预加固高填方边坡滑动破坏的离心模型试验研究

2009年10月3日,攀枝花机场260×104 m3万方的高填方预加固边坡整体失稳,沿基覆界面下滑,并超覆于其下方的易家坪老滑坡之上,使易家坪老滑坡再次复活。这一填方边坡失稳事件最终导致机场停航两年。通过大型离心模型试验,再现了攀枝花机场预加固高填方边坡的滑动失稳过程,获得了边坡变形破裂的特征参量,阐明了边坡的滑动失稳机制。研究表明：天然工况下,边坡变形以坡顶沉降和沿基覆界面软弱层的蠕滑为主,坡体总体处于蠕滑变形状态;降雨和地下水工况下,坡体中后部拉张破裂和中前部挤压变形显著,具有塑性流动及推移式破坏特征,并最终产生溃滑失稳;预加固抗滑桩承受较大的边坡变形推力,且越靠近坡体后部的桩推力越大,最终从后向前逐排产生累进性剪断破坏,说明该填方边坡多排抗滑桩的平面布置和受力确定欠合理;降雨和地下水工况下,坡体的最大孔隙水压力是天然工况下的3.7倍,孔隙水压力对坡体失稳有重要作用;通过模型和原型的综合对比分析,该边坡的滑动失稳机制为推移式蠕滑-累进性折断-溃滑与超覆。     

强震区隧道洞口段边坡动力响应特征离心振动台试验

强震后隧道震害调查表明,隧道洞口段的震害破坏尤其严重,需进一步加强隧道洞口段边坡动力响应方面的研究。本文以汶川地震灾区典型隧道洞口边坡为例,通过大型离心振动台试验,研究隧道洞口段边坡在强震作用下的动力响应特征及规律。试验研究表明：（1）在边坡坡面和坡内的加速度放大均具有显著的高程效应;隧道拱顶的加速度放大系数大于隧道其它部位;越靠近隧道洞口的加速度放大效应越明显。（2）不同振幅下,坡体的加速度放大效应均十分显著,并且低振幅下的加速度响应大于高振幅下的加速度响应。（3）在维持0.25g振动加速度下,不同离心荷载等级下的坡体加速度放大系数均大于2.0;但随着离心荷载的增大,加速度放大系数增长很小。（4）随着边坡高程的增大,动土压力总体呈线性降低,在相对高程0.48处（即隧道拱顶）的动土压力响应系数最大。研究成果能为强震区隧道洞口段的抗减震设计和相关研究提供借鉴。     

隧道塌方的尖点灾变模型及应用

针对隧道塌方失稳问题，运用灾变理论建立隧道塌方失稳的尖点灾变模型。基于平衡曲面方程，可求得隧道围岩体内承载区介质刚度与对应的松驰区弱化介质本构曲线拐点处理刚度之比值K，并给出了塌方与否的判据，当K≤1时，隧道将发生塌方失稳；当K＞1时，隧道将不会发生塌方失稳。根据此模型，笔者解释了隧道中几种常见的灾变破坏机理，并提出了相应的治理方案。     

开挖与降雨作用下边坡失稳机理及模拟分析

边坡开挖和降雨通常是导致边坡失稳的重要原因。本文以湖南湘西山区某国道扩建开挖边坡为研究对象,基于现场边坡监测结果和数值模拟分析,研究了在边坡开挖和降雨条件下坡体变形位移的过程。结果表明:边坡的破坏是一个渐变的过程,不同的影响因素对边坡的影响不同。开挖切方是浅层坡体失稳的诱发因素,开挖切方破坏了坡体的应力平衡,使坡体的应力重新分布,并在坡体中产生浅层的滑动面。雨水的入渗是坡体深层滑动面的诱发因素,雨水沿着裂缝渗入坡体,使浅部滑动面上下土体的变形差进一步加大,进而产生浅层牵引式滑动破坏。同时雨水的入渗使碎石土和强风化页岩交界附近产生高孔隙水压力,在水-岩土共同作用逐渐形成软化的滑带土,从而形成深层滑动面。     

强震区隧道洞口段边坡动力响应特征离心振动台试验

强震后隧道震害调查表明,隧道洞口段的震害破坏尤其严重,需进一步加强隧道洞口段边坡动力响应方面的研究。以汶川地震灾区典型隧道洞口边坡为例,通过大型离心振动台试验,研究隧道洞口段边坡在强震作用下的动力响应特征及规律。试验研究表明:(1)在边坡坡面和坡内的加速度放大均具有显著的高程效应;隧道拱顶的加速度放大系数大于隧道其他部位;越靠近隧道洞口的加速度放大效应越明显。(2)不同振幅下坡体的加速度放大效应均十分显著,并且低振幅下的加速度响应大于高振幅下的加速度响应。(3)在维持0.25g振动加速度下不同离心荷载等级下的坡体加速度放大系数均大于2.0;但随着离心荷载的增大,加速度放大系数增长很小。(4)随着边坡高程的增大,动土压力总体呈线性降低,在相对高程为0.48时(即隧道拱顶),其动土压力响应系数最大。研究成果能为强震区隧道洞口段的抗减震设计和相关研究提供借鉴。     

三维边坡整体主滑方向的确定

边坡主滑方向直接关系到边坡整体稳定性及边坡加固中的下滑推力计算,目前边(滑)坡主滑方向主要根据经验半经验的方法确定,如坡体内监测点位移整体矢量方向、平行于坡体底滑面或依据坡体滑动失稳机制进行相应的假设等,对于复杂边坡体则很难给出准确的主滑方向。基于最小势能原理,在坡体当前应力的基础上推导出二维和三维边坡主滑方向的理论公式,简单滑块算例和三维边坡算例验证了文中方法的合理性。除计算坡体主滑方向外,该公式还可计算沿滑移路径的主滑方向曲线,为坡体稳定性分析及剩余下滑推力计算提供更为准确的理论支持。     

坡面形态对边坡动力变形破坏影响的模型试验研究

采用自主制作的单向振动试验台,对不同坡面形态土质边坡进行了失稳破坏过程的模型试验研究。试验设计了凹面坡、凸面坡和凹凸面组合型3类边坡共8个模型,通过单向振动试验台施加初始位移,触发模型边坡失稳破坏,利用摄像机对模型边坡破坏过程进行跟踪记录,并对变形破坏特征进行分析。试验表明：凹面坡主要由坡面上形成的横向裂隙带动整个坡体发生破坏,而凸面坡则是由于坡顶上形成的横向裂隙带动整个坡体发生变形破坏,凹凸面组合型边坡的破坏则是受坡面凸起部位所控制;进一步研究发现,凹凸程度越强的边坡越容易发生变形破坏,其变形破坏的程度越大。研究成果有助于了解不同形态坡面边坡的破坏特征,为工程边坡设计提供借鉴意义。     

一种基于稳定性评价的岩质边坡坡体结构分类方法

对目前岩质边坡勘测研究中所使用的结构术语及概念进行了梳理和厘定,提出了基于边坡稳定性评价的坡体结构的概念;结合我国近年来水电工程岩质边坡勘测实践,以边坡主控结构面和潜在变形失稳模式为核心,总结提出了坡体结构类型划分体系,即将岩质边坡划分为层状坡体结构、中陡裂隙(面)控制坡体结构、楔形坡体结构和均质坡体结构四个大类九个亚...     

基于SLFT的边坡强度折减法失稳判据

强度折减法在评价边坡稳定性时不需要假设和搜索临界滑裂面,相对于其它方法具有一定优势,但失稳判据尚无明 确标准。滑移线场理论（SLFT） 可以计算得到的极限状态下的边坡坡面曲线（简称极限坡面曲线）,已有研究表明极限坡 面曲线与边坡坡面的相对位置关系可以判断边坡稳定性。基于该结论提出一种边坡强度折减法失稳判据：不同折减系数计 算得到不同的强度参数,因此滑移线场理论计算得到的极限坡面曲线将发生变化,当极限坡面曲线与边坡坡面在坡底相离 时,判断边坡为稳定状态;当极限坡面曲线与边坡坡面相交于坡脚时,判断边坡为极限平衡状态;当极限坡面曲线与边坡 坡面相交时,判断边坡为失稳状态。对标准边坡考题的计算结果表明：提出的失稳判据收敛性较好,安全系数计算结果与 标准答案和已有失稳判据分析结论相差较小;传统失稳判据收敛指标的确定没有明确标准,当位移突变曲线光滑时很难找 到突变点,很难准确计算对应的安全系数,更重要的是传统失稳判据判断边坡极限状态受到人为主观因素的影响,而提出 的失稳判据可以实现失稳判据的客观标准化;确定的临界滑裂面形状以及在边坡中的位置都与标准答案基本一致,提出的 失稳判据适用于强度折减法。     

施工诱发边坡失稳变形机制及应急治理对策

通过对香溪大道失稳边坡地质灾害调查,对边坡的地形地貌、地层岩性、岩体结构、原设计方案与施工过程进行研究,在此基础上通过FLAC3D数值模拟,结合工程地质条件分析,对原格构挡墙逆作法施工诱发边坡牵引式滑动过程进行了分析,并对其变形破坏机制进行深入探讨。研究结果表明:边坡变形受工程地质条件控制作用明显,边坡开挖改变了坡体原来的力学平衡条件,为边坡变形失稳创造了客观条件;由于超开挖施工,受格构挡墙自重作用,下部支撑岩体受压破坏,导致格构挡墙失稳下沉,带动其后坡体变形,形成牵引式滑动;随着坡体滑移的发展,边坡将逐渐拉裂破坏并形成贯通的剪切滑动面,从已施工的格构挡墙下部贯通剪出,最终整体失稳破坏;基于破坏机制分析的应急治理措施将重点放在为原格构挡墙下部提供有效支撑和控制潜在滑动面变形上;监测结果表明,应急治理后边坡达到稳定性要求。      

岩质高边坡偏压隧道洞口段施工现场监控量测与地质灾害预报

针对京珠国道高速公路旦架哨隧道右线珠海端岩质高边坡偏压隧道洞口段施工与支护现场监控量测，主要采用围岩应力量测分析成果，同时结合洞口明挖段边坡的观测以及隧道洞口段边墙地质观测成功地对地质灾害进行预报，及时有效地指导了对隧道进行的支护与加固，避免了地质灾害     

浅埋双连拱隧道围岩边坡体系变形机理及稳定性分析

双连拱隧道是一种新的隧道形式, 由于其整体跨度大、结构复杂、施工工序繁琐, 在地形偏压、地质条件复杂的情况下修建双连拱隧道难度较高, 尤其在洞口段容易出现衬砌开裂、边坡变形等一系列工程问题。结合安徽铜黄高速公路汤屯段富溪隧道进口段工程, 采用地质条件研究与数值模拟分析相结合的研究手段, 对复杂地质条件下偏压双连拱隧道围岩① 边坡体系在施工过程中应力应变发展过程进行了研究。综合分析表明, 富溪隧道进口段处于F5断层影响带内, 岩体呈碎裂结构,同时, 受到地形偏压影响, 隧道开挖后衬砌和围岩表现为沉降变形和侧向变形, 进口边坡在隧道围岩变形的诱导下, 表现为蠕滑- 拉裂变形破裂。根据以上研究成果, 提出了富溪隧道变形治理应以控制进口段隧道拱顶的变形为主。     

金沙江某水电站引水洞出口边坡稳定性分析

金沙江某水电站引水洞出口边坡为千枚岩类软岩边坡,其地质条件复杂、结构面发育。由于边坡特殊的岩体结构及其重要性,其稳定发展趋势便成为工程技术人员关心的主要问题。本文在地质调查的基础上,分析了边坡岩体结构特征,建立边坡地质模型,并采用3D-FLAC模拟边坡-洞室组合开挖后的应力、变形分布特征及破坏区范围。结果表明,洞室开挖主要影响6倍洞径范围内围岩应力分布状态,对边坡整体稳定性影响不大;但边坡开挖会使得坡面产生不同程度的受拉区域,对边坡稳定性影响较大。另外,在此基础上选取典型的边坡进行稳定性分析,分析表明,天然状态下,边坡开挖后局部岩体稳定性较差,存在块体失稳的可能,但整体稳定性较好;暴雨、地震条件下,边坡稳定性较差,边坡顶部岩土体有沿结晶灰岩与千枚岩的地层分界面发生失稳的可能。     

西山隧道施工中的地质灾害及其防治实践

总结了萧山市西山隧道施工过程中 ,采用管棚、侧壁导洞、边坡预裂爆破、超声波测试及先锚后灌中空锚杆等一系新技术、新工艺 ,在特扁平、多功能城市隧道施工中成功地解决了高岭土断层塌方、高边坡坍塌、洞口滑坡等地质灾害问题的经验 ,阐明了地质灾害对隧道施工的影响。     

通透肋式拱梁隧道出口端边坡稳定性地质分析

以通透肋式拱梁隧道出口端边坡作为研究对象,通过对边坡的工程地质条件和岩体结构特征的研究,分析了边坡的变形破坏模式,采用合理的理论方法对边坡进行稳定性计算和分析。依据稳定性评价结果,并结合边坡变形破坏模式及机制分析,提出了相应的支护措施。     

富溪双连拱隧道出口高边坡稳定性评价及支护效果分析

富溪双连拱隧道出口高边坡岩体风化、卸荷严重,在施工开挖前边坡中上部已经发生较为明显的倾倒变形,整个变形体处于极限平衡状态。本文在现场调查和岩体结构分析基础上,建立了边坡变形破坏机理的概念模型,利用FLAC3D模拟研究了开挖后坡体变形特征。在变形分析基础上,提出了对倾倒变形体采用锚管注浆处理的边坡治理措施,支护效果模拟计算表明,注浆后边坡稳定性较好,同时监测资料也显示支护措施实施后,边坡的稳定性较好,可以保障公路的施工和长期营运的安全。     

基于FLAC~(3D)的边坡稳定性分析及治理模拟

在现场考察和工程地质勘察的基础上,详细分析了贵匀高速公路百鸟坡隧道左线进口边坡的工程地质条件及其变形特征,认为在暴雨条件下,坡体的覆盖土层与部分强风化层沿强弱风化基岩接触面附近产生滑动而发生坍塌,将隧道左洞掩埋;该边坡破坏机制属牵引式破坏;根据规范及有关经验对边坡力学参数取值,用FLAC~(3D)有限差分技术,建立边坡地质力学模型,计算暴雨条件下边坡的稳定性。结果表明:在暴雨条件下边坡处于不稳定状态,需进行治理。本文通过设计抗滑桩、钢管桩及挡土墙等措施对边坡进行支护并验证该边坡处于稳定状态,为贵匀公路的顺利完成提供了有力保障。     

浅埋偏压隧道出口变形机理及稳定性分析

以皖南某公路浅埋偏压隧道出口段高边坡为研究对象,提出了零开挖进洞的施工方案,并结合洞口的工程地质条件,采取必要的加固措施。通过对该边坡现场工程地质条件的系统调查,首先对边坡的岩体结构类型及其成因机制、结构面与坡面组合特征进行细致研究,在此基础上通过FLAC3D数值模拟,结合工程地质条件分析,对其变形破坏机制进行深入探讨。研究结果表明,边坡的变形首先以隧道内侧存在的软弱岩体(挤压错动带、断层)的不均匀压缩为先导,进而引起上部岩体产生由NE向陡缓结构面构成的阶梯状滑动,这将会使隧道构筑物及隧道外壁承受较大的压应力,当压应力超过隧道构筑物及外壁的极限强度时将产生破坏,从而诱发上部岩体产生更大规模的地质灾害。基于此,隧道进洞开挖前首先应对上部岩体进行加固处理,避免隧道构筑物及隧道外壁产生应力集中现象。     

舟山大陆连岛工程老虎山局部边坡稳定性及加固处理

舟山大陆连岛工程西堠门大桥为一主跨跨度1 650 m的悬索桥,其北塔位于海中的老虎山上。老虎山四周临空,山体单薄,缓倾坡外裂隙构成边坡稳定的潜在底滑面,尽管塔基所在工程边坡整体稳定,但浅表部存在不稳定块体。本文对浅表部边坡进行了在最不利工况下的定量计算和分析,并提出对边坡所在最低海水位以上浅表部岩体进行框架梁锚索和锚杆加固方案,加固后工程边坡稳定性系数都在1.5以上,满足工程安全要求。     

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。