含软弱夹层顺倾边坡爆破层裂效应的数值模拟与试验研究

进行含软弱夹层顺倾边坡单孔爆破数值模拟,分析爆破过程中上覆岩体受到的应力作用、爆破层裂效应及其对边坡稳定性的影响。模拟结果表明,爆破层裂作用具有分区特性,爆轰气体对夹层的冲刷、推移作用形成夹层爆腔区,爆腔区外围是压密区,其次是离析区,离析区以外的夹层未受爆破层裂作用的影响;上覆岩体在空腔区受到爆轰气体膨胀压力作用,临近夹层壁面的峰值压力达0.75 GPa,压密区受到夹层挤压衍生的向上压力作用,压力峰值达0.21 GPa,且压力衰减较慢;空腔区的上覆岩体与夹层脱离,压密区和离析区改变了夹层与上覆岩体的接触状态,使模型的稳定性降低。剪切试验验证了数值模拟关于爆破层裂效应降低模型稳定性的结论。     

向家坝水电站地下厂房围岩稳定的黏弹塑性有限元分析

考虑流变作用,建立三维有限元模型进行数值计算,以洞室变形和点抗滑安全系数为指标,针对向家坝水电站地下厂房围岩的特殊性进行稳定性研究,结果表明,随着围压的增高,流变速率逐渐减小,初始应变逐渐减小;软弱夹层处流变速率较其他岩体减小缓慢,且开挖后流变达到稳态状态时软弱夹层最终流变位移较大;黏弹塑性下围岩位移分布及变化规律与弹塑性一致,但黏弹塑性下计算位移明显要比弹塑性大;流变效应对岩体变形和稳定性,以及对支护结构有重要影响;黏弹塑性情况下,洞室围岩特征点抗滑安全系数比弹塑性条件下小,软弱夹层出露处和拱顶点抗滑安全系数较低,点抗滑安全系数分析还表明,软弱夹层对其稳定性影响明显,验证了位移分析结果。     

含软弱夹层岩质边坡稳定性研究现状及发展趋势

含软弱夹层岩质边坡在自然环境和工程实践中都比较常见，稳定性差，边坡失稳产生了大量的滑坡灾害，造成大量人员伤亡和经济损失。因此，含软弱夹层岩质边坡稳定性研究一直是工程地质和岩土工程领域的研究重点之一。在收集整理国内外相关资料的基础上，从自重工况、开挖工况、暴雨和蓄水工况、地震工况方面总结了目前含软弱夹层岩质边坡稳定性的研究现状及进展，取得如下主要认识:(1)软弱夹层对岩质边坡稳定性有显著不利影响，含软弱夹层岩质边坡的稳定性比均质岩质边坡、不含软弱夹层的层状岩质边坡都差；(2)含软弱夹层岩质边坡的稳定性系数、变形特征和破坏模式与软弱夹层的含水状态、抗剪强度、倾角、厚度、间距、层数和边坡坡度有关；(3)开挖容易诱发坡体沿软弱夹层滑坡，含软弱夹层岩质边坡开挖后需要及时支护；(4)爆破层裂效应改变了软弱夹层与围岩的接触状态，减小了它们之间的凝聚力和摩擦力，导致边坡稳定性降低；(5)暴雨和蓄水都不利于含软弱夹层岩质边坡稳定；(6)岩质边坡地震动力响应和变形破坏特征受软弱夹层参数(厚度、倾角、含水状态)、地震波特性(地震波的类型、幅值、频率、激振方向)和边坡结构(顺层或反倾)共同影响；(7)在软弱夹层对水平向动力响应的放大或减弱作用及厚层软弱夹层的消能减震作用方面仍然存在不同观点。在此基础上，分析了研究方法的优缺点，指出当前含软弱夹层岩质边坡稳定性研究存在的问题。最后，针对该领域的研究现状，提出了未来的研究重点和方向，主要包括:含多层软弱夹层岩质边坡的渐进性变形破坏过程和稳定性；全面深入研究单因素作用(开挖卸荷、爆破、地震、暴雨、库水位变化、地下水等)对含软弱夹层岩质边坡稳定性的影响机制；多因素耦合作用下含软弱夹层岩质边坡稳定性；支挡结构体系对含多层软弱夹层高陡岩质边坡的加固机制。     

顺层岩质边坡静力开挖物理模拟试验研究

利用大型室内模型试验,开展了含软弱夹层顺层岩质边坡的静力开挖试验,试验结果表明:随着开挖角度的增大,边坡完成开挖卸荷松弛的时间大幅缩短。开挖角度为47°时,边坡位移稳定时间为214.56 h;开挖角度为60°和72°时,边坡位移稳定时间缩减为107.28 h。随着开挖角度增大,坡面位移稳定值逐渐增大,且位移稳定值随着高程的增加而增大。通过布设于坡体内部的位移传感器可以获得边坡在开挖过程中坡内及坡面的位移场,分析不同高程水平参考线处坡体位移分布曲线,并结合位移限制值可以得到边坡开挖位移松弛区范围。通过试验研究发现,含软弱夹层顺层岩质边坡开挖松弛区范围随着开挖角度的增大不断向坡脚和坡顶延伸,开挖松弛区范围增大。     

基于应变软化特征的含软弱层公路边坡稳定性研究

西部山区高速公路建设过程中经常由于边坡开挖而容易导致失稳事故。研究发现,大量公路边坡内的软弱夹层的岩体强度具有显著的应变软化特征。为了研究应变软化后对边坡稳定性的影响程度,以沪蓉西高速公路某典型含软弱夹层边坡为实例,对应变软化模型和理想弹塑性模型进行了对比研究。结果表明:①2种模型计算所得出的最大不平衡力、水平位移、塑性区和塑性剪应变的变化规律基本相同,每次开挖后均累计增大,但是采用应变软化模型计算的累计值和范围均大于理想弹塑性模型;②每次开挖的瞬间会产生最大不平衡力峰值,随后迅速减小,拉应力带主要分布于开挖卸荷面附近以及坡顶面附近10 m内;③软弱夹层的分布位置对边坡的稳定性影响很大,坡脚前缘软弱夹层易发生剪破坏,边坡后缘软弱夹层易发生拉破坏。应变软化模型的稳定系数比理想弹塑性模型的稳定性系数小,综合得出,影响含软弱夹层边坡稳定性的关键是开挖后软弱夹层的强度参数劣化程度,采用应变软化模型反映了这一渐进性的破坏过程,与实际情况相符,而理想弹塑性模型未反映出这一劣化特征,计算结果偏危险。     

新疆某水利枢纽工程软弱结构面抗剪强度参数的试验研究

某水利枢纽工程位于伊犁地区,影响工程的主要问题为坝基岩体软弱结构面和断层的抗滑稳定问题。根据工程实际条件和软弱夹层特性,采取现场断层软弱结构面试验和室内模拟试验相结合,获得软弱夹层的抗剪参数。实践证明,把两种方法结合起来的试验成果可靠,尤其对一些不具备进行现场大型岩体软弱夹层抗剪试验的工程,采用室内中型直剪仪进 行剪切试验具有实用意义。     

多层软弱夹层边坡岩体破坏机制与稳定性研究

以大量的实际工程为基础,基于Sarma极限平衡法和有限元强度折减法探讨层状岩质边坡在不同岩层倾角θ、边坡坡角β、结构面间距h条件下的安全系数与破坏面位置的变化规律,揭示复杂多层软弱夹层边坡岩体的破坏机制及稳定性特征。结果表明：不同θ条件下边坡岩体失稳机制和破坏面位置不同,随着θ的增大,破坏机制表现为滑移破坏→滑劈破坏→崩塌破坏→倾倒破坏→滑移破坏;当β、h一定时,直立层状边坡的稳定性略大于水平层状边坡,反倾向边坡的稳定性明显大于顺层边坡;β直接影响边坡岩体破坏特征,当β由30°增大至60°时,顺层边坡的安全系数约降低53%;反倾向层状边坡的安全系数约降低40%;h对边坡岩体破坏机制的影响较小,但对稳定性的影响较大,建议工程实践中加强密集结构面岩质边坡的监测和加固工作。     

等参数节理单元及其应用

岩体中必然存有各种结构面,这些结构面使岩体的性状变得十分复杂.通常岩体中的节理、软弱夹层等是岩体相对薄弱的部分,因此对于岩体工程,例如水工建筑物的抗滑稳定、矿山边坡和路堑边坡以及地下洞室的稳定性,它们往往起着控制作用.这些年来,人们对岩体软弱结构面的研究愈来愈重视,国内、外开展了大量的现场和实验室试验以及模拟分析工作,积累了宝贵资料.     

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。     

降雨条件下顺倾向煤系地层边坡稳定性的影响研究

煤系地层具有岩层软硬不均,层间胶结较差,风化速度快,遇水易软化,结构易破坏导致强度丧失等特点,特别是夹层中炭质泥岩或页岩具有强度低、易活化、易变性和渗透系数相对较小的特点,这决定了其对整体边坡的稳定性具有控制作用。文章分析了煤系地层边坡饱和、非饱和渗流降雨条件（降雨强度）、土性参数（夹层饱和渗透系数）以及边坡形状尺寸（坡脚、夹层倾角、夹层埋深）等因素对边坡渗流特点及稳定性的影响,发现软弱夹层与上下岩体渗透性差异性对边坡稳定性影响明显;软弱夹层埋置越浅,边坡越易失稳;降雨强度越大,边坡越易沿软弱夹层发生滑坡;并非坡脚越大降雨之后边坡的安全系数降低幅度就大,而是随着夹层倾角的增大,边坡的安全系数逐渐降低,边坡越易沿软弱夹层发生滑坡,这些认识对煤系地层边坡的设计和治理有重要的参考意义。      

基于可靠性理论抗滑桩设计体系的研究

抗滑桩设计的常规方法是建立在定值基础上的,未能考虑计算参数的随机性与变异性,故在抗滑桩设计中存在局限性：一是不能给出抗滑桩设计的边坡安全度;二是设计中过分保守,造成浪费。可靠性分析法考虑了计算参数的随机性,用严格的概率来度量边坡的安全度,弥补了上述传统抗滑桩设计中存在的不足。基于可靠性分析法,以传统边坡稳定性计算公式为基础,建立了抗滑桩设计的边坡稳定性评价模型,并且运用蒙特卡罗法,采用单参数敏感性分析方法,分析抗滑桩设计各参数对边坡安全系数及可靠性指标的影响。结果表明,岩土体抗剪强度参数、岩土体重度、抗滑桩直径等因素对可靠性指标影响较明显,边坡安全系数对岩土体重度、抗滑桩有效长度、抗滑桩直径等随机变量较敏感。     

初始地应力对隧洞开挖爆生裂隙区的影响研究

隧洞开挖过程中控制爆炸对岩体的损伤,减小爆破裂隙范围,对保证工程安全具有重要意义。基于爆炸应力波作用下爆生裂隙形成机制的研究,采用摩尔-库仑准则及最大拉应力准则,研究了初始地应力对爆炸应力波作用下爆生裂隙区比例半径的影响。研究结果表明,初始地应力对爆生裂隙范围有显著影响。在压剪破坏模式下,爆生裂隙区比例半径随地应力的增大而减小,地应力侧压系数影响爆生裂隙区比例半径在洞壁圆周的分布。考虑围岩应力卸荷影响后,沿隧洞径向的爆生裂隙区比例半径比不考虑卸荷的小。拉伸破坏导致的岩体爆生裂隙区比例半径一般比压剪破坏模式下爆生裂隙比例小,爆炸应力波作用下隧洞围岩更容易沿结构弱面发生压剪破坏。     

岩体夹层应力波能量演化及应力响应特征分析

夹层是常见的地质结构,在地震或爆破荷载作用下,夹层对应力波的传播以及对岩体的响应具有重要的影响。以往对应力波在夹层介质中传播的研究多集中于夹层对应力波的隔振或透射性能,而对应力波在夹层中的多次折、反射过程中能量的演化规律缺乏讨论,对夹层介质的应力响应与破坏没有开展较好地分析。通过理论方法对应力波在夹层内部传播过程中的能量系数的变化规律进行了研究,分析了岩体介质波阻抗和应力波入射角对夹层内外介质中累积波动能量系数的影响规律,以及平面型边坡中软弱夹层的应力响应特征和动态稳定性。研究发现,应力波在夹层内部往复反射过程中,夹层内剩余应力波能量随折、反射发生次数呈指数曲线下降,第4次折、反射后产生的应力波能量可以忽略;夹层内外介质中应力波的累积能量系数的差异随着夹层内外介质波阻抗的相对差异的增大而增大。在平面谐波入射下,边坡内部的夹层中的剪应力和抗剪强度呈波动变化;相对P波,SV波入射会产生较高水平的剪应力,对边坡稳定性影响最大。且SV波入射时,边坡的安全系数对夹层的倾角变化更为敏感,随倾角增大而迅速降低。     

基于改进局部安全度的爆破作用边坡稳定性分析

由于边坡滑动是渐进破坏的过程,研究其局部安全程度有重要意义。建立了改进的局部安全度(ZSI)计算方法,可统一表征局部岩土体弹性、塑性和破坏不同阶段的稳定状态,通过静力边坡的离心加载数值试验分析,验证了ZSI指标有效性。对爆破影响的边坡进行时程动力数值模拟,获得了不同爆破参数下边坡局部安全指标分布模式。结果表明,随着爆破荷载幅值、孔隙水压和荷载作用时间的增加,ZSI的负值区域逐渐增大,滑动面也不断延伸和贯通;振速增大区局部集中在滑动体,破坏区域主要集中在爆源附近和滑动面;爆破作用下孔隙水压对边坡滑动面破坏影响最为明显,而爆破作用时间对边坡爆源附近破坏影响最为明显。文中研究方法和结论对于深入认识爆破作用边坡的渐进破坏机制有积极的意义。     

爆破应力波作用下边坡主控软弱结构面破坏机制

爆破强震扰动影响下受软弱结构面控制型边坡易出现滑移破坏,其破坏机制研究是滑坡灾害防护的重要内容.利用波函数解析方法建立了应力波入射岩-结构面-岩模型,分析了爆破P波透反射规律与软弱结构面应力响应,结合自主研发的爆破应力波扰动结构面剪切强度仪得到了抗剪强度劣化规律,构建结构面动应力与扰动后抗剪强度量化关系,提出结构面内部剪切强度失效模型.研究表明：计算模型的P波在两个界面产生的透射系数均随着入射角增加而降低;振动台加载后软弱结构面的剪切强度存在明显的劣化,加载振幅为0.2 mm时,内聚力由68.75 kPa降低至9.69 kPa.结合建立的剪切强度失效模型与试验得到的剪切强度劣化规律,确定振幅在0.15 mm内时软弱结构面的安全性可以得到保证.     

爆破震动下抗滑桩与嵌固段岩体相互作用研究

桩前岩体爆破震动对抗滑桩与嵌固段岩体相互作用影响明显,是造成抗滑桩防护失效的重要影响因素之一。以湖南岳阳滑坡为原型,利用FLAC3D岩土工程数值模拟软件施加实测振动波,建立爆破震动作用抗滑桩与嵌固段岩体动力响应三维数值模拟模型,研究了爆破震动作用下抗滑桩桩周嵌固段岩体位移、加速度、速度、应力响应以及抗滑桩桩身受到剪力与弯矩分布规律,进一步对比了爆破前后塑性区分布特征,利用MATLAB软件对爆破震动过程中速度时程进行了频谱分析。结果表明：在一定基岩宽度、高度以及抗滑桩嵌固深度下,相同爆破地震波条件下抗滑桩嵌固段岩体位移、加速度、速度、应力上分别符合高程放大效应,但岩体介质波阻抗差异较大时,加速度响应并非完全符合高程放大效应。悬臂抗滑桩桩前桩后同一水平位置处嵌固段岩体中位移、加速度、速度曲线变化幅值和趋势一致,应力不一致。爆破时桩身弯矩和剪力均呈两头小,中间大的规律,并且爆破后滑坡中部和滑坡后缘易受张拉破坏,因此应加强抗滑桩桩身嵌固在基岩和滑体分界面处以及滑坡中部及后缘的防护。结合频谱分析结果可判定此边坡在爆破后处于安全状态,研究结果为山区滑坡工程设计及爆破施工提供了科学依据。     

山区高速公路边坡勘察设计常见问题分析

在山区高公路上经常遇到顺向坡、滑坡蠕变体和陡反倾坡。对于顺向坡,是否稍陡倾的坡体就应加固,而稍缓倾坡体可以不加固,边坡专家根据现场情况给出相应的工程措施主要是基于顺层边坡中的主要控制层位、相关特性和场地地质条件得出缓坡预加固、稍陡坡整体稳定的结论。从红砂岩显示倾角、倾向异常着手,通过多方面的分析调查,该岩层的特性以及反分析潜在滑动面力学特征,分析判断该切坡体为一蠕滑变形体,进而强调采用抗滑桩预先加固的工程处理方式,通过实际切坡变形破坏证明边坡专家的分析判断和工程措施的正确性。对于红砂岩反倾陡边坡,由于存在软弱夹层和顺坡向节理的切割,边坡岩性强度随雨水渗透软化,特别是现场有类似自然层倾倒变形特征,需要采取工程加固措施。边坡专家能根据工程场地性质,综合分析控制层随时间变化特征及对稳定性起控制性因素,能预先提出合理的工程措施,避免或减少工程损失,达到事半功倍的效果。     

中国泥化夹层的研究进展

泥化夹层是一种典型的软弱结构面,经常引发许多工程地质问题,如斜坡和坝基失稳,地下洞室围岩变形等。开展泥化夹层的工程地质特征及其演化过程研究,探讨泥化夹层对岩质边坡稳定性的影响,一直是本课题的研究重点。根据近年来国内围绕泥化夹层所取得的研究成果,重点对泥化夹层的形成机理、分类和分布规律、力学特性、工程地质特征和抗滑稳定性研究进展进行了概述和总结,得出以下主要认识：泥化夹层的形成模式有3种,层间错动作用是最普遍的形成模式;泥化夹层的空间分布研究主要集中在定性描述和规律总结方面;泥化夹层是黏弹塑性体系,主要研究了其剪切蠕变特性。在此基础上,最后笔者对该领域今后的研究重点和方向提出了建议,包括：软弱夹层的泥化演化过程研究;泥化夹层的三维空间分布和可视化研究;泥化夹层的剪切蠕变理论模型,泥化夹层的细观损伤破坏动态演变规律、应力松弛特性和动力特性,泥化夹层与围岩间的接触面及组合岩体的力学特性;扩展和深入泥化夹层对边坡稳定性的影响研究。     

宁波北仑蓝天船厂岩质边坡稳定性分析

宁波北仑蓝天船厂的岩质边坡均为人工爆破山体后形成的,由于爆破后的岩质边坡没有经过人工处理,所以边坡具有倾角大、风化强、节理发育等特点,已经影响到厂区的安全生产,必须对岩质边坡进行稳定性分析。通过野外现场测绘,运用极射赤平投影法对边坡岩体结构面进行稳定性分析,并在此基础上给出岩质边坡的总体评价和处理意见。