基于3DEC的岩质边坡安全系数影响因素敏感性研究

为研究岩质边坡中结构面几何参数及力学参数对边坡安全稳定性的影响,文中采用离散元软件3DEC进行数值模拟试验;以安全系数为指标,结合响应面分析法,研究边坡结构面几何参数倾向、倾角及力学参数法向刚度(Kn)、切向刚度(Ks)、粘聚力(c)、内摩擦角(φ)对影响边坡稳定性敏感程度;结果显示,结构面的几何参数是边坡的稳定性的前提条件,在具备滑塌条件的情况下,结构面的力学参数,将进一步影响边坡的稳定性;其中结构面的切向刚度和内摩擦角对边坡稳定性有高敏感度,按照敏感度由大到小排序,为切向刚度内摩擦角粘聚力法向刚度;同时发现内摩擦角和切向刚度与边坡安全性因素之间呈相互促进作用。     

陕西泾阳南塬黄土滑坡滑带土残余剪切强度特性

为探求陕西泾阳南塬高速远程黄土滑坡的复活机理,从大型黄土滑坡滑带采集原状黄土试样、古土壤试样(原状土),部分制备重塑试样(重塑土),进行不同体积含水率下的反复剪切试验,从而获得滑带土残余剪切强度指标与体积含水率、黏粒含量之间的关系.结果表明:原状土和重塑土的剪应力-位移曲线均为硬化型;在不同的垂直压力下,原状土和重塑土的残余剪切强度差值变化较大;当剪切强度达到峰值强度以后,随着剪切位移的继续增大,原状土和重塑土的残余剪切强度都有一定程度的损失,这种损失因垂直压力的不同而不同;对同类土,通过反复剪切试验获得的内聚力和内摩擦角随体积含水率的增加而降低;相关性分析表明,该区滑带土的黏粒含量较低,对残余剪切强度的内摩擦角影响很小,尤其是当天然体积含水率较低时,体积含水率的变化对残余剪切强度的影响远远大于黏粒含量的影响.     

冻融循环作用下砂岩单轴压缩破坏断口特征分形研究

寒区岩石的力学特征往往受到冻融循环和荷载的共同影响,冻融岩石单轴压缩破坏断口蕴含着与冻融循环和荷载有关的损伤演化信息,冻融岩石单轴压缩破坏断口研究对冻融岩石断裂破坏机理分析有重要价值。为研究冻融岩石单轴压缩破坏断口形貌特征及其与宏观力学参数之间的关联性,通过摄影观测经历不同次数冻融循环的砂岩单轴压缩破坏断口形貌,采用像素点覆盖法计算断口分维值,探究了断口分维值与宏观力学参数之间的关系。结果表明:随着冻融次数的增加,冻融砂岩的力学性能劣化,单轴抗压强度、弹性模量、断口分维值、耗散能密度逐渐减小,峰值应变增大;单轴抗压强度、弹性模量、耗散能密度均与断口分维值之间存在指数关系,断口分维值越大,对应的单轴抗压强度、弹性模量、耗散能密度越大。冻融岩石单轴压缩破坏断口分维值可作为寒区岩体断裂破坏机理分析的有效参数。      

冻融循环及含水率对冰碛土力学特性影响

处在季节性冻土区的冰碛土受冻融循环作用影响显著,极大地影响工程的稳定和安全。为了探究冻融循环作用及初始含水率对冰碛土静力学特性的影响,以川西甘孜州海螺沟的冰碛土为研究对象,通过开展不同冻融循环次数及初始含水率条件下冰碛土不固结不排水三轴试验研究冻融循环作用对冰碛土力学参数的影响。试验结果表明：冻融循环作用下冰碛土应力-应变曲线为弱应变软化型;随冻融循环次数增加,冰碛土弹性模量、抗剪强度均呈现出先快速衰减后趋于稳定的变化趋势,且初始含水率越大其力学指标衰减程度越大,黏聚力呈负指数型函数降低,而内摩擦角无明显变化;采用指数型函数对抗剪强度、弹性模量试验值进行多元非线性拟合,建立冰碛土力学参数与围压、含水率及冻融循环次数的关系表达式,拟合效果理想,可用于推算经历冻融循环后土体力学参数值;冻融循环作用会使冰碛土力学性质显著劣化,且劣化程度与含水率呈正相关。研究成果可为高寒山区工程设计与建设提供科学支撑。     

裂隙岩体循环冻融变形特征及影响因素分析

高寒、高海拔地区由于反复冻融导致的岩体变形破坏,对区内工程建设有重大影响。为研究不同裂隙条件下岩体循环冻融特性,在汶马高速沿线选择具有代表性的千枚岩和砂岩,制备了不同裂隙条件（长度、张开度、裂隙组数）试样,在干燥和饱水两种状态下分别进行大温差（-20℃到20℃）循环冻融（50次）试验。试验揭示了饱水裂隙岩样冻融变形过程:冻缩→冻胀→冻缩（冻结阶段）→融胀→融缩→融胀（融化阶段）,干燥裂隙岩样冻融变形过程:冻缩（冻结阶段）→融胀（融化阶段）。进一步,选择冻胀量εd为指标,分析了两类岩样冻融循环次数与εd的关系,揭示了裂隙长度、宽度和组数对εr的影响规律;选择残余变形量εr为指标,揭示了千枚岩和砂岩试样在饱水条件下εr随εd的增加规律,获得了εd与εr间的定量关系;分析了干燥和饱水试样单轴抗压强度随冻融循环次数增加而减小规律,确定了冻融次数与试样劣化间的线性关系。最后,初步讨论了饱水条件、岩性和裂隙条件对岩体冻融循环变形的影响机制。      

西安某地裂缝两侧黄土物理力学性质试验

概述了西安地裂缝的成因、分布规律和活动速率等特征,然后对某条地裂缝特定地段附近的Q3黄土及其下面第一层古土壤进行了原状土样的常规土工试验和重塑土样的三轴流变试验.常规土工试验表明,以地裂缝为中心,越靠近地裂缝土样的天然密度、含水量、液塑限越大,孔隙比、内聚力和内摩擦角越小,均以地裂缝为中心近乎呈对称分布.重塑土样的三轴流变试验表明,地裂缝带内土的三轴流变特性较地裂缝附近黄土的流变特性明显的多.这从另一角度证明了地裂缝为一宏观不连续软弱结构面,为从力学角度研究地裂缝对工程结构的影响分析研究提供参考.     

模拟月壤的抗剪强度特性试验

对火山玄武岩破碎后形成的6个粒组区间的试样依规范进行直剪试验,得出不同相对密度下的内聚力和内摩擦角试验数据;根据抗剪强度参数的统计结果,按Chauvenet法剔除粗差数据,并评价变异性,以提高数据的准确性和可靠度。对试样在不同的相对密度下和不同粒组区间的力学规律进行对比、研究分析后得出:模拟月壤的内聚力为0.33~5.5 kPa,内摩擦角为29.1°~35.65°;抗剪强度参数与颗粒粒径、密度具有较好的线性关系;颗粒粒径决定了密度的变化范围,这导致了抗剪强度参数在密度的一定的范围内随之变化,而总的变化趋势却是由粒径来控制的。根据以上结论,按一定颗粒级配研制模拟月壤混合样,其内聚力为0.16~1.59 kPa,内摩擦角为34.8°~45.5°,符合真实月壤的实际情况。可为后续的模拟月壤研制和性能评估提供参考。      

剪切速率对岩石节理强度特性的影响

不同剪切速率下岩体结构面的力学特性研究是进行岩质边坡动力反应分析的重要前提。基于Barton峰值抗剪强度理论和均方根一阶导数值法的节理粗糙度系数计算方法,对前人研究中关于定法向应力条件下不同剪切速率的岩石节理峰值抗剪强度的室内直剪试验结果进行整理与计算,探究剪切速率对岩石节理总摩擦角的影响规律,提出与速率相关的岩石节理峰值抗剪强度经验公式。结果表明:当剪切速率在0~0.8mm·s-1范围内时,岩石节理试样的总摩擦角随剪切速率的变化呈现负对数变化规律;对于均质性和各向同性较强的岩石节理随剪切速率的增大,总摩擦角呈现减小趋势,对于非均质性和各向异性较强的岩石节理随剪切速率的增大,总摩擦角呈现增大趋势,且后者总摩擦角增大幅度小于前者的减小幅度;岩石节理的物性和微观几何形态对总摩擦角随剪切速率的增加而变化的影响较大,节理面的物性主要影响总摩擦角随剪切速率增加呈现增大或减小的变化趋势,节理面的微观几何形态主要影响总摩擦角随剪切速率的变化幅值。     

黄土-三趾马红土滑坡滑带土剪切力学特性影响因素

中国西北地区黄土广泛沉积于三趾马红土之上形成"双层异质"接触层面,控制和影响黄土滑坡的形成。为研究黄土-三趾马红土界面剪切力学特性,研制可视化界面直剪仪,开展界面试样剪切试验,探讨齿面角度、含水率、干密度对其剪切破坏模式、强度与变形特性影响规律。结果表明:试样均沿界面产生剪切破坏,试样剪切破坏模式可分为齿间滑动、齿间滑动-齿面剪断、齿面剪断3种;界面试样剪切应力-位移曲线呈应变软化型,峰值强度后应变"跳跃"及"塑态"特征反映出界面的脆性与塑性剪断破坏特征,剪切刚度、剪切破坏位移演化规律均受界面接触条件影响;界面剪切过程存在明显剪胀效应,剪胀位移演化规律反映了剪切过程的齿面挤密、齿间滑动、齿面剪断与界面摩擦阶段;界面试样强度随界面接触条件均呈非线性变化,齿面角度越大,峰值强度与残余强度越高,试样剪切破坏模式越趋于脆性齿面剪断;含水率越高,界面峰值强度越低,试样剪切破坏模式越趋于塑性齿面剪断;界面试样干密度越大,峰值强度越大,残余强度越低,试样剪切破坏模式越趋于脆性的齿间滑动-齿面剪断。研究成果可为进一步研究黄土-三趾马红土界面强度准则,揭示黄土-三趾马红土复合型滑坡启动机制提供参考。     

融雪条件下新疆伊犁谷地黄土-卵砾石接触面残余强度

为研究融雪作用下黄土-卵砾石接触面残余强度,以新疆伊犁谷地某黄土-卵砾石接触面滑坡为例,通过自制模具,制作黄土-卵砾石接触面环剪试样,开展不同含水率黄土-卵砾石接触面环剪试验,并通过扫描电镜（SEM）,从微观结构角度探究水对黄土-卵砾石接触面残余强度的影响。试验结果表明:黄土-卵砾石接触面抗剪强度随着含水率的增加而减小,剪切过程中存在应变软化现象,随着正应力及含水量的增加,应变软化现象越不明显;黄土-卵砾石接触面残余强度随着法向应力的增大而增大,且存在较好的线性关系,符合摩尔库伦强度准则;黄土-卵砾石接触面残余强度参数随着含水率的增加而降低,以含水率w=18%为界（塑限含水率19.1%附近）,当含水率为10%~18%时,残余内摩擦角φ_r变化较小（Δφ_r=5.4°）,当含水率为18%~26%时,残余内摩擦角φ_r变化较大（Δφ_r=9.0°）;微观结构方面,随着含水率的增加,黄土-卵砾石接触面形成软化"泥膜",部分填充了卵砾石凹凸部分,剪切面较为光滑,在剪切过程中,黏粒更加分散,附着在黄土颗粒表面,部分填充孔隙,起润滑作用,降低了残余强度。本文的研究成果可以为新疆伊犁谷地黄土-卵砾石接触面型滑坡形成机理研究及工程防治提供科学参考。      

含水率和离子浓度对滑带土抗剪强度的影响

滑坡地下水环境的变化对滑带土的强度和变形参数有着极大的影响,并影响滑坡的稳定性。三峡库区受到库水位升降及降雨入渗的影响,使得发育于该地区滑坡的滑带土含水率及离子浓度一直处于不断的变化中。以重庆万州区兴福寺滑坡为例,针对滑带土重塑样,采用 Ｘ 射线衍射分析了其矿物成分,然后进行了不同含水率下固结排水直剪试验、不同ＳＯ２－４ 离子浓度下滑带土的固结排水慢剪试验以及不同 ＳＯ２－４ 离子浓度下滑带土直剪反复剪切试验。试验结果表明:滑带土成分以黏土矿物、石 英、钠 长 石 等 为 主,其中黏土矿物以伊蒙混层、伊 利 石为主;含水率对滑带土抗剪强度指标的影响较为明显,具体为黏聚力随含水率的增大而增大,内摩擦角随含水率的增大而减小;ＳＯ２－４ 离子浓度对滑带土抗剪强度指标的影响也较为显著,随 着 ＳＯ２－４ 离子浓度的增大,黏聚力 与内摩擦角均减小;滑带土经过反复剪切后,残余强度、黏聚力和内摩擦角均随着ＳＯ２－４ 离子浓度的增大而减小。      

平面剪切岩质边坡滑裂面的确定及稳定性分析

由于传统搜索方法对岩质边坡滑裂面的确定无法兼顾效率与精度, 如何迅速准确确定潜在滑裂面仍然是个难题。极限平衡法在岩质边坡稳定性分析中备受认可, 采用岩质边坡平面剪切滑动模型, 以滑裂面的倾角来表征潜在滑裂面的位置; 基于极值法, 推导了极限平衡条件下平面剪切破坏型岩质边坡潜在滑裂面的解析解, 并结合香港秀茂坪路边坡对其准确性进行了验证, 进一步对四川宜宾打营盘山公路多级边坡进行了整体稳定性分析。结果表明: 香港秀茂坪边坡采用本文方法确定的边坡潜在滑裂面倾角与实际滑坡倾角基本一致。实际工程应用中, 采用Slide软件中布谷鸟搜索法和模拟退火法两种搜索方法得到的滑裂面倾角分别为38.0°和37.0°, 本解析法所得倾角为34.8°; 选用Janbu法、Morgenstern-Price法和Sarma法分别计算对应的稳定系数, 结果均为1.04左右, 本文所得稳定系数为1.15, 可见本文方法所得结果基本准确。通过参数敏感性分析发现, 随着黏聚力的增加, 边坡滑裂面倾角越来越小, 稳定系数也随之增加; 而当内摩擦角增大时, 边坡滑裂面倾角和稳定系数也随之增大。      

３Ｄ岩体结构面粗糙度表征方法

大量的工程实践表明,岩体往往是沿着软弱结构面发生破坏的,而岩体结构面粗糙度是决定岩体结构面力学性质的重要因素。目前岩体结构面粗糙度的研究多集中于２Ｄ角度,但仅由一条剖面轮廓线来表示结构面的结构特征显然是不全面的。因此岩体结构面粗糙度表征方法应拓展到３Ｄ角度,全面地从三维曲面特征来进行评价。在参考大量文献的基础上,将二维角 度 的几个几何参量延伸至三维角度,提出面积扩展率Ｓ、结构面起伏度Ｒｓ,并通过平均粗糙度系数ＪＲＣＳ 来表征三维角度的结构面粗糙度。以秭归马家沟滑坡为例,采集结构面并获取表面信息,通过统计分析和数值模拟 的 方 法,得出三者之间的回归方程。在 已 知面积扩展率Ｓ、结构面起伏度Ｒｓ的基础上,可计算出平均粗糙度系数ＪＲＣｓ,用以判断岩体结构面在３Ｄ角度下的粗糙度大小。      

地下水封洞库深部岩体结构面连通性研究

地下水封洞库工程是我国正在大力实施的战略石油储备重点工程,研究建库裂隙岩体的连通性是评价水封效果的关键。结合地下水封洞库工程的岩体特征,以钻孔电视成像技术为手段,通过分析影像中结构面位置、地质特征等,建立不同钻孔间结构面连通的条件,并分析了钻孔ZK11和ZK12,ZK12和ZK14的变质分异结构面的几何连通性;以洞库区钻孔地下水位的陡降与施工巷道开挖的相关关系,建立了巷道地下水排泄与钻孔水位下降的水力联系,分析了结构面的水力连通性;通过几何连通和水力连通的综合分析,确定了深部岩体结构面的连通性。研究结果表明,施工巷道开挖引起钻孔地下水位的显著下降,两者存在明显水力联系;变质分异结构面(J)在钻孔ZK12、ZK11和①号施工巷道0+379.424m处满足位置连通、结构面特征连通和水力连通,为连通性结构面;结构面(J′)在钻孔ZK12和ZK14处满足位置连通和结构面特征连通,不满足水力连通,为非连通性结构面。这对地下工程深部岩体结构面连通性的研究具有参考和借鉴价值。      

炎陵山滑坡群成因分析

炎陵山滑坡群均为土质滑坡,控滑结构面主要为土/岩接触面,原始坡角15°～35°,单个滑体规模为中型和小型,均为强降雨诱发.变形迹象以多级弧型裂缝为主,侧向剪切裂缝亦较发育,滑动大多由坡角向上发展,呈连锁反应.     

石膏岩干湿循环细观模拟及损伤本构模型

为研究干湿循环作用下石膏岩劣化效应,并对其劣化损伤进行数学描述,采用颗粒流软件进行了细观力学模拟,并基于 Ｗｅｉｂｕｌｌ分布建立了统计损伤本构模型。研究表明:随着干湿循环次数的增加,试件裂纹数量不断增加,拉裂纹增加数量尤为显著;进行相同次数干湿循环时,随着围压不断增大,试件的拉裂纹数量逐渐减少,剪切裂纹数量不断增多。干湿循环作用对石膏岩细观强度参数影响效应大小不一,其强弱关系为:摩擦系数＞抗拉强度＞内摩擦角＞节理模量＞黏聚力。模型模拟值和试验值较为吻合,表明该模型能表征岩石破裂过程中的应力应变关系。      

降雨干湿循环作用下的渣土边坡稳定性

降雨作用下边坡不同深度岩土体所经受的劣化作用强度差异显著,从而影响边坡的稳定性。以深圳典型渣土边坡为例,基于改进的 Ｇｒｅｅｎ－Ａｍｐｔ模型计算降雨作用下的浸润锋深度,通过干湿循环与直剪试验,获得了浸润锋内渣土抗剪强度参数的劣化规律,结合劣化规律并采用双强度折减法研究了不同降雨工况下渣土边坡的稳定性。研究结果表明:随着干湿循环次数的增加,渣土的黏聚力及内摩擦角均减小,且前期减小得快,后期缓慢,４次干湿循环后趋于稳定,符合指数函数的变化趋势,保持稳定不再衰减的渣土黏聚力为９．５ｋＰａ,内摩擦角为１９°;综合降雨入渗的干湿循环以及双强度折减法得到的渣土边坡的稳定性系数较仅采用传统强度折减法得到的稳定性系数有大幅度的降低,最 大 减 小 了４４．５％。该方法可以用于准确评价降雨作用下边坡稳定性。      

闭合型地下连续墙基础竖向承载性能数值模拟

基于室内模型试验,就闭合型与单片地下连续墙基础在竖向承载性能上的差异进行了对比分析,并采用FLAC-3D软件进行数值分析来丰富室内模型试验,探讨了土体变形模量、密度、内聚力以及内摩擦角对闭合型地下连续墙竖向承载力的影响.结果表明:闭合型地下连续墙基础外侧摩阻力的发挥过程与单片地下连续墙基础大致相同,但由于土芯的存在,其内侧摩擦阻力发挥机理更复杂;闭合型与单片地下连续墙基础均可视为端承摩擦型基础;随着墙周土变形模量的增加,闭合型地下连续墙基础竖向位移显著减少,墙体轴力也减少;密度对闭合型地下连续墙基础沉降的影响不显著;内聚力对侧摩擦阻力的影响程度受地下连续墙和土体之间相对位移量的控制;只有闭合型地下连续墙基础的沉降量超过20 mm时,土体内摩擦角才对基础的竖向承载力有较大影响.     

邵阳地区不同压实度的膨胀土抗剪强度特性研究

膨胀土路基的稳定性与其抗剪强度密切相关,通过直剪试验研究不同压实度膨胀土抗剪强度变化规律。试验结果表明,膨胀土粘聚力和内摩擦角均随压实度的增加而增加,近似线性变化。正应力和压实度与抗剪强度成正相关。对于相同的压实度,在正应力较小时表现为应变软化,正应力较大时表现为应变硬化。在确定抗剪强度设计值时,建议对于软化型曲线,其抗剪强度可取残余强度作为设计强度;对于硬化型曲线,可取曲线曲率明显变化点或剪切位移为1.0~1.5 mm对应的剪应力作为膨胀土抗剪强度设计值。     

秦岭杂岩中牛角山花岗质古深成岩体变形作用的初步研究及其构造意义

该岩体已变形改造为线状花岗质片麻岩体。除残留少量的岩浆流动组构外,主要表现为岩体定位后期或固结稍后的高温固态变形;以强烈的条带状片麻理发育为特征,并发育流褶皱、面理置换、小型韧性剪切带等。斜长石、钾长石多呈眼球状、条带状,为动态重结晶集合体;石英多呈矩形带状;变形温度在７００℃～５５０℃。应变测量显示其变形为压剪应变形,ｖ＝０．１９～０．５８,强度ＥＳ＝１．４６～１．２２。该岩体的变形揭示了该区晋宁期区域变形的特点和强度,并限定了其峰期变形时间。