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。     

西南某水电站坝址区右岸WY3危岩稳定性研究

WY3危岩位于西南某水电站前期勘探施工临时营地正上方,基座受风化板岩层切割,上盘岩体受层面、两组中陡倾角侧向裂隙切割成块状,并呈现架空结构,后缘沿陡壁拉裂形成典型的贴坡式倾倒体。WY3目前处于时效变形阶段,一旦失稳,将对现场施工人员的生命财产构成极大威胁。通过系统分析WY3危岩体的工程地质条件后,提出了危岩体可能的破坏模式,利用离散元软件对该危岩的破坏模式进行验证并模拟了危岩的变形运动趋势,采用相应的计算公式计算危岩体在4种不同工况条件下的稳定性系数,最后提出了危岩处理措施。     

缓倾斜层状岩体单轴压缩力学行为的颗粒流数值模拟

针对不同层理面强度的缓倾斜层状岩体在单轴压缩试验中产生不同破坏形式的问题,以室内原岩单轴压缩试验结果为依据,采用颗粒流程序建立了缓倾斜层状岩体单轴压缩数值模型,研究了不同层理面强度条件下的缓倾斜层状岩体强度及破坏形式变化特征,并分析了不同工况时缓倾斜层状岩体微裂纹发育及演化规律和细观颗粒的位移演化规律,研究表明:当层理面强度远小于层理面间完整岩体强度时,层理面在一定程度上降低了层状岩体的整体强度,宏观破断面为沿层理面和贯穿层理面的折线型破断面;当层理面强度与层理面间完整岩体强度相近时,宏观破断面主要为光滑单斜面;当层理面强度远大于层理面间完整岩体强度时,层状岩体的强度由层理面间完整岩体的强度决定,宏观破断面主要为X型共轭破坏面。     

基于结构面性状对岩体力学性质响应的模拟研究

为研究结构面性状对锦屏大奔流料场边坡岩体性质的影响,在对该边坡砂岩进行室内三轴压缩试验的基础上,开展含4组不同结构面性状岩体的力学模拟测试,最后对该边坡岩体的开挖进行数值模拟。试验结果表明,岩样破坏过程可以分为4个典型的阶段: 弹性变形阶段,屈服阶段,残余强度阶段及塑性流动阶段。随着围压的增大,岩石破坏所需偏应力逐渐增大,且岩石逐渐表现出延性特征。结构面性状模拟结果表明,含软弱充填结构面比不含者对岩体力学性质影响(弱化)大,有倾角结构面比无倾角结构面对岩体性质影响较大,大倾角结构面总体上比小倾角的影响大,软弱充填厚度对岩体内摩擦角影响较大。实例模拟结果表明,开挖卸荷使得边坡后缘岩体产生卸荷回弹变形,产生X向拉伸位移,煌斑岩脉的存在使得塑性区域沿此软弱带发展,开挖第8步时,塑性区贯通,边坡发生失稳。研究结果对陡高边坡岩体开挖的稳定性评价具有一定指导意义。     

隧道突涌水灾害防突厚度计算方法及适用性评价

将10余种常见的突涌水灾害防突厚度计算方法分类归纳,并与隔水岩体破坏和充填结构失稳两大类突涌水灾害类型对应统一。对于隔水岩体破坏型突涌水,按照力学模型和适用对象的不同将计算公式归类划分为完整岩体型与裂隙岩体型两类,改进了裂隙岩体三区模型的最小安全厚度计算公式,对比了不同工况下各个公式的计算结果,表明适用于完整岩体的三维岩柱剪切模型和适用于裂隙岩体的单裂纹扩展三区模型与工程经验公式一致性较好,具有更好的准确性和适用性。对于充填结构失稳型突涌水,颗粒受力启动适合于作为充填介质渗透失稳开始的标志,流体流态转变可作为失稳发生的临界判别标准。最后,文中对理论分析、数值模拟、模型试验与工程类比等方法的适用条件、判断标准与优缺点做了系统的评价,可为实际工程中监控物理量的选择、临灾状态的识别与灾害预警提供参考。     

存在不确定性分离面危岩体的锚固工程优化设计

危岩体无显著变形时,很难从一组结构面中确定分离面位置。为了科学加固此类危岩体,从2个工程案例概化出存在不确定性分离面危岩体的稳定性分析模型,探讨了分离面位置变化对倾倒式和滑移式危岩体稳定性和剩余下滑力(矩)的影响规律,提出了锚固工程优化设计的标准。结果表明:两类危岩体潜在分离面的深度增大时,倾覆力矩或剩余下滑力均呈现先增后减的趋势,稳定性最小位置为关键分离面。锚固工程可采用长短不同的锚固体,长锚杆穿过低于设计安全系数的潜在不稳定区,短锚杆穿过关键分离面和最大剩余下滑力的位置,所提出的优化设计方法对基岩山区地质灾害治理工程设计具有指导意义。     

基于离散元的含软弱夹层岩质边坡滑移机理分析

以苏州清明山滑坡为例,采用颗粒流软件PFC2D建立了滑坡体的二维数值模型,通过监测坡体表面不同部位的位移和应力变化情况,对边坡滑动的演化过程和破坏机理进行了详细的分析。数值试验结果显示该顺层边坡的失稳是一个渐进的过程,首先沿靠近坡面的一组软弱结构面发生滑动,下方滑床岩体在上覆滑体的挤压和摩擦作用下发生破碎,使滑动不断向深处发展。在前期形成的临空面和软弱结构面的共同影响下,滑坡后缘岩体产生一组近乎垂直的拉裂面,该竖向破裂面的存在有利于雨水入渗,进一步降低软弱夹层的抗剪强度参数,从而使边坡由小范围的崩塌破坏转为大范围的滑动破坏,属滑移-压致拉裂型滑坡。清明山滑坡滑移机理的研究对后续地质灾害治理有重要意义。     

新疆康普水利枢纽工程联合进水口边坡岩体稳定性分析

康普水利枢纽工程联合进水口边坡岩体开挖后揭露3组结构面,它们形成不利组合对联合进水口的安全构成威胁。第1组结构面为倾向坡外的缓倾角断层(F1),构成边坡岩体的底滑面;第2组结构面为顺层断层(F218),构成边坡岩体的后缘切割面;第3组结构面为NE向陡侧角断层(F27),构成边坡岩体的倾切面。根据地质构造条件分析认为,联合进水口上部不稳定岩体的空间形态为,右侧以F27断层为界;左侧以河谷切割的监空面为界,后缘以F218断层为界。文章根据联合进水口开挖后揭露的缓倾角断层及其与水工建筑物的关系,从影响边坡岩体的稳定因素入手,采用岩质边坡极限平衡理论计算出联合进水口上覆不稳定岩体的安全系数,为边坡处理提供科学依据。     

边坡岩体结构的三维失稳形式及稳定性分析研究

由两组结构面控制的四面体块体是岩体中最基本的结构体, 其稳定性取决于块体所受荷载及结构面上的摩阻力。正确判定边界面上摩阻力分布是评价块体稳定性的关键。本文提出的块体稳定性分析适用于岩体所受荷载为三维非共点力系。在不同外力作用下块体可产生平动、转动、翘扭及倾倒等各种三维失稳组合形式, 从而得到更为合理的块体稳定性评价。     

三峡库区巫峡剪刀峰顺层岩质岸坡破坏模式分析

剪刀峰岸坡位于三峡库区巫山县巫峡左岸,全长2.1 km。受北侧神女峰箱状背斜及南侧神女溪—官渡口向斜影响,岸坡为陡倾顺层岩质岸坡。岸坡坡度45°～89°,整体为陡坡与的陡崖复合地貌;岸坡出露的第四系地层主要为崩坡积碎块石土,出露的基岩含三叠系大冶组三段、四段及嘉陵江组一段至四段地层,地层多元化;岩组类别主要为大冶组及嘉陵江组碳酸盐溶岩组成的坚硬岩组及嘉陵江组二段岩溶角砾岩组成的较软岩组;岩体结构从极薄层至巨厚层状,岸坡地形、地层、岩组及结构复杂。岸坡上游至下游,2.1 km范围内,坡体结构变化大,岸坡变形破坏特征差异大,成因机制及破坏模差异大。根据岸坡不同的地质条件及特征,划分为6个大段、6个亚段。研究从岸坡宏观变形、破坏特征出发,将岸坡目前的变形、破坏总结为“构造切割及卸荷”“局部压裂、滑移”“地表溶蚀”“消落区岩体劣化”四个方面,并从岸坡成因机制上分析了各段的破坏模式。此外,本次研究还分析了库水位以上岸坡及库水位消落区的岩体劣化特征,从岩体劣化的角度提出了沿层面渐进式松脱滑移、沿软弱夹层溃屈滑移、沿“X型”节理滑移、沿层面倾倒溃屈四种岩体劣化及破坏类型。     

基于统计岩体力学的岩体强度特征分析

结构面的存在改变了岩体力学性质,影响了岩体强度特征。基于统计岩体力学强度判据,结合摩尔-库仑准则,得到了含单组结构面岩体破坏的4种不同方式和相应的结构面倾角范围,推导了岩体强度由结构面控制转化为应力控制的临界围压表达式。在此基础上,根据岩石和结构面参数之间的关系,将含单组结构面岩体分为4类,并探讨了可能破坏方式和发生破坏的条件。最后,举例分析了含单组结构面闪长岩的强度特征,结果表明,该岩体属于第I类岩体,在垂向受压时先沿结构面后沿岩块破坏,临界围压为9.12 MPa;从全空间分析,该岩体强度各向异性显著,围压增大可使岩体在一些方向上受力时强度由结构控制转化为应力控制。     

岩石/结构面劣化导致巴东组软硬互层岩体强度劣化的作用机制

岩石/结构面劣化导致巴东组软硬互层岩体强度劣化的作用机制是揭示三峡库区库岸消落带巴东组软硬互层岩体强度渐进劣化机理和评价库岸边坡稳定性的关键问题.以三峡库区典型"易滑岩组"巴东组第二段红色系列的砂岩与粉砂质泥岩互层岩组为研究对象,考虑干湿循环条件下岩石/结构面参数劣化,开展了软硬互层岩体单轴压缩数值试验,分析了软岩/硬岩/层面劣化对巴东组软硬互层岩体单轴压缩强度劣化的贡献度及其与岩层倾角的关系.研究结果表明,不同岩层倾角条件下,软岩/硬岩/层面劣化对巴东组软硬互层岩体单轴压缩强度劣化的影响有明显区别,以软岩/硬岩/层面劣化对巴东组软硬互层岩体单轴压缩强度劣化的贡献度为依据,将岩层倾角全范围划分为软岩控制区、软岩-硬岩-层面共同控制区、沿层面滑移失稳破坏区和硬岩控制区,揭示了岩石/结构面劣化导致巴东组软硬互层岩体强度劣化的作用机制及其受岩层倾角的影响,为进一步研究库岸消落带巴东组软硬互层岩体强度渐进劣化机理奠定了基础.      

鲤鱼塘水库溢洪道边坡稳定性的岩体结构分析

由侏罗系千佛岩组砂岩、泥岩及炭质页岩组成的软硬相间的互层边坡,受不同岩层工程特性的影响,开挖引起不同部位岩体产生拉裂、松弛及沿软弱结构面的蠕滑等变形。为分析地层岩性对边坡稳定性的影响,对侏罗系千佛岩组地层进行工程地质岩组划分,分为薄层泥岩与中薄层砂岩互层岩组、巨厚层砂岩夹中厚层砂岩和薄层泥岩岩组。在此基础上,通过对边坡岩体结构的详细研究,确定了控制边坡稳定性的结构面为层间软弱夹层,进而对边坡表层碎裂岩体、结构面组合形成的块体稳定性进行分析,结果表明,边坡浅层岩体整体稳定性差,局部处于极限平衡状态,深部岩体稳定性相对较好,边坡稳定性的岩体结构分析结果与边坡变形状况吻合。     

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。     

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。     

地震荷载作用下地下洞室不利地质结构塌落机制研究

目前地下结构地震动力分析主要研究围岩响应特征,对围岩中赋存的岩体结构的动力响应规律、塌落机制还缺乏深入研究。结合大岗山水电站工程地下洞室群,基于块体理论选取3种不利地质结构组合作为地下洞室群动力分析的主要结构形式,接着运用离散元程序UDEC研究两种地震动工况作用下不同不利地质结构组合切割的地下洞室围岩动力响应、变形特征以及节理的张开、滑移特征,分析开挖面附近块体的塌落机制。研究结果表明,陡倾角结构面切割形成不利地质结构对地下洞室围岩变形破坏机制影响较大;在地震荷载作用下,陡倾不利地质结构沿节理面的滑塌具有突发性,并且塌落模式随地震强度增加可能发生变化。     

基于岩体质量等级评价的边坡稳定性分析——以辽宁宽甸地区下河口—拉古哨路段为例

在对岩体质量定性分析及相关指标定量分析的基础上,将岩体质量分为不同级别.根据岩体的不同质量等级,通过岩石力学性质分析了下河口—拉古哨路段边坡的稳定性.结果表明：侵入岩组（石英二长岩、石英正长岩）和变质岩组（混合岩）岩体节理对边坡失稳破坏的影响较小;变质岩组（片麻岩）岩体的风化程度和完整程度降低了边坡的稳定程度.风化程度、完整程度、结构特征、结构面产状及延伸性是影响边坡稳定性的主要原因,边坡破坏方式和程度可能出现多种模式.     

基于改进遗传算法的岩体结构面幂函数模型参数辨识

沿结构面的剪切滑移是工程岩体主要的破坏模式之一,选择恰当的岩体结构面本构模型是分析岩体结构面破坏的重要一环。当前常用的结构面本构模型有指数型模型、曲线型模型和幂函数型模型,其模型参数都是根据工程实际经验或室内试验所得,不能很好的模拟实际变形情况。指数型模型得出的模拟值偏大,曲线型模型得出的模拟值偏小,幂函数型模型在较低的法向应力下能较好的模拟剪切变形过程,但在较高的法向应力下得出的模拟值偏小。为此,通过改进的遗传算法对岩体结构面幂函数模型参数进行辨识,得出由"等效参数"构成的幂函数模型。实例验证结果说明,通过改进的遗传算法辨识出的由"等效参数"构成的幂函数模型能够很好的模拟实际变形情况,能够很好的适应于不同的工程实际应用。      

岩体结构信息的采集处理研究

岩体结构理论指出，结构面是岩体的构成因素之一，它的空间展布信息是进行岩体结构类型划分、岩体质量评价所需的最基础的资料。当前最为广泛采用的结构面空间分布信息采集方法是人工猜测法，应用该法室外工作量大，而且工作环境对采集数据的精度、效率影响很大。论文介绍了依据计算机视觉理论，针对金沙江下游某水电站坝前右岸滩地结构面信息采集的实际情况而开发的岩体结构信息采集及处理程序，以数码摄像机快速高效的拍摄滩地，在室内解析岩体数码图像的信息，并应用已开发的可沿任意方向进行结构面切割的程序处理结构面信息，获得结构面间距、迹长、单位面积裂隙总条数等岩体结构类型划分指标。经现场实测、比对，应用该法不但可提高工作效率、减少误差，而且大大地改善了工作环境，所得结果较为可信，为坝基岩体质量研究提供了详实的基础资料。     

基于微结构张量理论的柱状节理岩体各向异性强度分析

复杂的结构面是控制岩体力学性质的主要因素,由结构面引起的岩体各向异性一直是岩体力学研究的热点问题。柱状节理是一类特殊的岩体地质结构面,具有强烈的各向异性特性,微结构张量理论是目前国际岩石力学领域一种较有效地探讨结构面各向异性问题的新方法。材料的微结构张量和加载向量是微结构张量法描述的两个重要参量。采用多组节理面局部坐标系与整体坐标系的投影关系,定义了材料的微结构张量计算方法,引入各向异性参数ψ表述微结构张量在加载方向的投影,将其引入Jaeger针对岩体沿节理面滑动破裂提出的基于Mohr-Coulomb强度准则,得到了多组节理岩体的各向异性强度准则。同时,结合白鹤滩坝址区的柱状节理特性,分析柱状节理引起的各向异性对坝址区稳定性的影响