三峡库区水平岩层岸坡变形破坏机制的数值模拟研究

本文提出了斜坡变形破坏及运动全过程数值模拟研究的思想和方法。这种方法的基本点是应用基于粘弹塑性力学的有限单元法对斜坡变形及破裂的小变形过程进行模拟,进而采用离散单元法对破坏后的大变形及运动过程进行模拟。本文以三峡库区典型的近水平岩层岸坡为例,应用这种方法,对这类岸坡的变形发育及其在高强孔隙水压力作用下的运动过程进行了数值模拟研究,从而从理论上阐述和证明了这类岸坡大型滑坡的形成机制。     

中梁水库蓄水影响岸坡变形破坏数值模拟分析

本文在综合分析岸坡工程地质条件的基础上,利用离散元数值模拟分析软件UDEC建立计算模型,对岸坡体在蓄水前、后两种瞬态工况下的应力场、应变场、变形（位移）情况以及塑性区分布情况进行了深入分析; 同时利用GeoStudio软件Seep模块计算水位变动下岸坡体浸润线,并使用基于Sarma法原理的Slope模块耦合计算水位动态工况下的稳定系数变化。结果表明：蓄水前局部变形破坏,蓄水后前部及后部变形大,中前部坡体易发生整体失稳; 水位上升期间斜坡整体稳定性降低明显,下降期间整体稳定性微弱降低。     

金沙江下游水电工程区岸坡变形破坏基本特征

通过野外调研和综合分析,发现金沙江下游宜宾—白鹤滩段水电工程库区长约410km的沿江地带发育了349个变形破坏体(滑坡、崩塌和变形体),总体积31.49×108m3,其中体积大于1 000×104m3的崩滑体有51个。岸坡变形破坏密度和线模数分别为0.35个/km和316.95×104m3/km。结合金沙江干流岸坡地质环境条件,统计研究了金沙江下游水电工程区岸坡变形破坏基本特征及其与所赋存的地层岩性、地质构造、地形条件、岩体结构和近期河流地质作用等要素的关系,为水能资源梯级开发工程的规划设计提供了地质依据。     

堵河上游顺向结构岸坡变形破坏机理分析

堵河流域岸坡变形强烈,由此引起的浅层滑坡发育。本文在野外地质调查的基础上,详细描述了野外自然露头所观察到的顺向岩质岸坡变形现象,在对岸坡变形过程解剖的基础上,将堵河上游顺向结构岸坡的变形破坏过程分为:(1)伴随着卸荷裂隙及菱形结构体形成的初始蠕变阶段;(2)菱形结构体变形阶段;(3)弯曲折断带形成阶段;(4)拉张裂隙贯通阶段;(5)浅层变形失稳等5个阶段。对岸坡变形破坏过程的野外现场分析,有助于提高对岩石流变及岸坡变形破坏的认识,从而提高对此类河流岸坡防治工作水平。     

斜向坡变形破坏机制的数值模拟研究

本文讨论了斜向坡的旋转式变形和破坏机制，用有限元法计算了此种斜坡中的剩余下滑力的分布方式，并以此来解释在滑动过程中发生一定旋转的原因；论文还运用离散元法，模拟了此种滑坡的滑动过程。     

倾倒变形岸坡在蓄水作用下变形破坏研究

以澜沧江上游苗尾水电站某倾倒变形岸坡为例,对研究区工程地质概况、库区岸坡结构特征以及水库蓄水影响特征进行详细分析,发现库区边坡的稳定性在水库蓄水和运营过程中受到水位变化的影响较大。借助UDEC离散元软件对该倾倒变形体进行数值模拟分析,认为在水库蓄水后,岩体强度明显降低,破坏模式由滑动破坏变为崩塌破坏,但边坡应力场变化不大。最后以二维极限平衡计算的边坡稳定性结果作参考,与有限元计算结果相符。     

金沙江虎跳峡河段岸坡变形破坏的相关动力因子研究

河谷岸坡的变形与破坏是地球内外动力耦合作用的结果,并且每一种动力地质作用对于岸坡变形失稳的贡献程度不同,造成岸坡变形破坏频率和规模的空间差异。金沙江虎跳峡地区内、外动力地质作用十分显著,岸坡变形破坏体的空间分布具有鲜明的地段性。本文采用定性与定量相结合的效果测度分析方法,对虎跳峡河段岸坡变形破坏密度与相关动力因子进行关联度量化分析,从而确定了影响岸坡稳定的关键性动力因子,可为水电开发中的岸坡灾害成因类型划分、危险性评价、灾害治理和工程规划设计等提供科学依据。     

链子崖危岩体变形破坏机制及整治对策

长江三峡链子崖危岩体,是目前国家治理长江航道的重点工程。本文通过对危岩体变形破坏力学机制的研究,论证了其整治对策。     

金沙江水电工程区(宜宾—白鹤滩段)岸坡变形破坏特征及其与赋存环境的相关性

金沙江向家坝库区长约410 km的沿江地带,共发育349个变形破坏体(滑坡、崩塌和变形体),总体积31.49亿m~3,其中体积大于1 000万m~3的崩滑体有47个。岸坡变形破坏密度D和模数B分别达0.35个/km和316.95万m~3。对岸坡变形破坏体及其所处的环境特征研究表明,变形破坏体与其所在地层岩性、地质构造、地形条件、岩体结构特征及近期河流地质作用等环境因素共同作用密切有关。系统研究变形破坏体及其与这些环境因素的相互关系,有助于剖析岸坡失稳的成因机制,对岸坡失稳的预测、预防和工程治理具有重要的理论和指导意义。     

基于底摩擦试验的硬岩岩质边坡变形过程及破坏机制研究

针对不同倾向、不同倾角条件下,边坡变形破坏特征不同但缺乏相互对比分析研究的现状,在充分考虑硬岩岩质边坡变形破坏特征的基础上,配制硬岩相似材料,采用底摩擦试验方法,分析不同倾向、不同倾角边坡变形破坏模式,并借助PIVlab技术进行分析。结果表明:顺倾和反倾边坡变形破坏模式和破坏范围有明显区别。在45°坡度条件下,当顺倾边坡倾角由30°→45°→60°→80°转换时,变形破坏模式由滑移-拉裂→轻微滑移-弯曲（或滑移-剪切）→未有明显变形（整体稳定）→浅表部倾倒-拉裂逐渐演化。在45°坡度、反倾边坡条件下,变形破坏模式由岩层倾角30°和45°条件下无明显变形,逐渐向60°和80°条件下的倾倒-拉裂演化。当岩层倾角较陡时,反倾边坡破坏范围相对顺倾边坡更大,倾倒弯曲转折端更深。PIVlab结果反映出不同结构边坡条件下,不同位置的速度和位移矢量特征不同,且与宏观观察结果相吻合。研究成果能够为同类边坡的稳定性评价和治理设计提供一定参考。     

边坡大变形损伤破坏的高效无网格模拟

首先讨论了Lagrangian和Eulerian无网格近似的联系和区别,然后基于稳定节点积分和增量本构理论,建立了分析边坡静动力破坏的高效大变形无网格法,并给出了详细的计算流程。该方法采用弹塑性损伤耦合本构关系来模拟岩土类材料的破坏演化过程,其中屈服函数采用Drucker-Prager准则,损伤准则为基于应变的各项同性损伤函数。由于无网格近似和稳定节点积分具有非局部近似的特性,在保证空间离散稳定性和提高计算效率的同时,也可准确有效地模拟应变集中所形成的剪切带的发生与扩展,通过数值算例验证了方法的有效性。     

斜坡动力变形破坏特征的振动台模型试验研究

以‘5•12’汶川地震灾区典型斜坡岩体组合结构为模拟特征,采用水平层状上硬下软和上软下硬两种岩性组合概念模型,设计并完成了1：100比尺的大型振动台试验。在基本满足相似律的基础上,试验在模型底部输入了不同类型、激振方向和振幅的激励波。根据试验宏观现象显示,斜坡模型的变形破坏特征与地震动参数、岩性组合结构密切相关,其破坏具有累积效应且受层面控制,上软下硬斜坡模型沿层面形成高位滑坡,呈“拉-剪”破坏模式,而上硬下软斜坡模型沿更深层面形成整体式崩塌,在破坏前并无明显的控制裂缝,其破坏时间相对落后于上软下硬斜坡模型     

震裂斜坡形成机理及变形破坏模式研究

震裂斜坡是强震作用下形成的一类分布范围广、震裂变形严重、潜在危害大的次生地质灾害,为了深入系统地分析其震裂机理及变形破坏机制模式,本文结合5.12汶川大地震造成的震裂斜坡及其破坏现象的详细调查,在对强震中的地震波效应深入分析的基础上,以双面斜坡为例,首先对震裂变形的力学机理进行了系统分析。认为强震中的体波效应将导致斜坡体处于量值和方向不断变化的拉-剪应力和反压应力的交替作用之下,其形成的拉-剪破裂效应和潜在的楔劈效应是斜坡震裂变形的重要力学因素之一。同时,面波效应将导致坡体表面处于鼓胀拉力和扭力的作用之下,是坡体表部整体震裂破碎甚至破坏的另一重要力学因素。二者共同作用均使坡体应力场处于不断的动态变化过程中,坡体(面)震裂变形甚至破坏更为严重。在此基础上,对强震中斜坡变形破坏的机制模式进行了归纳,认为主要有四种表现形式,即旋转-拉裂型、旋转-剪滑型、鼓胀-拉裂型和滑移-拉裂型。研究成果为震裂斜坡稳定性分析以及灾后重建和防灾减灾提供了有力参考。     

多层软弱夹层边坡岩体破坏机制与稳定性研究

以大量的实际工程为基础,基于Sarma极限平衡法和有限元强度折减法探讨层状岩质边坡在不同岩层倾角θ、边坡坡角β、结构面间距h条件下的安全系数与破坏面位置的变化规律,揭示复杂多层软弱夹层边坡岩体的破坏机制及稳定性特征。结果表明：不同θ条件下边坡岩体失稳机制和破坏面位置不同,随着θ的增大,破坏机制表现为滑移破坏→滑劈破坏→崩塌破坏→倾倒破坏→滑移破坏;当β、h一定时,直立层状边坡的稳定性略大于水平层状边坡,反倾向边坡的稳定性明显大于顺层边坡;β直接影响边坡岩体破坏特征,当β由30°增大至60°时,顺层边坡的安全系数约降低53%;反倾向层状边坡的安全系数约降低40%;h对边坡岩体破坏机制的影响较小,但对稳定性的影响较大,建议工程实践中加强密集结构面岩质边坡的监测和加固工作。     

缓倾软硬岩互层边坡变形破坏机制模型试验研究

以宜巴高速公路沿途彭家湾软硬岩互层边坡为工程依托,依据地质分析及相似理论建立缓倾软硬岩互层边坡室内模型,采用开挖试验及和注水软化试验来模拟实际中的工程开挖（或河谷下切）和雨水浸润软化过程,研究缓倾软硬岩互层边坡的变形破坏机制。结果表明：在开挖及雨水软化两种工况下,该类软硬岩互层边坡的变形模式都是前期的滑移拉裂变形和后期的整体蠕滑变形,破坏模式是以深部软层为滑动面的整体滑移;硬岩层与软岩层的变形情况略有不同,硬岩层以整体蠕滑变形为主,而软岩层以滑移拉裂变形为主;深部软岩层的状态变化对边坡的整体稳定性影响非常关键;工程开挖（河谷下切）及雨水入渗都会对该类缓倾软硬岩互层边坡的稳定性有重要影响,开挖导致的临空面及微裂隙是滑坡发生的基础,水是滑坡发生的条件和诱因。     

砂土边坡深埋桩变形破坏的三维数值分析

利用三维弹塑性有限元,对砂土斜坡上刚性深埋桩水平载荷时的变形破坏进行了解析.在有限元解析中,考虑了砂土材料的低抗拉特点.结果表明,有限元计算所得到的桩基水平荷载与水平位移关系与现场实测值基本一致.此外,还利用三维有限元的解析结果,对深埋桩基随深度方向的土压与位移分布以及受压、受拉破坏的渐进性状态进行了合理的分析.     

K28边坡变形破坏机制的离散元模拟

在工程地质勘察的基础上,对K28边坡在天然和饱水状态下的变形进行离散单元法数值模拟,分析了此类缓倾角顺层边坡滑移压致拉裂的变形破坏机制,以及地下水促进边坡变形破坏的作用机理,为边坡的工程治理设计提供合理的建议。     

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。     

锦屏Ⅰ级水电站解放沟左岸边坡倾倒变形机制的3D数值模拟

为研究某一边坡的变形机制问题,采用3D-σ模拟了地质体演化机理,用FLAC-3D模拟与3D-σ的模拟结果相互验证;获得了河谷下切过程中边坡的变形特征,揭示左岸边坡的变形破裂形成机制。经分析得出如下主要结论:从地应力的角度分析河谷边坡变形的成因机制是切实可行的方法;坡体的卸荷促进弯曲倾倒变形的进行,并为它划定界限;作者提出的解放沟左岸边坡变形的成因机制是合理的;卸荷回弹也是促进倾内层状体边坡中深层弯曲倾倒变形进行的起始因素,并为变形划定界限;倾倒变形的破坏面是双折线型的。