黄土边坡开挖卸荷力学响应与破坏机理研究

开挖黄土边坡诱发的黄土滑坡频繁发生, 对黄土地区的工程建设产生了极大的威胁, 严重阻碍了各种基础设施建设的推进, 认识开挖卸荷过程中黄土边坡的力学响应机制及变形破坏过程, 是对此类型滑坡进行防治的前提条件和重要依据。基于此, 开展饱和黄土常规三轴剪切试验和卸荷路径下的三轴剪切试验(卸荷三轴试验), 着重分析在两种应力路径下饱和黄土的力学响应及变形特征, 并以兰州上洼子滑坡为例对其形成机制进行分析。研究表明:(1)在三轴试验中, 相比于常规条件, 侧向卸荷条件下, 虽然孔压增长幅度较低, 但卸荷导致侧向压力大大降低, 因此孔压比快速增长, 有效应力持续降低, 对边坡的稳定更为不利; (2)侧向卸荷条件下试样达到峰值强度时所需应变更小(1%~2%), 表明卸荷条件下边坡更易失稳破坏且具有突发性; (3)两种应力路径下饱和土体抗剪强度参数有显著差异, 与标准三轴剪切试验相比, 卸载三轴剪切条件下, c'值降低62.32%~76.92%, 且接近于零, 有效内摩擦角φ'值增大26.92%~29.77%;(4)采用FLAC-3D对上洼子滑坡进行数值模拟分析, 选取侧向卸荷三轴剪切试验结果更符合土体真实应力路径, 揭示了上洼子滑坡的破坏模式为“后退渐进式”。     

水及开挖卸荷对岩质边坡稳定性影响分析

水及开挖卸荷是影响节理裂隙岩质边坡稳定性的重要因素。分析研究了水对节理裂隙岩质边坡的力学及物理化学作用机理。应用弹塑性力学及断裂力学的相关理论,分析讨论了裂隙面的压剪起裂破坏机理;提出了由于开挖卸荷而引起裂纹扩展的作用机理。     

裂隙岩体边坡稳定性分析方法

岩石边坡，尤其是裂隙岩体边坡稳定性分析应考虑岩体中结构面的产状、性质和发育程度。对随机发育的岩体结构面，赤平极射投影是确定优势结构面及分析边坡潜在破坏模式的基础。以某电厂高100m以上岩石高边坡为例，介绍了采用赤平投影图解法及极限平衡法，进行岩体边坡稳定性分析的方法。     

考虑岩体开挖卸荷边坡岩体质量评价

正确评价开挖后岩体质量并对其进行分类,对研究岩石边坡开挖卸荷后的稳定性有十分重要的意义。以某水电站坝肩高边坡开挖工程为背景,运用卸荷岩体力学的理论与方法,对坝肩边坡开挖岩体进行三维有限元分析。根据边坡岩体开挖后应力应变场的动态变化情况,确定岩体开挖卸荷后质量损伤劣化程度,并根据岩体开挖卸荷后的力学参数,采用RMR法对开挖后的边坡岩体质量进行评价。结果表明,边坡岩体RMR值随开挖后卸荷量的增大基本呈线性递减趋势,进而考虑开挖卸荷影响因素,修正了RMR法中的评价参数,为以后用该法评价开挖后的岩体质量提供参考。     

考虑卸荷作用的裂隙岩体渗流应力耦合研究

大量试验证明,裂隙岩体在加载和卸荷的条件下其渗流与应力特性是不完全相同的。近年来,加载条件下的裂隙岩体渗流应力耦合研究得到了长足的发展,但卸荷作用下的水岩耦合分析还处于初始阶段。基于现有裂隙变形曲线的研究结果,建立了渗透系数与卸荷应力、应变间的本构关系,在此基础上,根据算例分析了各种工况下的渗流和应力特征,其计算结果表明,考虑卸荷后应力场的改变增加了临近坡面的岩体渗透系数,降低了地下水浸润线,增加了边坡的稳定性;考虑渗流后,边坡的位移场和应力场有较大改变,但考虑耦合后位移和应力分布和大小与不耦合时的相差不大;边坡开挖后应力场改变对渗流的影响远大于渗流对位移、应力等的影响。     

开挖条件下含水平砂土夹层边坡破坏模式研究

工程中经常遇到边坡中含有夹层的情况,对含夹层边坡的稳定性研究很有意义。目前的研究多着重于含夹层岩质边坡的稳定性,对土质边坡涉及较少,尚无系统的试验分析。开挖条件下含夹层土质边坡更容易发生破坏,对其破坏模式的正确认知有助于对其稳定性进行合理的安全评价。进行了含水平砂土夹层边坡开挖的离心模型试验,夹层位于边坡中部。通过与边界和试验条件相同的素土边坡进行对比,分析了中部夹砂层边坡开挖后的破坏模式。试验结果表明,中部砂土夹层的存在降低了边坡在开挖后的稳定性,且其下边界是边坡破坏的薄弱控制面     

裂隙性粘土边坡渐进性破坏的FLAC模拟

裂隙性粘土是一种具有特殊性质的粘土,这种粘土边坡的破坏是渐进性的,传统的极限平衡法无法描述分析它的破坏过程和机理,也无法精确地判断它的长期稳定性。用FLAC程序对裂隙性粘土边坡的渐进性破坏过程进行了描述,算例表明在一定程度上用FLAC程序来模拟边坡渐进破坏和进行稳定性判断是可行的。     

工程岩体卸荷破坏机制研究的现状及展望

综合讨论了工程岩体的性质、卸荷破坏的特点及其机制; 回顾了工程岩体卸荷破坏机制的研究现状, 对当前工程岩体破坏研究的主要问题和今后的方向进行了探讨与展望。     

岩质顺层边坡的平面滑移破坏机制分析

沿岩层层面的平面滑动破坏是顺层边坡发生最多、规模很大的一种破坏模式,根据其顺层滑移的力学机制将平面破坏分为滑移-拉裂型和水力驱动型两种类型。根据平面刚体模型,给出了滑移-拉裂型滑坡的失稳判据,即滑坡的条件为边坡高度要大于临界高度。地下水在顺层边坡后缘张裂隙和滑动面形成的渗流通道中运动时,对滑体将产生3个方面的力学作用：张裂隙静水压力、滑动面扬压力和拖曳力。根据水力-驱动型滑坡的计算分析表明,边坡后缘张裂隙充水高度直接决定了3种水压力的大小,当张裂隙充水高度达到临界值后,边坡在水压力作用下发生滑移破坏。     

边坡开挖卸荷松弛区的力学性质研究

开挖卸荷松弛区对边坡稳定性分析与防护加固工程设计具有重要的作用和影响,重点体现在松弛区的分布特征及松弛岩土的强度衰减效应。基于典型边坡的开挖模拟,研究其最大主应力增量及塑性区力学特征与分布规律,结果表明:边坡开挖应力调整引起的最大主应力增量的负值区与坡面塑性区的分布形态与发展规律吻合;基于边坡开挖卸荷松弛的基本力学原理,以开挖边坡应力张量增量的最大主应力分量增减变化作为开挖卸荷松弛区的划分标准,提出了接近开挖坡面的应力衰减塑性松驰区、远离开挖坡面的原岩应力区及介于两者之间的应力集聚弹性挤压区的三场确定方法。     

基于透明相似模型试验的主控裂隙边坡变形破坏演化机制研究

岩质边坡灾害孕育期的变形破坏发展过程通常受其内部长大裂隙（主控裂隙）控制,揭示主控裂隙边坡变形破坏演化机制对滑坡灾害防治具有重要意义。基于透明相似模型试验技术,选取2种典型主控裂隙（后缘陡倾角裂隙和前缘缓倾角裂隙）边坡为研究对象,在自研设备上开展了主控裂隙边坡内部变形破坏演化过程的模型试验研究;分别以位移速率和应变速率作为边坡变形和裂隙扩展的表征量,以无裂隙边坡变形破坏演化规律为参照,对比分析了后缘和前缘主控裂隙影响下边坡内部变形破坏的时空演化机制。结果表明：（1）通过模拟无裂隙边坡内部变形累积以及破裂萌生、扩展与贯通的渐进过程,验证了所采用的试验方法在研究边坡内部变形破坏演化过程方面的可靠性;（2）主控裂隙边坡内部变形破坏过程与无裂隙边坡相似,可分为变形累积、破裂带萌生/初始裂隙起裂、破裂带/裂隙扩展调整、破裂带/裂隙快速扩展贯通等4个阶段;（3）在初始主控裂隙滑移变形的作用下,后缘陡倾角裂隙尖端因受推移作用而发生拉张-剪切混合型起裂并向下扩展,前缘缓倾角裂隙尖端因受牵引作用而发生拉张型起裂并向上扩展,裂隙扩展速率随扩展长度的增加而呈指数型增长;（4）裂隙扩展类型随边坡变形与裂隙扩展...     

开挖条件下含陡倾结构面顺层岩质边坡破坏模式与稳定性预测

顺层岩质边坡易发生失稳破坏,当边坡中发育有顺坡向陡倾结构面时,更不利于边坡稳定。以贵州某水电站大坝左岸含陡倾结构面顺层边坡为例,在综合分析地质条件及开挖扰动的基础上,结合离散元软件UDEC,分析了边坡的变形破坏模式和稳定性。研究结果表明,边坡可能发生的变形破坏模式主要有滑移、拉裂—滑移两种;自然状况下及开挖后,边坡都有沿断层f9、卸荷裂隙L1及岩层面发生滑移的趋势,且工程开挖导致边坡沿该结构面发生内部滑动;对边坡采用预应力锚索加固后,变形得到有效控制,位移数值计算值与实际监测值基本吻合。     

西南某电站河床坝基开挖卸荷条件下变形破坏的数值分析

西南某电站河床坝基开挖过程中,在河床底部出现大量表征岩体卸荷的变形破坏现象。开挖卸荷深度与卸荷强度成为大坝建设及其长期稳定性的关键问题。采用三维有限差分程序FLAC3D,分析开挖卸荷条件下坝基岩体变形破坏特征。结合现场卸荷裂隙现象调查资料,综合确定出所研究的河床坝基开挖卸荷影响深度及强度。为坝基综合治理提供必要的参考信息,也为今后此类中等地应力边坡开挖卸荷分析储备可以借鉴的资料。     

考虑力学参数不确定性的岩质边坡开挖卸荷响应概率评价

鉴于目前关于节理岩体力学参数空间变异性表征及存在潜在滑移面边坡的可靠性问题研究较多,但对于岩质边坡力学参数空间变异性影响及开挖卸荷响应(变形与塑性区)不确定性分析的研究较为有限。提出考虑力学参数不确定性的岩质边坡开挖卸荷响应概率评价方法,该方法以室内岩石力学试验及现场地质勘察测绘数据为基础,利用Hoek-Brown经验准则与Monte Carlo分析手段,构建了以岩石单轴抗压强度(uniaxial compressive strength,简称UCS)、地质强度指标(geological strengthindex,简称GSI)和节理工程参数为输入的边坡岩体力学参数概率统计模型,并采用卡方检验进行模型的吻合度检验;基于点估计原理构建岩体力学参数组合方案,并结合数值模拟开展边坡开挖过程的仿真分析,获得边坡开挖后整体安全系数及位移及塑性区的概率分布。利用该方法对在建京秦高速沿线某路堑边坡岩体力学参数及开挖卸荷响应进行分析,得到了岩体强度、弹性模量、黏聚力与内摩擦角的取值及不确定性分布,采用点估计与FLAC^3D模拟分析,得到了边坡安全系数及典型观测点的位移与塑性区分布结...     

基于设计安全系数及破坏模式的边坡开挖过程动态变形监测预警方法研究

由于地质和结构特征的不同造成的边坡变形破坏机制存在差异以及同一边坡在不同施工开挖阶段的变形规律和量值也存在差别,采用工程类比方法获得的单一的静态的边坡监测预警指标无法表达某一边坡在施工开挖过程中动态的变形规律和特征,针对该问题提出了基于设计安全系数和破坏模式的边坡开挖过程中动态变形监测预警指标的研究思路和方法,并将其应用于糯扎渡水电站溢洪道消力塘边坡755～740 m开挖过程变形监测预警指标的确定,通过与现场监测结果的对比分析表明,该边坡开挖过程中是稳定的,分析与工程实际是相符的。研究表明,基于设计安全系数和破坏模式的边坡开挖过程动态监测预警指标的研究思路和方法用于边坡在开挖过程中动态变形监测预警是可行和有效的。     

双临空面岩质边坡滑动与倾倒破坏的运动学分析

临空面的几何形状在边坡破坏模式与稳定性分析中起着举足轻重的作用。运动学分析是确定边坡破坏模式与评价边坡稳定性的一种有效方法。目前基于运动学分析的边坡稳定性研究主要集中于单临空面边坡的破坏模式与最大安全开挖边坡角的确定。本文将此项研究扩展至双临空面边坡,将其破坏模式细分为4种,分别为沿结构面发生单平面滑动、沿结构面发生楔形体滑动、沿两个结构面的交线发生楔形体滑动以及倾倒破坏。在立体投影中得出,平滑滑动与楔形体滑动的滑动区为双临空面真倾向线与摩擦圆所组成的区域,单个结构面倾角矢量与两个结构面交线矢量位于该区城内;倾倒破坏区为双临空面真倾向线、摩擦圆与基圆所组成的区域,结构面的法向矢量位于该区城内。提出了双临空面边坡最大安全开挖边坡角的确定方法及边坡设计原则。最后将上述方法应用于三峡库区湖北省秭归县郭家坝镇郭家坝村生基坡高边坡,研究了该双临空面边坡的破坏模式并给出了最大安全边坡角的建议值     

顺向岩质高边坡分级开挖的变形破坏特征研究

以岩质高边坡的野外调查成果为基础,分析了边坡的岩体结构特征和控制边坡稳定性的主要地质要素,依据自然边坡的变形破坏现状定性分析,预测边坡开挖过程中可能出现的宏观变形破坏模式和特征.利用基于有限差分原理的FLAC3D建立坝肩边坡的地质模型,对工程边坡开挖支护过程进行数值法定量研究,得出了工程边坡开挖过程中的应力、位移变化规律和边坡岩体破坏特征.研究成果为苗家坝水电站左坝肩的分级开挖施工提供了依据.     

层状岩质边坡破坏模式及稳定性的数值分析

运用FLAC3D模拟层状岩质边坡的破坏模式,并采用强度折减法分析结构面倾角与稳定性之间的关系。结果表明:①水平层状边坡坡顶变形破坏早于坡面和坡脚,形成拉破坏区。当结构面倾角较小时,顺倾向层状边坡主要发生滑移破坏;当结构面倾角较大时,发生弯折-溃曲破坏。直立层状边坡主要发生弯曲-板间拉裂-塌落破坏。逆倾向层状边坡的破坏形式为对于小倾角为滑移破坏,对于陡倾角为倾倒破坏。②对于顺倾向边坡,整体安全系数随结构面倾角先减小后增大,呈现两头高、中间低的形态,在倾角为30°时安全系数最小;对于逆倾向边坡,曲线呈现增大-减小-增大的态势,并且大部分高于顺倾向边坡曲线,符合实际情况。③所采用的低强度弹塑性单元能够比较真实地模拟软弱结构面的变形。     

一种高边坡岩体卸荷分带方法的探讨

岩体卸荷是水利水电工程建设中常见的工程地质问题之一。本文介绍了高边坡岩体卸荷的背景条件、作用机理、卸荷岩体特征以及常见的卸荷带划分方法。针对河谷斜坡岩体从表部到深部 ,岩体裂隙发育程度、张开程度逐渐降低的特征 ,以黄河上游某水电站高边坡印支期花岗岩体的现场调查资料为依托 ,应用岩体裂隙发育程度、张开程度量化指标对斜坡岩体卸荷进行分带 ,较好地将岩体卸荷分带与岩体结构、岩体工程特性紧密结合起来 ,为以后其它边坡岩体的工程实践提供了借鉴.     

深部隧洞掘进开挖瞬时卸荷动态破坏研究

瞬时卸荷是岩体开挖形成的瞬时岩体应力释放和调整。针对高应力区隧洞岩体开挖瞬时卸荷过程,通过能量守恒推导出了瞬时卸荷位移公式;基于Kachanov准则对构件的脆性破坏理论推导出隧洞侧壁围岩卸荷的初始破裂时间和完全破裂时间,并得出完全破裂时间等于岩体开挖卸荷完成时间;通过锦屏二级水电站某隧洞瞬时卸荷分析得出岩体在开挖瞬时卸荷条件下会产生岩爆,并且卸荷岩体的初始破裂时间较完全破裂时间短,但破裂却已很明显。