岩体边坡滑裂面随机搜索机理与工程应用--以黄河小浪底水库进口高边坡泻洪、发电、引水建筑物进口高边坡为例

本文运用随机搜索和破坏概率相结合的技术方法 ,以黄河小浪底水库进口高边坡引水建筑物咽喉工程为例 ,进行了滑动面的随机搜索和边坡的破坏概率分析 ,给出了不同条件下最危险滑面的最低位置和倾角以及边坡破坏概率最大时的荷载组合形式 ,指出 1:0 .2的台阶坡设计优于直立坡的设计。同时 ,为边坡加固的锚固长度和范围的确定提供了合理依据。     

井工开采对露天矿高边坡稳定性影响的研究

以山西平朔安太堡矿露井联合开采为例,通过数值模拟及现场位移监测资料对比分析,探讨了露天矿高边坡在顺坡、逆坡及侧向切坡开采3种情况下的复合应力场和位移场的分布特征及规律。研究表明,边坡内井工开采不利于边坡稳定性,但由于工作面推进方向不同,边坡受采动影响部位的顺序不同,因而对边坡稳定性的影响存在一定的差异。逆坡开采时,随着工作面向坡内推进,边坡前、后期表现出两种完全不同类型的变形位移,前期以倾倒型崩塌破坏为主,后期稳定性有所增强;顺坡开采时,边坡保安煤柱宽度不断减小,在侧向偏压作用下,边坡将产生沿软弱结构面的推动式剪切滑动;边坡下切坡开采时,边坡除发生沿软弱结构面的推动式剪切滑动外,还可能发生后缘沿采空裂隙、下部沿软弱层面的张拉滑动变形。     

山西乡宁—吉县地区黄土高边坡可靠度研究

在山西乡宁—吉县地区实测了7个具有代表性的自然极限状态黄土高边坡断面,建立边坡地层结构模型;选取研究区合理的黄土物理力学参数,并分地层年代对10个典型工点的黄土强度参数内聚力和内摩擦角的变异性进行分析;选取6组典型的强度参数变异系数组合,基于Monte-Carlo法进行可靠度模拟,评价该区边坡稳定性;采用自然类比法进行边坡设计。结果表明：边坡失效概率随坡高的变化趋势一致,均是中等坡高（49.8m）的边坡失效概率较大,低坡和高坡的失效概率较低;当变异系数较小时,边坡失效概率对坡高和坡度的变化敏感,而当变异系数较大时,边坡失效概率对坡高和坡度的变化不敏感;当坡型一定、强度参数变异系数较小时,边坡的稳定系数基本不变,而当参数变异系数超过某一界限时,稳定系数随变异系数的增大而增大,二者存在非线性相关关系;研究区黄土边坡处于基本稳定状态,但其失效概率最大达69.3%,平均21.1%,介于20%～30%的比例为33.3%,大于30%的比例为14.3%,可靠度指标介于-0.5～8.5,其中小于2.7的比例为88.1%;对于坡高约为50m的黄土高边坡,若取30%作为可接受失效概率,边坡坡度需降至45°以下,如果期望可接受失效概率在10%以内,则坡度不宜超过34°。     

黄土地区路堑高边坡可靠度设计标准研究

为了在黄土路堑边坡设计中应用可靠度理论, 野外测量了黄土高原510个自然极限状态坡断面, 分8个区统计了极限状态坡坡高和坡度的相关关系。利用该相关关系建立起地质模型, 视其稳定系数为1.0, 反演了8个区不同坡高下的综合强度参数c、值。将反演获得的综合强度参数作为均值, 结合79组黄土高原c、值变异系数的统计结果, 采用Morgenstern-Price法建立极限状态方程, Monte-Carlo法获得失效概率, 系统地分析了黄土高边坡强度参数变异性、稳定系数和失效概率的关系, 提出了黄土路堑边坡的设计失效概率。结果表明对高速公路和一级公路, 设计失效概率小于8.0%为宜, 二级及二级以下公路小于15.0%为宜。     

金川水电站左岸引水发电系统进水口高边坡稳定性分析

金川水电站左岸引水发电系统进水口边坡开挖高度约160m,边坡稳定性是该工程的主要地质问题之一.通过现场详细勘察,在分析该边坡的地层岩性、坡体结构、结构面及其组合、风化卸荷等工程地质特征基础上,建立了边坡和结构面的三维地质模型,结合边坡的开挖设计,进行平行和垂直轴向边坡方向的剖切,从而得到块体组合情况.然后,利用岩石边坡块体稳定性计算程序对各潜在不稳定块体进行计算.在现场统计坡比基础上,就如何选定一个安全经济的坡比进行探讨.采用有限元法对不同工况下的边坡稳定性进行了分析与评价,为设计和施工提供了科学依据.     

晋西隰县离石地区黄土高边坡可靠度研究

实测了研究区8个自然极限状态坡建立地质模型。从地质勘探报告中收集了592组土样的土工试验数据,分地层年代统计了其物理力学指标。选取临县离石公路沿线9个工点的实验数据,统计了该区c、值的变异系数,并对其变异性进行了分析。将c、值变异系数进行组合,进行了Monte-Carlo模拟。模拟结果显示,所测8个极限状态坡稳定系数为0.96～1.14,不同变异系数组合下,失效概率多为33.0% ～61.8%。进一步对坡高为50.5m和 81.8m的自然极限状态坡进行分析,分析结果显示：对于坡高为50.5m的边坡,在变异系数取当地平均水平（COVc=0.66,COV=0.28）时,若设计要求失效概率不超过10%,则坡率不应高于1：1.81;对于坡高为81.8m的边坡,在该变异系数组合下,若设计要求失效概率不超过10%,则坡率不应高于1：1.94。     

陕北砂黄土高边坡可靠度分析及边坡优化设计

在野外调查及室内试验分析的基础上，阐述了黄土高原北部砂黄土边坡破坏的主要形式，并分析了制约砂黄土高边坡稳定性的相关因素。以陕北地区高等级公路边坡为例，采用极限平衡条分法，建立了砂黄土边坡的状态方程；将抗剪强度参数c、φ值作为随机变量，采用蒙特卡罗（Monte-Carlo）法对砂黄土高边坡进行了可靠度分析。计算结果与已发生破坏的典型砂黄土边坡对比分析表明，抛物线型破坏面可以较好地逼近实际滑裂面；对于同一边坡而言，在大致相同的总体坡度条件下，阶状坡的稳定性明显优于坡形为一坡到顶的边坡。文章基于分析计算结果，对210国道绥德段砂黄土边坡进行了优化设计，所提出的砂黄土高边坡优化设计思路和方法可供工程设计部门参考。     

黄土填方高边坡变形破坏机制分析

本文依据西北某油田倒班基地黄土填方高陡边坡工程勘察, 研究了该边坡的变形破坏机制, 通过对边坡工程地质条件及变形破坏分析, 建立FLAC3D地质模型, 采用数值模拟方法研究了边坡变形破坏机制。研究结果表明, 主要变形区或破坏区为陡坎周围至其沿坡面向下20～25m 的范围之间, 其破坏深度底界为全新世填土层Q4与原状黄土Q3接触面, 但要重点控制沿坡面向下20～25m 的范围之间的变形。数值模拟结果表明, 该边坡目前整体稳定性较好, 不会发生整体变形破坏。     

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。     

硅质岩路堑边坡稳定性分析——以广西资-兴高速公路边坡为例

本文针对硅质岩路堑边坡,先通过野外调查测量,得到结构面的概率模型,然后进行室内吸水性试验、单轴压缩变形试验、抗拉强度试验及直接剪切试验得到硅质岩的物理力学参数,为数值模拟提供依据;最后通过有限元强度折减法,对基于Monte Carlo随机模拟的方法生成的模型进行计算。试验结果表明,硅质岩十分致密,强度大,单轴压缩时,在应力为峰值应力的50%~65%时,岩体进入裂缝急剧扩展阶段,此时的应力—应变曲线出现"平台"。但"平台"过后应力还能继续增长,直至劈裂破坏。以硅质岩为代表的有软弱结构面的硬质岩边坡在天然条件下一般处于稳定状态,此时软弱夹层因受压紧密不易发生滑动,而在开挖揭露软弱夹层后,坡体才产生顺结构面的下滑现象。模拟结果表明,在原始坡形及开挖二级边坡时,坡体的稳定性较好,发生破坏的概率较小,而在开挖到一级边坡时,发生失稳的概率为76%。坡体的破坏模式为开挖导致的应力重分布使坡脚处先产生应力集中,岩体内的微破裂逐渐累积,变形主要沿着结构面及结构面上的岩体向坡体后缘扩展直至贯通,形成滑移—拉裂式破坏。50次计算结果的叠加表明,潜在滑面发生在与开挖面垂直距离7~9 m的概率为46%,最深的位置在11.3 m,这一结果可为坡体的支护设计提供依据。     

两河口水电站引水进口边坡变形稳定性分析

两河口水电站引水进口边坡主要由砂、板岩组成的陡倾横向坡,最大开挖坡高215 m。本文根据边坡的地质结构及变形破坏特征,分析了边坡的破坏模式及稳定状况。在此基础上,采用三维有限元数值模拟的方法,模拟了工程边坡的分步开挖过程。分析表明,边坡稳定性主要受f34-1等中缓倾角结构面及Ⅴ级岩体的控制,具有沿中缓倾角结构面及Ⅴ级岩体发生滑移破坏的趋势,塑性破坏区主要分布在Ⅴ级岩体及其断层内,水平深度一般为35 m,研究成果对边坡的支护设计具有重要意义。     

高边坡稳定性评价及治理措施分析研究

以某高边坡工程为实例,根据边坡的基本特征,分析局部滑塌的形成原因,对边坡潜在滑裂面进行综合分析确定,并对稳定性进行定性与定量评价。经边坡治理方案比选论证,最终采用分级刷坡卸载+桩板式抗滑挡土墙+锚索框架梁+截排水+绿化综合治理方案。治理思路充分考虑了桩与锚索的协同作用关系,设计分析了刷坡后潜在滑裂面的变化和剩余下滑力的综合确定,并对桩截面尺寸、桩距进行了优化。研究成果对类似高陡边坡治理有一定借鉴作用。     

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。     

FLAC应用于岩质高边坡的稳定性分析

针对岩质高边坡的稳定性采用差分方法进行分析,通过对原始边坡和开挖后边坡的比较,岩质高边坡的破坏方式为旋转剪切滑动,滑动面为圆弧形的,应用圆弧法计算边坡稳定性。位移场分析得出,边坡的水平位移和竖直位移均比较大,位移区分层明显。应力场分析结果表明,原始边坡最大主应力和最小主应力方向主要为垂直向下,在坡角处,最大主应力和最小主应力发生了明显的偏转;开挖后,最小主应力在坡脚处出现应力集中,最大主应力不明显,坡顶和坡面一定厚度的岩体处于应力区,坡面一定厚度的岩体向着临空面滑移。     

砂黄土高边坡稳定性的数值模拟研究

基于野外调查和室内试验分析,阐述了黄土高原北部砂黄土边坡破坏的主要形式及其影响因素。结合陕北高等级公路建设,采用弹塑性有限元法模拟了不同工程开挖条件下坡形、降雨和地震作用等因素对砂黄土高边坡稳定性的影响。结果表明,随着坡角或坡高的增大,边坡稳定性不断变差,阶状坡形比一坡到顶的坡形更利于边坡稳定和防护;降雨作用对边坡稳定影响极大,在坡脚积水的情况下,坡脚处塑性应变值比常态增加近20倍;地震作用促使坡脚应力和应变值升高,并且随着地震动峰值加速度的增大而变化显著。模拟分析结果为砂黄土高边坡优化设计和灾害治理提供了科学依据。      

甘肃黄土高边坡可靠度研究

以甘肃省266个黄土自然极限状态坡为研究对象,将其按地形地貌、地层岩性等特征划分为4个亚区,对每个亚区的极限状态坡高与坡宽进行双对数线性模型回归和不同置信度下的统计分析,给出4个亚区不同置信度下坡高与坡宽的相关关系。以1 024组黄土物理力学指标统计结果作为计算参数,用Bishop法的稳定系数计算公式建立极限状态方程,利用 Monte Carlo法对各亚区不同置信度下的边坡进行可靠度模拟,系统分析了坡高、坡度、参数变异性对失效概率的影响,以及失效概率与稳定系数的关系。结果表明,临洮-永靖亚区边坡坡度低于31.5?,失效概率可控制在10%以下;陇东亚区、兰州-定西-会宁亚区和天水-秦安-通渭亚区在强度参数变异系数取当地平均水平,稳定系数为1.3情况下失效概率在10%以内,稳定系数为1.2情况下,失效概率多在20%以内。     

雅砻江官地水电站竹子坝料场高边坡稳定性及加固措 施研究

在地质勘测报告的基础上,通过边坡坡体结构及变形破裂特征分析,对料场已开挖高边坡进行稳定性评价,利用刚体极限平衡方法和RockSlope定量计算,判断可能发生的破坏模式及加固措施。理论分析及监测资料表明,官地料场永久边坡整体稳定性良好,但由于不利结构面的影响,易发生较小规模的崩塌或落石,需加固。     

玄武岩纤维增强复合材料在高边坡防护中的振动台试验研究

在地震烈度较低时,钢锚索可以很好地限制坡体变形,起到良好的边坡支护效果。但是在强震条件下,常规的锚索难以发挥其锚固作用,最终导致锚固失效破坏,常会引发边坡失稳破坏的现象,且在地下水等腐蚀性物质的作用下,常会造成钢锚索的锈蚀问题。鉴于此,通过大型振动台试验,对新型玄武岩纤维增强复合材料(basalt fiber reinforced plastics,简称BFRP)加固边坡及无支护边坡的动力响应进行了对比研究,旨在为高边坡加固中BFRP锚索的动力合理性设计提供科学依据。研究结果表明:相较于BFRP锚索支护边坡而言,无支护边坡在地震波加载过程中具有明显的变形阶段,主要可划分为弹性阶段、塑性阶段、塑性增强阶段以及破坏阶段,且当输入波峰值小于0.2g时,BFRP锚索支护边坡与无支护边坡均可处于弹性状态;BFRP锚索支护边坡的加速度峰值均要大于无支护边坡的加速度峰值,表明相较于无支护边坡而言,BFRP锚索可有效提高边坡的刚度;同一工况的地震波作用下,无支护边坡中各测点位移谱值均要大于BFRP锚索支护边坡对应测点的位移谱值,表明BFRP锚索用于边坡支护工程中时,可以很好地限制坡体变形,有利于提高坡体的抗震性能。     

黄土高边坡变形破坏机理的数值模拟研究

采用非线性弹性和弹塑性有限元法模拟了黄土地区某高速公路黄土高边坡在不同降雨条件和地震条件下坡体应力场变化及变形破坏规律,结果认为:随降雨人渗量的增加,边坡土体的含水量逐渐增大,其塑性破坏域不断扩大;地震作用使坡体最大主应力和剪应力明显增大,应力集中带的范围扩大,坡体内塑性区迅速扩大;黄土高边坡的破坏方式为滑塌型,其变形破坏过程为坡体蠕动→后缘拉裂→滑带在坡体中下部形成并向两侧扩展→剪出口形成→坡体突滑.这些规律的认识对黄土高边坡稳定性评价和设计方案确定具有重要意义.     

开挖与降雨作用下边坡失稳机理及模拟分析

边坡开挖和降雨通常是导致边坡失稳的重要原因。本文以湖南湘西山区某国道扩建开挖边坡为研究对象,基于现场边坡监测结果和数值模拟分析,研究了在边坡开挖和降雨条件下坡体变形位移的过程。结果表明:边坡的破坏是一个渐变的过程,不同的影响因素对边坡的影响不同。开挖切方是浅层坡体失稳的诱发因素,开挖切方破坏了坡体的应力平衡,使坡体的应力重新分布,并在坡体中产生浅层的滑动面。雨水的入渗是坡体深层滑动面的诱发因素,雨水沿着裂缝渗入坡体,使浅部滑动面上下土体的变形差进一步加大,进而产生浅层牵引式滑动破坏。同时雨水的入渗使碎石土和强风化页岩交界附近产生高孔隙水压力,在水-岩土共同作用逐渐形成软化的滑带土,从而形成深层滑动面。