基于颗粒流法含软弱结构面岩质边坡稳定性分析

软弱结构面的分布情况对岩质边坡失稳破坏的形式有较大影响,主要是因为软弱结构面的存在一定程度上影响了岩质边坡抗剪强度薄弱面的分布。采用颗粒流法对岩质边坡的失稳破坏过程进行模拟,并预加不同分布形式的软弱结构面,研究了软弱结构面的分布深度及倾角对边坡破坏形式的影响。研究结果显示,浅层软弱结构面对边坡稳定性威胁最大,随着分布深度的增加,其影响也越来越小;随着预加软弱结构面与坡体中部初始滑裂面夹角的增大,岩质边坡失稳破坏的程度也在增大,由局部的破坏转变成崩塌破坏。     

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.     

基于极限平衡法的岩质边坡结构面贯通性质研究

结构面影响着岩质边坡稳定性,而结构面的贯通性质是研究结构面的重点。针对某岩质边坡工程,利用Slide极限平衡法软件,从结构面倾角、贯通率和贯通形式出发,研究贯通性质对岩质边坡稳定性的影响。计算结果表明:结构面的贯通形式对坡体稳定性无明显影响;当坡体处于稳定状态时,结构面倾角越大,坡体安全系数越大;当坡体处于失稳状态时,结构面倾角越大,坡体安全系数越小;当结构面的倾角和贯通形式一定时,结构面贯通率越大,边坡安全系数越小,坡体容易发生失稳破坏。     

地震对软弱夹层边坡稳定性影响数值模拟研究

借助有限元模拟软件,对有无软弱夹层的两种岩质边坡进行计算比较,分析两种边坡变形位置和破坏程度的差异;通过对多不同厚度软弱夹层岩质边坡数值模拟计算,研究软弱夹层厚度、倾角对边坡稳定性的影响;探讨结构面倾角与边坡稳定的关系,进而提出一定条件下采用结构面倾角作为边坡稳定性判据的思想.     

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。     

反倾岩质边坡破坏与加固分析

路桥、水利工程中存在很多含有不连续结构面的反倾岩质边坡,结构面的接触机理对边坡的整体稳定性产生影响,甚至起到控制作用.本文基于强度折减法,把三维离散元法引入到反倾边坡的稳定性分析中,采用三维离散元法研究不连续面摩擦角等对边坡稳定性的影响,并采用加固措施对边坡的失稳破坏进行加固处理,加固效果明显.     

波浪作用下水下岩质边坡的稳定性

以探讨波浪冲击作用下水下岩质边坡稳定性和破坏机理为目的,按照常见的岩体结构形式,利用Ansys数值模拟计算几种不同类型的水下岩质边坡模型;同时还依据三峡水库实际的波浪参数,在波流水槽中进行了边坡模型的冲击试验.通过波浪作用模型试验和Ansys数值计算的对比分析,水下岩质边坡临水面岩体根据波浪作用对应力影响的特征,可划分成三个区域,每个区域内应力变化规律相同;研究发现水下岩质边坡坡脚处应力集中最大,破坏始于坡脚,并由此产生的塑性区沿结构面逐渐向坡顶发展,这与一般边坡从坡顶逐渐向下发展的开裂破坏形式完全不同;同时得出波浪对水下岩质边坡结构面的影响,将随其倾角的变小而减弱.     

地震作用对Hoek-Brown准则下三维岩质边坡稳定性的影响

地震是滑坡灾害的重要诱导因素。对于满足Hoek-Brown破坏准则的三维岩质边坡,利用切线技术构建了非线性准则下三维破坏机制,基于拟静力法建立了地震作用下三维极限分析方法,开展了地震作用对三维岩质边坡稳定性影响研究。研究结果表明:边坡稳定性随着地震作用的增大而降低,地震作用的影响程度随着坡度和宽高比的减小而更显著;等效MohrCoulomb参数的取值会受到地震作用的影响,其影响程度随坡度的增大而减小;随着地震作用的增大,边坡最危险滑动面的位置变浅,其三维特性变弱。     

软弱结构面岩质边坡支护工程实例与分析

以软弱结构面岩质边坡支护工程为研究对象,结合结构面赤平投影分析了该边坡可能破坏的形成机理,分析边坡工程地质条件,破坏机理为蠕滑-拉裂式滑动或平面滑动的软弱结构面岩质边坡,采用格构梁+锚索+锚杆+挂网喷砼支护结构设计方案可行,通过实例证明边坡支护设计取得了良好的社会效益和经济效益,可为其它类似工程提供应用参考。     

超载作用下土质边坡失稳与破坏模式分析

影响边坡失稳的因素众多而且繁杂,超载作用是诱发土质边坡失稳的主要因素之一。基于强度折减有限元法对土质边坡进行了不同坡面超载作用下的稳定性计算,并分析了在坡面加载变化时边坡稳定性的变化规律及其潜在滑动面的失稳破坏形式。研究表明:坡面超载作用下土质边坡可能会触发边坡失稳破坏,坡面加载方式不同,边坡失稳破坏模式不同,破坏模式可能会由整体失稳转化为局部失稳。     

天然岩体结构面三维粗糙度的多尺度取样影响规律研究

基于三维激光扫描技术,在单一大尺度天然岩体结构面点云数据上开展多尺度窗口取样时,取样窗口中心位置的选取对结构面三维粗糙度的准确表征具有显著的控制作用,然而该控制机制与影响规律的研究十分匮乏.为此,以青海祁连县黄藏寺水利枢纽右岸坝址边坡大尺度天然岩体结构面为研究对象,以结构面三维激光扫描点云数据和Grasselli三维粗糙度计算方法为基础,开展了单一大尺度结构面上窗口取样中心位置对三维粗糙度多尺度特征影响与控制规律的深入研究.结果表明:窗口取样中心位置对结构面三维粗糙度的尺寸效应影响显著,取样中心位置的不同导致尺寸效应具有显著差异;同一剪切方向上结构面三维粗糙度的差异性随取样窗口尺寸的增大而减小;窗口取样中心位置对分析含结构面岩质边坡的潜在滑动方向的影响较小,当取样窗口尺寸增大到特征尺寸后,潜在滑动方向将被限定在一定角度范围,天然结构面的角度区间为110°～130°.最后基于上述研究,建立了窗口取样中心位置选取的基本原则,改进了天然大尺度结构面三维粗糙度取样方法.     

南堡沙河街组硬脆性泥页岩地层漏失压力预测方法

南堡沙河街组硬脆性泥页岩是典型的井壁易失稳地层,钻井过程中,井壁垮塌、漏失现象频发。目前,针对页岩井壁失稳现象,研究主要集中在结构面影响下的井壁垮塌。然而,实际钻井过程中,由于泥页岩层理、裂缝等结构面发育,导致地层漏失明显,严重制约了安全高效钻井。因此,本文基于室内力学实验,考虑页岩结构面发育特征,融合页岩沿基体破裂、沿层理或裂缝破裂及沿裂缝扩展等多类漏失机制,构建了一种新的硬脆性泥页岩地层漏失压力预测方法,明确了地层漏失压分布特征及影响因素。研究结果显示：层理与天然裂缝作为典型弱结构面,是硬脆性泥页岩地层漏失的主要控制因素。相比较均质地层,结构面发育的页岩地层漏失压力明显降低,安全井眼轨迹方位减少,钻井难度增大。此外,受弱结构面影响,难见沿基体的破裂漏失现象。漏失优先出现在天然裂缝面,天然裂缝对漏失影响强于层理面。研究成果可为硬脆性页岩地层钻井设计提供理论基础,对实现页岩地层安全高效钻井具有重要意义。     

不同形式节理的岩质边坡失稳演化离散元分析

为研究不同形式的节理边坡的破坏机理,将考虑胶结尺寸的微观接触模型植入离散元软件,基于重力增加法实现边坡失稳演化过程的模拟,从边坡形态、胶结破坏分布、滑体运动等方面进行分析.模拟结果表明,顺层岩质边坡为共面节理发生贯通破坏形成滑动面,反倾岩质边坡为非共面节理发生贯通破坏形成滑裂面;两种岩质边坡坡脚均为薄弱区,顺层岩质边坡坡面中部区域和反倾岩质边坡坡肩区域为危险区域;离散元模拟岩质边坡可用安全系数评价边坡稳定性,较极平衡法能更真实地反映岩体间的相互作用和边坡破坏的渐进过程.     

基于连续随机变量函数的岩质边坡稳定分析

考虑到岩质边坡相关参数的随机性,基于连续随机变量函数,假定滑动面摩擦角φ、表面黏聚力c等服从正态分布;张力裂缝中的水深Zw、地震加速度比α等服从指数分布,推导出岩质边坡稳定性安全系数分布公式;并使用Matlab演算模拟;其结果与蒙特卡洛模拟(MC)结果基本一致。敏感性分析显示滑动面摩擦角对于有平面滑动的岩质边坡稳定性影响最大。     

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。     

含软弱结构面岩质边坡时效稳定性影响因素的数值模拟分析

基于对岩石材料的力学性质随时间不断衰减、内部细观结构产生损伤并不断积累的认识,引入材料强度退化模型,并在有限元程序中予以实现,从结构面产状、边坡高度及坡角、岩体强度衰减特征等几个方面着手,对边坡的长期时效变形、损伤萌生与演化模式以及影响含软弱结构面岩质边坡的各种因素进行了数值模拟研究。结果表明:结构面的连通率越大,边坡高度及坡角越大,基岩及结构面的长期强度越高,则边坡的时效稳定性越好;降低边坡高度能够显著减小坡顶最大水平位移;结构面倾角对边坡的破坏模式具有重要的影响。     

页岩形变及破坏特征研究进展及展望

随着常规油气资源的减少,页岩油气等非常规资源的加速开发,如何获得准确的页岩力学参数为钻井与压裂提供指导是中外学者研究的方向。从页岩岩石力学的室内实验(如单轴、三轴、声波实验等)、理论研究、数值方法(如有限元、离散元等)三方面对页岩的应力-应变特性、岩石破裂模式、本构模型与强度理念等研究进展进行综述,得出如下结论:页岩的形变特征主要脆性为主,且峰值应力表现出明显层理相关性;页岩的破坏特征与层理方向、围压、裂缝特性、埋深、浸泡液体等具有密切联系;页岩内部具有大量微孔隙、微裂缝,其本构模型主要基于损伤理论建立;强度准则主要基于单一弱面准则与横观各向同性建立。展望了如3D打印技术与页岩模型相结合,打印出给定参数的类岩石样品;考虑多耦合因素控制及多弱面结构下的本构模型和岩石破裂准则等岩石力学研究前景。