强震作用下含软弱夹层顺层岩质斜坡 动力响应规律试验研究

青藏高原东南三江流域沿江分布着数以万计的古滑坡和潜在滑坡,对在建的川藏铁路构成严重的威胁。通过振动台模型试验研究了强震作用下含软弱夹层顺层岩质斜坡的动力响应规律。分析不同地震动参数、输入波类型和软弱结构面对斜坡动力响应规律的影响。试验结果表明:斜坡的自振频率随着输入地震波次数的增加而逐渐降低,振动强度为0.3g和0.6g是斜坡启裂和失稳的临界动力条件。斜坡具有明显的高程效应,加速度放大系数沿坡表呈现先增加、后减小、再增加的趋势,在1/4坡高和坡顶处较大。坡内竖直向加速度放大系数随高程增加呈现线性增加的趋势。频率对斜坡动力放大响应影响较大。斜坡对低频地震波的放大效应不明显,甚至有抑制作用。随着频率的增加,斜坡的动力放大效应越来越明显。随着幅值的增加,斜坡加速度放大系数呈现先增大后减小的趋势,在振动强度为0.3g~0.4g时达到最大值。不同类型地震波作用下,斜坡对天然波的放大作用高于人工合成波。软弱夹层的存在使输入的地震波出现了明显的放大,并通过快速傅里叶变换(fast Fourier transform,简称FFT)发现,软弱夹层的位置对输入地震波的频段的敏感程度不同。该试验揭示了含软弱夹层顺层岩质斜坡在强震作用下的动力响应规律,为进一步研究此类斜坡的失稳破坏机制和防治提供了依据。     

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。     

顺向岩质高边坡分级开挖的变形破坏特征研究

以岩质高边坡的野外调查成果为基础,分析了边坡的岩体结构特征和控制边坡稳定性的主要地质要素,依据自然边坡的变形破坏现状定性分析,预测边坡开挖过程中可能出现的宏观变形破坏模式和特征.利用基于有限差分原理的FLAC3D建立坝肩边坡的地质模型,对工程边坡开挖支护过程进行数值法定量研究,得出了工程边坡开挖过程中的应力、位移变化规律和边坡岩体破坏特征.研究成果为苗家坝水电站左坝肩的分级开挖施工提供了依据.     

志城顺层岩质边坡滑移破坏模型及变形范围探究

志城滑坡是西南山区典型的由于人工切坡形成的顺层高边坡,大部分边坡浅部已出现顺层滑坡现象,且前缘边坡开挖仍未达到设计标高,存在诱发潜在深层较大规模滑坡的可能。本文以该边坡为研究对象,对志城滑坡及潜在边坡的工程地质条件进行深入分析,探究其破坏成因机制,建立变形破坏机制的概念模型,认为该边坡可归结典型的滑移-拉裂变形破坏模式;在此基础上采用理论模拟计算边坡的顺层滑移范围与实际已发生的变形范围进行比较分析,评价结果认为该边坡失稳破坏范围并非通常认识的"一滑到顶"概念,并预测分析了潜在边坡的破坏失稳范围,进而提出合理工程治理范围。     

志城顺层岩质边坡滑移破坏模型及变形范围探究

志城滑坡是西南山区典型的由于人工切坡形成的顺层高边坡,大部分边坡浅部已出现顺层滑坡现象,且前缘边坡开挖仍未达到设计标高,存在诱发潜在深层较大规模滑坡的可能。本文以该边坡为研究对象,对志城滑坡及潜在边坡的工程地质条件进行深入分析,探究其破坏成因机制,建立变形破坏机制的概念模型,认为该边坡可归结典型的滑移-拉裂变形破坏模式;在此基础上采用理论模拟计算边坡的顺层滑移范围与实际已发生的变形范围进行比较分析,评价结果认为该边坡失稳破坏范围并非通常认识的"一滑到顶"概念,并预测分析了潜在边坡的破坏失稳范围,进而提出合理工程治理范围。     

地震作用下含软弱夹层顺层岩质斜坡动力响应的试验研究

以青藏高原金沙江流域下归洼滑坡为原型,开展了含软弱夹层的顺层岩质斜坡振动台模型试验,基于斜坡峰值加速度PGA的放大系数和Hibert-Huang变换（Hibert-Huangtransform,简称HHT）时频特征分析地震作用下含软弱夹层顺层岩质斜坡动力响应规律。试验结果表明：斜坡在地震作用下表现出明显“高程效应”和“趋表效应”,PGA在坡表距离坡底1/4高度处、坡顶、软弱夹层处较大。随着输入地震动强度的增加,斜坡刚度逐渐降低,自振频率逐渐减小。当输入波幅值达到0.7g之后,斜坡发生开裂和结构变形。输入波幅值相同的情况下,PGA放大系数与高程呈正相关,同一测点随着输入波幅值增加,放大系数逐渐下降,不同输入波的类型和时间压缩比对斜坡动力响应影响差异较大。Hilbert谱显示,高程和软弱夹层对地震波能量有放大作用,高频部分的能量放大尤其明显。Hilbert边际谱表明,软夹层作用下高频部分的累积能量放大明显,在坡表距离坡底1/4高度处的测点能量突然增大,与加速度放大效应部分的结论类似;Hilbert边际谱显示,随着输入地震波幅值增加,高频部分和代表斜坡自振频率部分的累积能量逐渐降低,输入地震...     

三峡库区典型顺斜向岩质滑坡变形破坏特征及失稳机制分析

近年来,三峡库区城集镇开发区顺斜向岩质滑坡失稳破坏现象时有发生,研究顺斜向岩质滑坡的变形破坏特征及失稳机制对防治此类滑坡具有重要意义。本文以巫山县白杨湾滑坡为例,通过现场踏勘、钻探和多种监测手段,对这一典型顺斜向岩质滑坡的变形破坏特征及失稳机制进行了深入研究。此滑坡所处地层为巴东组第二段泥岩,岩体破碎,地下水较丰富。滑坡岩层向右边界倾斜,右边界受断层控制,断层面与岩层面相交切割形成楔形体顺斜向滑移。滑坡体积约320×104 m3,滑动方向与岩层倾向夹角60°。受坡脚开挖和坡体建筑荷载等人类工程活动的影响,滑坡于2019年7月开始出现显著变形,滑坡中部的位移速率达到2～5 mm/d。2019年9月中旬,滑坡前部设置应急抗滑桩后,滑坡变形开始减缓至0～0.5 mm/d。白杨湾滑坡对城集镇开发区金科城造成巨大威胁,建议采取“搬迁避让+工程治理+专业监测”的防治对策。本文的研究成果对指导三峡库区顺斜向岩质滑坡防治和人工开挖诱发滑坡的防治具有重要借鉴意义。     

软硬互层顺层岩质边坡破坏试验

软硬互层结构的顺层岩质边坡破坏类型复杂、难于防治,针对此类边坡地质灾害易发、多发的问题,从坡面角度、岩层倾向及组合形式、节理分布等方面进行了研究.边坡物理模型试验是揭示边坡变形破坏机理的重要手段,基于相似理论,以重庆市万州区孙家滑坡为工程依托,根据滑坡区地质勘探报告设计了室内边坡物理模型试验;试验通过顶升模型箱模拟重力...     

顺层岩质边坡渐进破坏及失稳机理的数值模拟研究

提出了利用Lagrangian乘子网格来模拟顺层边坡层间结构面接触行为的方法,并推导了考虑接触约束的Lagrangian控制方程的弱形式及其有限元离散方程。Lagrangian乘子网格容许界面出现较大的切向滑移,较好地解决了接触问题中的高度非线性和响应不平滑性。应用以上方法对沪－蓉－西高速公路某顺层岩质高边坡进行了数值模拟分析,得到了临滑状态下的位移场、应力应变场、结构面上的接触状态、层间滑移距离以及接触摩擦力的分布规律。数值模拟结果表明,顺层岩质边坡的破坏是一个渐进的过程,由最初的层间错动,发展为顺层蠕滑,最后在坡底剪出而破坏;其破坏型式由最初的顺层滑动逐步向溃曲破坏转化。     

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。     

顺层岩质边坡地震动力响应研究

地震作用下边坡的动力响应研究是边坡动力稳定分析的基础,利用FLAC3D有限差分软件建立一个顺层岩质边坡动力数值模拟模型,对其在竖向和水平向地震耦合作用下的动力响应全过程进行研究。研究表明,地震竖向和水平向耦合作用模拟比简单的模拟水平向振动更加接近实际情况,对岩土体的破坏更大;顺层岩质边坡在耦合地震作用下存在垂直放大和临空面放大作用;坡面水平向和竖向加速度均随高程增加呈增大趋势,在结构面处增大特别明显;竖向地震波产生的水平与竖向拉裂是触发斜坡体产生初期崩滑破坏的主控因素;边坡动力响应特征值的放大效应表明,其放大系数值从大到小依次是：竖向加速度＞水平加速度＞竖向速度＞水平速度;耦合地震波作用下,随着av /aH的增大,坡面监测各点横向位移基本呈增大趋势,说明竖向地震作用起了重要的破坏作用。     

地震作用下顺层岩质边坡动力响应和破坏模式大型振动台试验研究

5•12汶川大地震触发了大量的顺层岩质滑坡,对其进行研究很有必要。根据动力模型试验的相似关系,设计制作了1个坡角大于岩层倾角的尺寸(高×长×宽)为1.6 m×1.75 m×0.8 m的顺层模型边坡,并完成了大型振动台试验。试验结果表明,在坡体表面和内部竖直方向上,加速度放大系数随着坡体高程增加而增大,并且随着高程增加,加速度放大系数增大的速度加快;在坡体内同一高程上,坡面处的加速度放大系数大于一定水平深度坡体内部的加速度放大系数,表现出趋表效应;地震波输入频率对坡体动力响应有明显影响,随着频率的增加,越接近坡体的自振频率,加速度放大效应越显著;加速度放大系数随着输入波振幅的增加,总体上表现为递减趋势;通过和均质边坡振动台试验加速度监测数据对比,发现坡体结构对坡体加速度放大系数也有一定的影响,结构面对地震波的反射和折射作用加大了坡体加速度的放大效应。,对试验过程中坡体破坏特征的描述和分析发现,边坡的破坏模式为地震诱发－坡肩拉裂张开－坡面中部出现裂缝－裂缝贯通－发生高位滑坡－转化为碎屑流－堆积坡脚。研究成果对地震灾区滑坡形成机制的认识和减灾防灾有一定的价值。     

基于岩体刚度的顺层岩质滑坡破坏特性研究

应用力学手段研究顺层岩质边坡失稳机理以及顺层岩质边坡稳定与其刚度密切相关在该领域获得了较多研究者认可,力学分析也成为顺层岩质边坡稳定研究的重要手段之一,在顺层岩质边坡刚度对其稳定的影响获得广泛的关注同时,却未能有人专门研究其刚度与其破坏特性之间的关系,为此在总结前人研究成果基础上,采用柔度作为其刚度指标,认为顺层岩质边坡破坏力学模型、破坏形态以及临界长度与其柔度大小密切相关,在其柔度小于临界柔度值时,可简化为杆模型,在其柔度值大于其临界柔度值时,根据其实际坡长,可简化为梁或杆模型,并分析了柔度大小与其破坏特征之间的关系,指出溃屈破坏一般只在特定的情况下发生。     

顺层高边坡开挖松动区研究

开挖顺层岩石高边坡,往往需要进行预加固,因而合理确定坡体开挖松动区范围便成为核心问题。根据坡体开挖后的应力和位移状态,给出了开挖松动区的明确定义;结合重庆万州-梁平高速公路沿线各顺层高边坡失稳实例,对顺层高边坡开挖松动区进行了研究,简述了松动区的特点,分析了开挖松动区的影响因素。从岩体结构出发,以开挖深度和岩层倾角为主控元素,对顺层高边坡开挖松动区的长度进行了统计分析,结果表明：岩层倾角在15～30°的砂泥岩顺层高边坡最易产生开挖失稳,且松动区长度与开挖深度有关,二者比值较为集中地分布在2～5之间。     

循环冲击层理煤岩动力学行为及破坏规律研究

针对考虑层理倾角的硬质砂岩力学行为及破裂响应特征问题,对不同层理倾角的硬质砂岩进行单轴压缩试验,深入探究层理倾角对硬质砂岩力学行为的影响以及层理倾角与碎块分形特征之间的关系。试验结果表明：(1) 层理倾角对硬质砂岩应力−应变曲线的类型特征无显著影响,但倾角较小时(0°、22.5°、45.0°),曲线表现为单峰变化规律,倾角较大时(67.5°、90.0°),曲线表现为多峰变化规律,且曲线波动位置主要位于峰值附近。(2) 峰值应力σ_d和峰值应变ε_d均在倾角为67.5°(最不利层理结构面)时达到最小值46.25 MPa和9.80×10⁻³,层理倾角对硬质砂岩应力的影响明显大于应变,受层理倾角的影响,硬质砂岩的各向异性度为1.32~1.64,表现出低各向异性特征。(3) 硬质砂岩随着层理倾角的增大呈现出剪切破坏−剪切张拉复合破坏−层理结构面剪切破坏−劈裂破坏的损伤破坏演化规律;单轴压缩下硬质砂岩的碎块质量特征和分形特征明显,硬质砂岩碎块以中块分布为主,层理倾角对细粒碎块的质量分布影响较小,其分形维数值位于1~2,碎块较大比例分布在大尺寸分布区间。研究结果可为含层理结构面岩石的稳定性及地下空间工程灾害防治提供理论参考。

     

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。     

层状边坡岩体的屈曲和溃屈性态研究

在对层状边坡岩体结构进行稳定性分析的过程中,屈曲和溃屈是两个主要问题。针对边坡岩体结构的赋存特点和分岔特性,以及研究方法仅采用线性理论和已有研究成果只停留在结构屈曲层面上的状况,文章应用初始后屈曲理论和突变理论探讨了岩体结构的屈曲性态和溃屈性态,给出了边坡岩体上部滑动段滑动的条件,得出了边坡岩体的分岔方程和溃屈方程,指出了分岔方程的适用条件和溃屈方程的适用范围,确定了边坡岩体后屈曲状态下溃屈破坏的下限,建立了岩体结构溃屈破坏的判据,并以雅砻江下游的霸王山边坡为例进行研究。结果表明：边坡岩体的赋存状况决定了其势函数的分岔集,从边坡的分岔集可衍生出结构在分岔状态下的分岔载荷和分岔方程;分岔方程表达了边坡岩体结构的屈曲状态,也表达了结构出现屈曲的准则;边坡岩体的赋存状况还决定了岩体结构溃屈破坏时岩体材料屈服的取值范围,而岩体结构溃屈破坏的上限或下限则取决于岩体材料的屈服极限。     

顺层岩体路堑边坡稳定性的弹塑性有限元模拟分析

基于理想弹塑性本构模型和Drucker-Prager准则,运用岩体力学理论、有限元数值模拟技术和强度折减原理,对顺层岩体路堑边坡在开挖过程中不同阶段的应力、变形、结构面上的摩擦力和边坡的稳定性等问题进行了模拟分析。分析表明,顺层岩体路堑边坡的应力场、位移场、结构面的接触状况以及边坡的稳定性明显受开挖效应的影响;在每一阶段的开挖面上,坡脚附近的水平位移量最大,最危险接触面也都集中在开挖形成的坡脚处,此处岩石最先脱落破坏;边坡的稳定性安全系数也随着开挖阶段的深入而逐渐降低。     

地震作用下高陡岩质斜坡动力响应规律研究

在西南山区高陡单面斜坡研究基础上运用FLAC3D有限差分法对双面斜坡的动力响应规律进行分析,研究了斜坡坡高、坡角及顶宽变化对响应规律的影响,结果发现:对斜坡输入不同中心频率Ricker子波时,坡体卓越频率整体处于1~4 Hz之间,且斜坡不同部位卓越频率不尽相同。从规律上看,坡高决定了斜坡动力响应的表现形式,体现在坡高较低时加速度放大系数等值线平行于坡底而增大后变为平行于坡面展布的闭合区域,反映在放大效果上即为加速度随坡高线性增加（坡高较低时）,而后呈现增减反复出现的情况（坡高较高时）;另外,坡角增大未影响斜坡动力响应的表现形式,仅改变了斜坡内部放大系数等值线的走向,使得陡倾斜坡加速度水平及竖向放大效果均大于缓倾斜坡。双面斜坡随坡形变化的动力响应规律与单面坡近乎相同,但由坡形改变所致地震波反射与折射现象使得双面坡对地震波的放大效果更加明显,表现为放大系数等值线密集程度增大,加速度较相同单面斜坡成倍增加。