地震作用下含水平软弱夹层斜坡动力响应特性研究

基于相似性理论,设计并完成了2个含不同厚度水平软弱夹层的岩质斜坡。试验模型高度、长度、宽度分别为1.80、1.65、1.50 m,坡角约60°,软弱夹层厚分别为3、15 cm。输入不同类型、激励方向、频率和振幅的地震波,利用大型振动台试验中传感器记录的数据和正交试验,研究了斜坡的加速度响应特征及其影响因素。试验结果表明:斜坡动力加速度放大系数分布存在明显的坡内高程效应和坡面的非线性趋表效应。斜坡水平向坡面放大系数随斜坡高程增加呈波动性增大,薄夹层斜坡中、上部表现更为明显。竖直向坡面放大系数因软弱夹层厚度而异,薄夹层斜坡局部减小后增大,最大放大值出现在坡肩位置,而厚夹层斜坡最大放大值出现在软弱夹层底部。同等强度地震力激励下,坡内竖直向放大系数不及水平向,约为0.75倍。坡面上,水平和竖直向放大系数的相对大小与高程有关。软弱夹层以下,竖向放大系数大于水平向,夹层以上则相反。软弱夹层对斜坡动力响应的影响也因激励方向不同而有所区别,对水平向动力响应有一定的放大作用,而对竖直向动力响应则是吸收减弱。斜坡动力响应所选因素的影响大小顺序依次为斜坡高程、坡体位置、软弱夹层厚度、激励振幅、加载波形、激励方向,其中斜坡高程、坡体位置以及软弱夹层厚度对斜坡动力响应具有显著性影响。     

考虑软弱夹层厚度的岩体力学响应及破坏特征研究

作为一种典型的地质结构,软弱夹层与硬脆性岩体共同形成了围岩层状复合结构,进而显著影响着隧洞围岩的稳定。以往对含软弱夹层的复合岩石的研究多集中于单轴、双轴或常规三轴,对隧洞临空面处真三轴应力路径下的复合围岩力学性质和破坏特征缺乏分析讨论。通过制作的含不同厚度的软弱夹层复合岩样,探讨了软弱夹层厚度对隧洞临空面围岩力学响应和破坏特征的影响。研究表明：软弱夹层厚度显著影响着复合岩样峰值应力和应变,随着厚度的增大,软弱夹层上方岩块向临空面方向的滑移变形逐渐增大,软弱夹层压缩变形逐渐减小;复合岩样靠近临空面的岩石单元破坏模式随着软弱夹层厚度的增大逐渐由拉剪混合破坏转变为张拉破坏,且宏观裂隙数量和破坏范围均逐渐减小,而远离临空面的岩石单元则由剪切破坏逐渐转变为基本无损伤断裂;不同厚度的隧洞侧帮复合围岩的破坏区域均集中在软弱夹层及其上方围岩处,软弱夹层下方围岩则基本保持稳定;在应力分布方面,软弱夹层厚度越大,最大压应力越向深部软弱夹层处转移,而拉应力区分布范围越小,但拉应力区深度越大。     

含软弱夹层土样变形破坏过程细观数值模拟及分析

基于颗粒流理论,引入接触连接模型和滑动模型,建立了含软弱夹层试样的颗粒流模型。通过颗粒流程序(PFC)数值模型试验,对含软弱夹层试样的强度和破坏发展进行了数值模拟,分别对比了不同围压以及不同夹层参数条件下的应力-应变关系曲线,通过位移矢量场分析了破坏发展趋势。模拟结果表明,一般围压条件下试样沿软弱夹层滑动破坏,但在某特定围压下,软弱夹层的存在并不起主要控制作用;试样应力-应变关系曲线峰值随软弱夹层颗粒的摩擦系数和法向接触刚度的减小而下降,当颗粒法向接触刚度趋近0时,试样加载初始阶段呈现塑性流变特征;夹层颗粒的切向接触刚度只有低于某一特定值时才会使试样应力-应变关系曲线峰值降低。通过分析,得到了土体颗粒细观参数和宏观力学行为的内在联系,并对土体软弱夹层力学性质和渐进破坏过程有了更进一步的认识。     

软弱夹层工程地质特征研究进展

软弱夹层是控制岩体稳定性的重要薄层,研究软弱夹层的工程地质特征具有重要的科学意义和实际工程意义。在收集整理国内外相关资料的基础上,首先从定义和分类、形成机制和影响因素、分布特征和规律、工程地质特性和力学特性5个方面对国内软弱夹层和泥化夹层的研究进行总结和概述,然后分析当前研究存在的不足之处,讨论软弱夹层与泥化夹层的区别与联系。研究表明,与原生软弱夹层相比,泥化夹层更薄,工程地质性质更差。最后提出下一步重点研究方向:软弱夹层的泥化演化过程及泥化夹层的演化趋势;软弱夹层的三维空间分布及可视化;软弱夹层的剪切蠕变理论模型,细观损伤破坏动态演变规律,应力松弛特性和动力学特性;软弱夹层与围岩间的接触面及组合岩体的力学特性。     

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。     

围压效应与软弱夹层泥化的可能性分析

软弱夹层是控制岩体稳定的主要因素之一,特别是当它们泥化时,由于强度大为降低,其影响更大。本文从软弱夹层所处的地应力环境出发,分析了不同风化岩带由于地应力所产生的围压不同而引起软弱夹层在物理力学性质方面的差异。作者认为由于围压效应的存在,位于微风化岩带中的软弱夹层大都受到地应力所产生的较高围压限制,通常是不会发生泥化的。围压的高低是软弱夹层泥化的根本原因之一。     

含软弱夹层深部软岩巷道稳定性研究

随着能源开采由浅部向深部发展（>700 m）,深部软岩巷道在高地应力下的变形破坏及其合理加固技术成为影响资源安全开采的重要因素。结合国投新集刘庄矿深部软岩及其软弱结构面的力学特性试验成果,提出软弱夹层的破坏准则及其损伤演化模型,并将其应用于含软弱夹层的深部软岩巷道围岩稳定性分析,研究不同支护方案下的围岩变形特性、破损区以及软弱夹层的离层和破坏情况,提出了合理的加固技术参数。     

川东红层丘陵区软弱夹层工程特性

在川东丘陵侏罗系红层中,分布有多层厚度稳定的软弱夹层,这些软弱夹层在很大程度上控制着斜坡的结构特征和稳定性。在进行工程建设时,若基础持力层范围内存在软弱夹层,必须对软弱夹层进行详细研究。以川东地区工程实践经验为基础,进行总结,并进行其工程特性和力学参数取值方法的分析。     

清江水布垭坝址软弱夹层变形机制分析

清江水布垭坝址软弱夹层的变形机制为:(1)差异沉积作用造成了软弱夹层物质成分和结构构造上的差别,从本质上决定了软弱夹层的变形强度;(2)软沉积变形加强了软弱夹层物质的分异和软化;(3)构造活动导致软弱夹层发生多期次剪切滑动,使软弱夹层中的软弱物质泥化、叶理化并发生揉皱;使相对坚硬的结核和团块压扁、旋转和圆化。      

泸州市栖云路缓倾岩质边坡变形成因分析及勘察方法改进建议

边坡工程是公路工程的重要组成部分,公路边坡失稳大多发生在土质边坡中,岩质边坡失稳较少见且集中在陡倾或软弱破碎岩体中,缓倾岩质边坡失稳更少见。本文以一典型案例分析缓倾岩质边坡的失稳原因。栖云路是通往泸州高铁站的交通要道,路堑边坡岩层外倾角度为7°～9°,似乎不可能失稳,但开挖揭示该边坡存在软弱夹层,该软弱夹层遇水易崩解,抗剪强度低,在降雨作用下K0+460～K0+590和K0+310～K0+520先后失稳。通过数值模拟对比有无软弱夹层的边坡稳定性,发现有软弱夹层的稳定性系数K_f=0.977,比无软弱夹层的小0.691,证明软弱夹层是该边坡失稳的主要因素。由于一般钻探技术无法揭示软弱夹层间接导致边坡失稳,为解决该问题,本文建议采用几何法对软弱夹层位置进行推测,在该边坡中的应用,证明几何法在单斜产出地层中是准确的,同时建议在几何法不可行时采用钻孔摄像技术,将地质信息以视频或图片形式呈现。从而复核未开挖边坡的稳定性,为后续工作打下基础。     

乌江彭水水利枢纽坝区软弱夹层研究

在随机取样的基础上,进行化学成份分类不仅基本反映了软弱夹层的矿物成份,而且反映了其宏观构造和微观结构特征;各类软弱夹层的物理力学性质具有其独特的规律性。软弱夹层的类型受沉积岩相的严格控制,在岩相研究的基础上可以进行工程地质类比。利用概率理论,基于地层具有马尔柯夫链的性质,可以进行软弱夹层空间分布预测。借助原位单点剪切试验可以有效地确定软弱夹层的内摩擦角。     

软弱夹层几何参数对试样力学行为影响颗粒元模拟研究

基于离散元理论的颗粒元程序,采用颗粒接触连接模型和滑动模型,建立了含软弱夹层试样的颗粒元模型。通过数值模型实验,对不同软弱夹层几何参数试样进行加载模拟,探讨了不同夹层厚度及不同倾角条件下试样的破坏过程和破坏形式,并分析其对试样强度的影响。模拟结果表明,裂隙首先产生于软弱夹层处,随着荷载的增加,再逐渐扩展,呈现渐进性破坏特征;夹层越厚,倾角越大,试样沿软弱夹层呈现较强的滑动特征,如果夹层薄且缓,软弱夹层成为试样破坏的非控制因素;软弱夹层厚度和夹角对试样的峰值强度都有影响,随软弱夹层厚度和夹角的增大,试样的峰值强度降低。     

软弱夹层的极限荷载分析

岩土体中的软弱夹层是一种广泛存在的地质体,由于其力学性质较差,容易给工程建设带来安全隐患,对其稳定性的研究逐步引起重视。根据塑性极限平衡分析方法,针对软弱夹层的承载稳定问题,将软弱夹层上下土层当作准刚性层,基于修正Prandtl挤压理论解答对软弱夹层的极限荷载进行了计算。分析过程中认为,准刚性层间的软弱夹层在极限状态下发生塑性挤出破坏,考虑到Prandtl挤压理论的剪应力解答在x方向上的不足,结合不同的边界应力条件,对软弱夹层中的应力分量和夹层表面的极限荷载进行了重新求解。推导的极限荷载实用计算式能综合考虑软弱夹层面的摩擦条件、土层自重及夹层周围的受力状态等因素,并与其他理论计算式的结果进行了对比分析。计算结果分析表明,不考虑土重时,该方法计算的夹层极限荷载随厚度变化规律与Prandtl方法基本一致;考虑土重影响时,该方法计算结果与规范法相似,但在夹层较厚时能更明确地反映宽度对极限荷载的影响。此外,夹层上下边界的摩擦条件对极限荷载的影响程度随夹层宽厚比的不同而变化,对于一定厚度的夹层存在几乎不受摩擦条件影响的临界宽度。其研究结果可为软弱夹层的承载稳定分析提供参考。     

斜坡含软夹层地基路堤离心模型试验与数值模拟

为了研究斜坡含软弱夹层地基路堤边坡的稳定性及破坏机制,采用离心模型试验和数值分析方法进行了研究。研究表明：斜坡均质地基路堤边坡仍是呈现整体圆弧滑动破坏;而对于含软弱夹层地基路基边坡来说,由于软弱夹层的影响其稳定性有了明显的降低,并有利于张拉裂缝的产生和发展,路堤边坡不再是整体圆弧滑动破坏,而是部分土体沿着软弱夹层发生滑动破坏。     

煤矿井巷软弱夹层的变形机理初探

通过对准北诸多煤矿巷道中的软弱夹层的现场观察和室内试验,认为煤矿井巷中软弱夹层的工程特性表现为厚度小,分带性明显,强度低,而夹层矿物成分的不同对巷道工程的危害性差别不大。软弱夹层的变形破坏与其本身的工程特性、地下水的参与、地应力状态的改变密切相关。软弱夹层对巷道锚喷支护十分不利。     

岩体软弱夹层渗透变形试验及三维有限元数值模拟

渗透变形或渗透破坏是由潜蚀强烈发展而出现的一种特有的不良地质作用,本文结合某大型水电工程坝基存在的软弱夹层,在现场取样试验,研究了这些软弱夹层在渗透水流作用下发生渗透变形的方式和程度,并以试验成果为基础,根据水工建筑物的布置以及上下游水头差等条件,采用数值模拟的方法模拟软弱夹层的水力梯度分布情况以及软弱夹层与上下两盘基岩中的水力梯度分布,为坝基防渗设计提供依据。     

深部层状节理岩体分区破裂模型试验研究

随着地下工程开挖深度的增加,深部洞室围岩将产生不同于浅部洞室的分区破裂现象。为深入研究深部岩体分区破裂现象的形成机制和影响因素,以淮南矿区丁集煤矿的深部巷道为工程背景,利用模型相似材料和高地应力真三维加载模型试验系统,首次开展了带有软弱夹层的层状节理岩体的真三维地质力学模型试验。结果表明：（1）在满足一定应力条件下,带有软弱夹层的层状节理试验模型出现明显的分区破裂现象;（2）软弱夹层是影响层状节理岩体分区破裂现象的重要因素,在相同的应力条件下,软弱夹层使得巷道围岩的径向位移和应变明显增加;并且软弱夹层的间距越小,洞周破裂区的层数越多,范围越大;（3）洞周破裂区的形状近似为圆形,与是否存在软弱夹层及软弱夹层间距均无关。模型试验结果有效揭示了分区破裂的影响因素,为深入研究高地应力深部岩体的非线性变形破坏特征奠定了坚实的试验基础。     

巴东新城白土坡深层岩体软弱夹层地质特征

巴东组第三段中的软弱夹层是白土坡斜坡的主要结构面,巴东新城白土坡深层变形监测钻孔揭露白土坡斜坡巴东组第三段厚度在270m左右,主要贯通性软弱夹层有13层,为泥质灰岩碎块石夹土、黄褐色碎石土,中上部夹层分布较密,软弱夹层的空间分布由沉积环境所决定的岩性变化控制,典型夹层露头构造分析表明夹层由于构造作用发生过层间错动,夹层的存在有利于斜坡深层变形,三峡水库蓄水后水位的抬高将会影响到斜坡岩体的深层蠕变。     

万州侏罗纪红层软弱夹层特征

在万州侏罗纪红层中,连续分布多层产状稳定、厚度较大的软弱夹层。经X射线衍射分析、红外光谱分析及扫描电镜观察：软弱夹层主要矿物成分为蒙脱石、长石、α-石英、伊利石、绿泥石等;其微观结构以片状结构为主,微裂隙和微孔隙发育,有少量网格结构,局部可见粘土矿物定向排列。野外调研表明：软弱夹层曾经受较强的构造挤压作用,部分已发生层间剪切破坏,从而导致剪切强度降低。对软弱夹层的物理力学性质进行试验研究可知：软弱夹层为中等膨胀性土;且一旦遇水饱和,其剪切强度将大幅度下降。这些特征说明,在特定的条件下,软弱夹层容易成为基岩滑坡的滑动面。     

沉积型软弱夹层成因分类及强度特征

研究区为一沉积岩覆盖区。由于区内软弱夹层分布广泛，构成了影响坝肩、坝基抗滑稳定性的王要工程地质问题之一。文章从软弱夹层的成因入手，认为区内特定的沉积环境和构造运动是夹层形成的基础，确定了夹层的成因类型；根据夹层分布、夹泥粒度组成，依据工程分类方法，将坝区夹层分为3种不同类型：粘泥型(Ⅰ1类)，泥含粉粒碎屑型(Ⅰ2类)及碎屑夹泥型(Ⅱ类)；分析了区内夹层夹泥的物理性质及表征区内夹层物理性质指标；通过分析软弱夹层强度特征与其物理性质的关系，确定了能够表征夹层强度特征的物理性状指标W／Wp；在软弱夹层工程分类基础上，研究各类夹层的强度特征，表明综合物理性状指标W／Wp与强度指标之间具有较好的相关性，确定了不同类型夹层的W／Wp和强度指标的相关关系式。在上述相关关系式基础上，结合坝区内控制性夹层的物理指标，给定了其强度建议值。文章这种“成因-物理性质-强度特征”的研究方法及以此确定的不同类型软弱夹层物理性状指标和强度指标间的相关关系，为沉积型软弱夹层的强度取值提供了一条捷径，对其它类型软弱夹层的强度取值也具一定的参考价值。