软硬互层顺层岩质边坡破坏试验

软硬互层结构的顺层岩质边坡破坏类型复杂、难于防治,针对此类边坡地质灾害易发、多发的问题,从坡面角度、岩层倾向及组合形式、节理分布等方面进行了研究.边坡物理模型试验是揭示边坡变形破坏机理的重要手段,基于相似理论,以重庆市万州区孙家滑坡为工程依托,根据滑坡区地质勘探报告设计了室内边坡物理模型试验;试验通过顶升模型箱模拟重力...     

基于离心机和数值模拟的软硬互层反倾层状岩质边坡变形特征分析

我国西部山区建设揭露了众多大型弯曲倾倒变形体,它们多具有软硬互层结构。为进一步探明软硬互层反倾岩质边坡的变形破坏规律,本研究融合大型土工离心机试验与自开发的可以综合考虑节理面拉剪和压剪破坏的Hoek-Brown与Mohr-Coulomb联合强度准则,对此类边坡进行试验与数值模拟分析。首先,结合监测点位移和应力曲线对边坡的变形破坏过程进行详述并验证了所提出的强度准则及所建立的数值模型的正确性;然后,基于此数值模型研究不同几何因素对此类边坡倾倒破坏特征的影响。结果表明:（1）节理单元采用Hoek-Brown与Mohr-Coulomb联合强度准则可以较准确地模拟软硬互层反倾边坡的层间错动以及岩层弯折;（2）此类坡体倾倒变形破坏全过程为:层间先出现相互错动,然后边坡自坡脚部位开始出现弯曲变形,随后坡体后缘出现拉张裂缝,与此同时边坡整体向临空面弯曲倾倒,最终形成2个或3个破坏面;（3）随着岩层倾角的增大,边坡一级破坏面逐渐向坡体深处发展;（4）随着硬/软岩层厚比的减小,坡顶竖向位移变小,且坡体滑动的整体性逐渐增强;（5）随着软/硬岩层厚比的增加,坡体破坏面逐渐由粗糙的“锯齿状”向平滑的“圆弧状”过渡。     

复杂受力条件下岩质高边坡稳定性数值模拟

本文使用基于有限差分法的FLAC软件对岩质高边坡进行了数值模拟分析。在着重考虑桥基荷载影响的思路下,通过模拟高速公路边坡开挖前、开挖后、桥基施工后以及施加锚杆等加固措施后这4种不同复杂工程情况下的计算模型,得出以上4种模型的边坡位移场、塑性区分布和边坡稳定性系数的变化,以此来评价岩质高边坡的稳定性。本文重点地研究了桥基荷载对于边坡稳定性的影响以及锚索加固对于补偿桥基荷载负面作用的大小。     

顺层岩质边坡稳定性分析及加固设计研究

以南京市栖霞古镇顺层岩质边坡为例,采用极限平衡法和强度折减法对开挖后边坡的稳定性、失稳原因和变形特征进行分析。针对边坡潜在的滑坡问题进行加固设计,模拟不同长度和倾角组合下锚杆加固效果,根据边坡稳定性系数及锚固后边坡位移和应力分布情况,确定锚杆长度7 m、倾角20°为最佳方案,并结合其他加固措施提高边坡的稳定性,分析结果表明,加固后边坡稳定性系数满足规范要求,边坡位移控制在安全范围内,加固设计方案合理可行。     

顺层岩质边坡渐进破坏及失稳机理的数值模拟研究

提出了利用Lagrangian乘子网格来模拟顺层边坡层间结构面接触行为的方法,并推导了考虑接触约束的Lagrangian控制方程的弱形式及其有限元离散方程。Lagrangian乘子网格容许界面出现较大的切向滑移,较好地解决了接触问题中的高度非线性和响应不平滑性。应用以上方法对沪－蓉－西高速公路某顺层岩质高边坡进行了数值模拟分析,得到了临滑状态下的位移场、应力应变场、结构面上的接触状态、层间滑移距离以及接触摩擦力的分布规律。数值模拟结果表明,顺层岩质边坡的破坏是一个渐进的过程,由最初的层间错动,发展为顺层蠕滑,最后在坡底剪出而破坏;其破坏型式由最初的顺层滑动逐步向溃曲破坏转化。     

顺层岩质边坡预应力锚索抗震加固机制研究

将顺层岩质边坡的层面考虑为弱面,将其等效为等间距共线多节理的力学模型。预应力锚索加固边坡的锚固模型等效为平面有限宽度岩体节理问题。并将初始应力和地震荷载引起的附加动应力视为远场作用,锚固边坡的受力问题视为远场作用效果和节理面集中力作用效果的叠加。根据叠加原理计算地震荷载作用下裂纹端部应力强度因子,发现位于裂纹端部的预应力锚索能大幅度降低I型裂纹的应力强度因子。以应力强度因子作为岩体的压剪破坏判据解释顺层岩质边坡预应力锚索的抗震加固机制,能很好地解释汶川地震边坡破坏特点。     

四面楔形体监测敏感部位试验研究

针对岩质四面楔形体的监测敏感部位问题,利用自主研制的边坡模型试验平台,开展岩质边坡四面楔形体物理模拟试验,对楔形体在滑动失稳全过程中结构面处的内部位移和内部应力进行监测.结果表明:随着楔形体滑动位移的增加,各位移监测点处位移变化速率的差异越小,楔形体表现出的整体滑动特性更为明显.在楔形体失稳过程前期,位移监测和应力监测...     

反倾软硬互层岩体边坡地震响应的数值模拟研究

反倾软硬岩体互层边坡是公路建设中经常遇到的一类边坡,在不利条件下有失稳破坏的可能,特别是在坡脚受到扰动、降雨、地震等作用时.以“5.12”地震期间都汶公路(都江堰—汶川)上一处边坡的地震响应为例,采用离散元UDEC软件对其进行模拟,系统研究了其地震响应的变形破坏机制.研究结果表明,地震作用下,软弱岩层挤压变形强烈,有向外剪出的趋势.同时,在地震波反复拉张作用下,软弱岩层位置容易开裂,成为坡体变形破坏的优势拉裂区域.地震波加速度、速度随高程变化放大显著,在坡体表部位移最随高程增高而逐渐增大.就整体而言,岩体内部的节理裂隙进一步张开,井产生了一些新的裂隙,弯曲倾倒有加剧的趋势;而坡表覆盖层普遍具有表部拉张开裂和掉块现象,特别是在地形几何形态突变处,破坏更为显著.     

应力监测在公路岩质边坡中的应用研究

针对山区高速公路岩质边坡数量大、失稳难以及时预警的问题,提出对边坡支护锚杆进行应力监测的方式以评价其稳定性。以广陕高速改扩建工程沿线的一处典型岩质边坡为例,采用FLAC3D软件对岩质边坡的开挖支护过程进行模拟,利用强度折减法分析随岩体强度降低过程中支护锚杆的轴力变化规律,确定应力监测预警值,并结合现场试验结果对边坡安全状况进行评价。研究结果表明,试验边坡监测位置应以泥岩结构面处为主,应力监测预警是一个整体的预警系统,监测点位任一处达到预警值均应提出预警。监测结果显示,应力监测在120 d时出现明显变化,而位移变化则较为滞后,在167 d后才出现明显变化;综合应力与位移监测的结果可以得出,试验边坡处于安全运营状态,所提出的应力监测评价公路岩质边坡的稳定性具有可行性。     

汶川地震中锚固岩质边坡的动力响应特征

岩质边坡的地震响应是当前岩土工程界所关注的重要问题之一。以紫坪铺工程进水口边坡为研究对象,以现场监测数据为基础,从时间和空间的角度综合分析了汶川地震前、后支护荷载和边坡位移的变化特征,并讨论了坡体形态、岩体结构以及支护荷载对地震力作用的协同影响。研究结果表明：受地震力作用影响,坡体变形和支护荷载发生突变,主要受主震影响;地震引起的支护荷载变化量在100 kN以内,未超出设计荷载的5%;边坡水平向产生的永久位移在12 mm范围内,岩体变形深度受结构面分布控制;边坡中部变形最大,沿水平方向具有明显的临空面放大效应,而沿高程方向,没有明显垂直放大效应。研究成果可加深对锚固岩体动力响应机制的认识,同时为以位移控制的边坡工程抗震设计提供参考。     

基于Barton-Bandis准则的锚固边坡稳定性分析

结合岩石节理面非线性Barton-Bandis破坏准则,探讨了将Barton-Bandis破坏准则参数转化为线性Mohr-Coulomb破坏准则抗剪强度参数的两种常用方法,通过实例分析了各方法的优劣。推导了加锚单岩石节理面控制的平面滑动岩体边坡抗滑稳定性安全系数计算式,开展了锚固参数分析。研究表明：相对于采用等效线性拟合法或切线等效法获取Mohr-Coulomb抗剪强度参数而言,直接应用Barton-Bandis破坏准则计算节理面控制的岩石边坡稳定性更为直观和简便;随着结构面基本摩擦角、结构面粗糙度系数和结构面壁面有效抗压强度的增大,边坡安全系数逐步提高,且结构面基本摩擦角和粗糙度系数对边坡安全系数的影响程度更为显著;锚索锚固力越大,边坡抗滑稳定性越好,而锚索设置角度越大,边坡抗滑稳定性越低,锚索角度设置不当将明显减小锚固效应的有效性。     

兴山县龙王嘴边坡稳定性分析与加固设计

龙王嘴边坡系坡高达70 m、坡角达70 °的高陡岩质边坡。分析了宜-秭公路石峡段龙王嘴高边坡变形的地质条件,在定量评价龙王嘴高边坡稳定性的基础上,进行了该高边坡的施工图加固设计。根据其特点将350 m长的坡段分为A,B,C三个区,分别采取预应力锚索与锚杆加固、挂网喷射混凝土支护和喷射混凝土支护等措施,实践证明,工程治理效果良好。     

岩质边坡楔形体锚索加固方向角三维优化设计

以岩质边坡中常见的楔形体滑动为研究对象,研究其最优锚固方向角的计算方法。将锚索自由段单位长度能提供的最大抗滑增量作为目标控制变量,将坡面和两组滑动面的特征参数与锚索设计参数作为优化控制自变量,通过坐标系转换建立线性方程组对锚索的预拉力进行分解,得到用于锚固方向角三维优化的新计算方程。在该方程的基础上,借助导数法和Matlab软件中的fmincon函数分别对锚索加固方向与坡面走向垂直的二维优化方式和锚索加固方向不受限制时的三维优化方式下的锚固方向角进行了优化。最后通过算例与工程实例分析相结合,证明了推荐的最优锚固方向角计算方法的有效性与先进性。新方法可进一步提高锚索的锚固效益,减少锚索的总用量,降低边坡的支护费用。     

山西西龙池抽水蓄能电站地下厂房围岩位移应力特性及原因分析

西龙池抽水蓄能电站位于山西省五台县境内,总装机容量为1 200 MW,额定发电水头640 m。地下厂房开挖尺寸（长×宽×高）为149.3 m×23.5 m×49.0 m。厂区岩性为泥质鲕状灰岩、薄层条带状灰岩、薄层石英粉砂岩,近水平产状;厂房轴线与主要断层、裂隙成大角度相交。地下厂房围岩位移、锚杆应力呈明显各向异性特点,且边墙围岩位移平均值为 3.0 mm、锚杆应力平均值为45 MPa,均较小,构成了近水平薄层灰岩、粉砂岩互层岩体内地下厂房围岩位移、应力特点。     

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。     

锚索与锚杆联合锚固支护岩坡的有限元分析

针对广东某高速公路74 m高的7级挖方边坡,采用三维弹塑性有限元数值计算方法分析山区路堑开挖岩质边坡的锚固支护的受力情况。分别计算了坡体无锚和3种不同的锚固方案。通过坡体无锚方案的计算确定坡体的滑动面并为锚固方案的设计提供依据。3种锚固方案中的预应力锚索和锚杆按不同方式进行了组合。所建立的锚固坡体三维有限元分析模型对锚固坡体进行了合理简化并节约了计算量。计算中锚索的预应力采用预先施加应变的方式施加。计算分析表明,边坡加锚后可显著减少边坡塑性区。实际工程中采用预应力锚索和锚杆交错布设方案进行边坡锚固支护可较好地达到安全与经济并重的边坡处治原则。现场监测结果表明,锚固边坡有限元分析合理可行。     

锚索桩板式挡土墙治理高边坡分析与设计

结合柳州市柳东新区路网截洪沟及边坡支挡工程实例,分析其中一段高差25 m的高边坡,采用极限平衡理论的折线型滑动面的传递系数法对滑坡进行稳定性评价及剩余下滑力计算,探讨三层锚索桩板式挡土墙的设计思路;分别运用滑坡推力法和库伦土压力法计算抗滑桩桩身内力,通过分析桩身内力情况,选择桩板式挡土墙的结构方案;同时介绍了挡土墙以上边坡坡面防护方案,高边坡施工期间及完工之后的监测方案和建议。     

顺层岩体边坡开挖过程模型试验

边坡开挖引起的变形及应力调整规律是边坡安全监控的科学依据,模型试验是揭示公路高切坡变形与应力变化规律的重要途径,针对巫山至巫溪公路k88段岩体高边坡,通过相似模型试验探讨边坡开挖过程中坡内位移和应力变化规律。通过相似材料试验获得了模型试验相似材料,配合比“硼砂:水:砂:水泥:石膏”为0.01:1:7.705:0.384:0.900,构建了几何相似比1:30的物理试验模型,提出了与实际工程一致的边坡3次开挖工况。试验结果表明,开挖过程中高切坡位移峰值突增现象显著,达到稳定状态的时间4 d左右,而应力则成波动衰减状态,10 d以后仍然存在衰减趋势;基于开挖过程中边坡变形和应力的不一致性及应力调整的持续性变化规律,提出了岩质边坡以三维应力监测为主、位移监测为辅的边坡监测优化方案。