基于遍布节理模型的边坡稳定性强度折减法分析

采用非线性数值分析方法分析边坡稳定性问题时,强度折减法因其具有较多的优点而得到广泛应用。岩土体一般采用理想弹塑性模型,屈服准则为广义米赛斯准则。对于密集节理岩质边坡稳定性问题,采用遍布节理模型可同时考虑岩块和节理属性,更符合岩体状态及工程实际,认为岩体经强度折减后潜在破坏可能首先出现在岩体中或沿节理面或二者同时破坏。结合工程实例,基于遍布节理模型的强度折减法计算结果表明,潜在滑移面为折线型滑面,下部潜在滑移面倾角与节理面等效内摩擦角基本一致,上部潜在滑移面与岩体拉破坏相关;节理倾角与边坡安全系数、潜在滑动范围密切相关,陡倾角节理对边坡稳定性影响较小。通过对边坡失稳判据和边坡滑移面确定的探讨,认为以力或位移不收敛作为边坡失稳判据是适当的,而边坡的剪应变速率物理意义十分明确,适于作为边坡潜在滑移面的确定依据。     

预应力锚索加固高陡边坡机制探讨

预应力锚索加固边坡是提高边坡稳定性的重要手段。弄清预应力锚索加固边坡的机理对于指导边坡加固设计有重要的理论意义。通过建立高陡边坡计算模型,不断提高边坡岩土体强度折减系数,得到了边坡坡脚位移及预应力锚索内力变化规律,并结合预应力锚索加固岩体应力分布规律,得到了有益的结论:(1)边坡岩土体强度折减系数超过边坡安全系数后,预应力锚索内力开始迅速增加,越靠近坡脚的预应力锚索,内力增加越明显,可以监测坡脚处锚索内力变化,评价边坡稳定状态;(2)对于高陡边坡,绝大部分预应力锚索并不能提高潜在滑动面上的压应力,不能提高滑动面的抗剪强度;(3)预应力锚索加固高陡边坡的主要机理在于限制边坡潜在滑动体的位移。     

预应力锚索加固高陡边坡机制探讨

预应力锚索加固边坡是提高边坡稳定性的重要手段。弄清预应力锚索加固边坡的机制对于指导边坡加固设计具有重要的理论意义。通过建立高陡边坡计算模型，不断提高边坡岩土体强度折减系数，得到了边坡坡脚位移及预应力锚索内力变化规律，并结合预应力锚索加固岩体应力分布规律，得到了有益的结论：（1）边坡岩土体强度折减系数超过边坡安全系数后，预应力锚索内力开始迅速增加，越靠近坡脚的预应力锚索，内力增加越明显，可以监测坡脚处锚索内力变化，评价边坡稳定状态；（2）对于高陡边坡，绝大部分预应力锚索并不能提高潜在滑动面上的压应力，不能提高滑动面的抗剪强度；（3）预应力锚索加固高陡边坡的主要机制在于限制边坡潜在滑动体的位移。     

某砂岩顺层挖方高边坡治理工程施工期变形特征与工程效果评价

为了研究砂岩顺层挖方高边坡支护工程施工期间及施工后的边坡变形规律和治理工程效果,文章依托北京某边坡支护项目,对边坡在施工过程中的锚索轴力及边坡位移进行监测分析,结果表明：锚索轴力变化主要分为加速损失阶段、波动阶段以及持续稳定趋变阶段;锚索轴力变化可以很好地反映坡体内力的变化情况;坡顶水平位移和竖向沉降的变化,可以反映边坡深层位移的变化规律和边坡的稳定性;框架预应力锚索抗滑桩组合支护体系应用于砂岩顺层挖方高边坡的支护时,具有较好的支护效果。采用有限元分析软件,模拟该砂岩顺层挖方高边坡的开挖支护过程发现：随着边坡的开挖,坡体位移沿着软弱滑动面向坡角发展,边坡稳定性降低。将监测结果与模拟结果对比分析,发现二者的变化趋势基本一致,证明了该边坡的支护体系能有效地控制边坡的变形。研究成果能为以后类似边坡的设计施工提供参考。     

连通节理岩质边坡稳定性分析

节理岩体的剪切强度由结构面和相邻完整岩块的剪切强度共同决定,当结构面完全连通时,岩体的剪切强度完全由结构面决定。蒙特卡罗法能够根据结构面几何参数模拟岩体结构面的空间分布,通过深度优先搜索算法可搜索到连通的结构面,相对岩体而言,连通的结构面的剪切强度最小,即为节理岩质边坡的潜在滑动面,通过极限平衡法可以对一系列滑面进行稳定性分析。该方法是对节理岩质边坡稳定分析的补充。     

一种基于稳定性评价的岩质边坡坡体结构分类方法

对目前岩质边坡勘测研究中所使用的结构术语及概念进行了梳理和厘定,提出了基于边坡稳定性评价的坡体结构的概念;结合我国近年来水电工程岩质边坡勘测实践,以边坡主控结构面和潜在变形失稳模式为核心,总结提出了坡体结构类型划分体系,即将岩质边坡划分为层状坡体结构、中陡裂隙(面)控制坡体结构、楔形坡体结构和均质坡体结构四个大类九个亚...     

松散堆积体工程边坡变形机理分析及支护对策研究

合理选择开挖坡比、正确认识变形破坏机理是影响松散堆积体边坡稳定性和施工安全的前提, 本文研究了西南地区某松散堆积体工程边坡的结构特征, 根据地形条件确定了合理的开挖坡比, 采用二维有限元研究了开挖边坡的变形机理并根据模拟结果确定潜在滑动面, 在此基础上, 提出支护对策。研究结果表明, 边坡由厚度达70m 的坡洪积、泥石流块碎石堆积体组成, 斜坡下部缓中部稍陡, 开挖平台位于缓坡部位, 根据地形条件结合坡体结构特征确定边坡开挖坡比为1: 0. 75; 数值模拟结果表明, 边坡变形开挖面附近及坡顶拉应力和坡体下部最大剪应力控制, 坡顶部位将首先产生拉张裂隙, 开挖边坡内部产生从坡脚部位向上发展的剪切变形, 滑面一旦与坡顶拉裂缝贯通, 边坡将产生整体失稳; 边坡采用锚拉桩、锚索框架、锚杆框架、排水相结合的综合治理措施进行支护。     

江坪河水电站进水口顺层岩体边坡支护结构受力特性及稳定性研究

江坪河水电站进水口边坡断层、层间错动以及泥化夹层等软弱结构分布众多,构成了顺坡向的潜在滑动组合体。为确保边坡的安全稳定性,采用了预应力锚索和大截面抗滑桩对边坡进行加固处理。边坡施工过程中,部分预应力锚索轴力监测值出现超过设计吨位的现象。为分析边坡锚索和抗滑桩支护系统的可靠性,采用三维数值分析方法对锚索和抗滑桩等支护结构的受力性态进行了系统研究。三维数值分析结果表明顺层岩体结构边坡中支护结构部件空间受力特性存在较大的差异性:局部预应力锚索轴力长期超限失效可能引起支护系统其它构件内力增加,危及边坡稳定性;抗滑桩的内力分布与岩体层间错动和泥化夹层的空间展布密切相关。受岩体结构面影响,抗滑桩内力分布类似于连续梁受力分布特点。支护结构的空间受力特点表明支护系统设计时应该考虑边坡及支护结构的整体空间效应影响,以保证支护结构自身的安全性。     

含顺层断续节理岩质边坡地震作用下的破坏模式与动力响应研究

基于二维颗粒流软件PFC2D的人工合成岩体技术（SRM）,研究了岩桥倾角和节理间距不同组合形式的含顺层断续节理岩质边坡在地震作用下的破坏模式与动力响应规律。研究结果显示：在地震动力作用下,含单潜在滑动面的顺层断续节理岩质边坡呈现出滑移-倾倒的混合破坏特征,含多潜在滑动面的顺层断续节理岩质边坡则主要发生倾倒破坏;由顺层断续节理以及岩桥交替连接所组成的潜在滑动面是控制边坡动力稳定性的关键因素。在地震动力作用下,最靠近坡脚的岩桥段首先萌生翼裂纹,使得拉应力得到释放,随后各节理相继萌生裂纹并扩展、贯通,最终导致坡体发生阶梯状整体失稳。裂纹扩展受顺层断续节理控制,萌生裂纹中以张拉裂纹为主,且裂纹数量与输入地震波的加速度曲线具有同步性。另一方面,节理面的存在对边坡动力响应产生明显影响,沿坡表以及沿水平方向上的峰值速度、峰值位移随着岩桥倾角的增大、节理间距的减小而增大,同时节理间距和岩桥倾角对于峰值加速度（PGA）放大系数的影响范围主要集中在坡表、坡肩;沿竖直方向上,峰值位移随着岩桥倾角、节理间距的增大而减小,PGA放大系数曲线随高程变化总体呈现U型分布特征。     

锚索与锚杆联合锚固支护岩坡的有限元分析

针对广东某高速公路74 m高的7级挖方边坡,采用三维弹塑性有限元数值计算方法分析山区路堑开挖岩质边坡的锚固支护的受力情况。分别计算了坡体无锚和3种不同的锚固方案。通过坡体无锚方案的计算确定坡体的滑动面并为锚固方案的设计提供依据。3种锚固方案中的预应力锚索和锚杆按不同方式进行了组合。所建立的锚固坡体三维有限元分析模型对锚固坡体进行了合理简化并节约了计算量。计算中锚索的预应力采用预先施加应变的方式施加。计算分析表明,边坡加锚后可显著减少边坡塑性区。实际工程中采用预应力锚索和锚杆交错布设方案进行边坡锚固支护可较好地达到安全与经济并重的边坡处治原则。现场监测结果表明,锚固边坡有限元分析合理可行。     

某大型高速公路滑坡稳定性分析及锚桩加固的模拟研究

某大型高速公路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,故边坡多处出现失稳破坏迹象。在已查明滑坡工程地质条件、滑动面、滑带位置的基础上,分析评价了该滑坡体的稳定性现状; 根据钻孔资料提供的岩土体和滑面的参数,并结合参数的反算,得到了滑面的c、φ值,最后计算得到非正常工况下(暴雨)的滑坡稳定安全系数为0.91,说明当遇到长时间暴雨时,滑坡会进一步发展,需要及时治理。文中提出了相应的治理设计措施,即在对滑坡体进行削方减载后,在边坡的一级平台位置设置预应力锚索抗滑桩。在对该边坡破坏过程和机制定性分析的基础上,采用离散元程序UDEC进行了滑坡治理效果的数值模拟。根据已确定的滑面,采用UDEC模拟边坡开挖,通过对治理前后边坡位移图的比较分析,表明采用预应力锚索抗滑桩的治理措施安全有效。通过抗滑桩与预应力锚索抗滑桩的对比,揭示了预应力锚索抗滑桩改变了传统抗滑桩的受力状态,变悬臂梁为类简支梁,变被动支护为施加预应力,具有诸多优点。     

缓倾外层状结构边坡变形破坏模式及支护对策研究

高速公路开挖形成越来越多的工程边坡。缓倾外层状结构边坡作为一种典型的岩质边坡,一般情况下整体稳定性较好,但在特定的结构面组合状况下,开挖后也可能产生整体变形破坏。本文以软弱结构面和长大裂隙发育的公路工程边坡为例,通过岩体结构及边坡一定范围内已有边坡破坏现象的调查研究,采用工程地质类比和三维离散元法综合分析边坡变形破坏模式,并针对变形破坏模式的特点,提出支护对策。研究结果表明,结构面贯通坡体形成切割块体的后缘和侧缘边界时,缓倾外层状结构边坡可沿层面产生滑移-拉裂变形,若滑面与临空面具有一定夹角,边坡的变形可表现为旋转式滑移-拉裂;结构面组合控制的缓倾外层状结构岩质边坡稳定性受坡体中下部的关键块体控制,一旦关键块体失稳,将引起上部块体的连锁失稳,此类边坡变形控制的重点是对关键块体分布区域进行强支护;支护工程实施后的变形监测结果表明,基于变形破坏模式分析的边坡支护方案保证了边坡施工和运营过程中的安全。     

三峡库区秀龙村反倾岩质边坡变形破坏机理分析

由于岩质边坡在长期的地质历史环境中接受改造,形成很多结构面(如层面、裂隙面、节理面),这些"预制的"结构面控制着边坡的变形与发展。在调研工程区域地质条件的基础上,研究了边坡开挖特征、边坡病害发生情况。对秀龙村边坡的节理裂隙开展了调查分析工作,基于玫瑰花图和赤平投影,结合边坡面产状,得到边坡潜在的破坏模式。以过程机制分析法为基础,分析秀龙村反倾岩质边坡的变形破坏的基本规律,追溯边坡演变的全过程,为库区节理岩质边坡地质灾害防治,提供借鉴依据。     

强降雨条件下碎裂岩质边坡锚墩式主动网加固机理模型试验

川藏铁路沿线岩体受地质构造、风化作用以及酸雨作用的影响,广泛发育有深厚的碎裂带,工程开挖常形成长大碎裂岩质边坡。该类边坡除坡面碎块石的崩落外,还存在整体失稳风险,常规主动网难以有效加固。基于此,提出锚墩式主动网新型组合结构,以预应力锚索代替主动网中的短锚杆,约束碎裂岩质边坡坡面岩块位移的同时进行边坡的深层加固。设计了1 ︰ 10大比例尺室内模型试验,探究强降雨条件下锚墩式主动网在碎裂岩质边坡加固中的应力-应变特征,探索其协同受力机理及设计方法。试验结果表明,强降雨条件下,锚墩式主动网组合结构可协同受力,且主动网受力对预应力锚索的工作状态有显著影响,会形成明显的二次张拉,设计时应充分考虑。     

似层状岩质边坡倾倒变形破坏过程数值模拟

在构造裂隙组合切割下形成的反倾向"似层状"结构边坡在工程中普遍存在。文章以浙江某梯级电站厂房后边坡为例,通过运用二维离散元和三维有限差分法,对"似层状"岩质边坡倾倒变形特征及破坏演化历程进行模拟,结果表明这类边坡变形破坏主要经历三个时期:初期为块体间的相互剪切错动和局部缓倾节理的剪切蠕变;中期岩体加剧倾倒后推动坡体前缘滑动,在坡体表面形成倾倒台阶后地表拉裂;后期倾倒变形剪切错动向坡体内部扩展,剪切带相互连通并逐步追踪缓倾结构面或强弱风化分界面,在空间形态上形成具有"台梯状分布"的滑动带,为深层蠕滑创造条件。     

预应力锚索在某高陡软质岩边坡永久性支护中的应用

使用预应力锚索钢筋混凝土薄壁墙、预应力锚索台座结合排水、坡面植被等对软质岩高陡边坡进行永久性支护获得成功,打破了传统的预应力锚索不适用于软质岩高边坡永久性支护的观念,为同种类型的边坡(滑坡)治理积累了经验,并提供借鉴。     

多级框架锚索和抗滑桩联合作用下边坡抗震性能的振动台试验研究

基于原型边坡设计了大型振动台模型试验,通过监测锚索轴力、桩身土压力、坡体加速度和坡面位移时程,研究多级锚索框架梁与双排抗滑桩组合结构加固含软弱夹层岩质边坡的地震动力特性。试验结果表明:在0.15g El Centro地震波激振时锚索预应力产生损失,最大损失比为23%,建议对变形等级要求较高的边坡在锚索抗震设计时适当提高预应力初始值1.2~1.3倍;沿边坡不同高度布置的锚索其轴力响应峰值几乎同一时刻到达,而峰值增加比例呈现出空间非一致性,在锚索抗震设计时应以坡体中部抗滑桩为界将边坡分为上、下区分别考虑;坡脚抗滑桩受荷段、锚固段土压力均随着输入地震波峰值加速度的增加而增大,主动土压力分布规律将由"上小下大"转变成"上大下小"的形状,被动土压力Ⅰ、Ⅱ区的分界点将向桩体下部发展;锚索与抗滑桩在地震时表现为协同工作机制,工程设计中要充分考虑地震效应对桩锚下滑力分担比的影响。该研究成果可为更加合理地考虑地震区锚索框架梁与抗滑桩组合支护结构的设计提供指导。     

基于施工监测和三维模拟的临危边坡锚固方案研究

依据实际工程边坡案例,研究利用施工监测资料联合边坡稳定分析三维数值模拟确定临危边坡锚固方案的方法。研究表明,根据连续的监测资料可确定边坡内部剪切位移带的位置、发生区间和开始时间,据此可推测边坡潜在滑移面的位置和形状;边坡稳定分析有限元法三维模拟可以考虑坡体断面形态变化对坡体稳定和变形的影响,计算结果更具有合理性;以三维数值计算得到的坡体外部变形拟合实测变形和滑动面,依据临危边坡所处的极限平衡条件,可以确定坡体当前状态的等效力学参数;根据等效力学参数,通过三维模拟可以确定坡体最终形态下的潜在滑动面形状和位置,从而合理地确定加固锚索的长度和密度;工程运行情况表明,由此确定的加固方案是可靠的。     

开挖条件下含陡倾结构面顺层岩质边坡破坏模式与稳定性预测

顺层岩质边坡易发生失稳破坏,当边坡中发育有顺坡向陡倾结构面时,更不利于边坡稳定。以贵州某水电站大坝左岸含陡倾结构面顺层边坡为例,在综合分析地质条件及开挖扰动的基础上,结合离散元软件UDEC,分析了边坡的变形破坏模式和稳定性。研究结果表明,边坡可能发生的变形破坏模式主要有滑移、拉裂—滑移两种;自然状况下及开挖后,边坡都有沿断层f_9、卸荷裂隙L_1及岩层面发生滑移的趋势,且工程开挖导致边坡沿该结构面发生内部滑动;对边坡采用预应力锚索加固后,变形得到有效控制,位移数值计算值与实际监测值基本吻合。     

基于离心模型试验的复杂层状软岩楔形滑坡变形演化研究

楔形破坏是岩质边坡中的一种重要失稳形式,以往研究主要是通过块体理论从力学角度进行稳定性分析,一定程度上忽略了地质作用的孕育演化过程。为全面分析岩质边坡楔形破坏的灾害孕育机制及变形特征,以略阳县官家咀中桥楔体滑坡为地质原型,基于现场地质调查和分析,设计了具有两组结构面的层状楔形体岩质斜坡概化离心模型,并成功完成离心模型试验。结果表明:(1)不同于传统楔形滑坡大块体滑落,当坡体岩性较软、节理裂隙发育时,楔体将沿着楔形面交线方向呈解体式滑动;此类楔体滑坡的楔形形态差,难以从几何上进行识别,岩性条件、结构条件是其控制性因素。(2)这类具层状楔形软岩斜坡表观变形不明显,在重力作用下,变形主要从坡体内部向坡表、坡底纵向延伸,楔形滑体部分压力、应变变化较小,主要表现为拉张破坏。(3)滑坡可形成多级楔形滑面,并发育多级失稳楔体,坡体自动搜索最优滑动面,发生不同规模的崩滑灾害;在1 260 s、50g时出现一级楔体失稳,2 016 s、92g时二级深层楔体失稳。该试验揭示了在重力作用下此类楔体滑坡变形演化过程以及成灾模式,为深入认识该类滑坡以及灾害防治提供了参考依据。