顺层岩质边坡锚杆加固机理离散元分析

顺层岩质边坡广泛存在于水利枢纽工程建设活动中,节理等软弱面影响边坡的稳定性,通常需进行锚固,研究锚固机理对边坡锚固方案设计及施工意义重大.首先,将考虑胶结尺寸的微观接触模型植入离散元软件PFC2D,建立顺层岩质边坡模型,在此基础上引入三组不同长度的锚杆形成锚固边坡模型;其次,通过重力增加法模拟顺层岩质边坡锚固前后的破坏过程;最后,对比边坡锚固前后的安全系数、破坏过程中破坏形态和力链分布等,分析顺层岩质边坡的锚固效果和机理.结果表明,锚固后边坡的安全系数明显变大,边坡稳定性提高,锚固效果显著.锚固后边坡破坏形式基本不变,较未锚固边坡破坏所需时间长、滑裂面浅、滑坡量小.锚杆改善了边坡受力状态:锚固前,边坡内的拉力和压力都集中在岩桥;锚固后,锚杆承担了边坡内的大部分拉力,岩桥基本只承受压力.     

雨水渗透下节理岩质边坡失稳离散元模拟

采用一种新的能够考虑水软化与化学风化作用的复合微观接触模型,将其植入离散元软件PFC2D中,进行节理岩质边坡失稳过程的模拟.建立一个85°倾角并含有3组倾角为45°节理的岩质边坡,采用重度增加法研究岩质边坡在水软化及化学风化影响下的破坏过程.结果表明:边坡滑动过程中,应力应变波动较大,不同位置处的应力应变的波动具有相似的规律;滑动体的速度达到一定值时,才开始产生比较明显的位移;速度及位移快速增加的时刻晚于应力应变开始波动的时刻;岩质边坡的破坏主要为岩桥贯通,破坏面为节理滑动面,颗粒间主要为拉剪破坏与压剪破坏,破坏阶段拉剪破坏速率大于压剪破坏.     

顺层高边坡双平面破坏分析方法研究

为了准确便捷地开展边坡破坏的评价分析,首先基于顺层高边坡双平面滑动机理建立了双平面滑体模型,然后根据极限平衡原理提出了边坡稳定性分析方法,最后采用离散元数值模拟和所提理论方法开展了典型顺层高边坡双平面破坏的对比分析。结果表明:理论方法与数值模拟计算所得边坡安全系数和滑体厚度近似一致;顺层高边坡双平面滑体可分为上部主动块和坡脚被动块,在主动块对被动块的挤压推力作用下,层理和缓倾节理相互贯通,形成双平面滑动面,发生双平面滑动破坏;边坡安全系数随滑体厚度增加而先减小后增加,存在一个最小安全系数对应的最危险滑体厚度。     

节理岩质边坡变形破坏的RFPA模拟分析

利用基于强度折减法的RFPA-Slope,对节理岩质边坡的稳定性进行了模拟分析,直观地得到了坡体的滑移破坏面,同时求得安全系数·研究了岩体中节理贯通率、几何位置、倾角以及节理间岩桥长度等因素对边坡变形破坏模式、安全系数大小的影响,证明了节理是控制岩质边坡破坏的主要因素·RFPA-Slope对节理岩质边坡破裂过程的模拟对于理解边坡的破坏形成机理具有重要意义,算例的模拟分析说明RFPA-Slope能够较为准确地预测节理边坡潜在破坏面的形状与位置及相应的稳定安全系数,对于复杂的边坡稳定性分析是实用的·     

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.     

反倾软硬互层边坡倾倒变形影响因素及破坏机制研究

由于反倾软硬互层边坡集合了软岩和硬岩两种岩性特征,对其变形破坏过程和成因机制研究尚未十分明确.采用不连续体理论,利用离散元软件UDEC,通过室内外试验得到模拟所需参数,建立数值分析模型,研究影响软硬互层边坡倾倒变形的因素和成因机制.分析结果表明,边坡坡脚和岩层倾角在60°~70°范围内发生倾倒变形的可能性大,且边坡坡脚和岩层倾角之和大于120°为发生倾倒变形的一个重要条件;互层岩体层厚和岩体性质决定了倾倒变形的类型;软硬互层边坡的形成过程分为四个阶段:初始变形阶段;软岩弯曲、硬岩折断变形阶段;拉张剪切面贯通阶段;破坏阶段.     

五盂高速公路顺层岩质边坡变形破坏模型试验

为揭示开挖和降雨对顺层岩质边坡稳定性的影响,以山西五盂高速公路顺层岩质边坡为对象,通过大型物理模型试验研究了含软弱结构面顺层岩质边坡在开挖及降雨条件下的变形机理.研究结果表明:降雨条件下,含单层软弱结构面边坡主要表现为沿软弱结构面的多级牵引式滑动破坏;含双层软弱结构面顺层岩质边坡滑动破坏受降雨的诱发作用更为明显,其中软弱结构面作用主要表现为两方面,一方面为雨水对结构面本身的软化使其强度降低从而形成滑带,另一方面为软弱结构面的存在减弱了雨水向下层岩体的入渗,导致其上覆岩体迅速饱和,强度急剧降低,上覆破碎岩体沿滑动面发生大规模的整体破坏.可见强降雨是此类边坡破坏的主要诱发因素也是重要的致灾因素.     

顺层岩质边坡变形机制分析与治理效果模拟

以北京双大路顺层边坡为例,通过对现场工程地质条件的系统调查和变形监测,在对边坡的变形特征进行研究的基础上通过离散元(UDEC)数值模拟,结合工程地质条件分析,探讨了边坡变形破坏机制.监测结果表明,边坡处于顺层滑移弯曲的最后阶段,边坡表层岩体沿层面发生滑移弯曲变形,在层状岩体弯曲产生的推力作用下产生变形破坏,并形成贯通的...     

基于UDEC的边坡稳定性分析

为了露天矿边坡有更好的治理,为其加固和生产提供理论依据,采用离散元软件UDEC模拟边坡失稳状态,探索边坡失稳的新理论和方法。结果表明:边坡的失稳主要受顺坡向的节理面和F1等断层控制。它在将来某种条件下的失稳破坏并会形成前端整体的滑动破坏模式。随着变形块体的下滑破坏,整体坡段也随之逐渐的失稳破坏说明离散单元法模拟的结果与工程地质特征相吻合,采用离散法模拟边坡失稳是完全可行的,为计算露天矿边坡失稳又增加了一种有效的分析方法。     

陡倾顺层边坡地下开挖失稳模式分析

为了探究陡倾顺层边坡在地下开挖工况下的失稳模式,进行陡倾顺层边坡的地下开挖相似模型试验,并通过离散元软件(universal distinct element code,UDEC)数值模拟分析与相似模型试验互相验证,以极限平衡法为理论基础提出该失稳模式的稳定性分析方法,并以相似模型试验验证方法的可行性。试验结果表明,陡倾顺层边坡开挖后,其开挖区上方岩体将沿岩层层面发生剪切滑动,并导致边坡坡面产生塌陷,可见其失稳模式为"滑塌"破坏。通过计算边坡模型潜在滑塌岩体的抗滑力和下滑力,定义安全系数为其比值,得其安全系数为0.66。该稳定性分析方法可为边坡安全性评价提供新思路。     

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。     

基于离散元的边坡弯曲倾倒渐进破坏特征分析

发生弯曲倾倒的边坡一般存在一组优势的陡倾不连续面,岩层在自重或外力作用下向临空面弯曲变形,表现出明显的柔性特征。基于物理模型试验建立了相应的离散元计算模型,模拟了边坡弯曲倾倒的渐进失稳过程,系统剖析了岩体弯曲倾倒的力学机制和破坏特征。结果显示,塑性区贯通是边坡弯曲倾倒失稳的必要非充分条件,悬臂岩柱在弯折过程中其内部应力表现出明显的不均匀性。进一步探讨了关键力学参数对倾倒破坏面的影响规律,具体表现为破坏面倾角随节理摩擦角的增大而增大,而节理黏聚力和岩体抗拉强度对其影响并不显著。研究成果可为倾倒边坡的分析设计提供科学参考。     

反倾层状岩质边坡变形破坏的颗粒流模拟研究

基于颗粒流程序对反倾层状岩质边坡变形破坏过程进行模拟,并考虑岩体结构面参数(岩层倾角、层厚及层理剪切强度)对其变形破坏机制的影响。数值模拟结果表明:边坡岩层的主要变形破坏方式为弯曲变形、折断破坏,变形首先发生在坡顶,而破坏是从坡脚开始,边坡的变形破坏过程具有明显的悬臂梁特征;岩层倾角对反倾岩质边坡整体性失稳破坏方式有较大影响,随着岩层倾角的增大,边坡后期整体性破坏方式由滑移型逐渐过渡为倾倒型破坏,坡体内部岩体出现变形及破裂损伤的深度也逐渐增加;随着岩层厚度增加,坡脚岩体抗折断能力增强,破坏方式由折断破坏向剪切破坏发展,边坡后期的整体性破坏方式也由滑移型向倾倒型过渡;岩层层面剪切强度是影响边坡变形的重要因素,层面剪切强度越小,边坡发生弯曲变形的程度越大。     

基于流变模型的反倾层状岩体倾倒变形发育深度的力学分析

为了研究反倾层状岩体倾倒变形的发育深度,结合倾倒变形发展演化过程的时效性特点,将岩层抽象为在自重及层间应力作用下的弯曲悬臂梁,选取Kelvin流变模型,以变形发育极限位置处拉应变为零作为发育深度的判据,计算得出了层状岩体倾倒变形的发育深度;并利用发育深度恒为正的特点得到了倾倒变形发生的判据条件。计算结果表明,层状岩体倾倒变形发育深度受岩性条件及坡体结构的影响;而倾倒变形发生与否则主要受到岩层倾角、边坡坡角及层间内摩擦角的影响。结论可以为倾倒变形边坡变形规模判断及稳定性分析提供依据。     

诱导冒落法回采挂帮矿引发的边坡失稳

在露天转地下过渡期利用诱导冒落法回采挂帮矿时将引发边坡大规模失稳,这将对坑底的露天采矿、露天运输系统以及地表设施和建筑产生威胁.岩体结构对边坡失稳的发展有着关键的控制作用,通过非连续变形分析(DDA)方法研究了不同边坡岩体结构下,采用诱导冒落法回采挂帮矿时引发的边坡失稳过程.通过7组岩体结构各不相同的边坡模型,得到三种边坡失稳模式:滑移失稳、倾倒失稳、复合失稳,不同的边坡失稳模式导致不同的边坡破坏程度及破坏规模.最后以海南铁矿为背景,对诱导冒落法回采挂帮矿引发的边坡失稳过程进行了实例分析,为挂帮矿的开采设计和边坡失稳风险预测及预防提供技术支撑.     

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.     

复杂地质结构顺层边坡联合处治技术研究及实际处治应用

在山区基本建设中顺层边坡是常见的岩土工程问题,工程建设挖方改变了原生地质环境,扰动了应力场和原生地貌,对原有稳固岩体结构造成破坏,造成失稳或工程隐患。顺层边坡的稳定性受岩性、岩体结构、结构面位置特征、地下水等诸多因素影响,层间各项属性参数的确定和顺层推力的计算成为顺层边坡设计处治的难点。结合某条高速公路的顺层边坡处治设计及实际施工过程中遇到的问题进行了相应的处治方法研究和设计。结合边坡的处治方法和高速公路的实际地质情况进行了相应的层状岩体及其中的不连续面分析,针对顺层边坡的不稳定性等因素进行了相应的处治,并取得了较好的效果。     

名山组泥岩顺层边坡原位直剪试验及开挖模拟

为研究川西名山组泥岩顺层边坡在坡脚开挖后的卸荷特征，通过原位直剪试验获取了名山组泥岩的岩体破坏及强度特征，并进一步采用有限元模拟分析了坡脚开挖后顺层边坡的卸荷松动特征。结果表明：名山组泥岩的剪切破坏可分为弹性受荷阶段、裂缝发展阶段和剪切面贯通后阶段；岩体结构面强度显著低于岩石，且强度曲线特征受上覆荷载影响较大；岩石的应变软化特征较结构面更为显著，剪切面贯通后强度急剧衰减，且降幅远高于结构面；坡脚开挖卸荷后，顺层边坡的卸荷松动区主要分布于基覆界面、风化界面和临空面附近的岩层层面处，卸荷深度与切层厚度线性正相关；设计采用的边坡防护方案能有效控制位移及应力，桩前土体开挖时需注意信息化施工。     

块裂层状岩质边坡稳定性极限分析上限解

采用室内模型试验仿真构造了顺层和反倾斜块裂层状岩质边坡,分别定性地确定了可能出现的两种类型边坡的破坏模式,并根据实际工程中可能出现的边坡破坏特征,进一步拓展了这两种类型边坡的破坏模式,使其更具有普遍性.然后根据极限分析上限法基本原理,对室内模型试验结果进行分析求解,验证了极限分析上限法在该类型边坡稳定性分析中的适用性,并使极限分析上限法演绎到普遍破坏模式中.这进一步拓展了极限分析法的应用范围,为块裂层状岩质边坡稳定性分析提供了一种有效的分析手段.