岩石边坡滑移失稳的地球物理响应特征

根据边坡滑移失稳的地球物理模型,研究了岩石边坡失稳的电阻率、瑞利面波基阶模的相速度、波数等响应特征,揭示了边坡从稳定→失稳演化过程的电阻率、瑞利面波基阶模频散特征变化规律,从而实现了边坡失稳的电阻率、瑞利面波基阶模相速度、波数响应特征的提取。这些特征信息的获得为利用电法勘探方法、瑞利面波法探测岩石边坡失稳的滑动面或结构面位置提供了依据,同时为实时观测,预测预报岩石边坡失稳提供了理论支撑。     

坡面形态对边坡动力变形破坏影响的模型试验研究

采用自主制作的单向振动试验台,对不同坡面形态土质边坡进行了失稳破坏过程的模型试验研究。试验设计了凹面坡、凸面坡和凹凸面组合型3类边坡共8个模型,通过单向振动试验台施加初始位移,触发模型边坡失稳破坏,利用摄像机对模型边坡破坏过程进行跟踪记录,并对变形破坏特征进行分析。试验表明：凹面坡主要由坡面上形成的横向裂隙带动整个坡体发生破坏,而凸面坡则是由于坡顶上形成的横向裂隙带动整个坡体发生变形破坏,凹凸面组合型边坡的破坏则是受坡面凸起部位所控制;进一步研究发现,凹凸程度越强的边坡越容易发生变形破坏,其变形破坏的程度越大。研究成果有助于了解不同形态坡面边坡的破坏特征,为工程边坡设计提供借鉴意义。     

交通荷载作用下边坡振动响应特性分析

通过对316国道土质边坡及岩质边坡进行振动响应测试,研究交通荷载引起土质及岩质边坡振动加速度大小及其空间变化特征,同时利用FFT方法对振动信号进行频谱分析,得到岩质及土质边坡的振动响应频谱特性。测试及分析结果表明,振动波传播过程中携带了反映介质固有特性的信息,岩质及土质边坡对交通荷载的响应均较为敏感,相同荷载在土质边坡引起的振动加速度及振动幅值大于岩质边坡,其中土质边坡沿坡由下向上振动响应有减弱的趋势,且振动在短距离内衰减较快,而岩质边坡振动响应在短距离内衰减较慢;主频随着振动波的衰减有向低频移动的趋势。测试为分析振动传播途径和研究振动对边坡稳定性的影响提供了宝贵资料,对多因素引起的边坡稳定性评价有重要的实际意义。     

球状风化花岗岩类土质边坡随机重构与其失稳破坏模式研究

球状风化花岗岩类土质边坡高度的非均质性、非连续性以及土-球接触界面的复杂性致使其失稳破坏复杂多变,综合运用几何学、计算机随机模拟技术等,以有限元软件ABAQUS为平台,基于Python开发了球状风化花岗岩类土质边坡的随机结构模型程序,研究了球状风化体的含量、空间分布、粒度组成以及土-球接触界面等作用下球状风化体类土质边坡的失稳破坏模式。结果表明：球状风化花岗岩类土质边坡破坏模式复杂多变,且由于球状风化体的存在,使得该类边坡的潜在滑动面极其不规则,甚至出现多条滑动面;位于滑动面附近的风化体阻碍了滑动面的发育,迫使其出现“绕石、分流或者包含”的塑性扩展模式。随着球状风化体含量的增长,坡体内部越来越难以形成单一的、上下贯通的滑动面,安全系数随之逐步提高;(0.22～0.3)L_c粒径风化体含量越多,Ⅱ区风化体所占面积越大,越有利于边坡稳定;土-球接触界面最有可能发展为滑动面,界面接触类型显著影响着球状风化花岗岩类土质边坡的失稳演化过程。研究成果可为合理准确地评价球状风化花岗岩类土质边坡的稳定性提供科学依据和理论支撑。     

基于全局极限响应面的预应力锚索加固边坡抗震可靠度分析

通过反向采用极向条分的极限分析上限法获取临界强度参数对,拟合得到预应力锚索边坡对应的抗震全局极限响应面方程,将其作为内核函数使用Monte Carlo模拟得到特定地震烈度下的预应力锚索加固边坡的失稳概率和可靠度指标,避免直接使用极限分析上限法而造成的抽样和寻优算法的冗余嵌套。将该方法应用于预应力锚索加固边坡算例中,并将抗震全局极限响应面与基于"均值最不利滑动面"的极限响应面进行了对比,结果表明全局极限滑动面所得失稳概率较大,特定滑面的极限响应面法偏于不安全。进一步分析了锚索参数对边坡抗震失稳概率的影响以及失稳概率与可靠度的关系曲线,表明该方法很好地兼顾了变异参数空间的全局性以及计算的高效性,可以为基于可靠度的预应力锚索边坡抗震设计提供理论参考。     

降雨条件下球状风化花岗岩类土质边坡渗流特性与稳定性分析

降雨作为边坡失稳破坏的最常见诱因,在非均质性、非连续性特征显著的球状风化花岗岩类土质边坡中具有更为复杂的影响特征。依托ABAQUS及其二次开发,通过构建降雨条件下球状风化体类土质边坡渗流模型,综合考虑降雨参数的影响,开展了降雨条件下球状风化花岗岩类土质边坡渗流特性与其稳定性研究。研究结果表明：受球状风化体影响,边坡浅层土体更快达到饱和,并且其饱和速率亦受风化体的埋藏深度、“迎雨”面横截面积和含量控制;降雨条件下球状风化花岗岩类土质边坡潜在滑动面仍表现出显著的复杂多样性,存在与无雨状态相似的滑面,也可能拓展形成新的浅层滑面;边坡安全系数与降雨历时和降雨强度为负相关,随着降雨的持续有趋于平缓的趋势,但也能在球状风化体的影响下失去平缓趋势而持续降低;在所设雨型中,渐变递增型对边坡稳定性影响最大。研究成果可为降雨条件下球状风化花岗岩类土质边坡稳定性评价提供科学依据。     

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。     

强震作用下多层土质边坡破坏规律与变形特征

通过对汶川地震受灾区北川县陈家坝地区的地质灾害调查,根据现场松散土质边坡破坏情况,由工程地质类比法选择了计算模型和地震波,采用岩土弹塑性理论和FLAC3D软件分析了多层土质边坡在动荷载作用下边坡单元的剪切拉伸破坏和剪切应变动力响应规律。研究表明,在水平和竖直地震波联合作用下,地震边坡单元首先在坡体内产生剪切破坏。随着震动时间的增加,剪切破坏单元向坡脚和坡肩处延伸,而在坡肩处主要产生拉破坏,一旦剪切破坏面和拉破坏面贯通,将导致边坡失稳。强震过后边坡坡脚鼓出,坡肩下凹,整个坡体呈弧形破坏。     

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。     

高陡岩质边坡稳定性三维离散元分析

某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,边坡多处出现失稳破坏迹象。通过对边坡工程地质条件调查,岩体结构特征和边坡开挖等影响因素的分析,认为边坡变形主要发生在强风化强卸荷岩体内,受软弱结构面的控制比较明显,表现为结构面组合控制的块体变形失稳破坏模式。采用3DEC数值模拟软件,模拟了边坡开挖后坡体变形特征,数值模拟结果表明,边坡浅表层块体以及控制性块体稳定性差,可能导致边坡产生整体失稳。     

基于高密度电法的天然边坡水分运移规律研究

地下水是滑坡变形与失稳的重要影响因子,目前关于天然边坡水分运移过程的研究多借助传感器监测或数值模拟,但尚不能充分满足无扰、快捷的测量要求。针对该类问题,以天然边坡为研究对象,利用高密度电法结合时域反射技术,通过测量边坡土体含水率与电阻率,构建两者的对应关系,据此反演并分析边坡介质地下水的分布特征及迁移规律,验证高密度电法技术在探究天然边坡水分运移规律的有效性。现场试验结果显示:研究边坡土体含水率与电阻率呈明显对数关系;该边坡有效入渗或蒸发深度为2 m,大于该深度范围内,边坡土体含水率随深度增加逐渐减小;中雨强度下埋深为1.3~2.0 m范围内土体含水率激增的主要原因在于后缘裂缝的优势流补给;边坡高含水率(低电阻区)与低含水率(高电阻区)过渡区与后期滑坡滑动面位置高度吻合。     

二元结构库岸边坡失稳机制试验研究

水位升降条件下库岸边坡变形失稳问题是水库建设中必须考虑的重要安全性问题。二元结构是库岸岩土体的一种特有结构,其变形破坏失稳有特殊的力学机制及规律。为揭示库岸边坡处于不同坡角及不同土岩界面倾角条件下的失稳机制,尤其是水位变化条件下库岸岩土体浸润线的分布及演化特征,文章通过构建水位升降条件下的二元结构库岸边坡物理实验模型,借助监测及摄影的技术手段观测边坡土体内浸润线及岩土体变形破坏特征,揭示二元结构库岸边坡的变形失稳机制。研究结果表明:二元结构库岸边坡在水位升降条件下整体坡角的改变会引发不同的变形破坏模式:55°边坡以垮塌失稳为主,35°边坡稳定性较好,45°边坡易发生由坡脚破坏牵引的局部失稳;土岩界面倾角对边坡稳定性也产生较大影响,较大的倾角易于引发坡体沿土岩界面发生滑动失稳。本研究结果可为揭示二元结构库岸边坡失稳致灾机制及有效防治提供借鉴。     

高黏粒含量海洋土电阻率特征分析及模型构建

在高黏粒含量海洋土中,黏粒吸附孔液中阳离子形成的双电层会直接影响土体导电性,与孔液、土体结构共同形成土体导电性的影响因素,使导电结构变得复杂。对饱和的海洋土而言,固结程度不同代表了土体结构不同。为量化分析双电层对不同固结程度高黏粒含量海洋土导电性的影响,界定电阻率测试技术对海洋土结构变化的反映能力,分别以黄河三角洲和南海北部陆坡海洋土为研究对象,进行电阻率和其他物理性质测试。基于测试结果分析不同黏粒含量海洋土电阻率的变化规律和独有特征,借鉴黏性土多元导电理论构建适合的电阻率模型。研究表明,黏粒含量对不同固结程度海洋土电阻率的影响不同,根据其变化特征可分为3个阶段：正常固结的海洋土电阻率变化可用简化的二元模型公式表示,当孔隙度小于50%时,电阻率随孔隙度呈明显的幂函数降低,当孔隙度介于50%~60%时,电阻率随孔隙度降低速率明显减小;欠固结海洋土孔隙度均高于60%,电阻率随孔隙度线性减小,可用线性模型公式描述。电阻率测量技术对高黏粒含量正常固结海洋土结构变化（孔隙度变化）反映能力良好,探测灵敏度可达25 Ω·m;对欠固结海洋土结构变化反映困难。     

土钉支护边坡动力模型的建立及地震响应分析

参照上部结构抗震设计的方法,对土钉支护边坡的抗震设计提出了3个水准的抗震设防要求和两阶段设计法。综合考虑输入地震波的特性、边坡土体特性、坡高因素,以及土体边坡在水平地震激励下,其位移响应主要为剪切型变形,建立了土钉支护边坡地震动力简化模型。该模型将同一水平层不稳定土体、稳定土体在水平地震作用下运动趋势假想为同步,两者之间相互作用很小,因此,取不稳定土体和面板为研究对象。由于面板很柔,其运动随着土体的运动而变化,其刚度只考虑剪切刚度,将土钉处理成弹性支座,建立了土钉支护边坡振动方程,求解了在简谐地震作用下土钉支护边坡动力响应的解析解,通过该模型可以得到滑移面附近土钉轴力动力响应和土钉支护边坡的弹性动位移响应。最后,结合案例进行了分析,比较了按此分析方法与用ADINA按弹性有限元方法计算的结果,两者吻合较好。故这种方法可用于土钉支护边坡的第1阶段的抗震分析与设计。     

三峡库区侏罗系不同类型结构面抗剪强度对比

三峡库区侏罗系是典型的软硬相间地层,其软弱层具有亲水性强、透水性弱等特殊的工程地质特性,是库区常见的易滑地层。选取三峡库区秭归县马家沟滑坡所处地层岩体结构面为研究对象,采用室内岩体结构面直剪试验,对4种不同类型结构面的力学特性进行了研究。通过对试验数据的统计分析,绘制了各种结构面的剪应力–正应力关系曲线图及剪应力–剪切位移关系曲线图,从而获得了形成于同一地层中的4种不同结构面的抗剪强度参数,并对其剪切特性进行对比分析与研究。以结构面直剪试验结果为依据,初步分析了该地区某一典型边坡的稳定性及潜在滑动层面,为后期边坡的稳定性评价提供可靠性基础参数。     

映秀—卧龙公路沿线汶川地震地质灾害研究

映秀—卧龙公路是汶川地震灾区距震中最近、震害最为严重的一条公路,本文对沿线地震地质灾害进行了详细的调查研究。依据震害特征,将沿线震害划分为斜坡中上部强风化岩体及土层失稳、结构面切割岩体崩滑失稳、滑坡、泥石流等4类,并分析了沿线震害发育规律。调查表明:龙门山后山断裂两侧地震地质灾害呈现显著的差异性,主要是由深大断裂的消震隔震效应,地貌放大效应,地质结构等三方面因素决定的。通过134条实测剖面分析,研究了地震失稳斜坡坡度和失稳部位。地震诱发失稳斜坡坡度在33°~84°之间,主要分布在41°~65°之间,可以认为地震诱发斜坡失稳灾害主要发生在40°以上的斜坡。斜坡失稳部位主要分布在斜坡中上部以及地貌突出部位,主要失稳部位在0.4坡高以上。从研究斜坡动力失稳的角度,将沿线斜坡划分为基岩-土层及强风化层斜坡地质结构、不利外倾结构面基岩斜坡地质结构、块状构造基岩斜坡地质结构、块碎石土层斜坡地质结构等几种地质结构模型,分析论述了各种地质结构相应的地震地质灾害类型及特点。     

基于FBG传感器的降雨边坡模型试验

在降雨条件下边坡失稳过程中存在一系列失稳预兆。文章用基于布拉格光纤光栅(FBG)传感器的模型试验方法进行验证降雨是造成边坡失稳的重要因素之一, 并用数值模拟方法解释降雨诱发边坡失稳机理。运用多种监测方法对降雨条件下顺层岩质边坡进行模型。利用TDR-3土壤水分传感器对边坡含水量进行实时监控, 并观察坡体破坏前被冲刷状况, 得出降雨过程实质为边坡含水量变化以及软弱夹层被冲刷软化的过程, 利用FBG传感器监测顺层边坡层间应变变化趋势, 得出滑坡时间-应变关系, 并确定滑面入口以及潜在破坏位置, 利用百分表得出滑体位移-时间演化数据, 从而识别滑速演化情况, 最终将顺层岩质边坡失稳过程划分为3个阶段:启动阶段、蠕动滑动阶段、加速滑动阶段, 并指出各阶段演化特征, 同时提出描述顺层岩质边坡滑移演化指标滑速柱状图, 并利用滑速柱状图对降雨边坡失稳进行预测预报。     

土坡失稳的有效降雨量研究

降雨易引起花岗岩残积土边坡失稳。在分析降雨对边坡土体含水率影响的基础上,通过饱和度和含水率的关系推求出土体从非饱和过渡到饱和的有效降雨量。结果表明：对土质边坡,并非所有的降雨都会引起边坡的失稳,降雨入渗使边坡土体从非饱和向饱和状态发展,当边坡土体饱和度达到一定程度的时候易产生边坡失稳;土坡存在饱和区和非饱和区的临界深度,降雨对边坡的影响即为使得该深度以上的土体从非饱和过渡到饱和的过程,须采取不同的抗剪强度来计算处于临界深度上下两部分土体的稳定状态。研究结果对确定土坡失稳的降雨量阀值、进一步认识滑坡失稳机制,对滑坡的预测预报具有理论及实际意义。