断裂构造对斜坡应力场影响的数值模拟及成灾机理研究

断裂构造及活动强度对斜坡体的应力场分布具有重要的影响。采用基于强度折减法的有限元法,分别以正断层和逆断层与斜坡体的组合关系为例,剖析了断裂构造对斜坡体应力场的影响及成灾机理,揭示了含有断层的斜坡体塑性区的贯通过程。研究表明,包含断层的斜坡体在应力分布特征及斜坡变形破坏机理方面与无断层的斜坡体有较大差别：含断层的斜坡体在坡面和断层面附近的最大主应力迹线与坡面或断层面相平行,在天然状态下,塑性区同时出现在坡脚和断层面后方,随着折减系数的增大,塑性区分别从坡脚和断层面后方向坡体深部和上部发展,直至断层面前后两个塑性区相贯通,坡体发生破坏,并且对坡体变形破坏的影响程度以逆断层最强,其次为正断层,断层不活动时较弱。     

基于振动台试验的黄土塬边斜坡变形失稳模式研究

以甘肃省平凉市的典型黄土塬斜坡为原型,开展含裂隙黄土塬边斜坡与不含裂隙黄土塬边斜坡的振动台对比模型试验,研究不同强度地震作用下两种黄土斜坡的变形失稳特征。结果表明:两种不同结构的斜坡在不同强度地震作用下的破坏特征显著不同,裂隙的存在降低了含裂隙斜坡的抗震稳定性。随着输入地震波幅值的增加,含裂隙斜坡的变形破坏过程为:坡顶裂隙处先后发生裂隙前缘崩塌、坡面溜土、临空面方向大位移、坡面中部和坡脚鼓胀、剪切滑移、发生多级滑动,同时坡体后缘产生新的拉张裂隙;无裂隙斜坡的破坏过程为:坡顶形成拉张裂缝、坡面溜土、坡脚鼓胀、发生单级滑动。两种结构边坡的变形破裂包括倾倒—拉裂与剪切—滑移两种模式,斜坡的变形演化是两种模式相互作用的结果。     

岩质斜坡动力响应特性的结构面效应研究

斜坡的坡体结构是控制斜坡变形破坏模式、影响斜坡动力特性的重要因素。为了进一步了解"坡体结构面如何影响边坡地震动力响应规律"这一问题,对均质斜坡(无结构面)和水平层状岩质斜坡(含水平结构面)两种类型的岩质斜坡进行了大型振动台试验研究,并着重对比分析了有无结构面对岩质斜坡峰值加速度动力响应规律的影响。研究结果表明:水平层状斜坡坡表和坡内加速度动力响应基本上都大于均质斜坡,即水平层状岩质斜坡存在层面放大作用,但水平结构面对斜坡加速度动力响应放大作用的程度与地震波类型、频率、振动强度和激振方向有关,总的来说,水平层面对Z向地震波的放大作用大于对X向地震波;在本试验研究中,频率仅影响层面放大系数量值的变化,而地震波类型及其振动强度和激振方向则对其分布形式和量值均有显著影响。     

地震波效应与山体斜坡震裂机理深入分析

"5·12"汶川大地震造成了大量山体斜坡震裂变形和破坏现象,为深入研究其力学机理,通过实例详细调查及地震中体波效应和面波效应的深入分析,认为地震中地震波的作用使山体斜坡表部岩土体尤其是坡肩部位受到量值和方向不断变化的拉张应力作用,该作用在垂直平面内表现为全方位动态变化特点,导致坡肩岩土体具有旋转倾倒和正、反拉作用;与此同时在坡体内部伴随出现潜在剪动作用力及岩土体的开裂和压碎现象,尤其在潜在滑动面上剪切作用力更为集中;此外坡体表面还受到鼓胀拉力和扭力的共同作用.据此可将地震波作用效应划分为4种重要表现形式,即拉一剪破裂效应、界面动应力效应、潜在的楔劈效应和超空(孔)隙水压力激发机制.分析结果与实例及振动模拟结果一致.研究成果可为灾后重建和防灾减灾提供参考.     

青海高原红层滑坡机理的地质综合分析

以西久公路(S101线)河北乡―红土山段改建工程中遇到的龙穆尔沟DH6#滑坡为例,从滑坡变形的强度场变化和应力场变化两条主线出发,综合研究了发育在青海高原红层地区的滑坡的变形及发展机制。研究表明特殊的岩土性质给高原红层滑坡的变形提供了物质基础;强烈的构造运动和特殊的高原气候是该滑坡变形的内部环境条件;河谷下切和强降雨作用是该滑坡变形的外部诱发因素。其中,特殊的岩土性质、河谷下切和强降雨作用对该类滑坡起着控制作用。将高原红层滑坡的发生发展机理归纳为:原始地貌→河谷下切→坡体卸荷松弛→岩土强度衰减→水的作用→岩土强度进一步衰减→坡体整体滑移。     

基于数值流形法的反倾层状岩质边坡倾倒破坏分析

边坡破坏是累积性过程，从变形到破坏的过程中会产生永久位移，如果永久位移过大，极有可能产生滑坡。因此根据不同工况下采集到的位移数据，分析地震作用下反倾层状岩质边坡在不同内摩擦角下的破坏特征。利用二维数值流形法（NMM），以青藏高原金沙江流域西藏昌都地区芒康县索多西乡贡扎倾倒滑坡为研究对象，依据实地考察数据及室内力学试验得到的物理力学参数，建立数值计算模型，模拟地震作用下反倾层状岩质边坡倾倒破坏过程，并在边坡上布置3组监测点获取位移数据。模拟结果表明:随着内摩擦角的增大，边坡坡体从开始破坏到新的平衡状态和达到最大位移所需的时间越短，同时，滑动块体最大水平位移逐渐减小；内摩擦角＜40°时，坡体在前15 s呈整体移动趋势，大部分岩块产生整体滑移，靠近坡顶处的岩块发生轻微转动，推动前面的岩块加速滑动，呈倾倒-滑移模式；内摩擦角＞40°时，靠近坡顶的岩块首先产生滑动，并转动驱使前面的岩块，推动坡脚处岩块产生滑动，最终上部岩块达到新的平衡，呈渐进式倾倒破坏，产生整体性破坏的可能性较小。     

金沙江上游贡扎村岩质滑坡发育特征及演化成因分析

以金沙江上游贡扎村滑坡为研究对象,对滑坡滑床及堆积体进行现场调查,研究结果表明:(1)该区滑坡主要受岩层层面和两组共轭节理控制,岩层倾向与坡向相反,属于反倾边坡;堆积体内块石体积较大、形状规整,大部分保留母岩产状,在物质组成和结构上与滑床基岩存在较高相似性,判断贡扎滑坡为整体倾倒滑坡。(2)滑坡规模巨大,堆积体体积约4.5×10~7 m~3,结合川藏地区金沙江流域地震活动特点,推测造成边坡大规模倾倒的主要原因是地震作用。(3)根据两级堆积体分布特点和滑坡后壁结构面发育特点,认为滑坡变形分为4个阶段:坡脚岩土体滑移、陡倾面拉裂、板梁弯曲折断和碎屑岩块堆积。地震是诱发滑坡的重要因素,坡内单一的岩性和岩层密集的节理是发生倾倒的内部原因,坡脚处岩土体滑移是倾倒发生的必要条件。     

采坑型滑坡地质力学模式研究--以贵州省福泉滑坡为例

福泉滑坡具有顺倾上硬下软的结构特征,采用颗粒流离散元模拟采动滑坡的变形破坏全过程,研究福泉滑坡在露天开采条件下变形破坏的地质力学模式。基于颗粒流离散元程序,引入平行粘结模型,通过参数标定确定细观参数与宏观力学性质的关系,据此建立斜坡模型,模拟斜坡采动过程中的变形破坏全过程,确定该类采动滑坡形成的地质力学模式;研究滑坡滑动过程中的速度和能量变化以及堆积特征。研究表明:斜坡采动过程中,潜在滑面顺层滑移,后缘拉裂,裂纹从下往上向软弱面拓展,前缘坡脚处岩体形成锁固段,斜坡出现由前缘至后缘缘递减的蠕滑变形,随着斜坡进一步采动,锁固段发生剪切破坏,前缘坡体启动,中后部裂缝贯通—滑移,斜坡整体失稳破坏,形成牵引式采动滑坡,该类滑坡形成的地质力学模式可分为:滑移—拉裂—剪断3个阶段;对滑坡运动过程的模拟可知,采坑积水是小坝组受灾的关键转化因子。     

深部隧道围岩分区破裂颗粒流模拟研究

深部岩体处于"三高"环境下,表现出不同于浅埋岩体的性质,其变形破裂规律更为复杂(分区破裂、片帮、塑性流动、岩爆等),为了准确描绘深部隧道围岩变形破裂规律,采用PFC从微观角度研究深部岩体的宏观响应。研究发现:随着隧道埋深增加,压力增大,由浅部围岩表面塑性破坏变为深部围岩破裂扩展,破裂区域呈交替分区破裂向深部发展,破裂区的间距与岩性和埋深有关;从横断面看,拱腰先出现破裂,然后拱脚出现破裂,最后贯通形成破裂区;若围岩表面施加外力,破裂区域减小,分区向深部移动,因此预应力锚杆有效地改善了围岩承载特性;研究结果与模型试验吻合,符合深部岩体卸荷作用下的变形破坏规律。结论可为深部岩体工程设计施工提供参考。     

反倾边坡地震破坏模式及能量判识方法研究

利用大型振动台试验,基于HHT边际谱理论,本文对含软弱夹层反倾岩质边坡地震破坏模式及其能量判识方法进行研究。振动台试验结果表明含软弱夹层反倾岩质边坡的地震破坏模式为中部岩层挤压滑出型。边际谱峰值的变化能清晰地表征边坡内部的震害损伤发展过程,且边际谱的识别结果与试验中坡面位移监测结果吻合较好。振动台试验和能量判识方法表明边坡的破坏过程为:0.1 g和0.2 g地震作用下,边坡未出现震害损伤,边际谱峰值随高程增加近似呈线性增加;0.3 g地震作用下坡顶附近出现震害损伤,坡顶出现局部掉块;0.4 g地震作用下,坡内震害损伤位置发展至相对高度0.295~0.6之间,坡体中部出现水平向微裂隙;0.6 g地震作用时,震害损伤位置进一步向坡脚发展,坡内震害损伤位置发展至相对高度0.295以下,上部坡体(相对高程0.8附近)向坡面方向滑出,坡面出现纵向裂隙,并与水平向裂隙贯通,中部软弱夹层被挤出,坡顶被震碎。边际谱辨识结果显示,边坡坡面附近的震害程度弱于坡体内部。本文的研究对认识含软弱夹层反倾岩质边坡的地震破坏模式具有指导意义。     

岩质坡地建筑设计水平地震动放大系数的确定

为确定岩质坡地建筑设计水平地震动放大系数,以满足实际工程中坡地建筑结构设计的需要,本文采用有限元数值分析方法,计算了高度在10~70 m范围,坡角在15°~60°范围内的28个黏弹性岩质坡地模型在白噪声输入下的线弹性响应,分析了坡高及坡角对坡地斜坡段反应谱及谱比的影响规律,给出了岩质坡地斜坡段设计水平地震动放大系数,为抗震规范有关内容的规定提供研究基础和依据。     

青藏高原东南三江流域黄土类堆积体斜坡地震作用下的动力响应试验研究——以四川巴塘下归洼滑坡为例

青藏高原东南三江流域广泛存在堆积体斜坡,该类斜坡极易演化为滑坡灾害。以四川巴塘下归洼斜坡为例,通过振动台模型试验研究地震诱发的堆积体滑坡动力响应特征与破坏模式。试验结果表明,在地震作用初期,由于孔隙被挤密,斜坡的自振频率增大;在茂县波激励下,斜坡肩部动力响应最强烈。高幅值茂县波激励下,因斜坡整体刚度降低,放大效应减弱。Hibert谱描述了地震波在斜坡中的传播特征,向斜坡顶部传播时,地震波高频能量显著增强,地震波经过堆积层后,放大效应减弱。在足以致使堆积层滑动的强震作用下,坡表一定深度下动力响应呈现一致剧烈现象,斜坡上部会形成“脱离体”,“脱离体”在地震作用下上下颠簸运动;在临滑时,坡表出现最强烈的动力响应。斜坡的破坏模式为：地震初期,在重力和地震耦合作用下,坡表土体剥落;随地震幅值增加,坡肩与堆积层发生明显相对位移,堆积层表面出现裂缝;最终,坡脚发生明显相对位移,随后堆积层偏离基岩加速滑塌。基于地震信号特征的斜坡堆积层滑落过程可分为三阶段：(1)稳定阶段;(2)临滑阶段;(3)滑移阶段。     

乌南斜坡区南屯组下切谷发育特征及在油气成藏中的作用

下切谷是由河流体系响应于海(湖)平面相对下降而向盆地方向延伸所形成的深切水道,其在油气藏的形成过程中扮演着重要的角色.为了揭示乌南斜坡区南屯组下切谷发育特征及其在油气成藏中的作用,本文对下切谷的地震反射特征、充填物垂向沉积序列及岩性进行了识别和分析,认为乌南斜坡区南屯组发育多期下切谷,其在地震反射外形上表现为顶平底凹的对称或不对称的"U"字形或"V"字形特征,垂向沉积充填序列表现为多期砂泥复合充填,且下切谷内外存在明显差异.乌南斜坡区南屯组下切谷主要发育在乌南斜坡区的缓坡部位,在平面上呈近南北向的条带状展布,沿物源方向下切谷的沉积存在"顺源堆积"的充填模式.在油气成藏方面,下切谷内的顺源砂体可形成油气藏,且控制着区块的整体含油性.下切谷也可形成侵蚀不整合,作为遮挡条件控制局部地区形成2种类型的油气聚集.     

特厚煤层开采引起上覆黄土斜坡裂隙化试验研究

为探究特厚煤层开采对上覆黄土斜坡的破裂效应,以彬长矿区斜坡为例,运用物理模型试验与数值模拟相结合的方法,分析黄土斜坡中裂隙的产状和力学特征。结果表明：由于煤层开采,在上覆黄土斜坡中产生的裂隙可分为与坡面近垂直的裂隙和与坡面平行的裂隙两组,表现出了明显分异性和序次;与坡面近垂直裂隙首先出现,具有拉张裂隙特征,起到了切割坡体的作用;与坡面近平行裂隙是由坡面近垂直裂隙逐渐派生的,具有剪切裂隙特征,控制着黄土斜坡中潜在滑面的形成。两组裂隙呈网状分割坡体,使斜坡土体结构碎裂化和散体化。     

地震作用下节理岩质边坡稳定性影响因素研究

汶川地震灾害调查表明,在基岩山区地震滑塌主要发育在局部强度相对较大、节理较发育的厚层或块状岩体中.以岩石中含两组节理的岩质边坡为例,输入实际的地震记录,采用离散单元法进行数值模拟,分别探讨坡高、地震烈度、坡角及节理倾角组合对节理岩质边坡稳定性的影响.结果表明:地震作用下坡体中质点的加速度、速度具有高程放大效应;节理岩质边坡稳定性随着坡高、坡角和地震烈度的增加而降低;两组节理不同组合的岩质边坡,其稳定性变化较为复杂,受节理倾角与坡角的关系、节理的倾向、两组节理之间夹角等因素的影响.节理岩质边坡在地震作用下是受拉区逐渐向受剪区扩展而最终导致边坡失稳破坏,是受拉和受剪的复合破坏.上述初步结论为评价山区节理较发育的岩质边坡在地震作用下的稳定性提供一定的依据.     

斜坡地基静力触探试验离散元分析

通过二维离散元模拟斜坡地基静力触探试验,研究试验过程中锥尖阻力的变化以及斜坡地基的宏微观力学响应。结果表明:归一化锥尖阻力峰值在坡角较小时无明显提升,在坡角足够大时提升明显,稳定值随着坡角增大略微减小,说明斜坡边界对表层土力学性能影响明显,而对深层土影响较弱;锥尖贯入过程中,斜坡地基探杆两侧土体变形不对称,坡上一侧膨胀,坡下一侧压缩,不对称性随着坡角增大而增大;贯入到表层时,探杆两侧微观接触力链不对称,坡上一侧具有更大应力,但当贯入到深层时力链趋向于对称,其临界深度随着坡角增大而增大,与坡角呈近似线性关系。     

一种分析岩土模型地震受力变形的方法

在国内外岩土模型动力试验中,一般以图表形式对监测区域进行逐一动态分析,无法直观形象的掌握试验模型整体受力变形,为深入分析动态响应机理带来一定的不便。以前-后排抗滑桩加固斜坡桥基的大型振动台模型试验为例,通过在岩土体中埋设一定数量的自制磷青铜带和水平加速度计,监测滑坡变形和加速度响应,结合已知测点的水平坐标和竖向坐标,利用Renka Cline随机矩阵生成方法转换为数字矩阵形式,据此绘制坡体变形及PGA放大系数的二维等势图。试验结果显示,二维等势图能合理反映斜坡PGA放大系数的变化规律,揭示振动波作用下斜坡变形破坏的基本特征,研究结论和试验现象保持一致,满足斜坡模型整体受力变形分析的基本要求,可以作为一种实用的试验分析方法。     

区域性节理控制的反倾岩质斜坡水力劈裂破坏机制——以北京“8·11”大安山岩质崩塌为例

以2018年"8·11"大安山反倾岩质崩塌为研究对象,通过对大安山地区区域性节理、崩塌及斜坡结构、危岩体变形特征等进行调查研究,运用水力劈裂理论,剖析大安山崩塌机制。研究结果表明:在区域性节理和差异性风化共同作用下,大安山地区发育大量高20~50 m高陡反倾岩质斜坡,为崩塌灾害发生提供充分条件;同时,节理裂隙网络与强硬岩层的空间组合为降雨入渗、运移、储藏提供了良好的地质条件,当遭遇降雨时,雨水沿岩体裂隙渗流并充满裂隙,在降雨停止后短期内,裂隙受高水头作用仍发生水力劈裂,致使裂隙发生扩展贯通,并最终导致危岩体失稳崩塌。     

降雨型与地震型滑坡试验研究

为了研究和探索降雨和地震诱发滑坡灾害的成因机理,对降雨型滑坡和地震型滑坡进行了物理模拟试验,系统地研究了坡度、坡体结构、降雨量、振动强度等因素对斜坡破坏变形的影响规律,探讨了降雨和地震诱发斜坡失稳破坏的主要模式和过程.对于降雨型滑坡,通过实验确定不同坡度滑坡的临界降雨量,发现临界降雨量与滑坡坡度呈幂指数关系.对于地震型...     

层状工程边坡振动失稳的物理模型试验研究

依据量纲分析法和相似定律,制作了顺层和反倾向岩质隧道边坡的物理模型,采用单向振动试验台施加动力荷载,利用摄像机记录模型边坡的变形破坏过程、加速度传感器采集边坡各部位加速度分布情况。试验结果表明:层状岩质边坡的变形破坏是受到结构面控制的,顺层边坡的破坏以剪切滑动破坏为主,而反倾向边坡的破坏以松散体塌落为主;另外,隧道洞口的破坏情况与洞口所处的高程有关,高坡位的隧道洞口在振动力作用下的破坏较为严重,而低坡位隧道洞口则容易被滑塌体堵塞洞口;模型边坡存在明显的"高程效应"和"趋表效应",不同结构面组合形式的边坡其加速度放大效应具有相似规律。