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。      

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。     

地下水与开挖作用下堆积层滑坡体滑动机制分析

川东红层地区修建的巴中达州万州高速公路在穿越第四系堆积层时,堆积层滑坡灾害频繁发生,这类滑坡滑动面为平缓的岩土界面。地下水渗流分布影响下的坡体非饱和强度特征和开挖卸荷是引发这类滑坡灾害的主要因素。在室内非饱和直剪试验提取土体力学参数基础上,结合非饱和土渗流分析软件和岩土应力变形分析软件对滑坡机制进行深入分析。分析表明:地下水的渗流分布孕育了岩土界面附近的滑带土,为边坡的滑动失稳提供潜在可能性。堆积层渗流场特征决定着坡体基质吸力的分布,基质吸力的分布特征导致了堆积层土体由顶部往底部的非饱和抗剪强度的逐层弱化,最终形成沿平缓岩土界面分布的抗剪强度最低的一层软弱土体。在路堑边坡开挖致使的不平衡力影响下,岩土界面附近的软弱土体表现出最为显著的屈服和变形,堆积层坡体中部沿着岩土界面的软弱土体发生剪切蠕滑,滑体后缘出现张拉破坏,形成拉裂缝和拉裂槽,并于滑体前缘发生剪切挤压,随着滑体的蠕滑发展,滑体内地下水逐渐消散并在开挖面处渗出。     

土体结构性对突发性边坡失稳的控制作用

云南、广西等地部分边坡在变形与破坏过程中常表现出一定的突发性。经分析,土体的高结构性强度有可能是导致该类现象产生的原因之一,但尚未得到验证。传统的边坡稳定分析方法诸如有限元强度折减法、极限平衡法均着重于边坡安全系数的求解,强调稳定到不稳定状态的突变,对不同土质边坡在滑坡过程中坡体变形程度的强弱很难加以分析。针对以上问题,通过离散元软件PFC2D模拟土体的结构性,分析结构性土质边坡的失稳变形规律。结果表明:边坡潜在滑面上土体结构性的损伤是导致结构性土坡失稳的主要原因之一。土体的初始结构性强度越高,边坡失稳的突发性越强,灾前位移变形越小。     

FAST台址巨石混合体边坡开挖稳定性分析

FAST台址巨石混合体的开挖稳定性对工程的建设和安全运营具有重要的意义。本文选取典型剖面,对FAST台址巨石混合体边坡在开挖后可能发生的坡体内部深层滑动和表层块体失稳两种破坏模式进行研究。结果表明：巨石混合体边坡沿最危险滑动面滑动的稳定系数约为2.8,不会发生坡体内部滑动。开挖后坡体上部较陡部位的表层块体由于失去支撑而发生失稳,再带动后方的块体运动。块体运动过程中重新堆积、咬合,体现出一定的自稳性。研究结果可为FAST台址巨石混合体及类似地质体的稳定性评价提供参考。     

黄土路堑边坡开挖变形机理的离心模型试验研究

利用离心模型试验揭示了黄土路堑边坡在开挖过程中的变形破坏特征,结果表明:开挖前,坡体变形以自重应力作用下的竖向变形为主,开挖后,堑坡坡体中后部土体以垂直向下变形为主,前部土体变形以水平变形为主,而且坡体前部的变形远大于中后部的变形;同时结合变形特征,系统分析了黄土路堑边坡开挖过程中主滑段滑带土的强度变化规律,认为黄土路堑边坡开挖变形破坏的力学机制总体上应属于蠕滑-压致拉裂机制。     

降雨诱发填方路堤边坡变形机制物理模拟研究

填方路堤变形失稳是西部山区工程建设的常见问题。重庆某高速公路边坡为典型的堆载条件下降雨诱发型滑坡,填方堆载后,填方边坡在连续降雨条件下,沿基岩之上的软弱面产生滑动破坏。定性分析认为,降雨在滑坡形成中起着关键作用,为了研究填方边坡在降雨条件下的变形破坏机制及孔隙水压力与变形之间的关系,采用物理模拟方法研究边坡变形失稳的全过程,分析孔隙水压力随降雨时间的变化规律及其与变形破坏的关系。研究结果表明：边坡后缘大方量堆载,改变了其应力条件,是滑坡产生的主要因素。场地施工改变了原有的地表水环境,连续强降雨致使大量下渗的雨水,不仅显著改变坡体应力条件,而且雨水沿着滑面运移软化滑带,是滑坡产生的重要诱发因素。孔隙水压力在坡体失稳过程中起着关键作用,填方体土碎屑、泥质含量大,下渗的雨水携带上部细小颗粒及滑带泥质成分至滑带附近,堵塞地下水消散通道,表现为坡体变形积累,孔隙水压力增加;边坡变形陡增,孔隙水压力降低。该滑坡破坏分为降雨下渗、滑带饱水软化、后缘产生裂缝、裂缝贯通-整体滑动4个阶段,为蠕滑-拉裂式滑坡。     

二元结构库岸边坡失稳机制试验研究

水位升降条件下库岸边坡变形失稳问题是水库建设中必须考虑的重要安全性问题。二元结构是库岸岩土体的一种特有结构,其变形破坏失稳有特殊的力学机制及规律。为揭示库岸边坡处于不同坡角及不同土岩界面倾角条件下的失稳机制,尤其是水位变化条件下库岸岩土体浸润线的分布及演化特征,文章通过构建水位升降条件下的二元结构库岸边坡物理实验模型,借助监测及摄影的技术手段观测边坡土体内浸润线及岩土体变形破坏特征,揭示二元结构库岸边坡的变形失稳机制。研究结果表明:二元结构库岸边坡在水位升降条件下整体坡角的改变会引发不同的变形破坏模式:55°边坡以垮塌失稳为主,35°边坡稳定性较好,45°边坡易发生由坡脚破坏牵引的局部失稳;土岩界面倾角对边坡稳定性也产生较大影响,较大的倾角易于引发坡体沿土岩界面发生滑动失稳。本研究结果可为揭示二元结构库岸边坡失稳致灾机制及有效防治提供借鉴。     

缓倾外层状结构边坡变形破坏模式及支护对策研究

高速公路开挖形成越来越多的工程边坡。缓倾外层状结构边坡作为一种典型的岩质边坡,一般情况下整体稳定性较好,但在特定的结构面组合状况下,开挖后也可能产生整体变形破坏。本文以软弱结构面和长大裂隙发育的公路工程边坡为例,通过岩体结构及边坡一定范围内已有边坡破坏现象的调查研究,采用工程地质类比和三维离散元法综合分析边坡变形破坏模式,并针对变形破坏模式的特点,提出支护对策。研究结果表明,结构面贯通坡体形成切割块体的后缘和侧缘边界时,缓倾外层状结构边坡可沿层面产生滑移-拉裂变形,若滑面与临空面具有一定夹角,边坡的变形可表现为旋转式滑移-拉裂;结构面组合控制的缓倾外层状结构岩质边坡稳定性受坡体中下部的关键块体控制,一旦关键块体失稳,将引起上部块体的连锁失稳,此类边坡变形控制的重点是对关键块体分布区域进行强支护;支护工程实施后的变形监测结果表明,基于变形破坏模式分析的边坡支护方案保证了边坡施工和运营过程中的安全。     

上硬下软反倾边坡开挖变形响应的物理模拟

现有上硬下软边坡的研究大都集中在压缩挤出变形的近水平泥岩、页岩基座型边坡变形演化过程,针对倾倒变形的板岩基座型边坡开挖响应研究甚少,本文以西藏玉曲河某水电站厂址边坡为研究对象,根据现场地质调查建立符合坡体实际情况的地质结构模型,采用物理试验的方法模拟原型边坡开挖。通过试验揭示上硬下软反倾边坡在开挖条件下的变形响应特征及破坏模式。研究结果表明:（1）开挖条件下上硬下软型边坡变形破坏过程分为a）下部软岩倾倒弯曲加剧;b）软岩倾倒折断,上部卸荷硬岩沿已有裂隙剪切;c）倾倒软岩滑移,卸荷硬岩剪断岩性分界部位,折断面贯通3个阶段。其变形破坏模式为下部软岩倾倒—上部硬岩剪断组合滑移型破坏;（2）开挖强倾倒区岩体会使下部软岩迅速失稳并促使上部硬岩剪切破坏;开挖引起的反倾上硬下软边坡大变形在短时间内完成,前期变形和能量积累是一个较长的过程;（3）开挖时需避免对坡脚倾倒岩体“大开挖”施工。     

恩施盆地典型红砂岩斜坡破坏机理试验研究

恩施城市建设中盆地内红砂岩斜坡破坏较为严重,其中结构面控制的逆向红砂岩斜坡破坏现象普遍。以恩施市内凤凰山公园斜坡为典型实例,研究其变形破坏过程与机理。工程地质调查与室内岩体物理力学试验研究表明,该类红砂岩斜坡破坏的影响因素为斜坡地质结构构造、地层岩性与工程诱发因素。基于物理模型试验再现了该类斜坡失稳破坏的全过程,通过坡体位移监测、有机玻璃投影监测与宏观变形拍照记录分析了斜坡的变形破坏机理,并采用离散元法数值模拟对比验证了该类斜坡破坏机理。结果表明,该类斜坡的稳定性状态主要由结构面控制,在工程开挖的作用下,斜坡沿结构面必发生失稳破坏。鉴于此,工程建设中必需对该类斜坡进行合理的边坡设计,防止出现不同规模的失稳滑动现象。     

下伏软弱层黄土边坡变形机制分析及治理对策研究

本文研究了陕北某电厂夹断层破碎带上覆黄土的泥岩、砂岩互层反倾边坡的变形机制,并研究治理对策及其治理效果。通过边坡工程地质条件及变形破坏特征分析,建立FLAC3D地质模型,采用数值模拟方法研究了边坡变形破坏机制,在此基础上提出削方减载、锚筋桩、锚杆及坡面防护的综合治理措施。研究结果表明,边坡的变形受开挖坡形的影响,坡体浅表层特别是断层带及坡顶黄土部位出现大范围拉应力集中,断层带出现向坡外的挤出变形,带动上部黄土的牵引式变形,引起沿黄土和基岩基覆界面的剪切变形,在黄土中出现大量拉裂缝,在一定条件下潜在滑移面逐渐贯通,坡体将产生整体失稳。边坡的治理应通过削方减载改善坡体应力环境,并重点控制断层带及黄土与基岩基覆界面的变形,数值模拟结果表明,治理后边坡稳定性较好,满足设计要求。     

库水位升降作用下大型堆积体边坡变形破坏预测

库岸边坡的变形破坏及稳定性研究是目前国内外研究的热点之一。基于水电站库区一大型堆积体边坡,通过现场原位直剪试验获取岩土体的力学参数,利用岩土数值分析FLAC3D软件,考虑了堆积体与基岩基覆接触带介质的应变软化特性,对水库蓄水和下降过程中边坡的变形破坏特征进行了分析预测。结果表明,在库水升降作用下变形主要发生在堆积体内部;根据堆积体的变形特征可分为3个区：前缘牵引变形区,变形量最大;中间过渡区,变形量最小;后缘被牵引变形区,变形量介于前缘和中间之间。模拟过程中,在坡体的不同位置设置位移监测点,得到了蓄水和水位下降过程中各监测点的位移时程曲线,监测结果显示,水位下降时堆积体前缘易形成局部失稳。通过剪应变增量判断堆积体边坡在库水作用下可形成2个潜在的滑动破坏面     

基于改进Goodman-Bray法的库区反倾边坡稳定评价

库区岩质反倾边坡常在蓄水期发生失稳破坏,其存在特定的破坏模式。在中国水利水电科学研究院改进的Goodman-Bray算法基础上,考虑岩柱间水压力及库水压力对岩柱产生的倾倒力矩以及饱和区岩土体的强度降低,改进该算法对库区反倾边坡蓄水期稳定性进行评价。以Fortran为平台编写岩质反倾边坡稳定性分析程序,通过苗尾水电站工程实例边坡对所提力学模型和分析方法进行验证,并与离散元模拟结果进行对比验证其准确性。反倾边坡失稳模式为"滑动—倾倒—稳定"三段式,坡形隆起处倾倒变形程度更加强烈。蓄水后饱和岩土体抗剪性能变弱,导致坡脚处失稳模式由倾倒转变为滑动,锁固段岩体失去阻滑力后引起边坡整体失稳。     

基于FLAC^3D的黄土边坡稳定性分析

根据FLAC^3D的特点和基本原理,结合黄土边坡的变形特点,研究某典型黄土-基岩边坡的变形破坏过程,分析边坡分步开挖坡体应力和位移的变化规律,研究表明：边坡坡脚开挖,对于边坡的整体稳定性影响较为严重,很有可能引发边坡破坏;随着开挖的进行,坡体主要位移逐渐转变为水平位移,且开挖后应力在坡脚处集中。依据对边坡开挖过程中位移和应力的分析,表明随着每一级土体的开挖,边坡位移迅速增大,因此控制开挖过程中坡体位移是边坡开挖工程中重要工作,应采取对边坡坡面和坡脚加固的措施,以缓解坡脚应力集中,减小和避免坡体位移。     

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f_9、卸荷裂隙L_1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。     

基于混合离散的砌石挡土墙边坡极限承载力下限分析

将极限分析下限法理论、混合数值离散思想和线性规划结合起来研究砌石挡土墙边坡的极限承载力。采用三角形有限单元离散土体来模拟土体的连续介质力学特性,构建土体静力许可应力场的约束条件,采用块体单元离散砌石体来模拟砌石体的非连续介质力学特性,构建砌石挡土墙的静力许可应力场的约束条件;同时建立有限元单元和块体单元交界面的约束条件;然后以超载系数为目标函数建立求解砌石挡土墙极限承载力的下限法线性规划模型,并使用内点算法进行最优化求解,获得边坡的极限荷载（或安全系数）和对应的应力场。通过3个算例的分析验证了所提方法的正确性。所提方法是将混合数值离散思想引入极限分析领域的一次尝试。     

不同渗流边界条件下粉砂边坡失稳模型试验研究

研究不同渗流边界条件下粉砂边坡的稳定特性对滑坡安全评价及防灾减灾具有重要意义。开发研制了室内边坡模型试验系统,分别进行了在上部边界入渗、侧向边界入渗和底部边界入渗的边坡失稳模型试验。分析了各试验中边坡内部不同位置体积含水率、孔隙水压力和基质吸力的变化规律以及坡体破坏过程。结果表明,不同入渗边界条件下边坡土体局部由非饱和变为饱和状态,基质吸力消失,最后在坡面形成不稳定区域塌落破坏。上部边界入渗、侧向边界入渗和底部边界入渗所引起的破坏模式根据其特点可分为局部浅层破坏、多级后退式破坏和坡面滑动破坏。通过监测边坡不同位置的体积含水率,可以为渗流引发的边坡失稳预警机制提供参考依据。     

抚顺西露天矿弱层强度衰减特性及边坡滑移大变形规律CSCD

软弱夹层的强度衰减特性是顺层岩质边坡失稳的关键因素之一。选取抚顺西露天矿南帮边坡为研究对象,通过UDEC数值模拟方法,结合离散元理论,建立南帮顺层边坡二维离散元模型,开展南帮边坡弱层强度衰减特性及滑坡大变形规律研究。通过不同围压下的三轴试验,拟合得到弱层残余强度随时间衰减曲线,并通过FISH语言实现数值计算过程中弱层强度随拟合方程进行衰减。数值模拟结果表明:坡脚处最先产生变形,随着开挖的不断进行,弱层强度逐渐衰减,坡顶后缘被拉裂,原有应力平衡被破坏,滑坡体沿弱层产生滑动。通过建立回填数值模型进行边坡稳定性得知,采取压脚回填100 m以后,边坡稳定系数得到了明显的提高,边坡处于基本稳定状态。     

白鹤滩水电站左岸坝肩开挖边坡稳定性分析

白鹤滩水电站左岸坝基边坡地质构造错综复杂,坡内多条陡倾断层和顺坡向错动带是控制边坡稳定性的主要因素。结合现场地质资料、监测数据及勘察认识,利用通用离散元软件UDEC建立左岸边坡开挖变形分析模型。首先在无支护开挖工况下研究主要结构面F17、LS331、LS3319上下盘岩体关键点应力及位移变化,并指出潜在失稳破坏区;同时采用预应力锚索单元在不同施工时序下对潜在不稳定块体进行加固计算,对比研究了不同方案下左岸边坡的变形破坏机制和整体稳定性。计算结果和现场监测表明：左岸边坡变形破坏与结构面密切相关,在开挖卸荷作用下主要表现为沿错动带的压剪破坏和陡倾断层的张拉破坏,采用预应力锚索加固处理能够有效提高边坡稳定性,并且在开挖后及时跟进支护可以有效抑制边坡剪切变形。研究结果对白鹤滩左岸坝基边坡后续工程加固和施工工序具有一定的参考价值。