泸州市栖云路缓倾岩质边坡变形成因分析及勘察方法改进建议

边坡工程是公路工程的重要组成部分,公路边坡失稳大多发生在土质边坡中,岩质边坡失稳较少见且集中在陡倾或软弱破碎岩体中,缓倾岩质边坡失稳更少见。本文以一典型案例分析缓倾岩质边坡的失稳原因。栖云路是通往泸州高铁站的交通要道,路堑边坡岩层外倾角度为7°～9°,似乎不可能失稳,但开挖揭示该边坡存在软弱夹层,该软弱夹层遇水易崩解,抗剪强度低,在降雨作用下K0+460～K0+590和K0+310～K0+520先后失稳。通过数值模拟对比有无软弱夹层的边坡稳定性,发现有软弱夹层的稳定性系数K_f=0.977,比无软弱夹层的小0.691,证明软弱夹层是该边坡失稳的主要因素。由于一般钻探技术无法揭示软弱夹层间接导致边坡失稳,为解决该问题,本文建议采用几何法对软弱夹层位置进行推测,在该边坡中的应用,证明几何法在单斜产出地层中是准确的,同时建议在几何法不可行时采用钻孔摄像技术,将地质信息以视频或图片形式呈现。从而复核未开挖边坡的稳定性,为后续工作打下基础。     

含软弱夹层岩质边坡稳定性研究现状及发展趋势

含软弱夹层岩质边坡在自然环境和工程实践中都比较常见，稳定性差，边坡失稳产生了大量的滑坡灾害，造成大量人员伤亡和经济损失。因此，含软弱夹层岩质边坡稳定性研究一直是工程地质和岩土工程领域的研究重点之一。在收集整理国内外相关资料的基础上，从自重工况、开挖工况、暴雨和蓄水工况、地震工况方面总结了目前含软弱夹层岩质边坡稳定性的研究现状及进展，取得如下主要认识:(1)软弱夹层对岩质边坡稳定性有显著不利影响，含软弱夹层岩质边坡的稳定性比均质岩质边坡、不含软弱夹层的层状岩质边坡都差；(2)含软弱夹层岩质边坡的稳定性系数、变形特征和破坏模式与软弱夹层的含水状态、抗剪强度、倾角、厚度、间距、层数和边坡坡度有关；(3)开挖容易诱发坡体沿软弱夹层滑坡，含软弱夹层岩质边坡开挖后需要及时支护；(4)爆破层裂效应改变了软弱夹层与围岩的接触状态，减小了它们之间的凝聚力和摩擦力，导致边坡稳定性降低；(5)暴雨和蓄水都不利于含软弱夹层岩质边坡稳定；(6)岩质边坡地震动力响应和变形破坏特征受软弱夹层参数(厚度、倾角、含水状态)、地震波特性(地震波的类型、幅值、频率、激振方向)和边坡结构(顺层或反倾)共同影响；(7)在软弱夹层对水平向动力响应的放大或减弱作用及厚层软弱夹层的消能减震作用方面仍然存在不同观点。在此基础上，分析了研究方法的优缺点，指出当前含软弱夹层岩质边坡稳定性研究存在的问题。最后，针对该领域的研究现状，提出了未来的研究重点和方向，主要包括:含多层软弱夹层岩质边坡的渐进性变形破坏过程和稳定性；全面深入研究单因素作用(开挖卸荷、爆破、地震、暴雨、库水位变化、地下水等)对含软弱夹层岩质边坡稳定性的影响机制；多因素耦合作用下含软弱夹层岩质边坡稳定性；支挡结构体系对含多层软弱夹层高陡岩质边坡的加固机制。     

基于物理模型试验的含多层软弱夹层顺层开挖高边坡变形破坏特征分析

含有多层软弱夹层的开挖边坡具有坡体结构复杂、稳定性评价及治理难度大的特点。以黔西地区现场开挖高边坡为研究对象,建立室内物理试验模型,通过不同的工况开挖,呈现变形破坏演化过程,分析变形破坏模型及形成机理,确定失稳破坏范围。结果显示:开挖边坡裂隙产生由表及里,由上及下,由最初的陡倾短小裂隙扩展延伸,最终贯通,形成近似平行岩层的长大裂缝;缓坡度开挖变形破坏为浅表层,整体稳定性较好,失稳范围及规模较小;陡坡度开挖变形破坏规模大,稳定性较差,以滑移-拉裂深层失稳为主;浅层滑坡滑面以层间泥化夹层剪切为主,基本呈直线状;深层滑坡滑面以层间泥化夹层剪切以及陡倾裂隙组合形成阶梯状。该研究成果对于黔西地区的顺层开挖高边坡设计、稳定性评价、治理措施选择等具有重要的指导意义。     

基于强度折减的土质边坡破坏及稳定分析

边坡的破坏过程是由土体局部破坏向整体失稳发展的过程,其塑性区的开展及其水平位移增量的变化较完美地展现了这个过程。根据边坡的实际破坏和有限元数值模拟情况,提出了以特征点位移增量的突变及塑性区贯通作为边坡的失稳判断准则;并以此为判据,采用基于强度折减的大变形有限元方法分析了土质边坡的破坏及稳定性。研究表明,采用强度折减有限元法可有效分析边坡的破坏及其稳定性;此外还分析了带有软弱夹层黏土边坡的破坏性状及其稳定性,并比较了大、小变形有限元的计算结果,结果表明,带有软弱夹层黏土边坡的破坏性状随软弱夹层土体性质的变化而变化,由大小变形有限元分析得到的边坡稳定安全系数较为一致,但边坡的破坏机制随软弱夹层土体性质变化的转变点不同。     

层间软弱夹层发育的切向边坡失稳模式及稳定性研究

通过系统分析边坡工程地质条件及岩体结构,采用定性分析结合有限元模拟研究了边坡变形破坏模式,并采用块体理论及极限平衡法系统分析边坡局部及整体稳定性。结果表明,切向边坡的变形破坏模式可以分为两类:深层变形破坏为受层间软弱夹层空间展布特征控制的块体失稳,浅表层破坏为局部块体失稳及强风化强卸荷带岩体沿最大剪应力带的滑移-拉裂变形。稳定性分析结果认为边坡浅表层岩体稳定性差,但发生深层破坏的可能性较小。     

缓倾切向岩质边坡顺层滑动典型工程案例研究

本文以层间发育有软弱夹层的缓倾角切向岩质边坡为研究对象,通过对边坡失稳变形特征的研究,分析边坡变形的影响因子,认为坡体后缘贯通的张拉破裂面与软弱夹层将坡体切割成规模不等的块体,边坡大范围开挖而又不作支护处理致使块体在顺层方向存在陡峻临空面,外倾的软弱夹层在雨水反复浸蚀作用下力学强度不断降低并演化为滑面,随着时间效应的累积以及机械施工振动、静水压力等不利因素的复合作用影响,当块体下滑力大于抗滑力时,边坡将会发生顺向滑移—拉裂破坏。同时采用层次分析法对影响因子进行分析,得出前缘开挖卸荷、降雨及软弱夹层是导致边坡失稳变形主控因子的结论。     

抚顺西露天矿弱层强度衰减特性及边坡滑移大变形规律CSCD

软弱夹层的强度衰减特性是顺层岩质边坡失稳的关键因素之一。选取抚顺西露天矿南帮边坡为研究对象,通过UDEC数值模拟方法,结合离散元理论,建立南帮顺层边坡二维离散元模型,开展南帮边坡弱层强度衰减特性及滑坡大变形规律研究。通过不同围压下的三轴试验,拟合得到弱层残余强度随时间衰减曲线,并通过FISH语言实现数值计算过程中弱层强度随拟合方程进行衰减。数值模拟结果表明:坡脚处最先产生变形,随着开挖的不断进行,弱层强度逐渐衰减,坡顶后缘被拉裂,原有应力平衡被破坏,滑坡体沿弱层产生滑动。通过建立回填数值模型进行边坡稳定性得知,采取压脚回填100 m以后,边坡稳定系数得到了明显的提高,边坡处于基本稳定状态。     

高陡岩质边坡稳定性三维离散元分析

某高陡岩质边坡地质条件复杂、软弱结构面发育、开挖高度大、坡度陡、临空面多,为边坡变形提供了有利的空间,边坡多处出现失稳破坏迹象。通过对边坡工程地质条件调查,岩体结构特征和边坡开挖等影响因素的分析,认为边坡变形主要发生在强风化强卸荷岩体内,受软弱结构面的控制比较明显,表现为结构面组合控制的块体变形失稳破坏模式。采用3DEC数值模拟软件,模拟了边坡开挖后坡体变形特征,数值模拟结果表明,边坡浅表层块体以及控制性块体稳定性差,可能导致边坡产生整体失稳。     

软弱夹层特性对露天矿边坡稳定性影响的应用研究

软弱夹层是岩体结构中存在的常见构造之一,明确其各类物理特性对边坡的作用机理,是确保边坡稳定性的首要任务。结合某石英石矿露天边坡实际工程,确定了软弱夹层倾角θ、黏聚力C、内摩擦角φ、厚度D四个物理参数,利用FLAC3D数值分析软件进行数值模拟,系统分析了各物理参数变化对边坡稳定性的影响规律,为防止露天矿边坡失稳、设计治理方案提供可靠的理论依据。     

含软弱夹层边坡的三维稳定性极限分析

边坡的三维稳定性分析比其二维平面应变模型在理论上更能反映边坡的实际情况。为研究软弱夹层对边坡稳定性的影响,引入三维圆锥体平动破坏机构和牛角状螺旋圆锥体转动破坏机构,建立三维转动-平动组合破坏机构,并通过平面插入的方法实现破坏机构沿边坡的纵向拓展以便用于任意长度的边坡稳定性分析。结合算例分析,通过与弹塑性有限元数值模拟结果进行对比,验证了本文方法的有效性。分析表明,组合破坏机构能够很好的用于含软弱夹层边坡的稳定性分析并为实际工程提供一个简单有效的设计方法。     

软弱结构面对花岗岩残积土边坡稳定性影响

花岗岩残积土边坡存在较为发育的微裂隙结构面和一些软弱岩脉风化而成的软弱夹层,由于风化作用、降雨和地下水渗入等外界环境影响,裂隙中的填充物泥化和膨胀,结构面的抗剪强度迅速下降,造成边坡失稳破坏。通过对边坡破坏形式和机理的研究,得到了微裂隙引起边坡破坏的两个内外因素,外因是开挖导致裂隙处应力集中形成塑性破坏区;内因是裂隙处土体具有峰值—残余强度差异。以某含软弱夹层花岗岩残积土边坡为例,建立有限元数值模型对该边坡的变形特征进行研究,发现软弱夹层的存在不仅造成了边坡总体变形的增大,还决定了边坡失稳破坏时滑动面的位置。     

K28边坡变形破坏机制的离散元模拟

在工程地质勘察的基础上,对K28边坡在天然和饱水状态下的变形进行离散单元法数值模拟,分析了此类缓倾角顺层边坡滑移压致拉裂的变形破坏机制,以及地下水促进边坡变形破坏的作用机理,为边坡的工程治理设计提供合理的建议。     

地下洞室顶部软弱夹层和层状岩体的稳定性分析及参数反演

针对地下工程顶部层状砂岩中存在顺层发育软弱夹层的情况,分别对开挖后可能出现的层间滑动破坏范围、岩板的沉降、折断和临界长度进行计算,并分析其稳定性,提出了根据砂岩沉降位移评价岩体强度参数的思路和方法。     

顺层岩质边坡稳定性分析与支挡防护设计

作者:李安洪,出版日期:2012-02-08,ISBN:978-7-114-08868-1,版印次:1版2次,开本:16K,定价:45元。本书紧密结合顺层岩质边坡工程地质特征,全面论述了该类边坡工程稳定性分析和支挡防护设计中工程技术人员广泛关注的问题,即如何确定坡体破坏模式、坡体开挖失稳范围、潜在滑移面的确定方法、结构面力学性质及抗剪强度参数的确定     

长大顺层边坡渐进滑移失稳演化机理研究

目前对长大顺层边坡在开挖过程中的变形与渐进破坏过程研究较少。因此,深入进行长大顺层边坡变形破坏机理的研究,能为边坡稳定性分析和治理提供重要依据。首先对长大顺层边坡进行定义,随后通过对长大顺层边坡进行数值分析,得到了长大顺层边坡滑面应力的基本特征,在此基础上分析得到了长大顺层边坡的渐进失稳演化机理。鉴于模型实验研究方法具有直观性的优点,研究中引入模型实验,并通过试验现象和675组试验数据分析,发现这类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。模型试验和数值分析均表明长大顺层边坡的破坏模式为渐进多次滑移拉裂失稳模式。     

志城顺层岩质边坡滑移破坏模型及变形范围探究

志城滑坡是西南山区典型的由于人工切坡形成的顺层高边坡,大部分边坡浅部已出现顺层滑坡现象,且前缘边坡开挖仍未达到设计标高,存在诱发潜在深层较大规模滑坡的可能。本文以该边坡为研究对象,对志城滑坡及潜在边坡的工程地质条件进行深入分析,探究其破坏成因机制,建立变形破坏机制的概念模型,认为该边坡可归结典型的滑移-拉裂变形破坏模式;在此基础上采用理论模拟计算边坡的顺层滑移范围与实际已发生的变形范围进行比较分析,评价结果认为该边坡失稳破坏范围并非通常认识的"一滑到顶"概念,并预测分析了潜在边坡的破坏失稳范围,进而提出合理工程治理范围。     

志城顺层岩质边坡滑移破坏模型及变形范围探究

志城滑坡是西南山区典型的由于人工切坡形成的顺层高边坡,大部分边坡浅部已出现顺层滑坡现象,且前缘边坡开挖仍未达到设计标高,存在诱发潜在深层较大规模滑坡的可能。本文以该边坡为研究对象,对志城滑坡及潜在边坡的工程地质条件进行深入分析,探究其破坏成因机制,建立变形破坏机制的概念模型,认为该边坡可归结典型的滑移-拉裂变形破坏模式;在此基础上采用理论模拟计算边坡的顺层滑移范围与实际已发生的变形范围进行比较分析,评价结果认为该边坡失稳破坏范围并非通常认识的"一滑到顶"概念,并预测分析了潜在边坡的破坏失稳范围,进而提出合理工程治理范围。     

缓倾角顺层滑坡失稳机制及加固措施研究

本文通过某缓倾角顺层岩质滑坡实例,分析了该滑坡的变形破坏特征,并通过建立FLAC3D数值模型研究滑坡产生的原因、失稳机制和松弛区影响范围,结果表明:1.滑坡破坏模式属于张拉-剪切复合破坏,基于张拉-剪切复合破坏准则对岩质边坡进行稳定性分析更符合实际。2.FLAC3D数值计算能确定边坡开挖产生的松弛区影响范围,结合极限平衡法可用于分析该类型边坡的稳定性。3.此类工程采用预应力锚索对滑坡进行加固处理能够较好地控制滑坡位移,施工阶段对滑坡的扰动也较小,安全性较高,同时能够降低工程造价,较经济。     

多层软弱夹层边坡岩体破坏机制与稳定性研究

以大量的实际工程为基础,基于Sarma极限平衡法和有限元强度折减法探讨层状岩质边坡在不同岩层倾角θ、边坡坡角β、结构面间距h条件下的安全系数与破坏面位置的变化规律,揭示复杂多层软弱夹层边坡岩体的破坏机制及稳定性特征。结果表明：不同θ条件下边坡岩体失稳机制和破坏面位置不同,随着θ的增大,破坏机制表现为滑移破坏→滑劈破坏→崩塌破坏→倾倒破坏→滑移破坏;当β、h一定时,直立层状边坡的稳定性略大于水平层状边坡,反倾向边坡的稳定性明显大于顺层边坡;β直接影响边坡岩体破坏特征,当β由30°增大至60°时,顺层边坡的安全系数约降低53%;反倾向层状边坡的安全系数约降低40%;h对边坡岩体破坏机制的影响较小,但对稳定性的影响较大,建议工程实践中加强密集结构面岩质边坡的监测和加固工作。     

基于颗粒元模拟的含软弱夹层类土质边坡变形破坏过程分析

采用基于离散单元法的颗粒元程序,引用平行连接模型,通过数值试验,确定土体细观参数与宏观力学性质的关系,并据此建立含软弱夹层的类土质边坡模型。通过路堑开挖卸荷过程模拟,再现了大变形条件下坡体渐进性破坏的完整过程,并对裂隙的发展演化过程进行实时监测。模拟结果显示,含软弱夹层类土质边坡的破坏过程历经裂隙的形成、扩大、发展直至贯通,最终发生大规模滑移破坏;裂隙从滑坡体前缘和软弱层面开始,范围逐步扩大,呈现典型的类土质边坡的渐进性破坏形式;滑坡发生后,土体结构破坏严重,承载能力大幅下降。边坡滑移过程模拟和最终滑移结果与现场滑坡状况完全吻合,表明该方法适用于类土质边坡变形破坏过程分析及其机理研究。