古滑坡滑带土的力学特性与库水位变化对其稳定性影响及加固措施

与普通滑坡体相比,库岸古滑坡体不仅影响稳定的因素多,且受库水位变化影响明显,极易诱发地质灾害,对人类生命财产安全造成危害。以某水库古滑坡体工程为例,利用现场直剪试验、室内直剪试验及标准贯入试验手段,研究滑带土的力学特性,并对利用得到的参数计算分析水位变化对古滑坡体稳定性影响的规律,得到鹅公带古滑坡体的安全系数随库水位升高成U形的变化规律。采用文献[12]提出的利用应力场判断滑坡体的类型,在高应力水平位置采取加固措施降低应力水平后边坡安全系数就提高的方法,由计算出的应力场判断鹅公带古滑坡具有上部推移下部牵引的特征,属于混合破坏型滑坡,针对其上部和下部坡体进行加固处理。对比分析不同加固方案对滑坡体应力场的改变和比较抗滑桩在不同位置时安全系数与位移场和应力场之间的关系,表明对高应力水平区和位移大的区域进行加固的效果最好,该滑坡体下部也是高应力水平区,由于现场施工条件,考虑经济性,最后采用在滑坡体下部设置反压体加固,加固后3年的实践表明利用边坡应力场的应力水平确定加固位置合理可行。文中的研究方法和思路可为类似工程处理提供一个很好地分析问题和解决问题的思路和同类工程借鉴。     

黄土坡滑坡滑带土非饱和力学特性试验研究

以三峡库区黄土坡滑坡临江I号崩滑体的滑带土为研究对象,研究基质吸力对非饱和滑带土的强度与变形等力学性质的影响。利用GDS非饱和反压直剪仪对滑带土进行了不同净法向应力和基质吸力组合下的直剪试验。试验结果表明:相同的基质吸力作用下,滑带土抗剪强度随着净法向应力的增大而增大。当滑带土试样中基质吸力较小时(50kPa),试样剪切过程中的应力-应变曲线,随着净法向应力的增大表现为应变硬化型。之后随着基质吸力的增加,当吸力大于净法向应力时,剪切应力-应变曲线表现为较明显的达到峰值后软化。反之,应力-应变曲线表现为应变硬化型。相同净法向应力下,抗剪强度随着吸力的增大而增大,剪切应力-应变曲线由低法向应力下的达到峰值后软化向高法向应力下的应变硬化转变。剪切过程的轴向位移表现为:当吸力大于净法向应力时,表现为剪胀; 反之,表现为剪缩。滑带土固结排水剪切条件下得到的黏聚力随着基质吸力呈线性增长关系。得到了滑带土的吸力摩擦角b为13.7,有效内摩擦角有较小增长,平均有效内摩擦角15.9。     

基于强度折减概念的滑坡稳定性三维分析方法(I)：滑带土抗剪强度参数反演分析

滑带土抗剪强度是滑坡稳定性分析和防治工程设计中十分重要而又难于确定的参数之一。因此,基于临界状态假定的二维反分析方法得到了广泛应用。但是,自然界发生的滑坡基本上呈三维形态,其主滑方向有时变化也较大,使得有必要研究一种滑带土抗剪强度的三维反分析方法和滑坡稳定性的三维评价方法。笔者建议了一种基于强度折减概念的滑带土抗剪强度反分析方法,即通过逐步折减滑动面的强度参数,使滑动面的塑性区完全贯通,此时,塌滑体处于极限状态,所用强度参数即为滑带土的平均抗剪强度参数。从洪家渡水电站1#塌滑体计算成果来看,反演的滑带土摩擦角较二维反演值低4.1?,反映了滑坡体的三维效应,验证了所建议方法的可行性。     

库水位变化下对水库滑坡稳定性影响的预测

本文在分析库水位与滑坡稳定性的一般规律的基础上，对某水库滑坡进行了考察，分析其初期蓄水过程中滑坡的位移动态和代表性测点位移的规律，确定最危险水位，进行稳定性计算中的参数反演，在此基础上，考虑地下水渗透的滞后性，进而预测了未来蓄水及潜在的库水位下降情况下滑坡稳定性与库水位的关系。     

长期静水浸泡对三峡库区滑带土物理-化学-力学性质的影响

三峡水库蓄水使得库岸大量土体长期处于浸泡状态,导致土体软化从而诱发滑坡失稳。为研究长期浸泡对滑坡土体物理-化学-力学性质的影响,以马家沟滑坡原状滑带土为对象开展了浸泡软化试验,通过比较不同浸泡时间滑带土的粒度分布、界限含水率、化学与矿物成分、剪切特性等特征,探讨了滑带土浸泡软化机理。研究结果表明:浸泡过程中滑带土中Ca~(2+)、Mg~(2+)等离子流失较多,但矿物成分无变化;浸泡后滑带土出现阶段性粒度细化现象,液塑限和塑性指数均随黏粒含量增加而增大;随着浸泡时间增加,滑带土应力应变关系在低法向应力下由强软化型变为弱软化型,在高法向应力下由软化型变为硬化型;滑带土抗剪强度参数随着浸泡时间增加呈指数形式降低,黏聚力c降低程度大于内摩擦角φ。研究成果可以为水库滑坡稳定性评价提供理论依据。     

考虑抗剪强度衰减特性的膨胀土边坡稳定性分析

针对传统膨胀土边坡稳定性分析中无法考虑膨胀土在降雨入渗过程中抗剪强度动态衰减的问题,本文开展了室内直剪试验,系统研究了干密度和含水量变化对膨胀土抗剪强度指标的影响;同时,以试验抗剪强度结果为参数,开展了基于强度折减法的膨胀土边坡稳定性分析,获得了抗剪强度动态衰减过程中边坡稳定性的变化规律。结果表明,含水量的增加和干密度降低会造成膨胀土黏聚力和内摩擦角的衰减,黏聚力衰减显著,内摩擦角衰减较少;膨胀土边坡稳定性主要受风化层土体含水量控制,随着膨胀土含水量的增加,膨胀土边坡逐渐由稳定状态演变为欠稳定状态;干密度对膨胀土边坡稳定性的影响则相对较小。     

滑带土厚度及含水率对其强度参数的影响

以红、黄两种不同颜色的滑带土为对象,采用室内试验,先对两种颜色的滑带土的基本物理力学性质进行测定,然后以力学性质较差的红色滑带土作为夹层,运用正交设计,研究夹层土的厚度、含水率等对滑带土强度参数内摩擦角()和粘聚力(c)的影响。实验结果显示,夹层土的含水率对滑带土强度参数内摩擦角()和粘聚力(c)影响最大,夹层土的厚度对强度参数也有一定的影响。     

含水量对黄土边坡稳定性的影响

为了研究含水量变化对黄土边坡稳定性的影响,首先对兰州某黄土边坡的黄土试样进行了不同含水量下的直剪试验。试验结果表明,随着含水量的增加,黄土的抗剪强度以幂函数形式减小。但含水量对内摩擦角的影响更显著。因为黄土的粘聚力较小,其变化对抗剪强度的影响相对较小。其次,应用直剪试验结果对四个简单边坡模型进行了黄土边坡稳定性系数随含水量变化的分析。分析表明:随着含水量的增加,黄土边坡的稳定性系数以幂函数形式逐渐降低,当含水量较高时逐渐趋缓。实际上,边坡稳定性系数随含水量变化规律与抗剪强度随含水量变化规律相似。相同坡度时,边坡的高度对稳定性系数有不太大的影响,特别当黄土边坡含水量达到9%以上时,坡高对边坡稳定性系数的影响可以忽略。     

水化学作用对滑坡滑带土的物理力学特性影响试验研究

滑带是影响滑坡稳定的最关键内在因素之一。对原状土进行X射线衍射、压汞试验,获得了滑带土体的成分及其含量和孔隙结构参数,结果表明,滑带土成分以石英、拉长石、伊利石等为主,孔隙孔径以小孔和过渡孔居多;依据工程实例滑坡滑带土所处的水化学环境,模拟不同水化条件,通过剪切试验、渗透试验和扫描电镜试验,获得不同化学条件的强度和渗透性参数及微细观结构特征,分析了滑带土在不同水化学条件下力学特性和渗透性变化规律。试验结果表明：相同pH条件下,较之蒸馏水,土样经化学溶液浸泡后峰值强度和残余强度变大,且残余强度的变化更明显;不同pH条件下,酸碱性溶液使得土的强度参数显著降低。该研究结果为水化学条件下滑坡滑带土力学特性变化、多场耦合理论模型分析提供了重要的基础数据。     

植物根系与边坡土体间的力学特性研究

建立了根土相互作用的力学模型,在限定根在土体中方位的情况下推导出了由于根的加筋作用所增加的土体抗剪强度公式。并在实验室进行了大量常规直剪试验。对试验结果进行了分析,并和理论计算相比较,结果表明：植物根系可以明显提高土体的抗剪强度;随着含水量的增加,土体和根-土复合体的抗剪强度会下降;直根和斜根对根-土复合体抗剪强度的提高是相似的,都是随着根条数的增加而增加,但斜根的加强作用要大些;随着根条数的增加,根-土复合体的c、φ值都会提高。     

地震荷载对滑坡稳定性的影响评估——以甘肃舟曲南桥滑坡为例

通过实现Druker-Prager屈服准则与Mohr-Coulomb理论等效原则, 采用ANSYS软件模拟, 分别就自重和暴雨状态下施加地震荷载构成不同工况组合, 分析评价了地震荷载对甘肃舟曲南桥滑坡稳定性的影响.以有限元强度折减法为基础, 分别在不同地震设防烈度等级下, 通过改变折减系数计算水平位移最大值和塑性区应变最大值, 以出现突变点、计算不收敛和塑性区贯通来判别土体破坏, 得到不同地震设防烈度下滑坡稳定系数.结果表明:在自重+地震与暴雨+地震工况条件下, 稳定系数差值为0.25~0.32, 为2种工况的相互校核和理论推算提供了参考.有限元强度折减法与极限平衡法的对比分析表明, 二者误差以小于5%为主, 考虑地震工况比不考虑地震工况的滑坡稳定系数下降13%~16%, 进一步验证了数值模拟计算的精准度和可靠性以及滑坡治理中抗震设防的重要性.计算结果符合实际, 在科研和实际设计中值得推广.     

矿山采洞位置对边坡稳定性的影响分析

矿山的采洞会对边坡稳定性产生有利或不利的影响,其中不利的影响可能会诱发如边坡失稳破坏等严重后果。本文建立了一系列概化边坡模型,采用基于连续介质的快速拉格朗日差分法,运用FLAC3D数值模拟软件在概化模型的不同位置进行洞室开挖模拟,分析了开挖后边坡的稳定性,总结了矿山采洞位置对边坡稳定性的影响规律。为进一步验证概化模型所得规律,以陕西山阳特大滑坡地质灾害为背景,建立实体模型并进行数值模拟。结果表明：当洞室开挖在坡肩位置时,边坡的稳定性较未开挖状态提高;当洞室开挖位置在坡面附近时,边坡的稳定性降低;当洞室开挖位置由坡面逐渐向边坡内部移动时,边坡的稳定性先降低后提高,尤其当洞室开挖在最危险滑动面附近时,边坡的稳定性最低。本文可作为矿山边坡安全釆洞活动的理论指导。     

库水位变化对观音坪滑坡稳定性影响的数值分析

为深入探究水库水位变化对滑坡稳定的影响,以西南地区某库岸滑坡为例,在探明滑坡工程地质条件和成因机制的基础上,通过建立三维数值模型来分析流固耦合作用下库水位变化对库岸滑坡稳定性及滑动模式的影响。通过数值计算,获得水库天然状态、初期蓄水、水位上升和下降条件下滑坡体内塑性区分布和x方向位移变化情况。结合数值计算结果和滑坡实际变形破坏规律综合分析库水位变化对库岸滑坡稳定性的影响。分析结果显示,水库初期蓄水造成滑坡体变形开裂,使坡体处于不稳定状态;水位上升对滑坡稳定性影响较小,水位下降后滑坡稳定性大幅降低,极可能发生失稳破坏;水库蓄水后坡体滑动模式由推移式向牵引式转变。     

有载冻融作用对深部重塑黏土抗剪强度影响的试验研究北大核心CSCD

深厚表土层冻结法凿井工程中,深部土体由于经历了高压冻融作用,导致其工程性质变化,认识冻融作用对其强度与变形影响,对于冻融病害防治有一定意义。本文通过室内试验对深部重塑黏土进行了有载冻融,并对不同干密度、围压、冻结温度和融化温度条件下的深部冻融重塑黏土进行三轴剪切试验,探讨有载冻融作用下深土重塑土抗剪强度的变化规律。研究结果表明:冻融作用使深部重塑黏土的偏应力-应变关系由软化型转变成硬化型;同时,经冻融作用后其抗剪强度与割线模量都产生了一定的下降,在本试验条件下,抗剪强度最高下降了48.8%,割线模量E_()最大下降了72.0%。通过对各影响因素的显著性分析,发现初始干密度对抗剪强度和割线模量影响最为显著,围压对两者的影响最弱。     

不同应力路径下岩石三轴卸荷力学特性与强度准则研究EI北大核心CSCD

基于3种不同应力路径下花岗岩三轴卸荷试验,研究了岩石的应力-应变全过程曲线和变形特征及其强度准则。试验结果表明,卸围压过程中,侧向应变与围压先呈线性后呈非线性关系,且其增长速率约为轴向应变增长速率的3-5倍,表现出明显的侧向扩容,其扩容程度与卸载路径有关;从不同围压与体积应变曲线所围面积可以看出,卸荷前围压越大,卸荷释放的能量越大;变形模量随围压卸载而逐渐减小,且随初始围压增大,总体上呈负指数分布趋势,且同一种卸荷应力路径时,变形模量的减小量随初始围压增大有所增大,泊松比随围压降低而不断增大,两者之间呈现明显的非线性关系;岩石破坏特征以剪切破坏为主;采用幂函数型摩尔强度准则很好反应了岩石的强度特征。研究结果对地下金属矿深部开采具有一定的指导意义和参考价值。     

初始静剪应力对粗粒土与结构接触面循环力学特性的影响

运用80 t大型三维接触面试验机,对初始静剪应力存在时粗粒土与结构接触面循环力学特性及初始静剪应力大小的影响进行了研究。循环剪切时,接触面沿初始静剪应力方向产生了明显的切向位移,且该位移与正交切向的剪切路程基本呈直线关系,该直线与初始静剪应力的夹角和初始静剪应力水平关系可用二次多项式描述。初始静剪应力大小对接触面抗剪强度、正交切向应力-应变关系形式影响较小,主要影响正交切向应力峰值、接触面剪切体变数值及剪切体变与切向位移关系等。初始静剪应力越大,该方向产生的切向位移越大,其正交切向应力峰值越小,该应力峰值对应的切向位移亦越小,接触面剪切硬化程度越高;初始剪切时接触面剪胀量越大,而后期循环剪切时剪缩量和剪胀量则越小。     

延脆性变化对隧道掘进机刀具破岩过程及其破坏模式影响的颗粒元模拟分析EI北大核心CSCD

在全断面岩石掘进机(TBM)刀具破岩的颗粒元模拟中颗粒参数的选取至关重要,其中颗粒间平行黏结切向、法向强度是关键控制性参数之一,它们之间的比值关系直接决定所模拟试样的延脆性质,影响刀具破岩过程及其破岩效果。为探讨延脆性对刀具破岩模式的影响,(1)建立9种采用不同平行黏结强度比值的数值模型,分别进行单轴压缩及巴西劈裂模拟研究不同延脆性试样的力学行为及破坏模式的变化。(2)对9种模型进行双刀破岩,并监控其裂缝的发展情况及刀具的受力状况。(3)为减小随机性对模拟结果的影响,通过改变随机数,每种模型重复模拟5次,综合分析5次的计算结果。模拟分析发现,随着切向和法向黏结强度比值(τ_c/σ_c)的增大,试样的脆性增加,破坏模式逐渐从剪切破坏转变为脆性张拉破坏,刀具破岩压碎区范围减小,张拉裂缝更容易在刀具间贯通延伸从而切割出块体更大的岩渣;随着试样脆性的增加,归一化比能减小,刀具破岩的效率增加;平行黏结强度比值相同的条件下采用不同随机数种子生成的模型中,试样的具体破坏情况有一定的差别,但总体破坏模式相似。