开挖条件下含水平砂土夹层边坡破坏模式研究

工程中经常遇到边坡中含有夹层的情况,对含夹层边坡的稳定性研究很有意义。目前的研究多着重于含夹层岩质边坡的稳定性,对土质边坡涉及较少,尚无系统的试验分析。开挖条件下含夹层土质边坡更容易发生破坏,对其破坏模式的正确认知有助于对其稳定性进行合理的安全评价。进行了含水平砂土夹层边坡开挖的离心模型试验,夹层位于边坡中部。通过与边界和试验条件相同的素土边坡进行对比,分析了中部夹砂层边坡开挖后的破坏模式。试验结果表明,中部砂土夹层的存在降低了边坡在开挖后的稳定性,且其下边界是边坡破坏的薄弱控制面     

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。     

含软弱层岩质边坡的动力响应研究

含软弱层岩质边坡的动力响应研究已成为边坡工程稳定性分析中的一个重要问题。为研究软弱层的特性对岩质边坡动力响应的影响,提供动力荷载作用下边坡防灾减灾的指导依据,运用UDEC离散元软件模拟地震力作用下含软弱层岩质边坡的动力响应系统地分析软弱层的倾角、埋深、弹性模量、厚度、泊松比和剪切刚度等因素对地震波放大现象的影响,得出边坡坡顶放大系数的变化规律,即随着软弱层倾角的增大,放大系数呈现出增大→减小→再增大→再减小,并出现地震响应减弱的现象;放大系数随软弱层埋深和厚度的增加而增大,但随弹性模量、剪切刚度的增大而减小,随泊松比的增加几乎不变。结合非重复性试验二元方差分析评价理论,对所得的放大系数进行计算分析,得出软弱层的特性因素对边坡放大作用的影响强度为软弱层的倾角＞埋深＞弹性模量＞剪切刚度＞厚度＞泊松比。研究结果有助于进一步揭示地震作用下边坡的失稳机制, 对震区边坡灾害的防治有一定的指导意义。     

顺层岩质边坡失稳破坏临界长度的数值模拟分析

含有多层软弱夹层的顺层岩质边坡开挖时,边坡失稳破坏范围常常为一有限范围,即存在一个失稳破坏临界长度,该长度对边坡稳定性评价和支挡工程设计有着决定性的影响,而如何确定失稳破坏临界长度,目前在工程实践中尚无较为成熟的解决方案,常凭工程人员的经验确定。笔者在对淮口镇西环线K3+115～K3+215段顺层边坡进行详细调查研究基础上,通过数值模拟,对该含多层软弱夹层的顺层边坡的变形破坏过程、变形破坏范围进行了分析,并与已有变形特征进行了对比,证明采用数值模拟分析其变形破坏过程和失稳破坏临界长度是可行的。失稳破坏临界长度的确定为边坡后续的稳定性计算和支挡工程设计提供了依据,达到了预期目的。因此,笔者的分析方法对具有类似特点的顺层边坡具有借鉴价值。     

雪浪山横山寺西侧顺层岩质高边坡变形破坏机理与治理方案分析

边坡的稳定性分析是地质灾害防治中的一个重要内容。以雪浪山横山寺西侧顺层岩质高边坡为研究对象,运用离散单元法计算边坡在自重、暴雨和地震工况下的安全系数,并对其薄弱部位进行监测,分析其稳定性和破坏机理。结果表明:在暴雨和地震工况下,边坡产生拉张破坏,坡体产生较大位移。通过开挖放坡、锚杆(索)联合加固、在坡顶、坡脚及各级平台布设截、排水沟等治理措施后,边坡稳定性显著提高。通过测斜仪和裂缝计对治理后的边坡进行监测得出,边坡水平位移较小,裂缝的发展得到控制,边坡稳定性得到有效提高。     

含软弱夹层顺层岩质边坡传递函数及其应用研究

基于大型振动台模型试验及传递函数理论,对含软弱夹层顺层岩质边坡的绝对传递函数和相对传递函数进行了对比分析,探讨了两种传递函数计算边坡动力特性参数的准确性,并对利用传递函数估算边坡频域动力响应的可行性进行了研究。研究结果表明,采用坡面及坡内加速度时程计算得到的传递函数曲线形态相近,幅值差别较小;相对传递函数实部比绝对传递函数实部小1,绝对传递函数和相对传递函数虚部重合,且两种传递函数虚部峰值两侧对称性较好,利用传递函数虚部计算边坡动力特性参数准确性较高。在频率大于10 Hz部分,相对传递函数模趋于1,绝对传递函数模趋于0。利用两种传递函数虚部及相对传递函数模计算得到的边坡固有频率十分接近。两种传递函数模计算得到的阻尼比比较准确,计算结果表明,含软弱夹层顺层岩质边坡的阻尼比大于均质岩质边坡。利用两种传递函数虚部及模计算得到的含软弱夹层顺层岩质边坡加速度振型相同。利用绝对传递函数估算含软弱夹层顺层岩质边坡频域动力响应的准确性高于相对传递函数估算结果。利用传递函数对输入地震动的频谱特性进行修正有利于保证含软弱夹层顺层岩质边坡动力响应研究输入机制的合理性。     

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。     

斜坡含软夹层地基路堤离心模型试验与数值模拟

为了研究斜坡含软弱夹层地基路堤边坡的稳定性及破坏机制,采用离心模型试验和数值分析方法进行了研究。研究表明：斜坡均质地基路堤边坡仍是呈现整体圆弧滑动破坏;而对于含软弱夹层地基路基边坡来说,由于软弱夹层的影响其稳定性有了明显的降低,并有利于张拉裂缝的产生和发展,路堤边坡不再是整体圆弧滑动破坏,而是部分土体沿着软弱夹层发生滑动破坏。     

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。     

软弱夹层顺层岩质滑坡形成机制及稳定性分析

以贵阳西二环"5·20"滑坡为实例,对滑坡区地质环境条件,滑坡发育特征和变形破坏特征的分析,在工程建设过程中,切脚开挖形成临空面是诱发软弱夹层岩质顺层滑坡,滑坡破坏模式为滑移-拉裂型;采用室内岩土试验、工程类比分析和参数反演等方法,综合确定了滑坡物理力学参数,应用极限平衡法和数值模拟对滑坡稳定性进行定量分析;分析表明,在天然和饱和两种工况条件下,稳定性系数均小于规范要求,在暴雨或外力作用下形成滑坡的结论,理论分析和实际情况一致。     

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。     

降雨条件下顺倾向煤系地层边坡稳定性的影响研究

煤系地层具有岩层软硬不均,层间胶结较差,风化速度快,遇水易软化,结构易破坏导致强度丧失等特点,特别是夹层中炭质泥岩或页岩具有强度低、易活化、易变性和渗透系数相对较小的特点,这决定了其对整体边坡的稳定性具有控制作用。文章分析了煤系地层边坡饱和、非饱和渗流降雨条件（降雨强度）、土性参数（夹层饱和渗透系数）以及边坡形状尺寸（坡脚、夹层倾角、夹层埋深）等因素对边坡渗流特点及稳定性的影响,发现软弱夹层与上下岩体渗透性差异性对边坡稳定性影响明显;软弱夹层埋置越浅,边坡越易失稳;降雨强度越大,边坡越易沿软弱夹层发生滑坡;并非坡脚越大降雨之后边坡的安全系数降低幅度就大,而是随着夹层倾角的增大,边坡的安全系数逐渐降低,边坡越易沿软弱夹层发生滑坡,这些认识对煤系地层边坡的设计和治理有重要的参考意义。      

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。     

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。     

冻融循环条件下含软弱夹层隧道围岩力学性质及破坏特征

川藏铁路沿线隧道围岩中常存在大量软弱夹层,且岩体受严寒气候影响较大。为研究夹层倾角和冻融循环对隧道围岩力学性质的影响,室内制备了不同软弱夹层倾角、不同冻融循环次数条件下的互层岩体,并对含软弱夹层岩体展开了单轴压缩试验。研究发现:（1）含软弱夹层岩体的硬岩部分变形较小,而软岩夹层部分的破坏更加剧烈。夹层倾角较小时（β=0°、30°）岩体破坏后裂纹与夹层倾角接近平行,当夹层倾角较大时岩体破裂面与夹层呈X型交叉状;冻融循环次数越多,岩体的破坏程度越强烈。（2）随着夹层倾角的增大,岩体的单轴抗压强度和弹性模量先减小后增大;当夹层倾角β=45°时,抗压强度和弹性模量最小,抗压强度较含水平软弱夹层岩体降低35.27%,弹性模量降低34.84%。（3）冻融循环劣化了夹层岩体的力学性质,岩体承载能力随着冻融循环次数的增加而减弱,但塑性变形能力有所增强。在冻融循环作用的影响下,岩体抗压强度、弹性模量呈负指数型递减,峰值点应变则呈线性增大。     

基于应变软化特征的含软弱层公路边坡稳定性研究

西部山区高速公路建设过程中经常由于边坡开挖而容易导致失稳事故。研究发现,大量公路边坡内的软弱夹层的岩体强度具有显著的应变软化特征。为了研究应变软化后对边坡稳定性的影响程度,以沪蓉西高速公路某典型含软弱夹层边坡为实例,对应变软化模型和理想弹塑性模型进行了对比研究。结果表明:①2种模型计算所得出的最大不平衡力、水平位移、塑性区和塑性剪应变的变化规律基本相同,每次开挖后均累计增大,但是采用应变软化模型计算的累计值和范围均大于理想弹塑性模型;②每次开挖的瞬间会产生最大不平衡力峰值,随后迅速减小,拉应力带主要分布于开挖卸荷面附近以及坡顶面附近10 m内;③软弱夹层的分布位置对边坡的稳定性影响很大,坡脚前缘软弱夹层易发生剪破坏,边坡后缘软弱夹层易发生拉破坏。应变软化模型的稳定系数比理想弹塑性模型的稳定性系数小,综合得出,影响含软弱夹层边坡稳定性的关键是开挖后软弱夹层的强度参数劣化程度,采用应变软化模型反映了这一渐进性的破坏过程,与实际情况相符,而理想弹塑性模型未反映出这一劣化特征,计算结果偏危险。     

顺层岩质边坡静力开挖物理模拟试验研究

利用大型室内模型试验,开展了含软弱夹层顺层岩质边坡的静力开挖试验,试验结果表明:随着开挖角度的增大,边坡完成开挖卸荷松弛的时间大幅缩短。开挖角度为47°时,边坡位移稳定时间为214.56 h;开挖角度为60°和72°时,边坡位移稳定时间缩减为107.28 h。随着开挖角度增大,坡面位移稳定值逐渐增大,且位移稳定值随着高程的增加而增大。通过布设于坡体内部的位移传感器可以获得边坡在开挖过程中坡内及坡面的位移场,分析不同高程水平参考线处坡体位移分布曲线,并结合位移限制值可以得到边坡开挖位移松弛区范围。通过试验研究发现,含软弱夹层顺层岩质边坡开挖松弛区范围随着开挖角度的增大不断向坡脚和坡顶延伸,开挖松弛区范围增大。     

基于离散元模拟和微震监测的白鹤滩水电站左岸岩质边坡稳定性分析

西南地区水电站复杂高陡边坡的开挖稳定性一直是水电工程建设的关键技术问题之一。在研究金沙江白鹤滩水电站左岸边坡地形地貌、工程地质特性、地应力实测资料等基础上,利用通用离散元程序UDEC建立左岸顺层边坡离散元模型,进行开挖卸荷过程坝基边坡的稳定性分析,获得边坡开挖过程应力场、位移场、塑性区分布规律,揭示了顺层岩质边坡变形失稳机制。同时,结合左岸边坡开挖卸荷和应力调整过程微震活动特征,识别和圈定了左岸边坡深部岩体潜在损伤区域和滑裂面。综合研究结果表明,左岸边坡变形主要受构造应力、地质条件和开挖卸荷等综合因素影响,其中软弱结构面LS_(3318)、LS_(3319)、LS_(331)、LS_(337)、F_(17)等对坝基边坡开挖变形起决定性作用。研究成果可为左岸边坡开挖和支护施工提供参考,同时也为类似顺层岩质边坡工程开挖支护提供研究思路。     

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。     

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。