基于PhotoInfor的边坡开挖效应模型试验

为了研究开挖效应对残积土坡坡体内部变形特征及边坡失稳机理的影响,以福宁(福鼎—宁德)高速公路某高路堑边坡为原型,依据相似理论设计地质力学模型所需相似材料及其合理配比,结合自制监测系统和数字照相量测技术,开展基于PhotoInfor的多级边坡开挖效应模型试验研究,分析多级开挖过程中模型边坡坡体位移及应力的变化规律。研究结果表明:开挖过程中边坡坡体变形是由缓慢至加速滑动的渐进过程,坡体中部和坡脚开挖时,坡体内部位移增长速率最快;坡体上部位移大于下部土体位移,且从坡体内部向临空面方向位移逐渐增大;边坡在开挖过程中坡体内部土体应力分布不均,坡脚处应力集中度高,边坡前端推力随着开挖过程逐渐增大;开挖卸载效应打破了边坡原有应力平衡,坡体后缘出现张拉裂隙,裂隙在整个开挖过程中不断发育、扩展和连通,形成贯通裂缝及滑动带,滑动带的形成过程与应力集中→释放→转移→重新调整造成的局部应变集中现象一致;开挖效应具有一定时效性,应力与位移变化并不同步,应变集中具有一定的滞后性,对此类边坡的早期监测,应以水平位移增长速率为控制指标,后期监测应兼顾水平位移和应力水平增长速率,两者缺一不可。该研究成果可为中国东南沿海地区多级边坡开挖的预警监测和支护加固提供重要依据。     

GPS在山区高速公路边坡监测中应用

安川公路沿线部分路段沿着水库修建,使得该路段岩石岩质总体上较弱,并且风化裂隙发育,当路堑边坡开挖或遇水浸润弱化时,可能产生边坡局部或大面积失稳现象,若开挖后坡体发生破坏,造成的损失不可估量。为研究危险路段的施工要求和施工效果,指导危险路段的施工工艺,提高工程质量,必须对危险地段的变形实施监控测量。相对于传统的测量方式,GPS测量具有测点无需通讯、定位精度高、观测时间短以及提供三维坐标等特点。文中针对安川公路中部分路段面临的特殊地质水文特点,采用GPS技术对安川公路某路段边坡的变形进行监测测量。结果表明:边坡坡体与坡表的位移方向基本一致,但坡表位移量要大于坡体深部位移量。其原因是边坡应用锚索框架梁和抗滑桩进行加固后,滑动面下部的边坡体是稳定的,而滑动面上部边坡体处于滑动状态,且从滑动面到坡表之间滑动量呈线性变化,越靠近坡表位移变化量越大。     

凹陷露天矿内排土护坡体破坏模式及关键参数

根据瑞典圆弧法积分求解原理,结合护坡体结构特征,判断护坡体破坏模式并推导其安全系数表达式,分析台阶高度h、平台宽度d以及台阶坡面角β等对护坡体安全系数F_s的影响规律及影响程度.通过护坡体数值模拟结果,分析护坡体的位移变化规律以及潜在滑移面特征,并判断其破坏特征.研究结果表明：护坡体的破坏模式是以土体-块石交界面为底界面,以土体圆弧为侧界面的顺层圆弧滑动.随着护坡体台阶高度与台阶坡面角增大,其安全系数减小,最大位移量与应变量增大;随着护坡体平台宽度增大,其安全系数增大,最大位移量与应变量减小.台阶坡面角是影响护坡体安全系数与最大位移量的关键结构参数.     

降雨条件下花岗岩残积土边坡失稳模式及预警阈值现场试验

降雨是诱发边坡失稳的主要因素,为探明不同降雨强度条件下花岗岩残积土边坡的失稳模式,通过75mm/h、125mm/h、150mm/h、175mm/h等4组不同降雨强度下边坡失稳现场试验,基于工程边坡原位监测试验采集的含水率-时间与位移-时间曲线研究了花岗岩残积土边坡渐进失稳破坏特征,并提出了降雨条件边坡失稳的持续时间与降雨量阈值。研究表明:降雨条件下花岗岩残积土边坡为渐进失效破坏,根据降雨强度斜坡失稳破坏可分为“浅层局部滑动”、“浅层整体滑动与崩塌”、“深层局部滑动”、“深层整体滑动”等四种模式,斜坡发生变形失稳的区域主要位于坡脚位置,坡中次之,坡顶最小。边坡深层滑动从显著变形到失稳破坏历时18~20min,而浅层滑动持续时间为25min~135min。土壤界限含水率可特征边坡失稳破坏过程,当斜坡土壤含水率上为42～45%时,斜坡开始出现开裂、蠕动变形等失稳征兆;当土壤含水率上升到47～50%时,坡面土体开始崩解并迅速发生滑坡、崩塌。     

某水电站泄水边坡形成机制分析

以黄河上游拟建的茨哈峡水电站坝后泄水边坡为研究对象,通过野外地质调查、室内试验及数值模拟对其变形破坏特征及机制进行探究。研究结果表明:泄水边坡中上部发生卸荷拉裂破坏;坡体中部发生蠕动变形,表现为平硐内岩体的弯曲倾倒;坡体下部为弱风化岩体,有缓倾节理面发育。该边坡变形破坏机制为顺向层状边坡在自身重力作用、河流的下切作用、上覆岩体的崩塌、坡积物沿坡面的下滑力以及降雨作用下,产生向外的弯曲变形,随着外力作用的继续,岩体弯曲变形向深部和下部发展,坡体表层岩体发生倾倒变形破坏。     

库水位循环下岸坡-桥梁桩基相互作用致损机理

库水位循环作用下,库岸边坡岩土体物理力学性质劣化,引起岸坡变形、滑移,将对桥梁基础、桥墩及上部结构产生不同程度损伤,甚至会导致桥梁上部结构落梁、垮塌。针对重庆万州长江二桥库岸边坡失稳致灾问题,采用FEM-SPH(finite element method-smoothed particle hydrodynamics)转换耦合算法建立了岸坡-桥梁三维有限元模型,结合桥位处地质勘测数据模拟了变动水位条件下岸坡变形、滑移、失稳全过程,揭示了岸坡滑移与桥梁桩基相互作用机理,研究了桥墩偏位规律及下部结构失效模式。结果表明：以滑动带有限元网格悉数转换为SPH(smoothed particle hydrodynamics)粒子作为岸坡失稳判据,FEM-SPH转换耦合算法能够更直观、准确地模拟库岸边坡从变形、滑移至失稳全过程;桥位处岸坡将在第16、20次水位升降循环过程中发生失稳破坏;随着岸坡变形、滑移、失稳演化,桥墩偏位呈“缓增-激增”的变化趋势;岸坡发生第2次失稳时,桩基础在土-岩交界面上部发生剪切破坏,破坏面与水平面夹角约为60°。     

FLAC~(3D)的露天矿边坡变形破坏数值模拟分析

针对露天矿边坡变形破坏严重影响露天矿安全生产的问题,采用数值模拟的方法,应用FLAC3D软件对宝日希勒露天矿南帮52剖面边坡的应力应变和位移变化进行了数值模拟分析,结果表明:南帮边坡失稳时,边坡变形失稳虽以剪切作用为主,拉伸破坏也相伴发生,坡顶起主要作用.坡体在自身重力与地应力影响下,内部发生以剪切为主的破坏,边坡整体的潜在破坏面形成,边坡坡脚处发生剪切破坏,最终形成"切层—顺层"式滑动.     

降雨作用下的土质边坡变形破坏颗粒流仿真模拟

为研究持续降雨作用下土质边坡的变形破坏模式及机理,以四川省古蔺县竹林沟滑坡为例,结合离散元PFC~(2D)虚拟双轴压缩试验对坡体微观力学参数进行标定,随后建立1∶1数值计算模型进行稳定性计算,并记录坡体运动过程中应力及位移变化的情况。研究结果表明:该滑坡在持续降雨作用下至坡内土体饱和的过程中,坡脚应力不断积累,导致坡脚发生破坏,之后向上逐级牵引,致使坡前基岩较陡区域土体优先发生滑动。中-后缘土体因前部失稳产生临空条件,随即出现二级滑动,整体表现为典型的蠕滑-拉裂破坏模式。坡体前缘破坏后应力得到部分释放,但位移不断增长;坡内应力和位移整体上从前缘到后缘均呈递减趋势。应用颗粒流PFC~(2D)以竹林沟滑坡为例对土质滑坡在持续降雨作用下的变形发展过程进行模拟研究,揭示了滑坡的发展及破坏模式,为该类滑坡的防治提供参考。     

降雨和地震作用下碎石土边坡稳定性及支护方式研究

 依托四川省汶川至九寨沟段高速公路第06标段（川主寺至九寨沟段）边坡工程,采用FLAC软件模拟,考虑降雨与地震作用,以水平位移、塑性区和滑移面为边坡失稳评价指标,研究了高海拔、高烈度地区碎石土边坡在降雨及降雨-地震共同作用这两种工况下支护前后的稳定性,提出了合理的支护方案。结果表明：强降雨导致的边坡浅层面溜滑主要发生在黏土与碎石土交界面处,滑动面为平面型,采用锚杆框架梁支护可保证边坡稳定;降雨-地震共同作用下边坡的破坏范围扩大,碎石土边坡沿土体内部约12 m深处出现圆弧型滑动面,主要发生在黏土与碎石土交界面处,采用复合抗滑桩和锚杆框架梁组合支护方式可以保证边坡稳定。     

关中某水库右坝肩变形体成因机制的有限元数值模拟

通过对关中某水库右坝肩边坡现场调查,综合分析边坡的基本特征、岩体结构特征、变形破坏特征.根据勘察资料分析认为,在自重的作用下坡体发生缓慢的变形,降雨作用及地表水入渗加速了坡体的变形,进而形成了目前的变形体,坡体内部未形成贯通的滑动面,未发生整体的失稳.由于边坡变形体的岩性单一,故采用有限元数值模拟对其成因机制进行研究.研究结果表明:自重作用下坡体有向临空面缓缓滑移变形的趋势,在降雨和地表水入渗作用下最后诱发边坡发生较大的变形.坡体在变形过程中经历了应力重分布、蠕变变形和新平衡3个阶段,在蠕变阶段边坡后缘首先出现拉张裂缝及错落带,随后坡体中部出现挤压变形,最后在前缘坡脚出有挤压变形和向临空面剪出的趋势.     

开挖对露天矿山软弱夹层边坡稳定性的影响分析-以南芬铁矿为例

以露天矿高边坡为背景,对分步开挖条件下含有软弱夹层边坡的稳定性问题进行了研究,采用三维有限差分程序,对比分析了不含软弱夹层和含有软弱夹层两种不同边坡计算模型受开挖效应的影响情况。水平位移云图和位移矢量图表明,开挖条件下,不含软弱夹层边坡水平方向位移变化不大;含有软弱夹层边坡水平方向位移增大明显,位移变化区域受夹层控制显著。对比剪应变增量云图表明,剪应变较大值最先出现在滑体下部弱层区,随着分步开挖进行,剪应变增量较大区域逐渐向上部弱层扩展,呈现出逐渐贯通趋势,说明含有软弱岩层边坡对工程开挖十分敏感。     

堤(坝)基层状粗粒土发生渗透变形的颗粒运移规律

堤(坝)基常出现强弱互层的土层结构,具有代表性的主要由强透水砂砾石层、弱透水细砂层和强透水砂砾石层组成,渗透时各土层微观的颗粒运移规律对于揭示堤(坝)基渗透变形和破坏机理至关重要。采用三维颗粒流程序并结合"反演模拟法",准确对颗粒细观参数进行了标定,有效的模拟了该多层堤(坝)基渗透变形的发展过程,获得了堤(坝)基渗透变形过程中的颗粒运移特点及颗粒流失情况。结果表明:渗透破坏主要发生在上部砂砾石层中,随着渗透破坏的持续发生,逐渐影响下部土层,该层中细颗粒在粗颗粒孔隙间移动而后逐渐流失,属于典型的管涌破坏。中间细砂层在上部砂砾石层管涌破坏后,其颗粒最先在管涌口正下方Z4区发生流失,其余区域颗粒流失相对较晚,且颗粒流失量均随着计算时间步的增加而增加,导致细砂层出现小范围的变形。随着计算时间的增加,上部砂砾石层的下沉量是逐渐增加的,当上部砂砾石层细颗粒流失达到一定程度,堤(坝)基发生破坏,将对上部建筑物产生重大危害。为从微观角度认识多层堤(坝)基流渗透破坏提供了一定参考。     

强降雨条件下电石渣堆场失稳特性研究

电石渣具有粒度细,碱性强,堆积时,表面易脱水松散,下部易固结。为分析电石渣堆场入渗及失稳破坏规律,基于相似理论与量纲分析法,建立弱透水基岩堆积体试验模型,研究了不同降雨强度下孔隙水压力、土压力及位移响应规律,得到了电石渣堆场破坏机理,并与Geo-studio有限元模拟相互验证。结果表明：孔隙水压力与土压力随着降雨强度增强而增加,且土压力响应最为迅速,堆积体不同位置入渗速率不同,坡脚>坡顶>坡中。不同雨强条件下,位移变化情况相反。随着降雨持续,堆场表面浆体溢流,在弱透水界面形成滞水层,发生浅层失稳破坏。大暴雨条件下,坡脚牵引失效与滞水层作用相结合导致失稳,暴雨条件下主要为滞水层作用导致堆场沿弱透水层发生浆体溢流直至滑动破坏。研究结果可为堆场稳定性分析评价提供参考。     

皖南某高速公路四号边坡变形机理及稳定性分析

皖南某高速路高边坡地质条件复杂,从坡中部至坡顶处均出现明显的倾倒变形迹象,并在边坡左侧发生过垮塌.通过对该边坡的地层岩性、岩体结构和边坡开挖等因素的分析研究,阐述了其变形机理,揭示了其弯曲-倾倒和滑移复合的变形破坏模式.这一变形机理的产生是由于原始地形较陡和坡体强烈卸荷,在开挖的触发下引起上部陡倾岩体向坡外弯曲变形,沿顺坡向结构面滑移拉裂.采用二维有限元数值模拟,分析了这类边坡在开挖过程中的应力和变形的特征及其变化规律,以验证上述的破坏机理模型.     

围岩性质对采空区地基稳定性的影响

为了研究围岩性质对采空区建筑物地基稳定性的影响,通过数值模拟的方法分析单一岩层和复合岩层这两种模型.结果表明:在单一岩层中,随着上覆岩层硬度的增加,地表下沉及水平移动值会减小,大变形区(集中变形)范围都变小,破坏程度相应减小,但当上覆岩层为坚硬岩层时、其它条件相同时,上覆岩层硬度的增加,对采空区地基的稳定不利;在复合岩层中,上硬下软型的各地表移动和变形值都要比上软下硬型的小;但从塑性区状态图上看,在岩层内部上硬下软型的破坏程度更大,在软硬岩层界面更易产生顺层面离开的离层裂隙,因此上硬下软型的岩层组合对采空区地基的长期稳定不利.     

降雨条件下四川绵遂高速石麻湾变形体位移响应特征

降雨是诱发斜坡变形的重要因素,斜坡对降雨的响应特征与坡体结构、物质组成、降雨强度密切相关。结合四川绵遂高速公路石麻湾变形体实时监测资料,分析了2012年8月20日雨季至10月10日旱季期间变形体坡表、沉降、地表水平位移及滑面位移对降雨的响应特征。结果表明:在平面空间上,填筑路基区和桥头位置对降雨的响应较强烈,填筑路基区表现为持续累进沉降,桥头位置表现为持续累进水平变形。在竖向上,滑面产生持续累进变形,对降雨的响应十分明显。石麻湾变形体对47.9mm的日降雨响应特征更敏感,且对日降雨量在47.9~50.2mm的响应表现为突发、部分可逆的过程。     

洞桩法导洞开挖方案分析与优化

为了研究开挖方案对地表变形的影响,以北京17号线东大桥地铁车站为例,根据Peck公式采用地表沉降量和沉降槽宽度表征地表变形,采用Midas结合正交设计和回归分析研究采用对称开挖施工时,开挖顺序和开挖错距与地表变形的函数关系,最终得到最优开挖方案。结果表明：先开挖上层后开挖下层,先开挖边导洞后开挖中导洞时,沉降槽宽度最小;先开挖上层后开挖下层,上层采用先中后边,下层采用先边后中的开挖顺序时,地表最大沉降量最小。层间开挖顺序对地表最大沉降量的影响较为显著,上层开挖顺序是沉降槽宽度的主要影响因素。采用沉降槽宽度最小的开挖顺序,综合得出开挖错距与地表变形的函数关系;同时对沉降槽宽度进行优化,得到层间、上层、下层开挖错距依次为4、20、20 m。     

持续暴雨作用下排土场层状碎石土边坡稳定性

为了研究排土场层状碎石土边坡在持续暴雨条件下的入渗过程及稳定性,推导了土体天然含水率、天然重度与天然体积含水量的换算公式,作为快速确定边坡土体初始基质吸力分布的依据。建立算例排土场有限元分析模型,进行降雨条件下饱和-非饱和渗流、孔压-应力耦合以及边坡稳定分析。结果表明：持续暴雨作用下排土场会在透水性最强的边坡浅层形成集中渗流通道,当坡底存在弱透水性土层时会切断渗流通道,导致雨水从坡脚涌出;排土场边坡位移在降雨期间不断增长,但增长速度越来越慢,雨后边坡位移立即开始减小;降雨初期边坡稳定性系数下降较快,边坡浅层渗流稳定后基本保持不变,雨后缓慢增大。排土场层状碎石土边坡在持续暴雨作用下容易在降雨中后期失稳。     

吕梁地区不同地层结构黄土边坡坡脚开挖效应

黄土高原地区崩滑流地质灾害较为严重,与人类工程活动如灌溉和开挖等相关,尤其是坡脚开挖最容易导致坡体失稳形成滑坡崩塌地质灾害。在吕梁地区崩滑灾害野外调查的基础上,将该地区黄土边坡按地层结构概化为四种类型即单一黄土型(Q_3)、黄土-古土壤型(Q_2-S)、黄土-古土壤互层型(Q_3-S-Q_2)和黄土-古土壤-红黏土型(Q_3-S-Q_2-N_2),基于FLAC~(3D)有限差分软件,模拟分析了不同地层结构类型黄土边坡坡脚开挖效应。分析结果表明:四种不同地层结构类型黄土边坡在开挖进尺L≤20 m时,开挖角度对边坡稳定系数的影响不大;开挖进尺L≥30 m时,边坡稳定系数随开挖角度的增大显著降低,且在开挖进尺大、开挖角度较陡时边坡浅层产生贯通的最大剪应变增量带形成浅层滑坡,其中具有多层古土壤结构(Ⅲ型)的黄土边坡稳定性最好;开挖角度较缓时边坡位移以竖向回弹为主,开挖角度较陡时边坡水平与竖向位移均较大;坡型坡高相同的条件下,坡脚开挖导致不同地层结构类型的边坡变形破坏的破坏面形态基本一致,滑体厚度存在一定差异但区别不大。研究结果对黄土地区边坡科学合理开挖和灾害防治具有一定的指导意义。     

白龙江干流典型滑移-倾倒型滑坡的特征及形成机制

探讨中陡倾角顺层岩质斜坡发生倾倒变形的特征、发育条件及形成机制。白龙江干流受区域构造环境条件的影响,纵向河谷发育,河谷两岸志留系白龙江群的砂质板岩、千枚岩等较发育,尤其在甘肃的舟曲、武都一带以软质、薄层状的绢英、碳质千枚岩为主。这些干流段岸坡稳定性较差,尤其是顺层岸坡段滑坡较发育,且多以滑移-弯曲(溃曲)、滑移-拉裂模式为特征。通过对白龙江干流水泊峡水电站的Ⅶ#滑坡、碧口水电站库区的青崖岭滑坡与孟家干沟滑坡的现场调查、分析,揭示了在陡顺倾层状岩质斜坡中还发育一种特殊的倾倒变形破坏模式,即滑移-倾倒模式。该类变形多发育在临空条件好、坡度40°以上由软硬相间或软硬互层状、岩层倾角一般在65°以上的高陡层状岩质斜坡中,是在斜坡应力场或遭受水、地震等作用下,坡脚首先发生初始倾倒变形,同时上部岩体发生滑移-倾倒,最终岩层发生连续弯曲变形、根部折断,折断面贯通而形成滑坡。