顺层岩质边坡预应力锚索抗震加固机制研究

将顺层岩质边坡的层面考虑为弱面,将其等效为等间距共线多节理的力学模型。预应力锚索加固边坡的锚固模型等效为平面有限宽度岩体节理问题。并将初始应力和地震荷载引起的附加动应力视为远场作用,锚固边坡的受力问题视为远场作用效果和节理面集中力作用效果的叠加。根据叠加原理计算地震荷载作用下裂纹端部应力强度因子,发现位于裂纹端部的预应力锚索能大幅度降低I型裂纹的应力强度因子。以应力强度因子作为岩体的压剪破坏判据解释顺层岩质边坡预应力锚索的抗震加固机制,能很好地解释汶川地震边坡破坏特点。     

均匀设计与灰色理论在边坡稳定性分析中的应用

采用均匀设计安排试验,运用灰色理论中的灰色关联分析考察边坡稳定性影响因素的主次.结果表明,边坡稳定性影响因素的敏感性由大到小依次为:粘聚力、内摩擦角、重度、预应力、锚索间排距、锚索长度、锚固段长度、锚固角.可见,岩体的抗剪强度指标是影响边坡稳定性的最重要参数,其次是岩体的容重,而预应力锚索的设计参数对边坡的稳定性也有一定影响.这一分析结果为边坡开挖设计和加固方案的优化提供了重要依据.     

小湾拱坝右岸缆机基础开挖边坡的优化分析

基于加锚节理岩体力学模型应用三维弹粘塑性有限元法,对小湾拱坝右岸缆机基础高边坡的开挖过程和加固措施进行了数值仿真计算,进行了两种设计方案的比较和优化分析,对缆机荷载移动、地下水位、岩体强度参数等影响因素进行了敏感性分析,并在此基础上评价了边坡支护加固措施和边坡的稳定性.     

弹塑性数值流形方法在边坡稳定分析中的应用

针对现有数值流形方法只能进行弹性计算的不足,建立了一个能够反映完整岩块弹塑性变形特征的本构模型,并借助VC++开发了内置该本构模型的弹塑性数值流形程序。利用该程序模拟了含单节理岩样的室内压缩试验,分析得到了其强度和变形特性,计算结果符合实际的物理现象,表明程序是正确有效的。考虑到数值流形方法本身能够有效模拟材料的不连续变形,新增的弹塑性分析功能又可以反映岩石的强度特性,将弹塑性数值流形程序应用于某含有不连续面的岩石边坡的稳定性分析。并结合锚杆单元的使用,对比分析了不同锚固方案的加固效果。程序提供的变形、应力等计算结果表明:预应力锚杆不仅可以防止不连续面发生剪切破坏,增强坡体的稳定性,限制塑性变形的发展;而且可以使不连续软弱层面对岩体变形的消极影响得以减弱,起到提高岩体整体性的作用。     

江坪河水电站进水口顺层岩体边坡支护结构受力特性及稳定性研究

江坪河水电站进水口边坡断层、层间错动以及泥化夹层等软弱结构分布众多,构成了顺坡向的潜在滑动组合体。为确保边坡的安全稳定性,采用了预应力锚索和大截面抗滑桩对边坡进行加固处理。边坡施工过程中,部分预应力锚索轴力监测值出现超过设计吨位的现象。为分析边坡锚索和抗滑桩支护系统的可靠性,采用三维数值分析方法对锚索和抗滑桩等支护结构的受力性态进行了系统研究。三维数值分析结果表明顺层岩体结构边坡中支护结构部件空间受力特性存在较大的差异性:局部预应力锚索轴力长期超限失效可能引起支护系统其它构件内力增加,危及边坡稳定性;抗滑桩的内力分布与岩体层间错动和泥化夹层的空间展布密切相关。受岩体结构面影响,抗滑桩内力分布类似于连续梁受力分布特点。支护结构的空间受力特点表明支护系统设计时应该考虑边坡及支护结构的整体空间效应影响,以保证支护结构自身的安全性。     

基于Barton-Bandis准则的锚固边坡稳定性分析

结合岩石节理面非线性Barton-Bandis破坏准则,探讨了将Barton-Bandis破坏准则参数转化为线性Mohr-Coulomb破坏准则抗剪强度参数的两种常用方法,通过实例分析了各方法的优劣。推导了加锚单岩石节理面控制的平面滑动岩体边坡抗滑稳定性安全系数计算式,开展了锚固参数分析。研究表明：相对于采用等效线性拟合法或切线等效法获取Mohr-Coulomb抗剪强度参数而言,直接应用Barton-Bandis破坏准则计算节理面控制的岩石边坡稳定性更为直观和简便;随着结构面基本摩擦角、结构面粗糙度系数和结构面壁面有效抗压强度的增大,边坡安全系数逐步提高,且结构面基本摩擦角和粗糙度系数对边坡安全系数的影响程度更为显著;锚索锚固力越大,边坡抗滑稳定性越好,而锚索设置角度越大,边坡抗滑稳定性越低,锚索角度设置不当将明显减小锚固效应的有效性。     

全长粘结式锚杆加固节理边坡的动静态位移响应

锚杆通常被作为表面粗糙的轴力杆单元进行分析,但在节理边坡加固中,由于节理面的错动,同时考虑锚杆的轴向和横向作用显得更加合理。通过理论分析,建立锚杆三弹簧单元的力学特征模型和变形特征模型,对其受力和变形进行全面分析;运用拉格朗日元数值方法(FLAC3D),建立以理想弹塑性本构Mohr-Coulomb准则为基础的节理边坡模型,应用三弹簧锚杆单元,对其锚固前后的动静态位移响应进行模拟。结果表明：节理面锚固处理后,岩体的刚度得到提高;边坡各部位的位移减小,节理两侧位移的突变值变小;锚杆对节理的上下盘岩体起到有效的拉结作用,抑制了两盘之间的较大变形位移,有利于边坡稳定。     

顺层岩质边坡稳定性分析及加固设计研究

以南京市栖霞古镇顺层岩质边坡为例，采用极限平衡法和强度折减法对开挖后边坡的稳定性、失稳原因和变形特征进行分析。针对边坡潜在的滑坡问题进行加固设计，模拟不同长度和倾角组合下锚杆加固效果，根据边坡稳定性系数及锚固后边坡位移和应力分布情况，确定锚杆长度7 m、倾角20°为最佳方案，并结合其他加固措施提高边坡的稳定性，分析结果表明，加固后边坡稳定性系数满足规范要求，边坡位移控制在安全范围内，加固设计方案合理可行。     

地震作用下预应力锚索加固顺层岩坡极限分析

针对地震作用下预应力锚索加固顺层岩坡典型模型,提出了一种地震作用下预应力锚索加固顺层岩坡的极限分析改进方法,该方法考虑了边坡极限状态时锚索的受力变化。基于岩体刚性假设并考虑滑移过程锚索受力变化,结合极限平衡法推导出边坡加固预应力锚索的受力变化公式;地震作用仅考虑地震波传播至滑动面时产生的透射波对边坡稳定性的影响,从功率的角度出发,结合极限分析上限法与强度折减法,考虑预应力锚索受力变化,推导出地震作用下预应力锚索加固顺层岩坡的动安全系数计算理论公式;结合算例,采用考虑与不考虑滑移过程锚索受力变化两种计算方法,分析了在不同入射波波幅、入射角度及滑动面黏聚力、内摩擦角条件下两种方法计算结果的差异。算例结果表明：考虑与不考虑滑移过程锚索受力变化计算方法,计算得出的动安全系数变化规律一致,但考虑滑移过程锚索受力变化的改进计算方法得出的动安全系数动态变化幅度明显更小,反映了锚索的抗震作用效果,可为地震作用下该类型岩坡的预应力锚索加固设计分析提供参考。     

顺层路堑边坡锚杆支护稳定性的有限元模拟分析

基于理想弹塑性本构模型和Drucker-Prager准则,运用ANSYS软件和有限元数值模拟技术,建立了顺层岩体边坡的有限元分析模型。结合沪蓉国道主干线宜昌至恩施公路白氏坪-榔坪段顺层路堑高边坡工程实例,对顺层岩体路堑边坡布设锚杆支护前后的应力、变形和稳定性进行了模拟分析。分析比较表明,锚杆支护结构可以减小边坡临界状态下的最大位移、增大最危险接触面的摩擦力和提高边坡的稳定性系数,从而能有效地提高边坡的稳定性以防止顺层滑坡的发生。     

Assessing the Stability of a Geologically Complex Slope Where Strong Dykes Locally Act as Reinforcement

This paper presents a case study of aspects of the design of large slope cuttings in complex geological conditions in South Korea. During the original cutting of the slopes to geometries prescribed by Korean standards for rock slopes, several translational slides occurred on daylighting bedding planes. From observation it was evident that away from the areas of distress, some parts of the slopes appeared to be relatively stable, apparently because of the strengthening influence of relatively strong and massive igneous dykes and sills through the sedimentary rock. This paper describes how the geological conditions were assessed and stability analysed, section-by-section, along the road. This was achieved using a form of the method of slices to account for those sections of potential failure surfaces where sliding could occur along bedding and others where failure would necessitate shear through the intrusive igneous rock. Results were checked using UDEC models of critical sections. Following these analyses, recommendations were made for localized additional preventive measures including anchors and drainage.     

逆层岩质边坡地震动力破坏过程FLAC/PFC耦合数值模拟分析

建立含有非贯通层面和正交次级节理的逆层岩质边坡FLAC/PFC2D耦合计算模型,进行地震动力破坏过程模拟试验,研究了逆层岩质边坡地震动力破坏机理。试验结果证明,在地震动力破坏过程中,边坡内部层面主要产生剪切破坏,少量张拉破坏集中于逆层边坡顶部位置并且总是发生在坡体已经产生动力失稳之后,因此层面的抗拉强度并不影响逆层边坡的地震动力稳定性。坡顶正交次级节理只能产生张拉破坏,形成宏观的岩层倾倒趋势,而坡底的正交次级节理既会产生张拉破坏,也会产生剪切破坏,破坏面滑动趋势明显。动力响应坡顶放大效应和破坏面发育位置深度导致坡顶岩体的张拉倾倒早于坡底岩体的剪切滑动,与逆层边坡静力倾倒破坏顺序相反。     

顺层岩质边坡开挖模型试验及稳定性影响因素分析

用地质力学模型试验方法,对顺层岩质边坡进行开挖破坏试验。同时在有限元分析的基础上,采用多层结构模型对顺层岩质路堑边坡稳定性的影响因素进行了分析。指出当边坡走向与岩层走向夹角超过30后,边坡发生顺层滑动破坏的可能性很小,基本上可不视为顺层边坡。同时也阐明了岩层倾角以及结构面抗剪强度对顺层岩质边坡稳定性的影响。文中结论可为顺层岩质边坡的科研、设计和施工提供参考。     

顺层岩质路堑边坡稳定性的敏感性因素分析

运用弹塑性理论和有限元法,建立了顺层岩质路堑边坡稳定性的模拟分析模型。结合沪蓉国道主干线湖北宜昌至恩施高速公路的顺层岩质路堑高边坡工程,分析了结构面强度、岩层厚度、岩层倾角等各项因素对顺层岩质路堑边坡稳定性的影响,探讨了顺层岩质路堑边坡稳定性的规律。结果表明：软弱结构面的强度参数对顺层岩质路堑边坡稳定性起主要控制作用,岩层倾角对顺层岩质路堑边坡的稳定性也有明显的影响。在该工程的地质条件下,当岩层倾角为38°左右时,顺层路堑边坡的稳定性最差。     

Stability analysis of laterally confined slope lying on inclined bedding plane

A stability analysis of a laterally confined slope model, lying on an inclined bedding plane, was presented to evaluate the lateral shear resistance by considering the loading paths and failure envelopes. Two slope models were prepared on a bedding plane by compaction, one with and one without lateral confinement. The compacted models are related to the geological conditions at shallow depths where brittle deformation can occur and an excavation can induce horizontal field stress that significantly influences the stability of the slope. Three distinct loading paths, controlled by either tilting the angles or increasing the surcharge loads, were applied to achieve the failure of the slope models. Rankine’s passive earth pressure due to compaction was reduced by the shear strength reduction ratio. The shear strength reduction ratio was estimated through the least-squares fitting method based on the results of model tests at failure when the loading paths intersected the failure envelope. Provided that the effect of lateral confinement in a rock mass can be described by the shear strength reduction ratio, the proposed equations will be beneficial for slope stability analyses of laterally confined slopes on bedding planes. A case study of an undercut pit wall in an open-pit mine was demonstrated by showing that the unknown shear strength reduction ratio can be back-analyzed from the rainfall-induced landslide case. Therefore, the design of other undercut slopes with different geometries and groundwater conditions in the rock mass, which have undergone the same geological process as the back-analyzed case, is possible.

     

某水电站坝肩随机块体稳定系数敏感性影响分析

针对复杂的地质条件,运用三维极限平衡法对某水电站坝肩随机块体的稳定性进行分析,并研究了块体稳定系数Fs的敏感性影响因子。通过敏感性计算,确定了结构面抗剪强度参数(包括粘聚力C、抗剪断摩擦系数f)和结构面产状(包括倾向和倾角)两组主要影响因子,分析了以上影响因子与Fs的变化规律。根据主要影响因子的变化规律比较,得出结构面产状是影响随机块体稳定性主导因素的结论。敏感性影响因子的变化规律分析,为坝肩抗滑设计和治理提供了一定的理论依据。     

Effects of hydraulic conductivity/strength anisotropy on the stability of stratified,poorly cemented rock slopes

This paper presents a numerical procedure to explore how hydraulic conductivity anisotropy and strength anisotropy affect the stability of stratified, poorly cemented rock slopes. The results provide information about the anisotropic characteristics of the medium, including the orientation of bedding planes, the anisotropic ratios of the hydraulic conductivity and the geological significance of the hydraulic conductivity anisotropy on the pore water pressure (PWP) estimation of finite slopes. Neglecting the hydraulic conductivity anisotropy of a slope with horizontal layers leads to a 40% overestimation of the safety factor. For a dip slope with inclined layers with θ = 30°, including the strength anisotropy caused a 25% reduction of the safety factor compared to the cases which isotropic strength is assumed. This paper highlights the importance of the hydraulic-conductivity anisotropy and the strength anisotropy on the stability of stratified, poorly cemented rock slopes.     

顺层岩质边坡锚杆拉剪作用力学性能

锚杆能够显著增强顺层岩质边坡的稳定性.基于顺层边坡结构效应,应用锚杆加固顺层边坡的力学模型,根据结构力学理论和变形协调关系,建立拉剪作用下全长粘结型锚杆加固顺层边坡抗剪计算的理论分析方法.与相关试验数据进行了比较验证,结果表明顺层边坡锚固抗力模型计算结果与试验结果比较一致,验证了理论模型的合理性.讨论了锚杆倾角、锚杆直径、灌浆体强度、结构面内摩擦角、剪胀角等对加锚顺层岩体抗剪性能的影响.分析表明:锚杆锚固抗力模型能够较好地反映锚杆轴力及横向剪切力对顺层岩质边坡的抗剪作用.锚杆倾角越大,锚杆总的抗力呈减小趋势,而锚杆抗力随剪胀角增大而增加;当锚杆倾角等于内摩擦角时,锚杆抗力达到最大;锚杆抗力随锚杆直径增加而增大;当锚杆直径不变时,锚杆抗力随灌浆体抗压强度增大而有所减小.      

金沙江特大桥左岸岸坡岩体结构面强度参数取值及工程稳定性评价

丽香铁路金沙江特大桥位于金沙江虎跳峡镇高地震烈度深切峡谷地段。香格里拉端岸坡地形陡峻,卸荷裂隙发育,岸坡岩体在地震及工程荷载作用下的稳定性直接控制了桥梁选址方案的可行性。在深入分析对岸坡工程地质条件的基础上,基于节理特征分析的Barton模型、岩体结构面强度实验,讨论了岩体结构面强度参数,并在此基础上采用底摩擦实验研究了岸坡在自然和工程荷载作用下的稳定性,进而采用离散单元法计算分析了岸坡岩体在自然、桥基荷载作用下、地震加桥基荷载作用工况条件下的破坏趋势。研究表明,岸坡整体稳定,但在地震和桥梁荷载作用下,岸坡卸荷裂隙进一步发育,对桥基影响较大,应加强卸荷带岩体的工程整治以确保桥基安全。