大型堆积体边坡基-覆界面及坡面动态响应特性试验研究

地震动力作用下堆积体边坡的变形破坏受多种因素影响,为研究基-覆界面及坡面倾角对松散堆积体边坡的动力响应影响,通过室内物理模型试验,模拟了水平向振动荷载作用下包含不同倾角的基-覆界面和坡面的堆积体边坡的变形破坏过程。试验结果表明,堆积体边坡的破坏模式由基-覆界面及坡面倾角共同控制,当基-覆界面倾角在一定范围内(15°)时边坡只发生浅表部局部滑塌破坏,不会发生沿基-覆界面的整体下滑;随着基-覆界面倾角的增大,边坡破坏形式由局部滑塌逐渐转变为以整体下滑为主;坡面坡度控制着边坡局部滑塌的范围。     

川藏公路102滑坡群地段基覆界面问题研究

边坡坡体结构中,下伏基岩与上覆松散堆积体间接触界面(即基覆界面)的形态特征对边坡稳定性往往起决定性作用,同时也是边坡稳定性计算和边坡抗滑工程设计的重要依据。本文针对著名的川藏公路102滑坡群路段边坡基覆界面特征问题进行了初步研究,根据该路段河谷冰川地貌特征、2#滑坡后壁地下水渗水带特征和少量物探钻孔资料提出了新的基覆界面位置,即102滑坡群路段边坡基岩与上覆松散堆积体的界面位置在平均海拔2 325m,而不是前人所认为的帕隆藏布江河谷基岩出露处(海拔2 120m)。该新认识对2#滑坡工程整治设计方案选择具有重要指导意义,并建议首先考虑隧道方案。     

古水水电站工程区域堆积体边坡工程地质分析

西南地区水电工程中堆积体边坡的稳定性问题研究对水电工程建设极为重要。堆积体边坡研究中比较关键的问题包括:堆积体的历史成因、不同条件下的力学参数取值和稳定性分析。本文通过对古水水电站坝址区域内下覆为板岩、上覆为堆积体的工程地质条件进行了相关分析,得到了该区域上覆堆积体和下覆板岩倾倒变形的历史演化过程:在冰水的携带作用下,边坡顶部的岩土体逐步向下迁移而形成堆积体,并且表现出明显的层状效应;板状岩体在构造运动、河谷下切和风化卸荷等共同作用下,加之上覆堆积体重量的不断增加,从而发生折断并导致倾倒变形。在对冰水堆积体物理力学特性分析的基础上,结合现场的工程地质调查,得到了区域内堆积体边坡的变形破坏模式表现为顺软弱面整体滑动破坏和局部圆弧型滑动。     

下伏软弱层黄土边坡变形机制分析及治理对策研究

本文研究了陕北某电厂夹断层破碎带上覆黄土的泥岩、砂岩互层反倾边坡的变形机制,并研究治理对策及其治理效果。通过边坡工程地质条件及变形破坏特征分析,建立FLAC3D地质模型,采用数值模拟方法研究了边坡变形破坏机制,在此基础上提出削方减载、锚筋桩、锚杆及坡面防护的综合治理措施。研究结果表明,边坡的变形受开挖坡形的影响,坡体浅表层特别是断层带及坡顶黄土部位出现大范围拉应力集中,断层带出现向坡外的挤出变形,带动上部黄土的牵引式变形,引起沿黄土和基岩基覆界面的剪切变形,在黄土中出现大量拉裂缝,在一定条件下潜在滑移面逐渐贯通,坡体将产生整体失稳。边坡的治理应通过削方减载改善坡体应力环境,并重点控制断层带及黄土与基岩基覆界面的变形,数值模拟结果表明,治理后边坡稳定性较好,满足设计要求。     

基于透明相似模型试验的主控裂隙边坡变形破坏演化机制研究

岩质边坡灾害孕育期的变形破坏发展过程通常受其内部长大裂隙（主控裂隙）控制,揭示主控裂隙边坡变形破坏演化机制对滑坡灾害防治具有重要意义。基于透明相似模型试验技术,选取2种典型主控裂隙（后缘陡倾角裂隙和前缘缓倾角裂隙）边坡为研究对象,在自研设备上开展了主控裂隙边坡内部变形破坏演化过程的模型试验研究;分别以位移速率和应变速率作为边坡变形和裂隙扩展的表征量,以无裂隙边坡变形破坏演化规律为参照,对比分析了后缘和前缘主控裂隙影响下边坡内部变形破坏的时空演化机制。结果表明：（1）通过模拟无裂隙边坡内部变形累积以及破裂萌生、扩展与贯通的渐进过程,验证了所采用的试验方法在研究边坡内部变形破坏演化过程方面的可靠性;（2）主控裂隙边坡内部变形破坏过程与无裂隙边坡相似,可分为变形累积、破裂带萌生/初始裂隙起裂、破裂带/裂隙扩展调整、破裂带/裂隙快速扩展贯通等4个阶段;（3）在初始主控裂隙滑移变形的作用下,后缘陡倾角裂隙尖端因受推移作用而发生拉张-剪切混合型起裂并向下扩展,前缘缓倾角裂隙尖端因受牵引作用而发生拉张型起裂并向上扩展,裂隙扩展速率随扩展长度的增加而呈指数型增长;（4）裂隙扩展类型随边坡变形与裂隙扩展...     

预加固高填方边坡滑动破坏的离心模型试验研究

2009年10月3日,攀枝花机场260×104 m3万方的高填方预加固边坡整体失稳,沿基覆界面下滑,并超覆于其下方的易家坪老滑坡之上,使易家坪老滑坡再次复活。这一填方边坡失稳事件最终导致机场停航两年。通过大型离心模型试验,再现了攀枝花机场预加固高填方边坡的滑动失稳过程,获得了边坡变形破裂的特征参量,阐明了边坡的滑动失稳机制。研究表明：天然工况下,边坡变形以坡顶沉降和沿基覆界面软弱层的蠕滑为主,坡体总体处于蠕滑变形状态;降雨和地下水工况下,坡体中后部拉张破裂和中前部挤压变形显著,具有塑性流动及推移式破坏特征,并最终产生溃滑失稳;预加固抗滑桩承受较大的边坡变形推力,且越靠近坡体后部的桩推力越大,最终从后向前逐排产生累进性剪断破坏,说明该填方边坡多排抗滑桩的平面布置和受力确定欠合理;降雨和地下水工况下,坡体的最大孔隙水压力是天然工况下的3.7倍,孔隙水压力对坡体失稳有重要作用;通过模型和原型的综合对比分析,该边坡的滑动失稳机制为推移式蠕滑-累进性折断-溃滑与超覆。     

预应力锚索桩板墙加固隧道洞口边坡的动力响应特性研究

降雨、地震作用下,隧道洞口边坡易产生严重破坏,有必要研究隧道洞口边坡及支挡结构的动力响应特性。以中国西南某隧道洞口边坡为例,通过振动台模型试验,分析降雨、地震作用下预应力锚索桩板墙加固隧道洞口边坡的动力响应与破坏模式。研究结果表明：（1）隧道洞口边坡破坏过程为坡顶张拉裂缝―坡脚剪切溃裂―边坡整体滑移破坏。由于雨水入渗,坡表土体在地震作用下易产生局部浅层破坏。边坡破坏模式为张拉-剪切型。（2）随峰值加速度增加,桩身PGA放大系数显著增大,应重视该类支护结构在地震作用下的惯性放大效应。（3）桩后峰值土压力随峰值加速度增加而增大,由“S型”分布逐渐转变为倒三角形分布。峰值加速度大于0.4g时,锚索轴力逐渐增加,充分发挥张拉作用。（4）桩土压力与加速度傅里叶谱幅值集中于低频段,地震波沿高程传播存在“高频滤波效应”。（5）桩身位移谱幅值随峰值加速度增加而逐渐增大,沿桩身向上呈增加趋势;位移谱主频分布于1～4 Hz,卓越频率为2.5 Hz,与地震荷载的主频较接近。（6）桩体加速度间的关联性较好,桩体加速度、动土压力、桩体应变、锚索轴力相关性随输入峰值加速度增加而逐渐降低。     

锚固上覆红黏土岩体边坡的地震动力响应

基于云南省S214思茅-江城二级公路某一边坡,利用有限差分软件FLAC3D中动力分析模块,研究了地震作用下锚杆支护的上覆红黏土岩体边坡的动力响应。基于土体与支护结构相互作用及其协同工作,建立了三维有限差分模型,给出了阻尼和动力作用下边界的选取方法,分析了地震作用下锚杆支护上覆红黏土岩体边坡的动力响应规律,研究了在地震作用下锚杆支护边坡的抗震效果。结果表明：地震作用后各层锚杆轴力和砂浆的剪应力都有所增大,但每层锚杆轴力的增幅都各不相同,锚杆轴力沿全长分布不均匀,且各层锚杆轴力均在红黏土与基岩的交界处最大,剪应力则表现为整体增大的趋势而且最大值向坡面靠近,地震作用前、后剪应力的最小值都是在红黏土与基岩的交界处;地震作用下锚杆的支护很好地限制了边坡的变形,加大了边坡的延性,具有很好的抗震性能;边坡在地震作用下产生了永久位移;坡体内加速度在竖向随高程增加而增大;平台的设置削弱了坡面加速度的增大趋势,起到了一定减震作用。研究结论对锚杆支护边坡的抗震设计与动力分析有一定参考价值。     

辉长岩质边坡酸雨致滑机理试验研究

酸雨作为一种常见自然灾害,不但会对环境产生污染和破坏,也会引起岩土体的失稳破坏如边坡垮塌等,学者们对后者的研究较少。酸雨区基性/超基性岩质边坡失稳现象常见,但结合酸雨影响的失稳机理尚有待研究。本文以典型酸雨区雅安境内一辉长岩边坡为例,首先设计了岩石酸雨化学风化模拟实验,开展了不同贯通度和酸雨作用历时的辉长岩结构面酸蚀作用研究;通过岩体结构面直接剪切试验及边坡稳定性计算对比分析了不同酸雨作用历时条件下的边坡滑动稳定性,论证了酸雨作用对边坡稳定性的显著弱化作用。通过对酸雨作用前后试样的X衍射测试（XRD）、偏光显微镜薄片观察、扫描电子显微镜测试（SEM）提出了酸雨显著弱化边坡稳定性的内在原因,认为辉长岩边坡酸雨弱化机理主要体现在两个方面:岩石中的链状硅酸盐矿物（辉石）和架状硅酸盐矿物（基性斜长石）酸蚀为层状硅酸盐矿物（绿泥石、伊利石及高岭石）,显著降低结构面抗剪强度;可溶盐及部分黏土矿物逐渐被酸雨溶解携运流失,结构面上逐渐发育裂隙,使潜在滑面有效抗剪面积减小。研究成果可为酸雨地区的岩土体稳定性分析评价及加固工程设计提供参考     

水下岩质边坡稳定性的模型试验研究

随着三峡水利建设工程的进行,许多原本位于水面以上且已趋于稳定的人工或自然岩质边坡将被淹没,导致边坡稳定性降低,而水的压力、冲击、渗流和侵蚀等综合作用,给下岩质边坡的稳定性带来大量的不确定性。基于已有的水下土质边坡稳定性试验和水下岩质边坡有限元分析,进行水下岩质边坡模型试验研究,探讨在水位升降水过程中和波浪作用下水下岩质边坡的稳定性和破坏机制。将结构面为30°和50°的两种岩质边坡模型布置在人工水槽中,采用波流系统进行水位升降水波浪冲击试验,量测岩质边坡的应力变化。通过分析边坡各测点应力变化,得出了一些有意义的结论：（1）把边坡前部岩体划分成3个区域,每个区域内应力变化规律相同;（2）水下岩质边坡坡脚处应力集中最大,破坏始于坡脚,并由此产生的塑性区沿结构面逐渐同坡顶发展,这与一般边坡从坡顶逐渐向下发展的开裂破坏形式完全不同;（3）波浪对水下岩质边坡结构面的影响,将随其倾角的变小而减弱。     

堆积层滑坡地震动力响应的物理模型试验

以玉树7.1级地震诱发的玉树机场路堆积层滑坡为对象,该滑坡坡度约为10o,长×宽×厚为317 m×482 m×19.8 m,由以碎石土为主的上覆层、卵石土为主的滑动带及基岩3层组成,开展大型振动台模型试验,探究震后边坡再次承受振动荷载的能力以及地震垂直分量对坡体稳定性的贡献,分析其动力响应特征和失稳破坏机制。结果表明,强震作用下堆积层滑坡的永久变形是造成地震地质灾害的重要因素;随着输入地震荷载增大,坡脚率先破碎沉降,坡体中部产生弧形裂隙并产生沉降,坡顶出现贯穿张裂隙和剪切裂隙并向坡腰推进,表现出典型的牵引性滑坡特征;峰值加速度(PGA)、动土压力以及加速度频谱与输入地震波的强度、滑坡高程呈正相关;PGA放大系数呈现出明显的非线性特征,其变化趋势随地震荷载强度增大而减小,地震波垂直分量对滑坡PGA放大系数影响略大于水平分量。     

An important pitfall of pseudo-static finite element analysis

Finite Element (FE) pseudo-static analysis can provide a good compromise between simplified methods of dynamic analysis and time domain analysis. The pseudo-static FE approach can accurately model the in situ, stresses prior to seismic loading (when it follows a static analysis simulating the construction sequence) is relatively simple and not as computationally expensive as the time domain approach. However this method should be used with caution as the results can be sensitive to the choice of the mesh dimensions. In this paper two simple examples of pseudo-static finite element analysis are examined parametrically, a homogeneous slope and a cantilever retaining wall, exploring the sensitivity of the pseudo-static analysis results on the adopted mesh size. The mesh dependence was found to be more pronounced for problems with high critical seismic coefficients values (e.g. gentle slopes or small walls), as in these cases a generalised layer failure mechanism is developed simultaneously with the slope or wall mechanism. In general the mesh width was found not to affect notably the predicted value of critical seismic coefficient but to have a major impact on the predicted movements.     

多级边坡平台宽度对边坡地震动力响应 及破坏机制的影响

以典型工程边坡为原型,利用FLAC3D有限差分软件建立一个三维土坡模型,分析地震作用下多级边坡平台宽度对边坡动力响应特性和动力失稳机制的影响。计算结果表明,边坡设置平台可以有效地提高地震动力条件下边坡的稳定性,且平台宽度越大则稳定性越显著;PGA放大系数随着平台宽度的增大而减小。结合频谱分析得到第一级边坡坡顶的动力响应较第二级边坡坡脚的大,边坡岩土体剪应变增量和位移响应也减小;地震作用下边坡塑性区从坡脚部位向坡体内部发展,随地震持时的增加,坡顶出现拉张变形,坡面及其浅表层发生拉张剪切变形,坡体内部一定部位发生剪切变形;坡面监测点位移时程曲线表明,地震作用下边坡坡脚位移向上,发生剪出变形或破坏,坡脚和变坡点均为薄弱部位,应加强支护。研究结果对多级土质边坡抗震设计具有一定指导意义。     

三峡链子崖危岩体非线性动力响应分析

采用非线性有限元法研究岩质边坡的动力响应问题，模拟了软弱夹层的材料非线性及断层或裂缝的接触问题，假定岩块弹性体，推导了非线性动力响应迭代格式并编制了适于岩质边坡动力响应分析的三维非线性有限元程序，利用该程序对三峡链子崖危岩体进行了动力响应分析，得出了一些有价值的结论，计算结果与模型试验结果基本相符，证明本文数值计算的正确性。     

地震荷载作用下斜坡响应研究:以四川青川东山—狮子梁剖面为例

在对青川地震监测剖面实测数据进行系统分析的基础上,运用大型通用有限元分析软件ANSYS建立东山—狮子梁监测剖面的数值模型,分析了地震作用下斜坡的动力响应规律。结果表明:地震荷载作用下,斜坡的地震响应不是单调的随斜坡高度的增加而增加,而是与斜坡地形地貌及岩体中裂隙的发育程度有密切关系;斜坡的地震响应由坡内向坡外逐渐增大,且坡向与地震波传播方向相同时斜坡的地震动力响应要大于坡向与地震波传播方向相反的情况。研究结果为地震荷载作用下边坡稳定性评价提供了理论支持,为提出更加合理的地震动稳定性评价方法提供依据。     

地震作用下返包式加筋土挡墙数值模拟

返包式加筋土挡墙是一种柔性面板挡墙,因其良好的地基适应性及地震安全性广泛应用于交通、市政和水利等诸多领域中。本文使用FLAC^3D数值模拟程序对返包式加筋土挡墙墙面坡度、土工袋填料及筋材强度进行了抗震性能研究。研究结果表明：当墙面坡度<1∶0.30时,墙后侧向土压力分布均匀且数值较小,近似于一条竖向直线;当墙面坡度≥1∶0.30时,墙后侧向土压力分布规律一致且符合朗肯土压力理论。因此,当墙面坡度<1∶0.30时,加筋土结构应按加筋土边坡进行设计;当墙面坡度≥1∶0.30时,加筋土结构应按加筋土挡墙进行设计。土工袋填料种类对返包式加筋土挡墙地震动力响应几乎没有影响,在抗震设计时可不考虑其对挡墙的影响。筋材强度越高,返包式加筋土挡墙抗震性能越好,但筋材强度与挡墙的抗震性能不成正比例,由于加筋土结构的"加筋作用饱和"现象,大幅度提升筋材强度并不会使挡墙的抗震性能得到大幅度提升;因此,工程中在保证筋材强度达标的前提下需注意经济性。     

GIS支持下基于CF方法的2013年芦山地震滑坡因子敏感性分析

本文依据研究区现有地形因子(高程、坡度、坡向、斜坡曲率)、地质因子(岩性、距深大活动断裂距离)和地震因子(PGA、距震中距离)等相关影响因子资料并结合地震区基本情况,以GIS技术作为操作平台,采用确定性系数法,开展较为详细的芦山地震区地震滑坡影响因子敏感性分析工作。首先,以GIS技术作为操作平台将地震滑坡的8个影响因子据研究区特征进行分级,构建不同影响因子分级的栅格图层进行地震滑坡分布相关参数统计; 其次,采用确定性系数法计算8个地震滑坡影响因子分级区间对应的CF值,分别提取出地震滑坡最为敏感分级区间以进行地震滑坡影响因子敏感性分析,从而衡量不同影响因子分级区间对地震滑坡易发性敏感程度。地震滑坡影响因子敏感性分析结果表明,除斜坡曲率因子与距震中距离因子对地震滑坡易发性不敏感外,其他6个影响因子对地震滑坡易发性均很敏感,分别是影响滑坡发生的主要地形、地质和地震因子。针对斜坡曲率因子和距震中距离因子对滑坡的易发性不是很敏感是否受内部其他影响因子限制所进行的分析与讨论结果表明,SW向很可能限制了斜坡曲率对地震滑坡易发性的敏感程度,地层岩性对距震中距离因子限制作用更为明显,除奥陶系、志留系外的地层岩性对距震中距离因子敏感性程度都有限制。文章所得成果具有一定的方法理论意义,对于防震减灾工作也具有一定参考意义。     

基于振动台模型试验的二元结构边坡地震动力响应研究

在强震区,地震诱发边坡失稳等地质灾害的安全隐患十分突出。同时,针对由上覆松散堆积物和下卧基岩构成的土岩二元结构边坡,其地震作用下动力响应的相关研究仍较为少见。因此本文以海西福永高速ZK132+300段典型土岩二元结构边坡为原型,设计制作了1/20缩尺模型边坡,在福建省土木工程灾害防治重点实验室的双向地震模拟振动台上,完成了20种工况的模拟地震动试验。重点关注坡体高程、地震动幅值、地震动频率特征对PGA放大系数的影响,得到以下结论。坡内和坡面各测点处PGA放大系数,均呈现出明显的高程效应和鞭梢效应;但锚框支护能有效抑制坡面的趋表效应。随着输入地震动幅值的增大,土体表现出明显的塑性特征,坡内和坡面各测点处PGA放大系数,按高程依次呈线性减小或指数型减小。在相同幅值、不同频率特征的地震波作用下,坡面各测点处PGA放大系数呈现出明显的差异性;但这种因地震波频谱特性不同而产生的差异,随着高程增加而逐渐减小,并在坡顶处趋向一致。同时通过对边坡表观破坏特征的描述,发现二元结构边坡的裂缝发展仅出现在上部土质坡体的坡顶和坡肩自由面附近,未出现贯通性裂缝和整体滑移失稳,认为锚框支护结构极大提高了上部土质边坡的抗震性能。     

核安全相关边坡与一般边坡挡土墙抗震稳定性验算对比分析

在挡土墙稳定性计算基本原理基础上, 引入《核电厂抗震设计规范》(GB 50267-97) 关于地震系数的规定, 重新建立了安全相关边坡挡土墙土压力和地震角计算公式, 并应用到实际工程中。对比分析显示, 挡土墙按核安全边坡和一般边坡进行抗震验算时, 地震系数、地震角的取值相差较大; 由于按核安全边坡计算时地震力远大于一般边坡, 因此稳定系数远小于一般边坡。