地震作用下含弱面斜坡变形破坏实验研究

为了研究含弱面斜坡在强震作用下变形破坏规律,对含单一弱面的3组斜坡模型模拟地震作用下的变形破坏,并用数字散斑相关方法对实验结果进行处理,得到斜坡模型位移和应变。从实验结果可以发现:位移和应变变形均集中在弱面上,随着震动的持续,这种变形积累最终导致斜坡发生破坏; 模型对比中可以发现,在斜坡体内弱面越深则斜坡稳定性越强,在斜坡体内弱面越长则斜坡稳定性越弱。分析模型最初在顶部出现裂缝和沿弱面发生滑动的原因。     

陡倾坡外弱面控制的斜坡滑移-剪损变形破坏模式

斜坡变形破坏和稳定性分析是各类工程建设中高度关注的问题.采用实例调查、理论分析、数值计算等技术方法,以雅砻江某水电工程坝址区右岸顺层岩质斜坡为例,研究总结了斜坡发育滑移-剪损变形破坏的成因机理、发育特征以及与弱面倾角和发育深度的关系.研究表明,滑移-剪损变形破坏通常发育在力学性能相对较差的薄层、互层状结构的顺层岩质斜坡或斜坡强-弱风化带内.斜坡发育滑移-剪损变形破坏与陡倾坡外弱面的倾角和发育位置密切相关.倾角在45°~65°之间或距斜坡表部水平距离小于80 m的弱面对斜坡发育滑移-剪损变形破坏的影响控制作用明显,并且弱面距斜坡表部水平距离比弱面倾角对斜坡发育滑移-剪损变形破坏的影响控制作用更强.研究成果可补充完善岩质斜坡变形破坏类型,具有重要的工程意义和实践价值.      

西南某电站坝址右岸含软弱层带岩质斜坡变形破坏机制

四川雅砻江某拟建电站坝址右岸岩质斜坡主要由顺层的变质砂岩、炭质板岩及大理岩组成,在褶皱过程中形成多条贯穿性的层间弱带,其变形破坏模式为蠕滑-剪切型破坏。在获取各类地质要素和各层工程地质特性等资料基础上,利用有限元法建立斜坡三维模型对现场工程地质分析成果进行验证并对斜坡的变形破坏机制进行探讨。研究结果表明:由于层间弱带的存在,右岸坡体在重力和残余构造应力的作用下使岩体出现渐进破坏的累积过程,岩层不断弯曲、开启,发生层间剪切蠕变,并逐渐向下延伸,沿控制性结构面产生层间错动,坡体下部应力集中使前部剪切扩展,最终岩桥被剪断,滑移面贯通,岩体沿中缓倾结构面滑出。     

恩施盆地典型红砂岩斜坡破坏机理试验研究

恩施城市建设中盆地内红砂岩斜坡破坏较为严重,其中结构面控制的逆向红砂岩斜坡破坏现象普遍。以恩施市内凤凰山公园斜坡为典型实例,研究其变形破坏过程与机理。工程地质调查与室内岩体物理力学试验研究表明,该类红砂岩斜坡破坏的影响因素为斜坡地质结构构造、地层岩性与工程诱发因素。基于物理模型试验再现了该类斜坡失稳破坏的全过程,通过坡体位移监测、有机玻璃投影监测与宏观变形拍照记录分析了斜坡的变形破坏机理,并采用离散元法数值模拟对比验证了该类斜坡破坏机理。结果表明,该类斜坡的稳定性状态主要由结构面控制,在工程开挖的作用下,斜坡沿结构面必发生失稳破坏。鉴于此,工程建设中必需对该类斜坡进行合理的边坡设计,防止出现不同规模的失稳滑动现象。     

顺倾层状碎裂结构岩质边坡地震动力响应及破坏模式分析

顺倾层状边坡沿软弱带剪切方式破坏是滑坡的主要类型之一。采用块体砌筑斜坡振动台模型,在多维多参数地震动作用下,考虑斜坡不同工况下力学参数弱化的过程,研究了层状碎裂结构岩质边坡的地震动力响应和失稳破坏模式。结果表明：斜坡地震动特性和斜坡地质结构是决定斜坡地震动力稳定性以及破坏模式的决定因素;斜坡水平动力响应具有明显的高程和坡表放大效应,高程对斜坡的垂直动力响应影响较小,地震动放大效应与结构面力学强度、地震波波形、频谱特性等均有一定的关系,正弦波较天然波对坡体放大效应影响更为显著;坡体裂纹依托优势结构面在最弱部位起裂萌生扩展,并向节理面追踪形成蠕滑段和锁固段,节理面强度参数在外界地质营力作用下发生弱化,使潜在滑带出现由后缘向前端搭接贯通的前进式破坏模式和由前端向后缘的后退式破坏模式的分化,滑体也由高位剪出向溃散破坏演变。     

降雨条件下北川斜坡破坏的数值模拟

本文采用FLAC的两相流模式和修正的Mohr—Coulomb模型,对北川地区震后土在降雨条件下的位移和速度矢量进行了数值模拟和分析,同时在室内进行了降雨条件下斜坡破坏的模型实验。分析结果表明：土体在沿坡面的最大水平位移发生在坡脚处,土体水平位移是衡量斜坡破坏的首要指标,可采用坡面特征点的位移突变作为斜坡破坏的判别标准;数值模拟得到的斜坡破坏与降雨历时关系与室内模型实验结果吻合较好。     

优势结构面控制的岩质边坡强震破坏机制研究

据统计,由地震所造成的损失中,地震所诱发的滑坡和崩塌造成的损失约占40%。对于地震作用下斜坡变形破坏的类型与机制,前人已有大量的研究和归纳,然而对此问题的数值模拟研究则少有涉及。四川省什邡市北部山区在512汶川地震中烈度达到11度,遥感解译出的地震诱发崩滑体地质灾害点达161处,其破坏机制主要有顺层-切层滑坡和滑移式崩塌2种形式。本文针对这一地区2种典型滑坡地质灾害,利用赤平投影图分析方法确定边坡的控稳优势结构面组合,在此基础上用离散元数值模拟软件对其失稳过程进行数值模拟计算,分析结果显示:第1种斜坡破坏类型表现为缓倾坡外层状结构斜坡在强震作用下,坡顶首先出现拉裂,斜坡中部的结构面发生剪切变形,随着斜坡上部拉裂面向中部不断延伸并贯通,滑体便从高位沿中部缓倾结构面快速剪出。这种斜坡的变形破坏力学机制为滑移-拉裂,其破坏方式为顺层-切层滑坡。第2种斜坡破坏类型表现为高陡块状结构斜坡在强震作用下,斜坡上部结构面首先被拉裂,发生松动,被切割的块体沿拉裂面底端缓倾坡内或水平的结构面向外产生剪切变形,并在持续地震力作用下不断向坡外运动,以翻滚、崩落的方式运动至坡脚。这种结构类型斜坡的变形破坏力学机制为拉裂-滑移,其破坏方式为滑移式崩塌。     

五峰山斜坡变形破坏机制及稳定性分析

针对五峰山斜坡变形破坏的基本特征,运用板裂结构理论和宏观地质法,分析了斜坡变形的影响因素、破坏机制和稳定状况。认为五峰山斜坡变形是各种作用长期积累的结果,不论有无其它触发因素,在自然状态下斜坡均会发生变形,变形模式为由下坡至上坡发展的溃屈破坏。位于陡坡上的碎块物质,当临界雨强达到7 6mm 10min时,将发生坡面泥石流。该研究对长江沿岸类似条件下斜坡的稳定性评价和治理具有参考价值。     

雅砻江上游互层斜坡倾倒变形破坏机制与演化

以甲西倾倒体为典型实例,从赋存环境、发育特征、形成条件等基础层面上分析雅砻江上游互层斜坡倾倒变形破坏机制及演化过程。研究表明:区内大型倾倒体是斜坡岩体在叠加有残余构造应力的自重应力场中长期演化的产物,软硬相间的岩性组合、陡倾内的岸坡结构,加之垂直层面密集节理的切割是斜坡发生倾倒变形的控制性因素;斜坡倾倒是受节理面和层面控制的复合倾倒模式,即:硬岩发生块状-弯曲倾倒,而软岩发生弯曲倾倒;受河谷演化控制,斜坡变形破坏主要经历了4个演化阶段:卸荷回弹陡倾面拉裂阶段,初始变形阶段,板梁根部折断、剪切面贯通阶段以及破坏阶段,并最终转化为蠕滑-拉裂模式形成滑坡。该滑动面受倾向坡外破裂面控制,而并非沿最大弯折带发育。     

多年冻土区缓倾角土层斜坡的地震反应

进行垂直和水平动荷载下的大型振动台模型试验,研究地震作用下多年冻土缓倾角土层斜坡的地震响应、诱发滑坡破坏的主要影响因素及滑坡破坏的演化过程。结果表明,在土层坡度为8°缓斜坡振动台模型试验条件下,斜坡模型破坏后其水平方向自振频率降低较明显,而垂直方向无明显变化;坡体滑动是整体沿着冰-土界面软弱层进行的失稳滑动,沿斜面滑下的斜坡土体内部没有发生破坏;模型斜坡的峰值加速度(PGA)放大系数随着坡体高程增加而增大,破坏前坡面PGA放大系数无明显变化,破坏时和破坏后变化较明显,斜坡土体对水平方向地震波的加速度动力放大响应大于垂直方向,冰-土界面软弱层的加速度放大系数明显小于上部土体和下部冰体,在加速度达到一定数值时,冰-土界面的孔隙水压力会升高。斜坡冰-土软弱界面和超孔隙水压力升高是地震荷载下多年冻土区缓倾角土层斜坡滑动的主要内因。     

Closed-Form Solution of Critical Inclination for Rock Slope with Weak Plane

Plane failure of rock slope is highly related to the inclination of the weak plane. The inclination of the weak plane is a general function of factors including: height of slope, factor of safety, horizontal coefficient of earthquake influence, inclination of slope, unit weight of rockmass, cohesion and friction angle on the plane. The closed-form solution of the critical inclination of the weak plane corresponding respectively is derived under two conditions (i.e., without earthquake and with earthquake), because the critical height of slope and the critical factor of safety are considered to and are easy to be adjusted in engineering practice. In the end, the relations between derived critical closed-form solution and each parameter are illustrated with an example.

     

地震荷载作用下危岩体边坡动力响应及失稳机理探讨

采用连续介质快速拉格朗日分析方法,模拟了含单一顺坡向结构面的危岩体边坡在地震荷载作用下的动力反应。基于时程分析法,分析了其动力响应规律,并简单探讨了失稳机理。发现了危岩体边坡的加速度和速度存在竖直放大效应和临空面放大效应。受结构面的影响,加速度、速度、位移和剪应力等的不连续现象明显,危岩体边坡的水平位移峰值在结构面以下向上逐渐减小、跨过结构面时突然增大、在结构面以上又向上逐渐减小,而危岩体上的位移放大系数明显比母岩上的大。有助于进一步研究结构面的动力特性和危岩体边坡的动力失稳机理。     

边坡稳定分析三维极限平衡条柱间力的讨论

根据在自重作用下潜在滑体在斜面上运动的规律,提出条柱底滑面上抗滑力方向垂直于底滑面与水平面交线的假定,并引用条间抗剪强度发挥系数的概念,运用各条柱的3个方向力的平衡和边坡整体3个方向的力矩平衡,提出了一种计算边坡稳定性的三维极限平衡方法,通过对算例的计算结果分析发现：当忽略条柱间全部剪力作用时,得到的安全系数与二维Spencer法计算结果相近;考虑部分条柱间剪力作用时,得到的安全系数与文献[5]计算结果相近;当考虑条柱间横向剪力对边坡稳定性的贡献时,即考虑条柱间全部作用力,得到的安全系数最高,这种假定更能反映边坡实际受力情况,因此,所得的结果更接近于实际     

爆破应力波作用下边坡主控软弱结构面破坏机制

爆破强震扰动影响下受软弱结构面控制型边坡易出现滑移破坏,其破坏机制研究是滑坡灾害防护的重要内容.利用波函数解析方法建立了应力波入射岩-结构面-岩模型,分析了爆破P波透反射规律与软弱结构面应力响应,结合自主研发的爆破应力波扰动结构面剪切强度仪得到了抗剪强度劣化规律,构建结构面动应力与扰动后抗剪强度量化关系,提出结构面内部剪切强度失效模型.研究表明:计算模型的P波在两个界面产生的透射系数均随着入射角增加而降低;振动台加载后软弱结构面的剪切强度存在明显的劣化,加载振幅为0.2 mm时,内聚力由68.75 kPa降低至9.69 kPa.结合建立的剪切强度失效模型与试验得到的剪切强度劣化规律,确定振幅在0.15 mm内时软弱结构面的安全性可以得到保证.      

含软弱岩层反倾岩质边坡地震动力响应与破坏模式

以鲁甸地震诱发的红石岩崩塌滑坡为研究对象,通过大型振动台模型试验和3DEC数值模拟,研究了含软弱岩层的反倾岩质边坡的动力响应和破坏失稳模式.研究结果表明:水平加载下,随频率增大PGA放大系数先减小后增大,在接近坡体自振频率8Hz的波形加载下,坡体动力响应最为剧烈,软弱岩层对不同频率的横波具有放大和吸收作用,对5~10Hz的横波放大效应明显,对15~20Hz的横波则明显吸收;竖向加载下,随加载正弦波频率的增加,PGA放大系数先增大,25Hz时PGA放大系数减小,随后又继续增大,在频率为30Hz时PGA放大系数达到最大,在5~30Hz范围内软弱岩层对纵波均具有一定的放大效果;双向加载下,坡体水平和竖向PGA放大系数分布与单向加载一致,但双向加载下坡体部分位置动力响应加剧,部分位置动力响应则受到抑制.含软弱岩层的反倾岩质边坡破坏过程可以分为6个阶段:坡体内部轻微损伤-软岩挤出、软硬岩交界上方硬岩拉裂-硬岩裂纹向上延展-软弱岩层挤压滑动-层面和纵向节理贯通形成滑面-边坡破坏.在软弱岩层的反倾岩质边坡中,软弱岩层具有对地震波的放大吸收、折射反射作用,影响着边坡的动力响应特征,软弱岩层的挤出破坏导致上部岩体岩结构面松动开裂,是该类岩质边坡破坏发展的主要原因,对该类边坡需应注意对软弱岩层进行加固防护,减小边坡的动力破坏.      

岩溶及水动力对鸡尾山滑坡影响作用研究

鸡尾山特大型滑坡是我国西南岩溶石山地区一种独特的大型岩质斜坡失稳模式,它得到工程地质等领域极大重视,从滑坡成因和机理、滑坡启动以及运动过程、堆积物分布、次生灾害等方面都开展了一系列研究,取得了众多成果;对于滑坡结构面和滑动面方面认为:垂直结构面由两组构成,水平滑动面则为软弱夹层。本文通过野外地质调查,样品测试、综合分析等方法,查明了滑坡区岩溶及裂隙发育特征、软弱夹层及其下伏瘤状灰岩分布特征、岩溶地下水补径排条件;发现了大量瘤状灰岩块石分布于滑坡堆积体中;深入讨论了岩溶与滑坡垂直结构面、水平滑动面的关系。主要结论:(1)存在3组垂直结构面,它们对应由3组构造裂隙经过长期溶蚀侵蚀作用后形成;(2)部分滑动面已经越过软弱夹层、进入或越过瘤状灰岩,因此,滑动面主要由顺层岩溶、岩层间弱胶结、软弱夹层等条件控制;(3)岩溶地下水对滑坡孕灾过程中垂直结构面、以及水平滑动面起到扩张作用,在滑坡启动期无水动力作用。本文研究对鸡尾山滑坡成因分析及研判有一定实际意义。     

建筑边坡岩体分类及其应用合理性研究

当前的建筑边坡岩体分类不含外倾软弱结构面控制的边坡和倾倒崩塌型破坏的边坡,把岩体完整程度、结构面结合程度、结构面产状、岩石坚硬程度和地下水发育程度作为分类因素。对这种分类及其应用存在的问题进行了分析。研究表明,这个分类在分类规律、分类对象、分类因素等方面均不合理,也没有实际意义,已有的关于岩体性状的通用分类和专用于边坡的单因素分类对于边坡工程已经够用。提出了取消专用于边坡的岩体综合分类的建议。     

结构面对岩质边坡地震动影响的数值模拟研究

[摘 要] 本文采用数值模拟的方法,利用UDEC 软件,开展了结构面对岩质边坡地震动影响的数值 模拟研究,研究内容涉及结构面产状和位置变化对岩体边坡地震动放大系数空间展布的影响。根据岩 体边坡中结构面发育的一般规律,本文模型工况主要考虑与坡面相交的贯穿性结构面,模拟的主要物理 对象是层面、贯穿性长大软弱结构面等。数值模拟结果表明:结构面越靠近坡顶,边坡上部的地震动响 应越强烈;顺倾结构面会使坡肩部形成更强烈的地震动响应;边坡越陡,坡顶和坡肩部的地震动响应越 强烈。上述规律对于岩质边坡地震稳定性分析具有指导意义。     

湘西铁路沿线红层边坡工程地质研究

地处湘西山区的湘黔、焦柳铁路沿线分布众多的红层边坡。因其工程地质条件的特殊性,边坡灾害时有发生,严重影响了列车的安全运行。文章首先对这一地区红层的工程地质特性进行研究,在此基础上,对边坡破坏形式、规律、机理等进行深入探讨。研究表明:分布在湘西铁路沿线的红层具有岩性多变、软硬互层、浸水崩解、遇水软化、结构面众多及泥化软弱夹层发育等工程特性;红层边坡变形破坏的主要形式有风化剥落、坡面变形、崩塌落石和顺层滑坡等。文章通过湘西湘黔、焦柳铁路沿线12处较大红层路堑滑坡的调查及综合分析,得出这一地区红层路堑滑坡形成的基本规律并根据滑坡体物质及滑动面特征对其进行了分类。分析了该地区红层滑坡的形成机理并提出红层边坡地质灾害的防治措施。