水平地震作用下饱水岩石边坡抗倾覆稳定性计算

地震区岩石边坡的倾覆破坏及倾覆稳定性评价问题目前还较少涉及,没有相应的解析方法可供参考。基于力矩平衡原理,推导了坡顶含张裂缝的饱水岩石边坡,在水平拟静力地震荷载下的抗倾覆稳定系数解析表达式;通过变动参数的比较分析,绘制了饱水岩石边坡抗倾覆稳定系数与边坡几何要素之间的关系曲线和稳定图,进而可直接查取图表获得边坡的抗倾覆稳定性安全系数;在此基础上,提出了水平地震荷载下饱水岩石边坡的倾覆临界曲线,从而实现了快速查取工程边坡的抗倾覆安全系数和定性评判边坡的倾覆稳定状态,为地震区岩石边坡的抗倾覆稳定性评价提供了科学依据。     

地震作用下节理岩质边坡稳定性影响因素研究

汶川地震灾害调查表明,在基岩山区地震滑塌主要发育在局部强度相对较大、节理较发育的厚层或块状岩体中.以岩石中含两组节理的岩质边坡为例,输入实际的地震记录,采用离散单元法进行数值模拟,分别探讨坡高、地震烈度、坡角及节理倾角组合对节理岩质边坡稳定性的影响.结果表明:地震作用下坡体中质点的加速度、速度具有高程放大效应;节理岩质边坡稳定性随着坡高、坡角和地震烈度的增加而降低;两组节理不同组合的岩质边坡,其稳定性变化较为复杂,受节理倾角与坡角的关系、节理的倾向、两组节理之间夹角等因素的影响.节理岩质边坡在地震作用下是受拉区逐渐向受剪区扩展而最终导致边坡失稳破坏,是受拉和受剪的复合破坏.上述初步结论为评价山区节理较发育的岩质边坡在地震作用下的稳定性提供一定的依据.     

基于拟动力法的顺层岩质边坡稳定性极限分析

基于极限分析上限法的原理,结合随时间变化的拟动力法,考虑地震、水力和坡顶超载作用下建立含张拉裂缝的顺层岩质边坡极限分析模型,并推导出边坡安全系数的表达式。结构面采用合理的水压力分布形式,且强度参数采用非等比例折减,分析边坡前缘是否堵塞,水平和竖向地震系数、张裂缝积水深度和坡顶超载对边坡安全系数的影响。分析表明:边坡前缘堵塞、水平地震系数、张裂缝积水深度和坡顶超载的增加,降低边坡的稳定性;竖向地震系数的增加提高了边坡的稳定性。随着非等比例折减相关系数的增加,边坡稳定性显著提高。因此结构面参数的变化规律需要得到关注。     

宝兰客专天水市王家墩滑坡地震稳定性分析

天水市秦安县王家墩滑坡为宝兰客专沿线巨型古滑坡群,宝兰客运专线秦安隧道穿其而过。以王家墩滑坡为研究对象,围绕工程中静、动力抗滑稳定性问题,通过室内试验、现场调查对影响王家墩古滑坡稳定性的地质构造、场地工程条件等内在因素进行分析评价,在此基础上通过有限元动力分析,对王家墩古滑坡在地震载荷下的动力响应进行分析,明确地震荷载作用下,王家墩古滑坡失稳影响因素、地震荷载与滑坡失稳破坏间的关系。采用动力有限元法和强度折减法相结合的方法,开展动力抗滑稳定性分析方法研究;采用位移突变的方法来确定边坡动力失稳及动力安全系数,分析结果表明：地震作用时的水平推力对王家墩古滑坡的稳定性有很大影响,表现为上部坡体的整体滑移和隧道入口段黄土堆积层局部失稳滑塌;在天然状态下坡体处于稳定状态,在遭遇未来该区域中强地震作用时,该斜坡会发生失稳,黄土斜坡的整体滑动最容易出现在第三阶坡体,沿着塑性应变最大的滑移面整体滑移;给出了坡体动力稳定性安全系数F_s=0.92。     

强震作用下坡顶建筑荷载对边坡稳定性影响研究

为研究强震作用下坡顶建筑荷载对边坡稳定性的影响,结合黄土地区典型建筑的临坡分布特点,在利用模型试验探讨黄土边坡破坏特点的基础上,结合有限元模拟软件建立不同临坡距离建筑荷载下的三维边坡模型。通过分析边坡总位移云图、水平向位移云图及最大剪应变云图,判断坡体潜在危险区域的变化规律。研究结果表明,随着坡顶建筑临坡距离的增加,顶部荷载变形区域与边坡潜在滑动面的重合区域递减,在距坡顶20 m外不再受到来自边坡潜在风险滑动面的影响。     

地震和降水对边坡稳定性的影响

针对汶川地震区边坡,介绍了边坡的工程背景和滑坡现状,研究了地震和降水耦合条件作用对边坡稳定性的影响。探索了加筋挡土墙在地震区边坡应用的可能性,使用基于极限平衡法的SLIDE软件进行不同工况条件下边坡稳定性的计算,分析了不同的加筋方案对加筋挡土墙性能的影响。研究表明:在地震作用下,边坡土体原有的结构体系遭到破坏,土体变得较松散,甚至产生张拉裂缝,为雨水的渗入提供了通道,对边坡的稳定性产生不利影响。数值模拟计算得出,边坡在排水条件下基本处于极限平衡状态,最危险滑动面位于边坡下部,但滑动区域相比饱水条件下明显减小,危险滑动面面积也随之减小,而合理的削坡、建立有效的坡表排水系统和加筋挡土墙加固可较大程度的提高坡体稳定性。     

基于振动台试验的纯黄土边坡动力响应研究

黄土地区地震岩土灾害严重,本文以兰州新区一纯黄土边坡为原型,开展了大型振动台模型试验,研究纯黄土边坡在地震荷载作用下的动力响应规律与破坏机制。结果表明:与其他岩性或土性的边坡一样,纯黄土边坡表层加速度放大效应明显,在坡肩附近达到最大,呈现出高程效应即随高程的增加放大效应增强,同时放大效应也会随地震烈度的增加而增强,当烈度达到600 gal时,坡肩处放大系数最大为2.06;边坡表层土压力远小于与其同一高程的内部土压力,表层变化规律基本一致且随地震动的增加数值相差不大,在临空面上,坡脚附近土压力为最大,其值在0.7~0.75 kPa;随地震烈度的增加,边坡表面裂纹逐步由细小短裂缝演变为横向贯穿的深裂缝,在坡肩附近尤为显著,试验中,最大沉降约10 cm,坡肩最大水平位移为5~8 cm,模型边坡最终发生拉裂滑移式破坏。该研究结果可为纯黄土边坡在地震荷载作用下的稳定性研究提供一定参考。     

黄土湿载结构性模型在黄土边坡动力稳定性分析的应用

土的结构性是土颗粒空间排列和粒间粘结综合作用所表现出来的力学效应。在地震荷载作用过程中,天然土边坡的结构性参数主要体现应力和变形的共同作用,反映地震荷载作用过程中应力和变形的协调关系及结构性土的结构损伤过程(即抗剪强度参数的变化规律)。首先通过分析认为用结构性参数来定量判断地震荷载作用过程中黄土边坡的稳定性更具合理性,其物理意义更明确;其次通过分析黄土地区某一天然边坡在Ⅸ度地震烈度作用下的黄土边坡动力稳定性,验证结构性参数作为边坡稳定性分析判据的可行性,且这一方法能定量地确定边坡滑动面的位置及所对应的安全结构性参数。     

反倾边坡地震破坏模式及能量判识方法研究

利用大型振动台试验,基于HHT边际谱理论,本文对含软弱夹层反倾岩质边坡地震破坏模式及其能量判识方法进行研究。振动台试验结果表明含软弱夹层反倾岩质边坡的地震破坏模式为中部岩层挤压滑出型。边际谱峰值的变化能清晰地表征边坡内部的震害损伤发展过程,且边际谱的识别结果与试验中坡面位移监测结果吻合较好。振动台试验和能量判识方法表明边坡的破坏过程为:0.1 g和0.2 g地震作用下,边坡未出现震害损伤,边际谱峰值随高程增加近似呈线性增加;0.3 g地震作用下坡顶附近出现震害损伤,坡顶出现局部掉块;0.4 g地震作用下,坡内震害损伤位置发展至相对高度0.295~0.6之间,坡体中部出现水平向微裂隙;0.6 g地震作用时,震害损伤位置进一步向坡脚发展,坡内震害损伤位置发展至相对高度0.295以下,上部坡体(相对高程0.8附近)向坡面方向滑出,坡面出现纵向裂隙,并与水平向裂隙贯通,中部软弱夹层被挤出,坡顶被震碎。边际谱辨识结果显示,边坡坡面附近的震害程度弱于坡体内部。本文的研究对认识含软弱夹层反倾岩质边坡的地震破坏模式具有指导意义。     

地震作用下分层土边坡多滑面变形破坏的数值模拟研究

地震引起的滑坡对生命、环境和经济造成了巨大的威胁。目前,对于地震作用下边坡稳定性的研究主要集中在单一滑动面破坏模式,对于具有多个潜在滑动面边坡的地震稳定性研究比较欠缺。基于此,利用有限差分软件FLAC对不同边坡进行地震稳定性数值模拟,对比分析不同强度地震动作用下均质土体、分层土体和含软弱夹层土体边坡的滑动面演化过程和永久变形分布特征。结果表明：对于均质边坡,地震引起的滑动面为单一的整体滑动面,地震动强度的增加仅导致沿滑动面的永久变形量增大;对于非均质边坡,在地震作用下还可能形成通过土层交界面的局部滑动变形,且地震作用下最先形成和发生变形的滑动面与静力条件下得到的最小安全系数对应的最危险滑动面一致;同时,地震引起的边坡浅层和深层变形破坏存在复杂的相互影响,当局部浅层滑动先发生时,地震动的进一步增大很容易诱发更深层的坡体滑动,而当深层滑动先发生时,由于塑性变形影响地震惯性力向上部坡体的传播,浅层坡体的进一步滑动变形相对较难被触发。     

危岩体在地震作用过程中的失稳模式及稳定性评价

地震作用过程中地震加速度通常呈先增大后减小的特征。利用拟静力法对危岩的稳定性进行分析时,考虑地震过程中地震加速度的变化,对山西太原天龙山危岩体加固工程中的同一危岩体分别以滑塌式和倾倒式破坏模式进行计算,发现地震作用过程中危岩体可能在两种破坏失稳模式之间相互转化。将此问题扩展至一般情况进行计算并讨论,得出如下结论:地震力对危岩体破坏作用的贡献大小不同,通常情况下,地震作用力对危岩的倾覆力矩贡献相对较大;进行稳定性评价时应考虑地震作用过程,以安全系数最先达到1.0的破坏模式作为危岩体的可能破坏模式进行计算;对危岩体进行抗震加固设计时应对加固设计进行多种工况下的校核,保证其在地震作用过程中不同危险状态的稳定性。     

基于非确定性分析法的顺层边坡抗震性研究

顺层岩质边坡的抗震性指标大部分都是非确定的,无法用固定阈值衡量。提出基于非确定性分析法的顺层边坡抗震性性能研究,将顺层岩质边坡看作若干个叠加的薄板;运用非确定性分析法计算各个薄板的动力安全系数和动力极限状态方程,并对顺层边坡动力极限状态方程进行求解,可得在地震作用力下顺层边坡动力可靠度指标与顺层边坡失效概率之间的关系;评估地震作用力下顺层边坡整体稳定性,同时综合考量顺岩边坡的最小平均安全系数以及平均失效概率,得出评估结果。实验结果显示,在地震作用力下,顺层边坡坡高、坡角、岩层倾角对顺岩边坡抗震性能影响显著,评估结果与实际结果一致。     

Rock slope instability assessment using spatially distributed structural orientation data in Darjeeling Himalaya (India)

We discuss a geographic information system (GIS)‐based methodology for rock slope instability assessment based on geometrical relationships between topographic slopes and structural discontinuities in rocks. The methodology involves (a) regionalization of point observations of orientations (azimuth and dip) of structural discontinuities in rocks in order to generate a digital structural model (DStM), (b) testing the kinematical possibility of specific modes of rock slope failures by integrating DStMs and digital elevation model (DEM)‐derived slope and aspect data and (c) computation of stability scenarios with respect to identified rock slope failure modes. We tested the methodology in an area of 90 km² in Darjeeling Himalaya (India) and in a small portion (9 km²) within this area with higher density of field structural orientation data. The results of the study show better classification of rock slope instability in the smaller area with respect to known occurrences of deep‐seated rockslides than with respect to shallow translational rockslides, implying that structural control is more important for deep‐seated rockslides than for shallow translational rockslides. Results of scenario‐based analysis show that, in rock slopes classified to be unstable, stress‐induced rock slope instability tends to increase with increasing level of water saturation. The study demonstrates the usefulness of spatially distributed data of orientations of structural discontinuities in rocks for medium‐ to small‐scale classification of rock slope instability in mountainous terrains. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

Static and dynamic analysis on slope stability using a DFN-DEM approach on the right abutment of the Karun 4 dam

Uncertainty in input fracture geometric parameters during analysis of the stability of jointed rock slopes is inevitable and therefore the stochastic discrete fracture network (DFN) — distinct element method (DEM) is an efficient modeling tool. In this research, potentially unstable conditions are detected in the right abutment of the Karun 4 dam and downstream of the dam body as a case study. Two extreme states with small and relatively large block sizes are selected and a series of numerical DEM models are generated using a number of validated DFN models. Stability of the rock slope is assessed in both static and dynamic loading states. Based on the design basis earthquake (DBE) and maximum credible earthquake (MCE) expected in the dam site, histories of seismic waves are applied to analyze the stability of the slope in dynamic earthquake conditions. The results indicate that a MCE is likely to trigger sliding of rock blocks on the rock slope major joint. Furthermore, the dynamic analysis also shows a local block failure by the DBE, which can consequently lead to slope instability over the long term. According to the seismic behavior of the two models, larger blocks are prone to greater instability and are less safe against earthquakes.

     

极端冰雪条件下的顺层岩质边坡滑移稳定性分析

推导了典型岩石边坡在极端冰雪条件下的滑移稳定系数的表达式;通过计算分析,揭示了岩石边坡滑移稳定系数随裂隙内水深、坡高、坡角、滑面倾角等因素变化的规律及与冻深的关系,并绘制岩石边坡滑移稳定系数与边坡几何要素之间的关系图。研究表明,当考虑极端冰雪灾害影响时,岩石边坡滑移稳定系数发生较为明显的变化：随裂隙饱水程度、坡面角、主滑面倾角的增加而降低,随主滑面抗剪强度的减小而降低;裂隙饱水程度越高、坡体高度越低、坡面角越小、主滑面倾角越大的边坡的滑移稳定系数,对裂隙冰冻胀力的反应越敏感。     

强震作用下层状岩质斜坡破坏的大型振动台试验研究

以“5.12”汶川地震背景为基础,对不同岩性组合水平层状岩质边坡进行了大型振动台模型试验研究.文中介绍了振动台试验过程,通过对试验现象的观察处理分析,考察了边坡的破坏现象特征、变形破坏模式.实验结果表明,地震力作用下边坡的变形破坏程度、特征以及稳定性不仅与地震波的类型、加载方向、频率、振幅有关,同时还受边坡的岩体性质、...     

黏性土坡地震失稳机制及其在黄土斜坡地震稳定性分析中的应用

基于地震作用下黏性土坡失稳滑动特点,以土体应力状态及其变化分析边坡失稳过程。通过分析地震作用下边坡不同部位土体应力状态和剪应力变化,结合实际地震边坡失稳破坏特征,提出黏性土坡地震三段式滑动失稳机制。在分析该滑动失稳机制与有限元强度折减法之间应力关联的基础上,将两者结合应用于实际黄土地震滑坡动力稳定性分析。依据此考虑得到的动力安全系数相比较其他方法,与极限平衡法得到的结果更为接近。