的发生。     

基于断距-层厚特征统计的反倾边坡S型破坏演化数值模拟

三峡库区巫峡龚家坊至独龙一带存在大量反倾不稳定边坡,多具有薄厚互层和软硬相间的岩体结构,边坡高度普遍在500 m以上。现场调查表明独龙7#边坡(D7)具有明显的“S”型柔性变形现象。为探明反倾边坡“S”型变形破坏机制,以独龙段反倾边坡为依托,从边坡的岩体结构调查、破坏模式概化、监测资料分析、变形破坏模拟等角度对软硬互层反倾高边坡的破坏机制进行研究。通过现场调查与无人机倾斜摄影,建立了边坡的三维模型,进而提取航拍数据,获得了岩层厚度、断距等的统计规律;基于断距-层厚统计规律,通过离散元软件UDEC对库水软化作用下D7边坡“S”型变形机理进行了模拟分析。研究表明:(1)独龙段边坡普遍具有陡倾内逆向层状结构,发育3组结构面,岩体被切割成块;(2)根据软岩占比,可将独龙段边坡分为2类:A类边坡软岩层占约20%,断距/层厚值分布于0.7~2.8区间,并集中于1.2~1.8;B类边坡软岩层占比约10%,断距/层厚值分布于0.5~3.3区间,并集中于0.6~1.5;A类边坡岩体长细比更大;(3)长期监测表明,边坡在库水位低值时位移量大,D7边坡位移持续增大,潜在整体失稳;(4)离散元模拟表明,边坡破裂面自坡脚延伸,中部硬岩区起到支撑并抑制上部变形的作用,边坡硬岩区与软岩区的差异变形以及变形体不同部位惯性的差异是导致岩层“S”型变形的主因,最终分别过“S”形岩层两个反弯点形成两条剪切带,形成自下而上的柔性弯曲-滑移型破坏。(5)断距-层厚比(S/T)可影响边坡破坏模式,比值越大,反折变形区与坡脚垮塌区越小,当S/T≥2时,S型变形不再发育。     

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。     

大别造山带岳西县斜坡变形破坏演化模式

岳西县自然斜坡在地球内、外动力共同作用下,容易变形并遭到破坏,造成人员伤亡和财产损失,严重制约了当地的经济发展。通过系统的工程地质调查和浅表生改造理论分析,查明了岳西县斜坡变形破坏特征及其成因,并探讨了其演化模式。结果表明,岳西县不同岩组的抗风化能力和力学特性存在差异,斜坡发生地质灾害的机理也不相同。根据斜坡结构特征,岳西县滑坡分为全风化层滑坡、强风化层滑坡和顺层岩质滑坡: 全风化层滑坡的滑面位于全风化层中或全风化层与强风化层的分界线处; 强风化层滑坡的滑面主要发育于强风化层与中风化层的分界线处; 顺层岩质滑坡主要发育于片麻岩发育的顺向坡中。根据变形破坏方式,岳西县崩塌可分为滑移式崩塌、倾倒式崩塌和坠落式崩塌: 滑移式崩塌主要由一组缓倾坡外结构面和另一组陡倾(坡外或者坡内)结构面控制; 倾倒式崩塌主要由一组陡倾坡内结构面和另一组近水平发育的结构面控制; 坠落式崩塌主要由一组结构面陡倾或近直立发育的结构面控制。岳西县滑坡多发育于风化壳厚度较大、岩体较松散、结构面强度低的地区; 崩塌多发育于斜坡高陡、岩质风化程度低、结构面发育的地区。研究成果对岳西县乃至整个大别山地区地质灾害的研究及防治工作具有一定的借鉴意义。