反倾层状岩质边坡悬臂梁极限平衡模型研究

基于悬臂梁理论和运用极限平衡法研究反倾层状岩质边坡变形破坏是一种既注重变形过程又注重力学分析的可行方法。在国内外研究现状基础上,研究悬臂梁极限平衡分析模型。首先通过野外现象的观测,提出能对反倾层状边坡变形几何空间条件进行分区的“基准面”的概念,再利用“基准面”分析岩层分区破坏模式的力学机制,认为破坏面的形成机制是弯曲拉裂和压缩剪切的共同作用结果,对悬臂梁极限平衡分析模型中的各参数确定给出假设或理论分析,建立了计算模型。以重庆市巫溪县中梁水库硝洞槽-郑家大沟库段反倾岸坡为例,在边坡变形破坏模式识别基础上,应用悬臂梁极限平衡模型理论分析实例,验证该模型的合理性,同时也给出反倾层状边坡悬臂梁极限平衡模型计算步骤,用数值模拟方法验证该分析模型的正确性。模型计算结果表明,破坏区大体分为滑移区、倾倒区和倾倒变形影响区,破坏区大小由坡角、岩层倾角、坡高共同决定,当三者关系（见式（13））大于0时,才存在破坏区,才有可能发生变形破坏。研究成果对反倾层状岩质边坡稳定性评价与防治具有理论指导意义和应用价值。     

基于突变理论的反倾层状岩石边坡稳定性研究

针对反倾层状岩石边坡的岩体结构特点,以弯曲-拉裂(倾倒)变形的地质模型为基础,基于突变理论建立反倾层状岩石边坡尖点突变模型.从理论上分析了边坡失稳的突变条件,并提出临界失稳深度,在此基础上建立了反倾层状岩石边坡的稳定性评价方法.对工程实例的分析表明,对于反倾层状岩石边坡,该稳定性评价方法是成功有效的.     

反倾层状岩质边坡倾倒破坏力学模型

在地质调查基础上,将反倾边坡的各岩块概化为受自重弯矩及外力作用的悬臂梁,利用弯曲-拉裂模型研究其破坏模式。通过力学分析,建立了反倾层状岩质边坡各条块的力学模型。基于最大拉应力理论,给出条块倾倒失稳判据,以此判定边坡的稳定性,并定量分析了反倾边坡倾倒破坏的影响因素。结果表明:反倾边坡倾倒破坏发生在每个条块的上边界处,条块所受拉应力大小与其容重呈线性关系,与高度呈二次幂函数关系,与其宽度呈-1次幂函数关系,即板梁容重越大、高度越大、宽度越小,其倾倒破坏越明显。而当条块底面倾角满足一定条件时,才会发生倾倒破坏,其范围边界值与条块的高度和宽度有关。     

不同临空条件的层状反倾岩质边坡倾倒变形几何特征参数影响规律

层状反倾岩质边坡是一种常见边坡类型,其变形破坏模式多样、力学机制复杂、影响因素众多.为揭示层状反倾岩质边坡不同临空条件几何特征参数对反倾边坡倾倒变形影响规律,通过3DEC并结合数理统计系统深入研究几何特征参数对倾倒变形影响.研究表明:①反倾边坡具有3个临空面时边坡变形最大,1个临空面时边坡变形最小;②变形随边坡高度、切...     

基于离心试验的反倾层状岩质边坡内非贯通性裂缝变形特性分析

坡体内不同部位结构面间岩桥断裂扩展导致了反倾层状岩坡的破坏。为研究坡体内非贯通性裂缝断裂扩展对坡体演化的控制作用,以苗尾水电站右坝肩倾倒变形体为地质原型,开展含多组非贯通性裂缝的反倾层状岩质边坡离心模型试验,分析反倾层状岩质边坡内非贯通性裂缝变形特性。结果表明：（1）坡体内含非贯通性裂缝的岩层断裂最终呈现为裂缝间岩桥贯通、缓倾裂缝与上岩层贯通、陡倾裂缝与下岩层贯通、陡倾裂缝与缓倾裂缝端口处贯通及非裂缝处岩层发生断裂等5类裂缝断裂模式,并以裂缝间岩桥贯通为主要断裂模式;（2）基于断裂力学并结合裂缝断裂叠加原理,主折断面处岩层的不稳定系数在坡高1/3处最小,并向坡脚和坡顶两侧逐渐变大,而应力强度因子由坡高1/3处向坡脚和坡顶处逐渐变小;（3）裂缝的断裂扩展控制着坡体演化,并受裂纹率及裂缝周围的尖端应力场影响较大。在坡体演化初期,以坡体后缘压缩沉降和局部岩层裂缝压剪破坏为主,岩层倾角发生较大变化,呈现由坡体上部往下逐级变大的趋势;演化中期,坡体后缘裂缝扩展形成主折断面,坡体中上部岩层角度变化较大,裂缝断裂数目的继续增加;演化末期,裂缝断裂数目保持平稳,主要以断裂岩层的位置重分布为主要变形特征,次级折断面形成,破碎岩层之间进一步被压缩,坡体进一步发生失稳破坏。     

凤滩水电站扩建工程进水口反倾层状结构边坡岩体特征与加固处理

凤滩水电站扩建工程进水口边坡为厚层反倾结构边坡,岩体完整性好,由于边坡及进水口段洞室开挖未及时支护,导致进水口段上部边坡岩体产生轻微倾倒变形。本文描述了该进水口部位的地质条件,分析了进水口隧洞上部厚层反倾岩体稳定性。研究了施工过程中岩体发生轻微倾倒变形的原因,并提出了相应的加固处理方案,通过现场监测证明处理后边坡岩体是稳定的。     

工程荷载作用下缓倾角反倾似层状岩质边坡变形稳定性分析

在反倾层状边坡的破坏机制和稳定性分析方面,由于其稳定性一般较好,系统深入地研究其破坏机制和稳定性的反而不多。以火山岩地层多次火山喷发旋回形成的缓倾角反倾似层状岩质边坡为研究对象,利用有限元分析其位移矢量图,揭示边坡的变形破坏机制和稳定性控制要素,利用极限平衡法、矢量和法,评价其稳定性,利用强度折减法分析塑性区的扩展规律,揭示滑动面发展的时间空间规律,结果表明,（1）类似层状反倾岩质边坡的潜在破坏模式为剪切–张拉破坏,滑面形态表现为近似折线状：顺坡向穿过凝灰岩夹层和强风化岩体,后缘通过陡倾结构面;（2）极限平衡法、矢量和法的边坡稳定性综合评价表明边坡浅层稳定性不满足工程稳定性要求,深层稳定性满足工程稳定性要求,且三维矢量和安全系数大于二维结果,是三维效应造成;（3）塑性区扩展揭示滑面的空间发展序列为滑面4、5、3。文中的技术路线和分析方案可用于缓倾角反倾层状岩质边坡稳定性评价。     

层状反倾-顺倾边坡倾倒变形形成条件及发育规模特征

以往研究中倾倒变形研究在反倾边坡较多而在顺倾边坡中很少,对两种不同结构的边坡形成倾倒体的异同点更是存在较多空白。在总结大量倾倒体实例基础上,对层状反倾和顺倾边坡倾倒变形形成条件及发育规模特征进行了详细研究。结果表明,顺倾边坡若发生倾倒,通常表现为坡高 100 m,边坡坡角 35°,岩层倾角 60°,岩性为薄层或薄层与中层互层的软岩、软硬相间的岩石;反倾边坡当坡角 30°及岩层倾角 30°就可能发生倾倒,其岩性为薄层～中厚层状的软岩、硬岩及具有似层状结构的坚硬岩石均可;提出层状岩质边坡“倾倒临界倾角 ”的概念,对于顺倾边坡, 60°,当 时边坡将可能产生倾倒破坏,当 时边坡通常产生顺层面的“滑移-弯曲”或“滑移-拉裂”型破坏;反倾边坡 30°,当 时边坡才可能演化成明显倾倒变形,当 时边坡不会倾倒或倾倒不明显;对于地质条件基本相同而坡体结构不同的两种边坡,反倾边坡形成的倾倒体无论是发育分布面积还是倾倒深度通常是大于顺倾边坡的,而且一旦形成倾倒体,二者的规模通常是深层的、大型或特大型的;倾倒体的分布面积和倾倒深度均呈现一种随坡高的增加而增加的趋势,坡高 250 m时其分布面积和倾倒深度表现为陡然增加,并且反倾边坡增加幅度大于顺倾边坡。     

反倾边坡倾倒变形演化过程的模型试验研究

以西藏扎拉水电站坝址右岸反倾边坡为工程依托,基于地质认识及相似理论建立边坡物理模型,采用分级开挖的方式模拟河谷下切作用,研究反倾岩质边坡倾倒变形的演化过程。模型开挖后变形破裂发展的过程表明:该类反倾边坡倾倒变形模式为初期卸荷回弹变形、长期重力弯曲（破裂）变形及后期蠕滑变形。通过对位移、变形速率和变形加速度变化规律的分析发现:反倾边坡倾倒变形的过程可以根据变形加速度a划分为3个演化阶段即倾倒启动阶段、稳态变形阶段和快速失稳阶段,各阶段分别对应衰减蠕变、稳态蠕变和加速蠕变的变形特征。在此基础上采用变形加速度a作为倾倒边坡稳定性判别指标,并尝试将变形加速度突破稳态蠕变上限值（a≥a₂）作为边坡失稳预警判据。     

初始地应力对反倾层状岩质边坡变形的影响

初始地应力场对反倾层状岩质边坡的变形破坏会产生重要影响。以西部代表性水电工程岸坡区域的实测地应力资料为基础选择9 种初始地应力状态,以非连续变形分析方法（DDA）为工具,对不同边坡坡角和岩层角度组合的反倾岩质边坡模型进行变形分析。结果表明考虑初始地应力的释放之后,边坡倾倒变形所需的岩层倾角与边坡坡角条件有所降低,侧压力系数对变形趋势发挥主导作用,同样的水平地应力情况下,垂直地应力降低会导致变形有所增加。当存在较大水平地应力时,为保障安全,岩层倾角大于60°的反倾岩质边坡坡角建议不超过45°。     

某可溶性软弱基座型斜坡的破坏方式及变形破坏机制

以仁义河特大桥南桥台南侧斜坡为例,分析研究了可溶性软弱基座型斜坡的破坏方式及其变形破坏力学机制,认为该斜坡的失稳破坏主要为崩塌破坏,并存在倾倒(外倾型)、倾滑(内倾型)和基座倾滑3种崩塌破坏方式,形成不同崩塌破坏方式的内在变形机制有弯曲一拉裂、弯曲一层间滑动和拉裂一滑移3种模式,从而为解决该类特殊斜坡工程问题提供了理论依据。     

大跨度采空影响顺倾构造山体侧向变动的复合机理

采空区地表山体侧向变动,不同于一般天然山坡,也与采空区一般上覆岩层的变形破坏有异;它是二者复合机理的效应。本文在分析考察了毗邻电厂的横山顺倾构造山体,剖析了地下采空情况后认为,山体侧向变动中,软弱夹层有决定性作用;变动范围、速率与规模,与地下采空有关。从而又利用地质力学模型试验和数值模拟,探索了采动引起山体应力场及变动规律。结果表明,山体岩层的变形、位移、破坏,由直接顶板向地表发展;采空坍陷诱发了软弱夹层的蠕滑,则产生山体侧向滑移;电厂区地表隆起变形是山体侧向滑移挤压地基土的反映。通过现场实际调究、变形观测资料分析与数值模拟和模型试验的对比研究,提出了坍落拱梁的成生效应、挤压蠕滑效应、失稳效应;揭露了顺倾构造山体在采空影响下,具有地表、地下的复合临空面的复合应力场中复合变动的复合机理;并提出这种山体侧向变动机理的典型地质模式,借以论证山体稳定性。     

矿山边坡稳定性研究的回顾与展望

本文阐述了露天矿边坡工程的特点, 回顾了露天矿边坡稳定性研究及其取得的理论成果和进展, 指出露天矿边坡稳定性研究的特点, 提出相应的研究技术路线与方法。     

基于有限元法的层状岩体破裂规律探讨

层状岩体的非均质性及各向异性导致其破裂方式及规律与均质岩体有显著不同。对层状岩体分别进行不同方式的单轴、双轴、三轴试验, 分析应力-应变曲线特征; 再利用ANSYS有限元软件进行数值模拟, 观察应力、应变在岩体上的分布, 通过曲线和图件的对比分析, 并结合岩石破裂理论, 总结不同应力状态下层状岩体的破裂方式、顺序及规律; 最后以富台地区为例, 对分析结果进行验证。研究结果表明, 不同受力方式对层状岩体破裂的影响体现在施加的载荷及约束与层面的方位。当应力方向与岩层面平行时, 强度大的石灰岩岩体发生集中应力, 首先破裂; 而应力与岩层面垂直时, 强度小的泥岩岩体首先破裂。岩石试验、数值模拟结果以及实例均成功验证了这个规律。      

基岩振动干扰下的动力滑坡机制研究

本文通过对边坡基底岩石振动因素的分析, 建立了单一滑面滑体受基底岩石强迫振动的模型, 采用非线性动力学方程描述滑体的变形规律, 分析了基底岩石振动过程中导致滑体移动的原因。指出在一个频带范围和力幅范围内, 基底的振动, 会引起潜在滑体位移突跳, 在滑面的法向方向上张开, 切向上错动而诱发滑坡。     

岩质高边坡岩体变形参数及松弛带厚度研究

预测岩质高边坡开挖后岩体变形模量的变化及松弛带厚度，是分析岩质高边坡在开挖后变形（位移）和作好防护设计的重要资料，运用波动力学关于平均应力与体积模量、岩体纵波速度与弹性模量、变形模量间的关系，通过部分实测资料及边坡应力场有限元分析的资料，分别建立了纵波速度与岩体变形模、岩体应力间的关系，研究了开挖边坡岩体变形模量的变化，预测了岩体松弛带的厚度。     

边坡稳定性极限平衡条分法的探讨

系统分析了常用的边坡稳定性极限平衡条分法，在任意滑而条件下，推导了瑞典条分法；讨论了它们的适用性与极限平衡条分法的发展方向，具有一定的理论和实践意义。     

公伯峡电站开挖边坡古风化岩松弛与工程特性变化研究

利用公伯峡电站泄水洞左岸边坡开挖过程中获得的各种资料,分析、研究边坡在开挖后岩体松弛程度和工程特性的变化。分析表明,边坡开挖后,一定深度范围内边坡岩体将松弛,松弛带的厚度可以通过现场调查、地震波速、声波速度来划分。岩体发生松弛后,松弛带岩体力学参数明显降低。开挖后尽快支护是防止边坡岩体松弛有效方法之一。     

近水平厚层高陡斜坡崩塌机制研究

近水平厚层高陡斜坡岩层倾角小于10°,具有软硬相间或上硬下软的结构,常形成高陡斜坡或陡崖地形,主要以大型崩塌的形式发生破坏。在梳理国内外文献的基础上,从岩体破坏机制出发,对近水平厚层高陡斜坡崩塌的形成过程、破坏机制、失稳模式进行分析,总结归纳了6种地质力学模型,包括滑移-拉裂、塑流-拉裂、倾倒-拉裂、剪切-错断、剪切-滑移、劈裂-溃屈,并提出了相应的野外识别特征。      

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。