汶马高速公路千枚岩堆积体岩块定向性试验研究

汶川－马尔康高速公路（简称汶马高速）沿线发育大量的千枚岩堆积体,施工开挖形成的千枚岩堆积体边坡的稳定性显著影响着该公路施工及运营安全。以往对千枚岩堆积体的研究多将其视为均质碎块石土边坡,较少关注其特有的结构特征——千枚岩岩块的定向性,导致工程实践中边坡的失稳破坏。千枚岩为片理构造的变质岩,岩块具有显著的扁平化特征,沿坡运动后以一定的方向性停积。野外调研表明,堆积体中扁平状岩块的倾向与边坡坡面倾向相近,将此称之为岩块定向性,并认为该定向性是影响堆积体边坡稳定性的重要因素。以汶马高速千枚岩堆积体为研究对象,设计物理模型试验研究千枚岩堆积体岩块定向性特征及其影响因素。在此基础上开展考虑岩块定向特征的堆积体大型直接剪切试验,探索岩块定向性对千枚岩堆积体边坡稳定性的影响。结果表明,坡度及堆积体中细颗粒含量对岩块定向性有显著影响,坡度为20°～30°时,定向性最明显,且随细颗粒的含量增大而增大;边坡稳定性分析时的潜在滑面抗剪强度由于岩块定向性而显著降低。     

砂黄土高边坡稳定性的数值模拟研究

基于野外调查和室内试验分析,阐述了黄土高原北部砂黄土边坡破坏的主要形式及其影响因素。结合陕北高等级公路建设,采用弹塑性有限元法模拟了不同工程开挖条件下坡形、降雨和地震作用等因素对砂黄土高边坡稳定性的影响。结果表明,随着坡角或坡高的增大,边坡稳定性不断变差,阶状坡形比一坡到顶的坡形更利于边坡稳定和防护;降雨作用对边坡稳定影响极大,在坡脚积水的情况下,坡脚处塑性应变值比常态增加近20倍;地震作用促使坡脚应力和应变值升高,并且随着地震动峰值加速度的增大而变化显著。模拟分析结果为砂黄土高边坡优化设计和灾害治理提供了科学依据。      

利用BSTEM模型分析库岸边坡形态对其稳定性的影响

库岸稳定性取决于最大崩塌临界机制的驱动力和抵抗力的平衡,二者的平衡又取决于库岸边坡形态、岩土组成、水流浪涌特征、植被覆盖等.边坡形态是库岸稳定性的基本条件,主要指标有坡度、岸高及坡面形态.以三峡库区忠县石宝镇段为例,利用BSTEM模拟分析库岸边坡形态对其稳定性的影响,从而得到如下结论,研究库岸坡形形态对其稳定性的影响,...     

融雪入渗条件下边坡渗流计算及稳定性分析

本文利用饱和非饱和渗流有限元方法,参考积雪厚度、温度变化与融雪入渗关系统计资料,对积雪深度、气温变化以及坡度等不同条件进行了边坡融雪入渗渗流计算及稳定性分析。本文条件下计算结果表明:同一坡度下融雪入渗系数和坡面一定范围内的含水量及压力水头随积雪深度增加而增加,积雪深度达1.0m时,融雪入渗垂直影响范围为30.0m,边坡暂态饱和水位升高13m;相同积雪深度条件下,坡度越大,融雪入渗系数越小,坡内压力水头及含水量变化越小,30°边坡融雪入渗垂直影响范围最大为30.0m;同一积雪深度和坡度下,融雪入渗系数及坡面附近压力水头均与气温变化幅度呈正相关关系。根据极限平衡计算,边坡的稳定系数随着融雪过程的持续而降低,积雪深度、边坡坡度或温度变化越大,安全系数降低幅度越大;其中,坡度因子对边坡安全系数的影响最为显著,60°边坡受融雪影响安全系数降幅达9.7%。     

基于有限元强度折减法的单双面边坡稳定性分析

利用强度折减法和有限元分析软件ABAQUS，研究了单面和双面土体边坡的稳定性。首先，利用典型算例验证了所采用方法的可行性，然后通过模型数值模拟，分析了不同的坡体参数，如坡角、坡高、黏聚力和内摩擦角等情况下单面和双面边坡的稳定性。探讨了各参数对单面和双面边坡稳定安全系数的影响特征和规律，同时也展现了土体塑性应变区发生和扩展过程。结果表明:(1)坡角、坡高、黏聚力和内摩擦角等参数的单独变化对边坡安全性系数的影响规律基本一致、近似线性变化，对单面和双面边坡稳定性的影响规律相同；(2)双面边坡稳定性比单面边坡的有所降低，但边坡几何和物理参数取一定范围内的值时，两种趋于一致；(3)坡面顶部的位移拐点和坡体塑性应变区贯通之间并不是同时出现，土体边坡稳定性评价的不同判别准则之间存在差异。建议实际工程中边坡稳定性评价考虑采用双面边坡甚至更复杂边坡分析模型，同时需综合利用边坡稳定临界状态的不同判别准则。     

禹(门口)阎(良)黄土路基填料强度规律

黄土路基填料的强度特性直接关系到路基的稳定和边坡坡度的选取,是黄土地基工程、边坡工程和洞室工程设计计算的重要参数。采用三轴试验、振动压实试验和CBR试验和回弹模量试验分析了压实黄土的抗剪强度特性、CBR值和回弹模量的变化规律。研究表明,压实黄土粘聚力C与含水率w的关系可以用幂函数的形式表示,即C=kw-b,粘聚力C值比内摩擦角φ值变化范围大得多;压实黄土CBR值难以满足规范对于路基填料最小CBR的要求,建议改进水浸泡时间来测定黄土室内CBR值。推荐参数条件下振动压实黄土最佳含水率、最大干密度都比室内击实的要小,而回弹模量比室内击实的要大。     

青龙水电站厂房后坡勘察整治

厂房后边坡山体地形呈凸出山脊,三面临空,为基岩陡崖,坡度65～80°,临江坡高195～300m,地形坡度下陡上缓,强卸荷带水平深深度一般30m,弱卸荷深度约80m坡面多随机分布危岩体,且该区地震烈度为Ⅷ度,在地震及暴雨工况下,可导致边坡崩塌滚石,影响下部厂房正常运行,故需采取边坡防护和加固处理措施.     

基于灰色关联分析法的边坡敏感性分析

综合考虑边坡坡高、角度、岩土体黏聚力、摩擦角和容重等因素对边坡稳定性的影响,通过有限单元应力法建立数值模型,进行应力分析,最后计算得到边坡安全系数,这一方法将数值分析和极限平衡方法有机地融合在一起,达到优势互补的效果;然后基于灰色关联分析法对有限单元应力法得到的数据建立数学模型,对各影响因素与安全系数进行关联分析,最后得到各影响因素对边坡稳定性影响的敏感性。结果表明:影响边坡稳定性的因素敏感性依次为黏聚力、容重、摩擦角、边坡角度和坡高。利用敏感性分析结果,可对边坡加固位置提出设计改进,将有限的加固措施加于敏感性较高的位置,能够更有效地提高边坡的稳定性。     

山西乡宁—吉县地区黄土高边坡可靠度研究

在山西乡宁—吉县地区实测了7个具有代表性的自然极限状态黄土高边坡断面,建立边坡地层结构模型;选取研究区合理的黄土物理力学参数,并分地层年代对10个典型工点的黄土强度参数内聚力和内摩擦角的变异性进行分析;选取6组典型的强度参数变异系数组合,基于Monte-Carlo法进行可靠度模拟,评价该区边坡稳定性;采用自然类比法进行边坡设计。结果表明：边坡失效概率随坡高的变化趋势一致,均是中等坡高（49.8m）的边坡失效概率较大,低坡和高坡的失效概率较低;当变异系数较小时,边坡失效概率对坡高和坡度的变化敏感,而当变异系数较大时,边坡失效概率对坡高和坡度的变化不敏感;当坡型一定、强度参数变异系数较小时,边坡的稳定系数基本不变,而当参数变异系数超过某一界限时,稳定系数随变异系数的增大而增大,二者存在非线性相关关系;研究区黄土边坡处于基本稳定状态,但其失效概率最大达69.3%,平均21.1%,介于20%～30%的比例为33.3%,大于30%的比例为14.3%,可靠度指标介于-0.5～8.5,其中小于2.7的比例为88.1%;对于坡高约为50m的黄土高边坡,若取30%作为可接受失效概率,边坡坡度需降至45°以下,如果期望可接受失效概率在10%以内,则坡度不宜超过34°。     

边坡失稳过程模型试验研究

采用一个1 m×2 m×4 m（高×宽×长）的模型槽,对素土和加筋土边坡的失稳破坏过程进行了详细的试验研究。试验设计了30°、45°和60°共3种坡度,坡面考虑了平面和凸面两种形式。通过倾斜模型槽,触发模型边坡失稳破坏,利用数码摄像机采集边坡破坏的发生、发展过程和最终形态,并对裂缝的开展、滑坡体形态以及模型槽倾斜角度进行了归纳总结。结果表明：边坡破坏呈现三维形态,坡度和坡面形状对滑体形态影响较大;同一坡度下,凸坡较平坡容易失稳,二者裂缝位置基本一致;加筋后,提高了边坡稳定性,破坏形态也发生改变。研究成果有助于更深入了解边坡失稳破坏过程及破坏形态,为边坡治理提供科学依据。     

Determination of joint roughness coefficient (JRC) for slope stability analysis: a case study from the Gold Coast area, Australia

Surface roughness of rock discontinuities is an important factor that determines the strength characteristics of rock mass. Joint roughness coefficient (JRC), which is typically measured by means of Barton’s combs in the field, is widely used to describe the joint roughness. However, this traditional method of measurement can be rather subjective, labor-intensive and time consuming. In contrast, photogrammetry can provide an alternative method to obtain relatively simple and fast measurements of JRC based on high resolution 3D models. However, the reliability of such measurements still remains an issue as the results from photogrammetry can be affected by the quality of images. This study seeks to clarify whether photogrammetry can produce accurate measurements of JRC that can be used to assess the stability of slopes. A rock slope with a recent wedge failure in the Gold Coast area, Australia was selected for this purpose, and three different methods such as manual measurements, photogrammetry, and tilt tests were employed to determine the JRC. The obtained results showed some discrepancy in the values of JRC obtained from these three different measurements. In particular, the JRC obtained using the Barton’s comb had slightly higher values compared to those determined through the photogrammetry method while the tilt test results tended to yield overestimated values of JRC. Computer analysis using Universal Distinct Element Code was also performed to study the effect of JRC variation on the slope stability. It was found that an increase in the JRC led to an increase in the safety factor of the slope.     

JRC-JCS模型抗剪强度估算的平均斜率法

结构面对工程岩体的稳定性有着决定性的影响,结构面的抗剪强度参数是分析岩体稳定的关键的参数。本文回顾了结构面抗剪强度估算的JRC-JCS模型及其估算方法,提出了可快速估算结构面抗剪强度参数的平均斜率法,并通过对比分析阐明平均斜率法的优越性。     

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 较小时,边坡的安全系数随层理倾角 的增大呈现先减小后增大再减小的趋势; 20°～30°时,安全系数得到最小值, 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 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 的大小将顺层边坡分为两类：当 45°时,为严格顺层边坡;当45° 90°时,为斜向层状边坡。（2）对于逆层边坡,当 45°时,曲线呈现先增大再减小然后又增大的趋势,各曲线随 的变化程度基本相同;但减小过程中,随着 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 45°时,曲线随 的增大呈现非线性单调递增的趋势。（3）安全系数与 之间的关系表明,对于顺层坡,随着 的增大,边坡安全系数逐渐增大;对于逆层坡,当 较小时( 150°),边坡安全系数随 的增大而逐渐减小;随着 的增大( 120°),边坡安全系数与 呈现递增关系。     

Probabilistic Stability Evaluation of Oppstadhornet Rock Slope,Norway

Probabilistic analyses provide rational means to treat the uncertainties associated with underlying parameters in a systematic manner. The stability of a 734-m-high jointed rock slope in the west of Norway, the Oppstadhornet rock slope, is investigated by using a probabilistic method. The first-order reliability method (FORM) is used for probabilistic modeling of the plane failure problem in the rock slope. The Barton–Bandis (BB) shear strength criterion is used for the limit state equation. The statistical distributions of the BB criterion parameters, for which comprehensive data were collected and statistically analyzed, are determined by using distribution fitting algorithms. The sensitivity of the FORM model for the BB criterion is also investigated. It is found that the model is most sensitive to the mean value of the residual friction angle (ϕ _r) and least sensitive to the mean value of the slope angle (β _f). It is also found that the standard deviation of joint compressive strength (JCS) causes the greatest difference in the reliability index, which has the least sensitivity to the change in the mean and standard deviation of joint roughness coefficient (JRC).     

线-面结合的结构面粗糙系数经验计算方法

岩体结构面的剪切力学特性主要取决于其表面粗糙特征,结构面粗糙系数是表征该粗糙特征的主要方法。目前对结构面粗糙系数的研究局限于单一维度,多角度且定量化计算结构面粗糙系数能避免单一维度分析导致计算精度不准的局限性。采用立方体花岗岩,通过巴西劈裂的方式制备含结构面的试样;利用高精度三维扫描仪对试样结构面进行扫描,得到结构面的点云数据,同时借助逆向软件对点云数据进行三维重构。研究了点云数据Z方向上的分布频率,剖面线剖面比与节理粗糙系数（JRC）值的关系,结构面面积比与JRC均值的关系。研究表明：点云数据Z方向上的分布频率可以作为初步评估结构面粗糙度的手段;剖面线剖面比与JRC数值、结构面面积比与JRC均值有二次函数的关系。通过数值分析建立了结构面JRC均值与剖面比、面积比的二元函数关系,并得到结构面JRC均值的经验计算公式。本次研究为结构面粗糙度提供了一种“点-线-面”逐渐深入的多角度评估思路,得到的经验公式为计算结构面JRC均值提供了一种新的计算方法。     

基于孔内影像的岩石节理粗糙度特征研究

目前对岩石结构表面粗糙度的研究往往只局限于地表,难以反映深部岩石节理粗糙度的特征。钻孔孔壁上节理轮廓线包含有三维信息的特点,本文开展了基于数字钻孔摄像技术的岩石节理粗糙度分形特征的研究,利用数字钻孔摄像系统获取地下深度岩石节理全景图,采用边缘检测技术从全景图中提取出节理轮廓线,对其进行空间变换和视距离变换得到地下岩石节理粗糙表面轮廓线的真实状况。与Barton提出的10条标准剖面曲线进行对比得到每条轮廓线的JRC值,并计算其分形维数,根据最小二乘法原理拟合出JRC与分形维数之间的关系为:(D)=JRC=-541.9x2+1362x-818.53。本文研究内容为描述地下深部天然节理的结构及其特征提供了基础,对更深入地研究地下深部岩石节理的表面空间状况有重要的意义。     

结构面粗糙度系数与采样精度的关系研究

结构面粗糙度系数（JRC）的获取过程中存在采样精度问题,为了获取合理的JRC值,本文开展了JRC剖面线采样点精度研究。选取3种岩石,每种取10个具有一定粗糙程度的结构面为研究对象,运用三维激光扫描技术获取结构面几何形貌特征并进行数字化处理。在此基础上,提取结构面选定剖面线的起伏信息,利用分形理论计算不同采样点间隔条件下剖面线的JRC值,分析JRC取值中存在的采样点间隔效应,并研究其影响因素。结果发现:JRC值受剖面线采样点间隔影响,当采样点间隔小于临界间隔值时,JRC值基本保持不变;当间隔大于临界间隔值时JRC值出现波动。采样点临界间隔值与结构面粗糙程度相关,与JRC值呈负指数函数关系,并且其关系受岩石类型影响,岩石颗粒越小两者拟合度越高。综合3种岩石得到JRC值与采样点临界间隔值关系服从y=1.8314e-0.067x的函数分布,可以此为依据进行采样点临界间隔定量取值,来消除间隔效应对JRC值的影响。该项研究成果可为结构面粗糙信息采集提供科学的方法,通过选取合理的采样点数量,保证结构面信息采集工作效率和JRC值计算精度。     

基于岩体质量等级评价的边坡稳定性分析——以辽宁宽甸地区下河口—拉古哨路段为例

在对岩体质量定性分析及相关指标定量分析的基础上, 将岩体质量分为不同级别. 根据岩体的不同质量等级, 通过岩石力学性质分析了下河口-拉古哨路段边坡的稳定性. 结果表明: 侵入岩组(石英二长岩、石英正长岩)和变质岩组(混合岩)岩体节理对边坡失稳破坏的影响较小; 变质岩组(片麻岩)岩体的风化程度和完整程度降低了边坡的稳定程度. 风化程度、完整程度、结构特征、结构面产状及延伸性是影响边坡稳定性的主要原因, 边坡破坏方式和程度可能出现多种模式.     

Long-Wavelength Elastic Wave Propagation Across Naturally Fractured Rock Masses

Geophysical site investigation techniques based on elastic waves have been widely used to characterize rock masses. However, characterizing jointed rock masses by using such techniques remains challenging because of a lack of knowledge about elastic wave propagation in multi-jointed rock masses. In this paper, the roughness of naturally fractured rock joint surfaces is estimated by using a three-dimensional (3D) image-processing technique. The classification of the joint roughness coefficient (JRC) is enhanced by introducing the scan line technique. The peak-to-valley height is selected as a key indicator for JRC classification. Long-wavelength P-wave and torsional S-wave propagation across rock masses containing naturally fractured joints are simulated through the quasi-static resonant column (QSRC) test. In general, as the JRC increases, the S-wave velocity increases within the range of stress levels considered in this paper, whereas the P-wave velocity and the damping ratio of the shear wave decrease. In particular, the two-dimensional joint specimen underestimates the S-wave velocity while overestimating the P-wave velocity. This suggests that 3D joint surfaces should be implicated to obtain the reliable elastic wave velocity in jointed rock masses. The contact characteristic and degree of roughness and waviness of the joint surface are identified as a factor influencing P-wave and S-wave propagation in multi-jointed rock masses. The results indicate a need for a better understanding of the sensitivity of contact area alterations to the elastic wave velocity induced by changes in normal stress. This paper’s framework can be a reference for future research on elastic wave propagation in naturally multi-jointed rock masses.     

不同节理粗糙度类岩石材料三轴压缩力学特性试验研究

粗糙度是影响节理岩体强度与变形特性的重要因素之一。首先使用3D 打印机制作模具,并浇筑形成不同粗糙度（节理粗糙度系数JRC=2、7、12、17、22）的节理岩石试样。采用GCTS高温高压动静岩石三轴试验系统,对含有不同粗糙度节理岩石试样进行了三轴压缩试验,获得了不同粗糙度节理岩石试样的三轴应力–应变曲线,分析了JRC对岩石三轴强度和变形特性的影响规律,在三轴加载过程中采用声发射测试系统,分析了不同粗糙度节理岩石试样的声发射特性。运用数字三维视频显微系统观察节理面形态,讨论了不同围压下节理岩石试样峰值强度与JRC之间的关系。研究结果表明,节理面的存在直接导致节理岩石试样强度的大幅度降低,JRC对岩石破坏裂纹的形态、数量和空间分布特征亦有很大的影响,随着JRC值的增大,岩石节理面的抗剪强度增大,岩石试样的三轴抗压强度也会增大,岩石试样由脆性破坏转变为延性破坏。