列车震动荷载对边坡稳定性的影响分析

以某高速铁路隧道出口边坡为研究对象,在边坡工程地质条件、岩体结构特征及变形破坏特征调查分析的基础上,阐明了边坡的变形破坏模式为受卸荷结构面控制的块体顺坡向滑塌破坏。通过建立边坡的三维数值模型,对比分析了边坡在天然工况(施工平台及隧道开挖前)和列车震动荷载工况下,沿隧道走向剖面上的应力、变形及剪应变增量变化特征,并分析了施工平台开挖及列车震动荷载对边坡稳定性的影响,得出了施工平台开挖及列车震动荷载,可能在开挖面附近及坡内软岩夹层中引起局部的变形破坏,对边坡整体稳定性影响较小的结论。     

汶川地震崩滑灾害影响因素分析

为研究汶川地震崩滑灾害主要影响因素,在掌握汶川地震灾区公路沿线地震崩滑灾害资料基础上,选取典型段进行灾害统计分析,研究表明动力条件下斜坡失稳主要受斜坡岩体结构特征、地震动峰值加速度和斜坡动力响应特征三方面因素影响。地震动峰值加速度越高,地震崩滑灾害越发育。斜坡动力响应特征主要取决于地形地貌和地层岩性,陡坡硬岩段为地震崩滑灾害高发区。斜坡岩体结构是控制斜坡变形破坏的主要因素,从研究斜坡动力失稳角度,提出了斜坡岩体结构类型的划分,分为土层及强风化层——基岩二元结构、块状结构、层状及似层状结构、碎裂结构、土层等5个大类12个亚类。     

地震荷载作用下地下洞室不利地质结构塌落机制研究

目前地下结构地震动力分析主要研究围岩响应特征,对围岩中赋存的岩体结构的动力响应规律、塌落机制还缺乏深入研究。结合大岗山水电站工程地下洞室群,基于块体理论选取3种不利地质结构组合作为地下洞室群动力分析的主要结构形式,接着运用离散元程序UDEC研究两种地震动工况作用下不同不利地质结构组合切割的地下洞室围岩动力响应、变形特征以及节理的张开、滑移特征,分析开挖面附近块体的塌落机制。研究结果表明,陡倾角结构面切割形成不利地质结构对地下洞室围岩变形破坏机制影响较大;在地震荷载作用下,陡倾不利地质结构沿节理面的滑塌具有突发性,并且塌落模式随地震强度增加可能发生变化。     

地震作用下结构面劣化特征及高位危岩体动力失稳机制

地震是高位危岩体失稳崩塌主要诱因之一,而结构面强度与变形特性对高位危岩体稳定性起关键控制性作用.为研究地震作用下高位危岩体动力失稳机制,基于数值试验研究结构面震动劣化效应,并利用极限平衡法对高位危岩体动力稳定性进行研究.研究结果表明,结构面的峰值抗剪强度随着循环剪切次数的增加而减小,且减小幅度愈来愈小,最终趋于稳定值;随着起伏角度增大而增大,且增大幅度随着循环剪切次数的增加而减小;并在同一起伏角度下,随着循环剪切幅值的增大而减小.最后,基于回归分析法建立结构面震动劣化数学模型,并提出一种考虑结构面震动劣化的高位危岩体动力稳定性分析方法.其研究成果有助于丰富高位危岩体动力稳定性方面的基础理论研究,具有重要的理论意义和工程参考价值.      

极震区岩体地震动力破坏若干问题探讨

汶川地震时极震区产生了严重的地震地质灾害,其中强烈地震动造成的岩体动力破坏是造成灾害的根本原因。从极震区含义、地震动特征、岩体地震动力破坏概念、地震松动岩体和方法论等方面初步探讨了极震区岩体地震动力破坏问题。极震区是未来地震的潜在震源区,区内的地震属于直下型。极震区地震动具有不同于非极震区的地震动特征,岩体地震动力破坏的复合性特点就是地震动的不确定性造成的。对极震区岩体动力破坏概念的理解应考虑地震动的特点。地震松动岩体是极震区地震动造成的一种特殊破坏类型,是形成震害次生灾害的重要原因。岩体工程地质力学等学科的思想方法和技术手段为研究极震区岩体地震动力破坏这一命题提供了良好的基础,预测和评价极震区因岩体动力破坏造成的工程震害和地质灾害,减轻和预防未来地震时的灾害损失,是极震区岩体地震动力破坏研究的目标和方向。     

考虑表面形貌特征的岩体结构面蠕变特性

工程岩体开挖会遇到各种复杂应力条件，岩体在荷载作用下随时间会产生流变现象，这种“累进性破坏”导致工程岩体常出现滑坡、塌方、大变形和支护困难等问题.为解释天然岩体结构面的流变现象，以天然红砂岩结构面为研究对象，基于结构面三维形貌扫描试验、结构面分级加载剪切蠕变试验，对天然岩体结构面的剪切蠕变特性进行系统研究.研究发现，岩体结构面蠕变变形量与蠕变应力和结构面三维形貌特征指标正相关；岩体结构面蠕变曲线可分为3个阶段，即过渡蠕变、稳态蠕变和加速蠕变阶段，当法向应力一定时，结构面三维形貌特征指标越大，发生的蠕变破坏越剧烈；基于结构面剪切蠕变曲线与剪切蠕变速率曲线特征，建立了参数物理意义明确的岩体结构面剪切蠕变经验模型.      

沉积结构面及其对岩体力学性质的影响

基于沉积结构面的成因类型,通过理论分析和实验研究,分析了沉积结构面的变形与破坏特征,研究了沉积结构面力学特征及其力学效应,提出了弱面型层理、层系或层系组界面和岩层面以及不整合面均为沉积构造弱面,这些弱面对沉积岩体力学性质产生重要的影响。分析了沉积岩体沿层面方向和垂直层面方向岩体力学性质的差异性。研究表明,垂直层面方向的纵波速度和弹性模量要比平行层面方向低;平行层面方向的抗拉强度要大于垂直层面方向;而平行层面方向的抗压强度与凝聚力小于垂直层面方向。沉积岩体易于产生垂直于结构面方向的张性破坏和沿结构面方向的剪切破坏,在采动影响下顶板岩体易于沿岩层层面产生离层破坏现象,这进一步揭示了沉积结构面变形与破坏机制。      

区域非稳定动力学环境下的岩体松动效应

区域非稳定动力学环境下,长期的构造变形、重力卸荷以及地震动力作用的共同影响,可以导致岩体发生大范围变形、松动。松动岩体内发育大量的软弱结构面,且表现出整体破碎、松弛严重、透水强烈,张性节理裂隙发育、地表裂缝较发育、岩体地震动力破坏信息反映明显等特征。岩体的变形松动可以分为卸荷变形松动、倾倒变形松动、顺层滑移松动、断层控制松动、节理裂隙控制松动等5种模式。岩体的物理振动试验结果表明,地震动力是造成岩体松动的主因。数值模拟结果表明,在单纯自重应力影响作用下,松动岩体不会出现大面积的失稳破坏现象,但在地震动力作用下,松动岩体会发生大面积屈服破坏。     

地下开采作用下反倾上硬下软型斜坡崩塌形成机制研究以贵州开阳磷矿崩塌为例

以贵州开阳磷矿崩塌为例,通过对地质条件、采矿扰动与变形破坏特点的分析,阐明在地下开采作用下,反倾上硬下软型斜坡变形破坏的发展过程,并总结斜坡失稳破坏的3种模式,指出不同类型的破坏变形均以坡顶拉裂为前兆,而斜坡岩体结构特征是产生不同破坏模式的关键控制因素。进一步运用数值模拟与物理模拟方法,分析该类型崩塌的形成机理,认为反倾上硬下软型崩塌的形成具有特定的地质背景,动力条件与诱发因素,崩塌最终可能以急剧破坏的形式出现,但其发生并不是一蹴而就的,是经历了从发生、发展直至破坏的长期过程。从地下开采后采空区顶底板的变形,发展到地表裂缝的产生,崩塌的形成是地表裂缝沿着陡倾结构面追踪发展的过程,并受岩体结构特征的控制最终发生倾倒、突破锁固段剪出或沿中缓倾结构面滑塌。因此,对此类斜坡地质灾害的监测和防治必须把握前兆现象,加强早期识别与预警。     

层状结构岩体变形的各向异性特征分析

岩体的各向异性特征不仅与结构面的性质有关,还与岩体所处的应力状态紧密相联。基于岩体结构面参数统计,结合应变能推导层状结构岩体本构关系,能够直接确定岩体弹性模量等变形参数。引入各向异性指数的概念,定量地描述岩体变形的各向异性特征。在该基础上,结合某高速公路工程实例探讨岩体结构特征及应力状态对含单组结构面岩体变形各向异性特征的影响规律。研究结果表明,结构面法向密度增加,岩体弹性模量各向异性弱化愈加显著;结构面产状的改变控制岩体弹性模量呈"V"型变化,而岩体变形的各向异性特征不受影响;围压增大可使岩体弹性模量增大,岩体变形的各向异性特征随之逐渐减弱直至完全消失。基于上述结论,解释新建兰-渝铁路碳质板岩隧道中出现的各向异性变形破坏现象,较大的结构面密度与开挖导致围压卸载导致层状围岩弹性模量发生各向异性弱化,是隧道发生各向异性大变形的主要原因。结构面产状决定了弹性模量出现极值的方位,控制掌子面产生局部过大变形的具体位置。     

岩体结构控制下的斜坡变形特征

为了分析岩体结构与斜坡变形的作用关系,以巴东城区为例,探讨了区内主要地层（三叠系巴东组第2段T2b2、第3段T2b3）岩体结构在内、外动力地质作用下的演化过程,进而分析了不同类型岩体结构控制下的表层斜坡的变形特征。结果表明：内动力地质作用过程中形成了岩体结构,而外动力地质作用改造着岩体结构;根据沉积成岩、构造作用过程中所形成层理、节理、劈理的发育程度,可将岩体划分为层状结构、块裂结构和碎裂结构;风化、水等外动力地质作用对岩体结构的改造结果受控于原岩结构;巴东组第3段层状岩体多沿层间软弱夹层顺层滑动;巴东组第2段互层状岩体,层间差异崩解作用易形成崩塌;结构面的组合关系、发育规模控制着块体失稳的形式和规模;密集发育的劈理将岩体分割呈碎裂状结构,卸荷松动下呈膝状弯曲。这些认识对巴东地区斜坡灾害分析、防治具有一定的指导意义。     

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。     

改进的遍布节理模型及其在层状岩体地下工程中的应用

基于显式有限差分程序FLAC3D,针对层状岩体建立了可以考虑其横观各向同性变形特性的遍布节理模型。通过FLAC3D程序的预留接口导入程序,将该改进的遍布节理模型中植入FLAC3D动态链接库。在此基础上进行了层状岩体变形与强度各向异性特性的研究,最后将该模型应用于龙滩水电站巨型地下硐室群的层状岩体围岩变形及破裂特征分析。研究表明,围岩变形主要表现为岩层同性面内的变形,其左右边墙变形不对称性主要受断层切割控制;围岩破坏型式以剪切破坏为主,其中岩体整体破坏受断层控制,表现为中低应力条件下的拉剪或压剪破坏;而开挖引起的岩层破坏受制于陡倾角层状岩体结构,表现为层间错动引起的剪切破坏。     

渝利铁路青石岩段边坡危岩体稳定性评价及防治措施研究

渝利铁路青石岩段为深切河谷型边坡,该边坡表部岩体在风化缷荷作用下结构复杂且稳定性差。此外,浅表层岩体在降雨、地震及工程开挖等影响下,局部已经出现了不同模式不同规模的变形失稳现象,严重影响工程建设和运营期间的安全。因此,本文根据边坡岩体结构特征及风化缷荷特征等工程地质条件,结合不同失稳模式的危岩体,提出了相应的稳定性评价理论和方法。最后,针对不同规模和不同稳定状态下的危岩体提出了有效的防治措施。     

基于有限元法的层状岩体破裂规律探讨

层状岩体的非均质性及各向异性导致其破裂方式及规律与均质岩体有显著不同。对层状岩体分别进行不同方式的单轴、双轴、三轴试验, 分析应力-应变曲线特征; 再利用ANSYS有限元软件进行数值模拟, 观察应力、应变在岩体上的分布, 通过曲线和图件的对比分析, 并结合岩石破裂理论, 总结不同应力状态下层状岩体的破裂方式、顺序及规律; 最后以富台地区为例, 对分析结果进行验证。研究结果表明, 不同受力方式对层状岩体破裂的影响体现在施加的载荷及约束与层面的方位。当应力方向与岩层面平行时, 强度大的石灰岩岩体发生集中应力, 首先破裂; 而应力与岩层面垂直时, 强度小的泥岩岩体首先破裂。岩石试验、数值模拟结果以及实例均成功验证了这个规律。      

An Experimental and Theoretical Approach on the Modeling of Sliding Response of Rock Wedges under Dynamic Loading

The stability of rock slopes under dynamic loading in mining and civil engineering depends upon the slope geometry, mechanical properties of rock mass and discontinuities, and the characteristics of dynamic loads with time. The wedge failure is one of the common forms of slope failures. The authors presented some stability conditions for rock wedges under dynamic loading and they confirmed their validity through the laboratory experimental studies in a previous paper in 2000, which is often quoted by others to validate their softwares, including some commercial software. In this study, the authors investigate the sliding responses of rock wedges under dynamic loads rather than the initiation of wedge sliding. First, some laboratory model tests are described. On the basis of these model tests on rock wedges, the theoretical model proposed previously is extended to compute the sliding responses of rock wedges in time domain. The proposed theoretical model is applied to simulate the sliding responses of rock wedge model tests and its validity is discussed. In the final part, the method proposed is applied to actual wedge failures observed in 1995 Dinar earthquake and 2005 Pakistan–Kashmir earthquake, and the results are discussed.     

基于PFC2D数值试验的异性结构面剪切强度特性研究

天然岩体中广泛发育两侧岩性不同的异性结构面,开展异性结构面变形和强度特性研究旨在为岩体稳定性评价和利用提供依据。选取三峡库区侏罗系典型的砂岩-泥岩异性岩层,首先运用分形几何理论,定量计算了平直和4种不同不规则起伏形态结构面的粗糙度系数JRC值,然后基于PFC2D颗粒流程序,分别开展了以上5种形态异性结构面的数值剪切试验,获得了各形态结构面在不同正应力下的剪切应力-位移曲线。根据数值试验结果,采用巴顿的JRC-JCS模型分析了异性结构面强度特性,并与同性结构面强度性质进行对比研究。最后,在考虑异性结构面剪切破坏机制的基础上,引入强度因子的概念,提出了新的适用于异性结构面强度评价的两类改进巴顿准则。研究结果表明：异性岩体结构面抗剪强度介于相同粗糙度的两种同性结构面强度之间,在较低正应力下接近软岩同性结构面强度,符合Ⅰ型改进巴顿准则;在较高正应力下偏向硬岩同性结构面强度,符合Ⅱ型改进巴顿准则。实际工程中可利用改进准则并根据异性结构面应力状态对岩体稳定性进行评价,弥补了以往研究的不足。     

Use of backpropagation neural network for landslide monitoring: a case study in the higher Himalaya

Static and dynamic rock slope stability analyses were performed using a numerical discontinuum modelling technique for a 700-m high rock slope in western Norway. The rock slope has been investigated by the Geological Survey of Norway (NGU), which has been carrying out rock slide studies for the county Møre and Romsdal in western Norway. The purpose of numerical modelling was to estimate the volume of the rock mass that could potentially slide under static and dynamic forces. This estimation was required to assess the run-up heights (tsunami) in a fjord that could potentially be caused by the rockslide. Three cases have been simulated for predicting the behaviour of the rock slope. First, an initial static loading is applied in the numerical model to simulate the prevailing rock mass conditions at the site. Second, saturated and weathered joint conditions are modelled by reducing the residual friction angle along the discontinuities of the rock mass. In doing so, the model simulates the effect of degradation of discontinuities in the rock slope. Third, a dynamic loading, based on peak ground accelerations expected in the area, is applied to simulate dynamic earthquake conditions.

These numerical studies have provided some useful insights into the deformation mechanisms in the rock slope. Both sliding and rotation of blocks start to occur once the residual friction angle along the discontinuities is reduced and when the region is shaken by a strong earthquake. The results indicate that, due to variations in the inclination of discontinuities, the entire slope does not become unstable and that down-slope sliding and rotation of blocks occur mainly on the top layers of the slope. Within the range of parameter values considered for this study, it is unlikely that the whole rock slope can be destabilised. The study provides an illustration of how the geo-mechanical properties of a rock mass can be integrated in a discontinuum rock slope model, which is used for predicting the behaviour of the slope under existing environmental and earthquake conditions. This model has helped not only to better understand the dynamics of the rockslide but also to estimate the potential rock volume that can become unstable when subjected to static and dynamic loads.