楔形双滑面稳定性动态分析及其在削坡治理中的应用──以神府-东胜和准格尔煤田露天采场斜坡为例

本文提出了可以连续地计算任何坡高不同坡角的双滑面楔形四面滑体的稳定系数, 以便求得某一稳定性系数的最优化坡角。本方法经神府-东胜及准格尔煤田采场斜坡验算, 得知两煤田采场斜坡还有较大的安全储备。     

基于组合楔形体原理的采动坡体稳定性研究

地下采煤通常会引起地表严重开裂,甚至发生滑坡、崩塌等地质灾害,采动坡体的稳定性研究一直是工程实际关心的问题。本文以贵州省都匀市煤洞坡采动坡体为例,在斜坡破坏机制分析基础上,采用组合楔形块体原理构建了采动坡体稳定性系数计算方程,并从实验、经验类比、采空率等方面对采动坡体的强度指标进行了综合取值,计算了采动坡体在天然、饱水及裂隙水作用下的安全系数。结果表明:煤洞坡山体是处于稳定状态的,这与坡体上的裂缝位移监测成果是相符的。但在长时间降雨或暴雨情况下,煤洞坡山体稳定性就会逐渐变差,甚至发生滑动; 坡体稳定性安全系数随内摩擦角的降低而降低,随裂隙水充水高度的增加而降低; 一旦后缘块体挤压前缘块体时,就会存在一个安全系数急剧降低的阀值。从裂缝水柱高度与降雨渗入裂缝的雨水量关系出发,建立了裂缝水柱高与降雨量之间关系式。经计算当降雨量(短时间内)超过192mm,斜坡就会失稳。     

降雨作用及坡脚开挖激发路堑滑坡的灾变效应

山地丘陵地区,暴雨是一种灾害性天气,其持续性强降雨可诱发山体滑坡。对于因高等级公路建设而实施坡脚开挖的斜坡条件,其在连续性强降雨作用下的暂态渗流场及暂态安全稳定性的变化情况是值得探讨的问题。基于浙南山区某路堑斜坡实际工况,针对已经实施坡脚开挖的条件,采用数值模拟和极限平衡计算,研究斜坡在不同强降雨雨型作用下的饱和-非饱和暂态渗流场,并对其安全稳定性变化规律进行流固耦合分析。研究表明:在坡脚开挖的激发作用下,坡体达到失稳破坏的时间大大缩短;坡体暂态渗流场和强降雨雨型密切相关,强降雨持时越长,强降雨量越大,暂态渗流场向坡体表面扩散的趋势越明显,则滑体饱水面积比越大,基质吸力越小,坡体稳定系数的下降幅度也越大;坡体稳定系数的变化趋势与暂态渗流场的扩展变化情况密切相关,暂态渗流场越向坡体表面扩展则坡体稳定系数越低,可见在坡脚开挖和强降雨激发的综合作用下,斜坡极易失稳破坏。此规律性成果可为相应滑坡整治提供参考依据。     

斜坡地基刚性桩水平承载力上限分析

为探讨斜坡地基刚性桩水平极限承载力的计算方法，介绍柔性桩的等效刚性桩有效嵌入深度并引入极限水平地基反力分布形式。根据荷载指向坡外及坡内两种情况，提出适用于斜坡地基桩前土体的两种极限破坏模式。然后，基于极限分析上限定理，推导出两种荷载方向下的刚性桩极限承载力，并引入多组现场试验，验证了理论方法的合理性。探讨了边坡坡角、内摩擦角、黏聚力及荷载方向对极限承载力的影响，得出了一些规律性结论，并基于以上分析结果，提出斜坡地基刚性桩水平极限承载力随坡角变化的拟合公式。这些分析为斜坡地基上基桩设计提供了一定的参考，具有理论及工程应用价值。     

地震作用下高陡岩质斜坡动力响应规律研究

在西南山区高陡单面斜坡研究基础上运用FLAC3D有限差分法对双面斜坡的动力响应规律进行分析,研究了斜坡坡高、坡角及顶宽变化对响应规律的影响,结果发现:对斜坡输入不同中心频率Ricker子波时,坡体卓越频率整体处于1~4 Hz之间,且斜坡不同部位卓越频率不尽相同。从规律上看,坡高决定了斜坡动力响应的表现形式,体现在坡高较低时加速度放大系数等值线平行于坡底而增大后变为平行于坡面展布的闭合区域,反映在放大效果上即为加速度随坡高线性增加（坡高较低时）,而后呈现增减反复出现的情况（坡高较高时）;另外,坡角增大未影响斜坡动力响应的表现形式,仅改变了斜坡内部放大系数等值线的走向,使得陡倾斜坡加速度水平及竖向放大效果均大于缓倾斜坡。双面斜坡随坡形变化的动力响应规律与单面坡近乎相同,但由坡形改变所致地震波反射与折射现象使得双面坡对地震波的放大效果更加明显,表现为放大系数等值线密集程度增大,加速度较相同单面斜坡成倍增加。      

基于不同开采方式作用下采动斜坡变形特征研究——以贵州发耳煤矿为例

煤层开采顺序和开采方式对采动斜坡起着一定控制作用,影响着采动斜坡的稳定性。近年来,大量学者对采动斜坡的研究仅限于采动斜坡自身原型的变形破坏模式研究,考虑煤层开采顺序和方式对采动斜坡的控制作用不够深入。贵州省发耳煤矿是典型的在多层开采作用下发生变形的缓倾结构采动斜坡。本文以贵州六盘水发耳煤矿尖山营变形体为例,基于离散元数值模拟原理,采用颗粒流数值模拟方法,对比了不同开采方式下对采动斜坡的变形破坏影响。结果表明：在进行煤层开采时,一次开采和分布开采对斜坡变形有着较大影响,分布开采时煤柱发生破坏后会加剧斜坡变形,不利于斜坡稳定;在分布开采时,正向开采对于坡体的损伤更为严重,斜坡变形更加明显;煤层开采后,上覆岩体竖直位移略大于煤层开采厚度,斜坡合位移受水平位移影响较大,坡脚及坡肩位置的煤层开挖对斜坡的变形影响显著。     

台风暴雨型浅层滑坡失稳机理研究

针对台风暴雨耦合作用下浅层滑坡的失稳机理进行研究。在总结福建台风暴雨型滑坡灾害特征的基础上,提出风荷载对斜坡变形失稳的影响机理是通过植被造成坡体开裂,从而影响坡体的入渗规律。应用GeoStudio软件计算台风暴雨入渗条件下裂隙坡体中暂态非饱和渗流场的变化,以及对斜坡稳定性的影响。计算结果表明:裂隙坡体由于在裂隙处形成集中入渗点,雨水的入渗速度大于无裂隙的坡体,坡体达到饱和状态所需要的时间大为缩短。裂隙深度、间距对滑坡稳定系数的影响较大,裂隙深度越大、间距越小,在相同的降雨条件下滑坡的稳定系数越小,滑坡失稳需要的降雨时长越短。裂隙宽度对滑坡稳定性的影响相对较小。      

挡墙限制型散粒体斜坡堆积特征模型试验

散粒体斜坡是川藏铁路交通廊道常见的不良地质现象,对其堆积特征开展研究对散粒体斜坡表层溜滑防灾减灾具有重要的现实意义.针对挡墙限制型散粒体斜坡,通过室内物理模型试验,利用分形维度控制试验碎屑配比,模拟斜坡源区岩石风化碎屑产物持续补给,研究散粒体颗粒堆积发育成坡过程中自然坡角的变化、斜坡表面与内部的颗粒分布特征,以及颗粒在斜坡上的运移堆积特征.试验结果表明：挡墙限制型散粒体堆积成坡过程可分为挡墙后堆积阶段、斜板堆积阶段、斜坡增长阶段和成坡阶段;斜坡最大堆积坡角随着分形维度增大而减小;随着分形维度增加,斜坡表面粗糙程度降低;粗颗粒易堆积在斜坡下部,细颗粒更易堆积于斜坡上部;同一粒组颗粒,在分形维度越大的斜坡表面上运移距离越长;相同分形维度的散粒体斜坡上,粗颗粒相较细颗粒在斜坡上的运移距离更长;颗粒在斜坡上的运移方式有腾跃和滚动两种,大粒径颗粒在分形维度越小的斜坡表面的腾跃高度越高;反之,小粒径颗粒在分形维度越大的斜坡表面的腾跃高度越低.     

山区平缓采动斜坡裂缝成因机制研究

西南山区采动斜坡多具有高陡临空地形、“上硬下软”坡体结构、岩层平缓、陡倾节理面发育、开采活动强烈等特点,往往发育与采空区边界对应的宽大裂缝,未见明显的移动盆地,形成机制复杂。本文以贵州都匀市接娘坪变形体为例,通过数值模拟分析了采动斜坡裂缝成因机制。研究结果表明,受坡体内煤层采空及高陡临空地形影响,斜坡覆岩沿陡倾节理开裂并一直向上延伸到地表,随着重复采动的进行,裂缝开裂程度增大,有向临空面倾倒破坏的趋势,斜坡未形成明显的沉陷盆地。斜坡裂缝形成演化过程包括开采扰动-坡顶拉裂-裂缝加剧等3个阶段,斜坡在多煤层重复采动条件下裂缝变形经历4个阶段,即初始变形阶段、缓慢变形阶段、急剧变形阶段、稳定变形阶段。     

临界滑动场技术在排土场边坡设计中的应用

边坡临界滑动场技术是近年发展起来的一种边坡稳定性分析方法。它能准确快速确定多层介质、多台阶边坡任意形状的临界滑动面,全面评价边坡整体和局部稳定性。文章首先应用临界滑动场技术对原设计15坡角时的龙桥排土场边坡进行临界滑动面搜寻,确定边坡整体安全系数为1.42,证明原设计的15坡角取值过于保守。然后再应用临界滑动场技术的扩展方法进行反向分析,在给定安全系数为1.30的条件下,求得最佳设计坡角为17。研究成果为将来矿山的排土工作提供指导,具有一定的工程实用性。     

散粒体斜坡运动堆积特征试验研究

散粒体斜坡俗称“溜砂坡”,对其运动和堆积特征的研究是溜砂坡防治的关键.在斜坡模型架上模拟碎块石的运动过程和堆积过程,探索其颗粒大小、形态与斜坡角的关系.通过堆积体纵剖面取样发现,溜砂坡堆积呈现分形结构,其颗粒质量粒径分布分维数随黏粒含量的增大而增大.     

降雨作用对欢喜坡冰水堆积体斜坡稳定性的影响研究

为研究降雨对岷江上游冰水堆积体斜坡稳定性的影响, 本文以欢喜坡为例, 基于现场降雨模拟试验, 完成渗透、含水量及抗剪强度等一系列试验, 运用SEEP/W模块和SLOPE/W模块进行耦合, 以分析降雨强度和降雨历时对该类型冰水堆积体斜坡稳定性的影响, 研究结果显示:(1)欢喜坡冰水堆积体黏土矿物含量高达50%以上, 饱和后含量可达85%以上; 角砾土具有孔隙发育、级配不良的特点, 双环渗透试验与降雨试验结果具有较好的一致性, 综合确定角砾土渗透系数为1.315×10-3 cm·s-1, 属中-弱透水介质。(2)角砾土天然状态下抗剪强度较高, 含水率对其抗剪强度影响明显, 从天然到饱和状态, 黏聚力c衰减率明显高于内摩擦角φ, 黏聚力c衰减可达64.4%, 而内摩擦角φ仅降低22.5%;(3)在一定降雨强度条件下, 斜坡体稳定性系数随降雨持时的增加不断降低; 降雨持时相同时, 降雨强度越大, 坡体稳定性降低幅度越大, 但稳定性出现陡降的时间拐点提前。     

直线型斜坡滚石运动速度特征研究

斜坡滚石运动速度特征与坡表覆盖层特征、滚石形状、坡面角度、滚石质量等主要因素有关,选择不同坡表覆盖层,对不同形状、质量的滚石,采用低角度直线坡段设计正交试验（L27（34））,研究斜坡滚石滚动状态下速度特征。分析得到滚石斜坡运动影响因子排序:坡表特性X1、坡角X3、滚石形状X2、滚石质量X4。回归分析得出斜坡滚石运动估算速度公式:vc=-7.85X10.50+0.47X23.22+2.97X30.24,与试验实测值进行对比,得出相对误差为8.2%,相关系数为r=0.92。利用回归方程分析单因素的影响趋势,结果表明:坡表特征与速度有明显线性负相关关系、滚石形状与速度呈上凹型曲线、坡角与速度呈下凹型曲线的数学关系。通过现场试验,实测得到斜坡滚石速度计算简化修正公式v=v0+(L/2.45) vc,对比验证与实测结果吻合较好,证明了本文计算公式对于总体平直、角度局部变化的直线型斜坡的适用性和有效性。所得成果可估算斜坡滚石的速度与冲击能量,对滚石防治措施的选择有参考价值。     

从清江流域瓦屋场滑坡复活看人类对坡体的利用

居住在山区的人们主要活动空间是斜坡。人们对斜坡利用的有效与否是由人们对斜坡认识充分与否决定的。倘若人们对斜坡认识不足，就可能遭受因斜坡失稳所带来的损失。因此，对这类斜坡的稳定状况的正确认识很有必要。以清江流域典型滑坡——瓦屋场滑坡的复活为例，通过介绍清江流域瓦屋场滑坡人类活动与该滑坡产生的变形情况，根据滑坡体工程地质条件，针对变形原因用萨尔玛法及不平衡推力法进行了稳定分析，同时对复活机制进行分析。在此基础上按照顺应性准则和协调性原则，提出相应的工程治理措施。鉴于该滑坡为该地区的典型滑坡，从灾害学角度说明人类在利用坡体前，对坡体稳定状况认识的重要性并给出人们合理利用该地区自然边坡的建议。     

地震作用下含水平软弱夹层斜坡动力响应特性研究

基于相似性理论,设计并完成了2个含不同厚度水平软弱夹层的岩质斜坡。试验模型高度、长度、宽度分别为1.80、1.65、1.50 m,坡角约60°,软弱夹层厚分别为3、15 cm。输入不同类型、激励方向、频率和振幅的地震波,利用大型振动台试验中传感器记录的数据和正交试验,研究了斜坡的加速度响应特征及其影响因素。试验结果表明:斜坡动力加速度放大系数分布存在明显的坡内高程效应和坡面的非线性趋表效应。斜坡水平向坡面放大系数随斜坡高程增加呈波动性增大,薄夹层斜坡中、上部表现更为明显。竖直向坡面放大系数因软弱夹层厚度而异,薄夹层斜坡局部减小后增大,最大放大值出现在坡肩位置,而厚夹层斜坡最大放大值出现在软弱夹层底部。同等强度地震力激励下,坡内竖直向放大系数不及水平向,约为0.75倍。坡面上,水平和竖直向放大系数的相对大小与高程有关。软弱夹层以下,竖向放大系数大于水平向,夹层以上则相反。软弱夹层对斜坡动力响应的影响也因激励方向不同而有所区别,对水平向动力响应有一定的放大作用,而对竖直向动力响应则是吸收减弱。斜坡动力响应所选因素的影响大小顺序依次为斜坡高程、坡体位置、软弱夹层厚度、激励振幅、加载波形、激励方向,其中斜坡高程、坡体位置以及软弱夹层厚度对斜坡动力响应具有显著性影响。     

地形地貌对地震波放大效应数值模拟研究

采用FLAC3D 软件进行大量数值模拟,研究了地形地貌对地震波放大效应规律。结果表明:对于单面坡模型,斜坡较低时,坡体对天然地震波和简谐波的峰值加速度在竖直向和顺坡面向产生线性放大效应。斜坡较高时,若坡角低,两种波形的加速度等值线近似平行于坡面,天然地震波坡顶正下方极值性不明显,但随坡角增大而明显,坡面正下方可见若干条与坡面相平行具节律性的极小值条带,随坡角增大向一条极值带转化,简谐波在高低坡脚时坡顶面正下方区域内都出现等间距相间分布具节律性的极值条带,坡面正下方的极值带状性不如天然地震波明显,随坡角增大而消失; 若坡角高,两波形加速度放大系数顺坡面呈相间的极值圈分布。双面坡坡顶宽度越小,山脊越单薄,加速度放大效应越强烈,随坡顶宽度增大,坡肩加速度放大系数趋于稳定,双面坡对加速度放大效应强于单面坡。对加速度放大效应,多峰形双峰形单峰形,坡顶越不规则,加速度放大效应越强烈。V形河谷坡面上半部分加速度放大效应要强于U形河谷,U形河谷的谷底中部对地震波动力响应要强于V形谷。坡面局部不规则性只影响到坡面局部范围内的峰值加速度分布,坡高、坡角、坡顶几何特征为整个峰值加速度分布的控制因素。     

基于点稳定系数法的斜坡稳定性分析

基于莫尔-库伦强度理论构架,界定了点稳定系数的概念,并推导其计算公式。利用Geostudio软件建立了均质斜坡模型及计算其应力分布,并在此基础上结合MATLAB软件计算斜坡模型中各点的点稳定系数,勾绘出斜坡体内不同稳定度区域,探析了斜坡稳定性,并与传统极限平衡法进行了对比。对比结果表明:对直立斜坡,两种方法的计算结果均为不稳定,但点稳定性系数法勾绘出坡脚及坡脚底部存在两处不稳定区域;对60°斜坡,点稳定系数法的计算结果表明坡脚处存在潜在不稳定区域,而极限平衡法的计算结果表明坡体处于稳定状态;对45°斜坡,两种方法的计算结果均为稳定,计算结果一致。进一步分析得到结论:点稳定系数法不需要假设或指定某一形状滑面进行斜坡稳定性评价,且可考虑应力集中对坡体稳定性的影响;极限平衡法以稳定系数表达计算结果,而点稳定系数法以不稳定区域表达计算结果。在分析了应力和岩土体力学参数因素对点稳定系数法计算结果的敏感性后发现:相对于极限平衡法,岩土体力学参数对点稳定系数法影响更为敏感,存在黏聚力界限点和内摩擦角界限点,且对均质斜坡破坏形式(局部滑动变形破坏或整体压缩变形破坏)起着非常重要的作用。     

斜坡地基刚性桩水平承载力上限分析

为探讨斜坡地基刚性桩水平极限承载力的计算方法,首先,介绍柔性桩的等效刚性桩有效嵌入深度并引入极限水平地基反力分布形式。其次,根据荷载指向坡外及坡内两种情况,提出适用于斜坡地基桩前土体的两种极限破坏模式。然后,基于极限分析上限定理,推导出两种荷载方向下的刚性桩极限承载力,并引入多组现场试验,验证了本文理论方法的合理性。最后,探讨了边坡坡角、内摩擦角、粘聚力及荷载方向对极限承载力的影响,得出了一些规律性结论,并基于以上分析结果,提出斜坡地基刚性桩水平极限承载力随坡角变化的拟合公式。这些分析为斜坡地基上基桩设计提供了一定的参考,具有理论及工程应用价值。     

贵州省七星关区耕地质量地球化学评价成果及意义

探讨降雨入渗作用对人工填土斜坡稳定性的影响,能为避免降雨诱发滑坡提供一定的理论依据。本文以贵州省定东小学填土-坡积土斜坡为例,在分析人工斜坡体工程地质特征的基础上,利用有限元Geostudio软件多模块的耦合,分析了不同降雨条件斜坡的渗透场、应变场特征和稳定性,同时分析了前期与后期降雨和填土前后的稳定性。结果表明：人工填土斜坡体的地下水流速和最大剪应变均集中于填土与坡积土界面附近,且随降雨强度增加而增加;降雨强度和降雨持续时间与斜坡稳定性呈反比;填土因素一定程度上增强了降雨渗透对斜坡稳定性的影响,填土￣坡积土界面为人工填土斜坡失稳的最大潜在滑动面;降雨前期对斜坡稳定性影响大于后期,且该效应随降雨强度降低而增强;降雨渗透是通过增加孔压、降低基质吸力、地下水流速增加引起剪应变增加等方式降低人工填土斜坡的稳定性。     

地震载荷下斜坡稳定性数值模拟分析

地震载荷是影响复杂结构斜坡塌滑的一个重要因素。本文以汶川震区一边坡为实例,利用有限差分法FLAC-3D对地震动力下斜坡进行了数值模拟。并且在用FLAC-3D进行斜坡动力分析时探讨了边界条件设置、动力时程的合成以及输入和转化。从位移场与速度场进行了详细的动力分析,获得该斜坡地震载荷下位移场、速度场的变化规律,指出山体斜坡在非连续介质状态下软弱面区域位移和速度最大,为后续进行复杂的山体破坏力学研究提供理论依据。