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。     

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。     

基于结构面网络模拟的节理岩质边坡可靠性分析

在节理岩质边坡的稳定性分析中,往往很少考虑结构面的随机分布特征。结构面网络模拟能较好地模拟结构面的随机分布,因此,本文将结构面网络模拟应用于节理岩质边坡的稳定性分析中。首先,运用岩体结构面网络模拟技术,建立岩质边坡的结构面网络模型。然后,将模拟的结果与有限元强度折减法相结合求取边坡的安全系数。最后,对边坡进行一定次数的结构面网络模拟并得到对应的安全系数,进而进行节理岩质边坡的可靠性分析。工程实例结果表明:(1)节理岩质边坡的稳定性主要受坡面附近结构面的数量及切割组合关系影响,结构面的数量越多,连通情况越好,则边坡稳定性安全系数越小; (2)该边坡的平均稳定性安全系数为3.06,失效概率为5%,表明该边坡有较高的可靠性,这与实际情况比较一致。本文的分析方法主要考虑了结构面的随机分布特征,能为节理岩质边坡的稳定性分析提供一条新的思路和方法。     

楞古水电站碎裂岩质边坡变形破坏模式研究

碎裂结构岩质边坡是地质工程中遇到的一种最不稳定边坡,其原岩松弛,结构面普遍张开,围岩自稳能力差,碎裂结构岩体出露不连续,空间分布存在差异,导致边坡破坏边界不明显,变形破坏机制很难确定。本文以雅砻江楞古水电站碎裂结构岩质边坡为例,在地质环境调查和平硐勘测的基础上,系统研究了碎裂岩体结构特征,分析了控制边坡变形破坏的边界条件和变形破坏模式,并运用UDEC离散元程序模拟验证。研究结果表明:碎裂岩质边坡的变形破坏主要受自身结构及内部相对长大结构面控制,变形演化过程依循应力调整、时效变形和局部失稳3个阶段,变形破坏模式分为断层主控底滑型和裂隙切割破坏型。目前针对碎裂结构岩质边坡研究相对较少,缺乏大型工程实例支撑,该研究成果为水利工程中这类边坡的研究提供了参考。     

综合评价法确定岩质顺向坡软弱结构面的强度参数

岩质边坡的勘察相对较为简单,不像土质边坡那样当岩土结构复杂时使得勘察较为困难,但当岩质边坡为顺向坡、且有软弱夹层时,其软弱结构面抗剪强度指标的确定一直是勘察人员难以把握的问题。结合工程实例,通过结构面大型现场直剪试验、规范查表法及反算法等综合评价法,确定了岩质边坡软弱结构面的抗剪强度指标,并对各方法进行了详细的介绍和分析,以供类似工程作对比参考。     

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...     

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。     

基于黏聚力裂缝模型的反倾层状岩质边坡倾倒破坏模拟

反倾层状岩质边坡的倾倒破坏是一种常见的地质灾害。为探究开挖条件下反倾层状岩质边坡的倾倒破坏机制以及层间剪切强度、岩层厚度因素对破坏特征的影响,利用ABAQUS有限元软件,建立黏聚力裂缝模型（Cohesive Crack Model,CCM）,基于连续-离散方法,经参数标定和对比,建立反倾层状岩质边坡CCM,采用开挖并增重的方式诱发边坡倾倒破坏。数值模拟结果与古水水电站坝前倾倒变形体离心模型试验结果基本一致,验证了CCM的正确性。进一步,基于以上参数及模型,研究了反倾层状岩质边坡的破坏演化过程和应力分布特征,并探讨层间剪切强度对边坡倾倒破坏特征的影响。结果表明:坡体前缘首先发生局部折断,后缘出现明显拉裂缝,反倾岩层由下往上依次折断直至倾倒体中部（一级破裂面）。随后,坡体前缘的表层岩层被挤出,形成二级破裂面,最后一级破裂面扩展至坡体后缘,形成连通宏观的破裂面。最后,二级破裂面扩展至坡体中部,边坡完全倾倒破坏;破裂面基本沿层间法向应力峰值位置连线发育;层间剪切强度对边坡倾倒破坏特征具有显著的影响,随着层间剪切强度的增大,岩层初始折断位置逐渐降低,垮塌范围逐渐减小,破裂面倾角增大;坡体层厚越大,一级破裂面分布越深,垮塌区范围越大,坡体滑动的整体性越强。研究成果可为反倾层状岩质边坡倾倒破坏的分析和监测提供有效计算方法及依据,为此类滑坡灾害的防治提供一定参考。     

强风化软硬互层岩质高边坡监测与数值模拟

强风化软硬互层岩质高边坡属岩质边坡特殊情况,其结构面组成及性质复杂,与支护结构相互作用的复杂程度较高,相互影响较大,顺倾结构面临空等情况下破坏可能性很大。以兰永一级公路某深挖路堑边坡的治理工程为依托,对边坡支护过程中及支护结束后的锚杆应力、锚索内力、坡体位移进行了原位监测,并利用岩土分析软件PLAXIS,采用节理岩模块对该边坡工程进行了数值模拟分析。监测及模拟结果表明：该边坡由节理裂隙与岩层面形成折线形潜在滑面,且具有相同滑动可能性的潜在滑面不止一个;支护结构穿透组成滑面折线的任何折线段部分均对结构面稳定有显著影响,但支护结构穿透泥岩面对结构面的影响较穿透节理裂隙更大;支护锚索预应力变化具有一定规律,预应力变化过程对坡体位移及支护结构内力具有一定影响;坡体的主动变形对支护结构内力的影响较坡体被动变形大,结构面产生滑动趋势对坡面位移影响的敏感程度较支护结构内力影响的敏感程度低。该边坡支护稳定,支护设计合理,可为同类边坡支护设计提供相应建议。     

岩质边坡复合型破坏机制的改进运动单元法研究

目前运动单元法的研究主要集中于土质边坡,未涉及到岩质边坡稳定性分析问题;而岩体中孕育有不同特性的结构面,控制着岩质边坡的力学行为。为求解结构面控制作用下岩质边坡“结构面滑移-岩桥剪断”复合型破坏问题,研究了塑性滑移区节点在岩桥内和结构面上的运动约束条件,推导了含结构面的运动单元计算公式,提出了改进运动单元法。通过经典算例的对比分析,验证了改进运动单元法计算结果的准确性。研究结果表明:岩桥位置、结构面贯通度和结构面倾角是控制岩质边坡力学行为的3个主要影响因素。岩桥越接近坡顶,改进运动单元法所得安全系数越大,而Jennings法无法反映岩桥位置的影响效应。高贯通度的结构面导致岩质边坡发生“结构面滑移-岩桥剪断”复合型破坏模式,安全系数较小;而低贯通度的结构面导致完整岩石发生破坏,安全系数较大。水平或陡倾角结构面导致滑裂面穿切结构面,安全系数较大;而对于其它倾角情况下的结构面,岩质边坡发生“结构面滑移-岩桥剪断”复合型破坏模式,安全系数较小。实例应用结果说明该方法可以有效评价岩质边坡的稳定状态,可在类似工程中应用推广。     

工程岩体断裂构造发育程度的定量评价研究IAEG信息(会讯)

岩体断裂构造发育程度及其均匀性是影响岩体结构类型、岩体质量优劣及岩体稳定性分析以及工程岩体综合分区利用的重要因素, 因此岩体断裂构造发育程度的定量评价具有重要的工程意义。本文以三峡工程永久船闸边坡工程为例, 系统地讨论了工程岩体断裂构造发育程度的评价方法、定量评价指标的确定原则、断裂构造发育程度的分级标准等。研究表明, 根据岩体断裂构造发育特点, 综合运用多层次模糊综合评判法和人工神经网络技术是评价工程岩体断裂构造发育程度的有效方法。     

岩质高边坡稳定性支持向量机预测方法研究

提出一种基于支持向量机的岩质边坡稳定性预测方法。该方法地很好的表达了岩质边坡稳定性与其影响因素之间的非线性映射关系,并应用该方法建立了相应的模型。预测结果表明,利用该方法进行岩质边坡稳定性预测是可行的、有效的。     

通透肋式拱梁隧道出口端边坡稳定性地质分析

以通透肋式拱梁隧道出口端边坡作为研究对象,通过对边坡的工程地质条件和岩体结构特征的研究,分析了边坡的变形破坏模式,采用合理的理论方法对边坡进行稳定性计算和分析。依据稳定性评价结果,并结合边坡变形破坏模式及机制分析,提出了相应的支护措施。     

渝利铁路青石岩段边坡危岩体稳定性评价及防治措施研究

渝利铁路青石岩段为深切河谷型边坡,该边坡表部岩体在风化缷荷作用下结构复杂且稳定性差。此外,浅表层岩体在降雨、地震及工程开挖等影响下,局部已经出现了不同模式不同规模的变形失稳现象,严重影响工程建设和运营期间的安全。因此,本文根据边坡岩体结构特征及风化缷荷特征等工程地质条件,结合不同失稳模式的危岩体,提出了相应的稳定性评价理论和方法。最后,针对不同规模和不同稳定状态下的危岩体提出了有效的防治措施。     

裂隙岩体渗流模型研究现状与展望

裂隙岩体渗流对于边坡、地下工程及基础岩土体的承载能力有显著的制约作用。本文简要地介绍了多种裂隙岩体渗流模型研究现状,评述了几类比较有代表性的渗流模型特点以及存在的不足,为选取合理的数学模型用于求解具体的裂隙岩体渗流问题提供了参考依据,并在上述基础上提出了一些需要进一步研究的问题。指出就目前应用最为广泛的等效连续介质模型而言,裂隙岩体几何参数、有效孔隙度以及等效渗透张量的确定仍有待于更深入的研究,而从细观力学结构入手研究渗流耦合模型将具有重大的理论意义和实用价值。     

公路边坡岩体分级中坡高修正系数的改进

坡高与边坡稳定性有密切关系。CSMR分级体系在SMR的基础之上针对水电边坡工程引入了坡高修正系数 ,但在公路边坡分级实践中发现 ,该坡高修正系数仍有待于改进。对各类边坡可能失稳形式的力学分析 ,证明坡高修正系数 可近似表示为 =a+b/H 的形式。通过对 1 0 0余个边坡样本统计分析 ,得出两种不同岩层、坡面产状组合形式下坡高修正系数的数学表达式。经检验 ,改进后的CSMR体系能够满足公路边坡稳定性初步评价的要求。     

二维网络模拟方法在边坡结构面分析中的应用

采用普遍测网法对广东省清（远）—连（州）高速公路沿线岩质边坡结构面进行测量,然后利用＂赤平投影结构数据分析软件包＂对测量的参数进行统计分析,并据此运用蒙特-卡洛（Monte-Carlo）模拟的原理和方法,进行岩体结构的室内网络模拟,从而得出该高速公路边坡岩体结构面的稳定性分析结果,为其稳定性评价及支护设计服务。     

倾倒变形岩体发育强度与极限深度的确定方法

以澜沧江某水电站右坝肩倾倒变形岩体为例,根据倾倒变形岩体的宏观地质特征及其地质环境背景条件,系统分析了影响倾倒变形岩体发育的地质因素。运用离散元数值分析方法,模拟了不同影响因素对岩体变形强度的影响程度,并与实际边坡开挖揭露的岩体变形特征进行对比分析,得到了发生岩体变形的控制因素、变形发展过程的时间效应与空间分布特征。研究结果表明,导致岩体发生倾倒变形的外部因素是重力、地应力、卸荷方向与卸荷强度,提出了倾倒变形极限深度的概念。通过地质成因分析、离散元数值分析和理论公式推导,建立了由地表变形弯折强度确定变形随深度变化的计算模型,为开挖边坡的稳定性评价及系统锚索深度设计提供了重要的依据。     

岩土体变形的耗散结构认识

2 0世纪 70年代新三论的崛起 ,即耗散结构、突变理论和协同论以及分形几何学、混沌等理论的问世 ,对传统的科学思维带来了强大的冲击。将耗散结构论应用于岩土体变形研究 ;工程岩土体的变形问题是巨型的复杂系统 ,变形岩土体是一种非平衡态有序结构 ,岩土体的变形是不可逆的过程 ,岩土体系统内部各个子系统之间的作用是非线性的 ,自然界的触发因素 (涨落 )对岩土体的变形影响是显著的。由此建立了岩土体变形耗散结构动力学模型     

黄土地区公路边坡降雨失稳预报研究

为了研究黄土地区公路边坡降雨失稳灾害的预测预警方法,通过现场调查和理论分析,研究了黄土地区公路边坡降雨灾害危险性初步判别的标准;在分析公路边坡稳定性主要影响因素(边坡结构、边坡形态和植被特征)的基础上,提出了黄土地区公路边坡标准坡型的模型;以标准边坡坡型为基准,根据边坡失稳资料和降雨数据,建立了公路边坡抗灾能力评分表和评分标准。由此提出了适合于陕北黄土地区(包括砂黄土地区和典型黄土地区)公路边坡降雨灾害预测预警的抗灾雨量法,可以针对某个具体的黄土地区公路边坡的降雨灾害进行工点失稳预报。工程应用表明抗灾雨量法可操作性较好。