地震作用下层状岩质边坡动力响应

层状岩质边坡是川藏铁路沿线区域常见的地质体,边坡的地震稳定性对工程建设具有重要的影响.采用有限差分法软件FLAC3D建立顺层边坡及反倾边坡的数值模型,通过对比分析两种典型层状边坡的动力加速度响应,研究地震作用下层状边坡的动力响应特征及变形机理.研究结果表明:软弱夹层对层状边坡的波传播特征具有影响,使地震波在坡内传播过程中出现局部的放大效应;高程及软弱夹层对层状边坡的动力响应具有放大效应,相同高程条件下坡表的放大效应大于坡内;与反倾边坡相比,顺层边坡的放大效应随高程增加表现出强烈的非线性增加趋势;层状边坡的动力放大效应随地震动幅值的增加而增加,水平地震力作用下层状边坡的动力放大效应大于垂直地震力作用下层状边坡的动力放大效应;软弱夹层对层状边坡的动力变形特征具有控制性作用,最上层软弱夹层为潜在滑移面.     

岩质边坡的自震频率对其加速度放大系数的影响

以不同坡高、坡角和岩性的岩质边坡作为研究对象,首先,采用ANSYS的模态分析功能研究了岩质边坡的自振频率随不同影响因素的变化规律;其次,将数值计算模型导入CDEM软件中计算岩质边坡在不同频率正弦波作用下的动力放大系数;最后,以此探讨了岩质边坡自振频率对其动力放大系数的影响.结果表明：1)硬岩和软岩边坡的自振频率均随着坡高的增加而减小,且坡角对于前3阶边坡自振频率影响较小.2)当边坡自振频率大于地震波频率时,加速度放大系数随着地震波频率的增加而增大;当边坡自振频率小于地震波频率时,加速度放大系数随着地震波频率的增加而减小.3)坡高和坡角相同时,加速度放大效应主要受岩性影响,且软岩边坡的加速度放大系数整体上大于硬岩边坡.     

不同地形地质下岩质边坡的场地效应与地表地震影响范围的初步确定

为有效减轻建在西部山区用地受限的地面建筑的震害,选定了具有代表性的4种岩质边坡作为本文的研究对象,开展了不同地形、地质的地震动传播特性研究,分别从边坡的场地效应、空间非一致性等方面初步确定了不同地形地质条件下边坡的地表地震影响范围,得到了以下结果：均质岩质边坡地表各监测点的放大系数基本呈现离边坡边缘的距离越大其值就越小的趋势,随着坡高的增长,这种趋势就越明显;对于非均质成层岩质边坡,岩性相差越大,空间非一致性表现得越明显;覆盖土层岩质边坡各个监测点放大系数的差距在低坡高时和高坡高时比较大,在坡高为80m时则最小;软弱夹层岩质边坡各个监测点放大系数大小与均质岩质边坡类似。非均质岩质边坡和覆盖土层岩质边坡下缘地表地震影响范围基本上都大于均质岩质边坡和软弱夹层岩质边坡,而均质岩质边坡和软弱夹层岩质边坡则基本相同,对于不同坡高,后两种边坡的地震影响范围基本变化不大,但是对于前两种边坡,坡高越大,影响范围就越大;4种岩质边坡上缘地表地震影响范围在中低坡高时相差不大,基本上都在300m范围内,但坡高为80m的覆盖土层岩质边坡影响范围明显大于其他类型边坡情况。     

基于Goodman单元的顺层边坡爆破动力响应数值模拟

为了研究爆炸荷载作用下顺层边坡岩体的动力响应,采用数值模拟的方法对边坡坡面及岩体内部质点振速、应力场的分布规律进行分析,采用Goodman单元模拟岩体内部软弱结构面.结果表明：边坡台阶处坡形的变化会导致质点振速和应力值波动明显,台阶突出部位"鞭梢效应"显著,但质点振速与应力并非在边坡坡面的同一位置达到峰值,因此将质点峰值振速或应力值作为评价边坡稳定性的单一指标并不合理;岩体内部质点的动力响应规律主要与介质阻尼、结构面以及边坡形状等因素有关,结构面的存在会造成爆炸应力波的反射叠加,质点振速和应力值在结构面之前也有一定程度的放大;边坡自由面对应力波的反射叠加效应不应忽视.     

软弱夹层参数对岩质边坡稳定性及锚固影响研究

运用FLAC~(3D)有限差分软件建立了含软弱夹层顺倾层状锚固岩体边坡计算模型,并利用改进的cable单元建模获取了锚固界面即砂浆-岩体界面和锚杆-砂浆界面上的剪应力,研究了地震作用下软弱夹层参数(数量、间距、厚度、倾角)对边坡锚固界面剪应力和边坡稳定性的影响.研究表明:随着软弱夹层参数的变化,边坡主破坏面位置不变,主要的破坏模式分为沿着主软弱夹层的整体性倾倒-滑移破坏和层间错动倾倒-滑移破坏.因两锚固界面的极限粘结强度不同,砂浆-岩体界面脱粘程度更大,这与工程实际相符合.锚固界面剪应力峰值和坡面永久位移随软弱夹层数量、厚度的增大而增大,随软弱夹层间距、倾角的增大而减小.该研究对相关工程有重要参考意义.     

软夹层参数对边坡动力特性的影响分析

采用动力有限元分析了软夹层厚度、倾角、埋深等参数对边坡的位移、加速度等动力反应的影响.研究表明:软夹层对边坡动力特性影响显著,在边坡设计和边坡稳定性分析中不能忽视;软夹层越厚滤波和放大效应越明显;软夹层埋深越大,滤波效应越明显;软夹层倾角对滤波效应影响不显著,但对峰值有影响,而逆边坡角的软夹层可以减小边坡表面位移和加速度峰值.研究结论可应用于边坡设计中.     

高边坡岩体结构面各向异性检测与稳定性分析

针对风化边坡岩体内存在对岩体强度有重要影响的定向排列裂隙结构软弱面及剪切带，从而导致边坡岩体的剪切波速度各向异性，分析了各向异性介质中弹性波的传播特征，论证了应用弹性波技术探测岩体结构面及其各向异性的可行性，提出了基于纵波震源、地震转换波技术的岩体结构面检测技术及动力学特性各向异性的测试方法，以西南某高速公路岩体边坡工程为例进行检测研究。研究结果表明：边坡结构面的反射波场具有各向异性特征，转换横波分量能量、频谱特征、测线交点处的闲合差是反映地层各向异性的重要指标参数；采用瞬态面波法可以反映岩体动力特性的各向异性特征。采用所提出的方法可以有效地反映边坡结构面度其各向异性，以确保边坡岩体的动力稳定。     

某含软弱夹层顺层岸坡应力位移特征数值模拟

以三峡库区某含软弱夹层顺层岸坡为例,通过三维有限元数值模拟,研究未蓄水和蓄水至175 m高程时,软弱夹层对岸坡岩体应力、位移的影响以及软弱夹层的位移特征.数值模拟结果表明:1)库区蓄水至175m时,该岸坡岩体水平方向位移增大0.097～0.005 m,竖向位移增大0.055～0.025 m;2)由外向里,岸坡4层软弱夹层的水平方向最大位移分别增大0.099 m、0.097 m、0.092 m和0.075 m,竖向最大位移分别增大0.080 m、0.079 m、0.071 m和0.057 m;3)第四层软弱夹层以外的岸坡岩体变形较协调,这一软弱夹层是岸坡潜在的最危险的破坏面;4)岸坡沿不同软弱夹层破坏时的最危险剪出高程分别在145.0 m、125.0 m、101.5 m和101.5 m附近.     

某水库溢洪道边坡变形破坏特征及治理对策研究

通过对边坡变形特征的分析,研究了由粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、炭质页岩互层组成的斜向坡高边坡的变形破坏模式,基于模式分析提出了有针对性的治理措施.在工程地质条件分析的基础上,通过不同部位裂缝、岩体松弛及层间错动现象的分析,认为边坡的变形受层间错动带及陡倾坡外卸荷裂隙控制作用明显,边坡中上部沿层间错动带产生拉应力及剪应力集中,边坡下部软岩产生压缩变形,引起块体向坡外及岩层倾向方向的变形,并通过层面和卸荷裂隙向上传递变形,其变形破坏模式表现为阶梯状蠕滑-拉裂变形.由于边坡下游侧为强风化强卸荷带碎裂结构岩体,存在多条软弱夹层,可产生多处潜在剪出口,因此边坡的治理以削方减载为主,并通过预应力锚索框架控制层间软弱夹层的变形.     

基于软件phase2的软硬互层反倾岩质边坡稳定性与破坏模式研究

反倾岩质边坡的岩性特征、坡角、岩层倾角等自身特性主导了边坡的变形破坏的模式和稳定性.针对这一问题,国内外学者在均质反倾岩质边坡方面已经取得了丰富的研究成果并达成共识,然而,对于软硬互层的反倾岩质边坡其研究工作开展较少.鉴于此,本文以phase2为工具,采用数值模拟手段对软硬互层的反倾岩质边坡的稳定性和破坏模式进行研究.计算结果表明:软硬互层反倾岩质边坡的安全系数随着坡角β的增加逐渐降低.当坡角小于60°时,岩层倾角和软岩/硬岩层厚比的增加均会导致稳定性变差.当坡角大于60°时,岩层倾角和软岩/硬岩层厚比对稳定性影响很小;当坡角或岩层倾角小于45°时,软硬互层反倾岩质边坡破坏的倾倒特征并不明显,当坡角或岩层倾角大于45°时,随着坡角或岩层倾角的增加,边坡破坏的起始区域由边坡坡脚前缘向边坡坡面上部转移,随着软岩/硬岩层厚比的增加边坡的破坏面逐渐由直线型向圆弧形发展.     

水布垭马崖高陡边坡三维数值模拟研究

应用ＦＩＮＡＬ程序对水布垭马崖高边坡进行了数值模拟研究,分别研究了清江水布垭马崖高陡边坡整体三维应力场、位移场特征,考虑了岩体结构总体上硬下软、断层分布等重要特征,研究了边坡岩体内进行地下洞室开挖后边坡力学状态的改变．基于削坡是水布垭马崖高陡边坡的重要整治措施之一,研究中进行了各种分步开挖工况下的削坡有效性定量研究,对重要工况还同时进行了ＶＩ度地震作用下的动力作用分析．     

堆积型滑坡地震响应的离心模型试验

基于离心振动台模型试验,采用Taft波激励,不断增大其幅值,研究不同强度地震波作用下堆积型滑坡地震响应特征,对比分析了汶川地震清溪台站基岩波结果的异同.结果表明:坡面水平向和竖直向峰值加速度放大系数均随坡高增加而增大,呈现高程放大效应;坡体内水平向峰值加速度放大系数分布与坡面不同;坡面对输入地震波有反射作用并呈现坡面浅表放大效应;基岩水平向加速度随高程增加存在增大现象,与地震动输入相比,均有缩小现象.同一高程处,坡面水平向与竖直向、坡体内及基岩水平向峰值加速度放大系数随地震波幅值的增大其变化规律不同.     

红层软岩破碎软弱夹层边坡稳定性影响因素探讨

土质为红层软岩破碎软弱夹层的临空边坡往往是不稳定的,其主要影响因素为边坡的坡度、降水及上覆荷载等.本文对此进行了室内模型试验,给出了降水量与坡角的关系曲线、渗透深度与坡角的关系曲线,以及定性描述上覆一定厚度黄土层时的破坏特征,分析了破坏产生的原因,同时给出了坡率及降水引起边坡滑塌的最大坡角的定量界限.     

样本单元法及层状含裂隙岩体力学参数的确定

基于大量野外调查和室内研究,对层状岩体的岩性组合特征,软弱夹层、裂隙的分布规律以及岩体结构特征进行分析、研究、分区分类并建立相应的样本单元。提出了用数值分析方法模拟现场大型试验的“样本单元法”,根据岩块力学参数来获得含裂隙岩体的力学参数。     

露天矿背波台阶边坡受爆破振动的影响

针对露天矿背波台阶边坡的爆破振动高程放大效应,基于FLAC~(3D)研究了爆源与台阶边坡在不同水平距离、不同高程差的情况下,背波台阶坡面的高程放大效应.结合哈尔乌素露天煤矿北端帮工程实际,对该露天矿北端帮工程进行现场监测,并将监测结果与数值模拟结果进行对比分析,进一步验证了背波台阶坡面的高程放大效应.该结论对后续工程和类似工程具有一定指导和参考价值.     

岩质高陡边坡动力响应及失稳机制大型振动台模型试验研究

针对岩质高陡边坡动力响应和失稳机制问题,设计并完成了含不连续节理的岩质高陡边坡大型振动台模型试验.对主要岩性特征,采用水泥、沙、铁粉、黏土与混合剂配制岩体材料.对岩质边坡的不连续节理,在边坡内部按照一定的规律设置表面摩擦系数极低的特氟龙布.试验表明,含顺向不连续面的高陡岩质边坡地震作用下的破坏形态主要有三个阶段:裂缝开展,坡面剥落,崩塌滑动;主要滑动面沿特氟龙开展,发生在2/3坡高的位置;加速度响应沿坡面向上有明显放大,水平向加速度占主导;当地震烈度加大时,离坡尖越近,加速度放大效应越强.     

泥层厚度与倾角对互层状岩体力学特性影响

互层状岩体在工程中广泛分布,为了研究句容抽水蓄能电站工程区内软弱泥化夹层对工程稳定的影响,利用已有的岩体力学参数标定微观参数,在PFC2D中建立含多层泥化夹层的岩体模型对其破坏规律分析.对不同倾角、不同厚度比例的9组模型进行双轴数值试验.结果表明,互层状岩体强度随软弱泥化夹层厚度比值增加先增大后减小;互层状岩体在轴压增大过程中,软弱夹层多次被破坏,且破坏从软硬交界面处开始;在一定厚度比值下,倾角的增加直接影响了互层岩体的强度,同时也使得轴压较低时软弱泥化夹层破坏次数降低,倾角越大对岩体破坏形式的控制作用越明显.     

三峡库区缓倾角软弱基座型斜坡破坏过程及防治措施研究

以三峡库区某崩塌危岩体为例,通过工程地质分析方法对红层区近水平厚层~巨厚层状的软弱基座型斜坡崩塌破坏演化过程进行了研究.研究认为:受长江河谷侵蚀下切作用,斜坡原始地应力环境发生改变,发生垂直于河谷方向的卸荷回弹变形,逐步发展演化形成卸荷裂隙;受特殊的"上硬下软"岩性控制,下伏相对软弱岩层受上覆硬岩重力压致作用,产生不均匀压缩蠕变,向临空方向塑流挤出,致使上部硬岩产生倾倒变形,直至加剧卸荷裂隙扩展,甚至形成新的拉张裂隙,加剧了崩塌危岩体的发展演化,导致了崩塌的产生.结合灾害特征提出了以"固硬束软"、"上下兼顾"为原则的防治工程措施.     

应力波在层状矿岩结构中传播的新算法

为考察不同形式的应力波通过夹层等岩体结构时的传输效应和能量传递效果,本文给出了一种求解应力波在层状矿岩结构中传播效应的新算法——等效波阻法。使用这种方法即可很容易地求算不同加载波形和不同矿岩结构条件下的透射效应和能量传递效果。     

含软弱夹层锚框支护边坡地震动态响应的数值模拟研究

在已完成的振动台模型试验基础上,进一步采用数值模拟方法定量研究含软弱夹层锚框支护边坡的地震动态响应规律.坡面与坡内各测点处的水平加速度峰值(PHA)放大系数均随高程增加而非线性增大,表现出明显的鞭梢效应;但软弱夹层的存在改变了其附近测点高程效应表现形式,并在大振幅工况下表现出明显的隔震效应.小振幅工况下,各测点处的正负向水平土压力峰值(PEP)震荡系数都大致相等;随着地震动幅值增大,最小动土压力逐渐趋于为零(几乎脱空);而最大动土压力可高达静止土压力的4～7倍.高频成分丰富的WC波,其卓越频率与边坡自振频率较接近,故其引起加速度与土压力动态响应,均明显大于其他类型地震波.以上数值模拟所反映的含软弱夹层锚框支护边坡地震动态响应规律,与振动台模型试验结果大致吻合.但从量值上看,数值模拟中PHA放大系数(坡顶部位)和PEP震荡系数(正向)均明显大于模型试验结果,认为模型试验中相似材料超强设计、测点布设过少等缺点,应在进一步研究中予以克服.