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。     

层状岩质边坡倾倒变形破坏特征研究

文章在层状岩质边坡倾倒变形破坏地质现象调查分析和模拟试验的基础上,借用物理学概念定义了边坡倾倒变形角位移ω,并运用数理统计等方法对倾倒变形边坡岩体结构、倾倒岩体折断面形态和岩层倾角变化进行系统研究。研究表明层状边坡弯曲—倾倒—折断破坏后岩体具有不同的结构特征,并以此对边坡倾倒变形强烈程度进行分类;岩体折断面的形态可概括为直线、折线和近弧线等3种类型,以折线最为常见;倾倒变形岩体层面倾角与坡高呈"负指数"关系,建立了以倾倒岩体角位移ω为核心的山区岩质边坡倾倒变形强烈程度分级体系。     

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.     

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.     

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。     

西南地区典型弯曲倾倒式滑坡变形演化机理及防治研究

弯曲-拉裂(倾倒)变形是西南地区常见的边坡失稳的一种复杂的地质模式。通过实例研究,分析了这类边坡产生变形破坏的地质力学机制及其演化过程,然后采用离散单元法对开挖过程和最终稳定性进行模拟和分析,获得的坡体变形破坏特征、变形破坏范围与现场调查的坡体变形破坏特征基本一致,进一步验证了该类滑坡的演化机制。此外,以弯曲倾倒式滑坡概化模型为例,进行时空演化过程控制,主要从三方面进行研究:锚杆间距、锚杆嵌入角度和锚杆长度,提出弯曲倾倒式滑坡应用锚杆防治结构的优化设计方法,对类似的工程岩质边坡防治具有一定的参考价值。     

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。     

深切河谷岸坡层状岩体倾倒变形演化过程及机理分析

深切河谷岸坡的层状岩体在河流长期的侵蚀作用下,会产生大量的倾倒变形破坏,给工程建设造成极大的困扰.以黑河库区和镇安县倾倒变形边坡为例,使用DDA模拟了河流侵蚀作用下边坡的倾倒变形过程,探究了深切河谷岸坡岩体倾倒变形的演化过程和机理,取得如下成果：(1)揭示了黑河库区和镇安县边坡发生倾倒变形的主要原因;(2)对河流侵蚀作用下中厚层和薄层岩体边坡倾倒变形过程进行划分,薄层岩体边坡倾倒变形过程中会出现爬坡效应;(3)坡脚的结构面强度变大,坡顶应力释放导致的主应力方向发生偏转是边坡发生倾倒变形的根本原因,倾倒变形的模式则是由剪应力分布情况决定的;(4)对中厚层岩体倾倒变形边坡进行锚索支护模拟,相较于预测工况,计算后边坡各处的位移明显减少,从坡顶到坡脚施加的锚索的锚固力逐渐减小.     

茨哈峡水电站4#倾倒体变形程度分级研究

针对茨哈峡水电站坝址区出现的倾倒变形破坏现象,本文通过阐述研究区左岸4#倾倒变形破坏的地质环境和特征,分析倾倒的成因以及形成机制。结合现场勘查研究区岩层倾角变化幅度、层内最大拉张量、岩体卸荷变形、岩体风化程度、岩体波速特征等指标,通过计算岩体完整性系数Kv对倾倒变形进行分类。结果表明:岩体倾倒变形现象主要出现在茨哈峡水电站坝址区左岸岸坡,砂岩板岩以及互层状岩层存在和中陡倾薄层反向斜坡是其发育的根本原因,卸荷和风化作用加速了岩体的倾倒过程,岩层厚度也对倾倒过程有影响。倾倒变形破坏类型包括卸荷拉裂破坏、弯曲倾倒破坏和崩塌破坏。将岩体倾倒程度划分为强烈倾倒区、中等倾倒区、弱倾倒区及微倾倒区,岩体倾倒程度等级划分能够为后期边坡治理开挖,水工建筑物的施工布置提供理论依据。     

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.     

李家峡层状岩体人工开挖边坡变形破坏模式研究

李家峡水电站坝址区层状岩体人工边坡,在开挖过程中多处出现变形坍塌现象.通过对人工边坡坡度、边坡类型、岩体结构与变形破坏类型等关系的分析,总结出了该工程人工边坡三大类六个亚类变形破坏模式:即顺向坡的平面滑动型,横向坡可产生双面滑动和单面旋转的楔体滑动型,逆向坡多属倾倒坍塌、倾倒滑移、倾倒拉裂等倾倒破坏类型,并对楔体滑动型提出了对称楔体、不对称楔体、定位楔体、随机楔体等概念和新认识,这为边坡工程的理论与实践提供了丰富的资料.     

公路软硬岩互层边坡稳定性分析及防治措施

软硬岩互层边坡坡体结构复杂,岩体力学特性差异极大,结构面多样。受岩体及结构面种类控制,该类边坡破坏机理多样。常见破坏模式有:滑移-拉裂-剪断、滑移-拉裂、滑移-弯曲、平面旋转式滑移-拉裂、块体滑移、弯曲-倾倒(张倬元等,1994;黄润秋,2003;宋玉环,2011)。本文以G320上瑞线石头寨至水黄路口公路改造工程K2233+320~K2233+620段右侧软硬岩互层边坡为研究对象,首先确定边坡的潜在滑动面,然后对边坡的稳定性进行分析,最后针对该边坡剩余下滑力及地形特征提出支护方案。     

反倾层状边坡变形破坏离散元数值模拟研究

针对工程实践中常见的反倾层状岩体边坡,在室内不同浸水时间三轴试验数据分析基础上分析了软化效应.然后运用离散元UDEC方法建立了反倾层状边坡数值模型,考虑水的劣化效应,研究不同坡高、坡角、结构面倾角、结构面强度对边坡稳定性的影响及变形破坏范围,探讨了反倾层状边坡水劣化作用下的变形破坏机理.结果表明:坡脚软化在许多情况下是最不利的因素;层面倾角超过50°时,边坡具备产生强烈倾倒变形条件,反之则以折断滑动为主;随着结构面摩擦力和粘聚力的减小,边坡的潜在破坏范围和深度呈现增大趋势.研究结果可为倾倒变形边坡的工程治理提供参考.     

层状反倾岩质边坡崩塌机理研究:以湖北鹤峰红莲池铁矿边坡为例

以湖北鹤峰红莲池铁矿山体崩塌为例,在分析边坡地质条件及采矿扰动的基础上,通过离散元软件UDEC模拟,研究边坡在自重、露采、地下开采等因素作用下的变形破坏特征,认为这一类层状反倾岩质边坡发生崩塌灾害的控制性因素主要有4个:(1)层状块裂岩体结构,岩体被岩层面及节理切割成块体,离散性好,形成架空结构;(2)露天开采导致弯曲倾倒变形,露采区上部岩体发生类似于"悬臂梁"的弯曲变形,边坡处于长期蠕变状态;(3)地下开采直接降低下部岩体的竖向承载力,同时,部分"悬臂梁"嵌固端被截断,导致其抗弯力矩降低,边坡岩体加速蠕变;(4)暴雨加速崩塌发生,降雨入渗直接导致岩体结构面强度降低,并在节理裂隙中产生渗透压力或静水压力,加速崩塌的发生。对于该类层状反倾山体,矿体主要埋藏于地下,山脚也有出露,前期露天开采和后期地下开采共同导致山体应力环境的调整,是崩塌发生的主要原因。建议采取对露天采空区上部岩体进行支撑、对地下采空区进行及时回填、对山体上部裂隙进行封填的防治措施。     

黄河上游茨哈峡水电站4#倾倒体稳定性研究

库岸岩质高边坡的稳定性对水电站施工期和运行期的安全至关重要。首先,从降雨入渗和库水位变化两方面分析了地下水对岩质高边坡稳定性影响的机理。在此基础上,以茨哈峡水电站4#倾倒体为例,剖析了边坡的工程地质特征,运用离散化的有限元方法分析该边坡在降雨入渗、库水位上升和库水位骤降条件下的变形破坏特征,综合评价其稳定性。研究表明,库水位骤降使得岩体内部产生较大的动水压力,对边坡的稳定性影响很大;4#倾倒体受反倾结构面的影响,在水荷载作用下的变形模式为上部倾倒、下部滑移的组合形式,其失稳模式为牵引式倾倒破坏。该研究对实际工程的建设具有参考价值。     

岩溶区层状岩质基坑边坡变形机制及治理分析---以天生三桥为例

为研究天生三桥岩溶景区深秀洞层状岩质基坑边坡变形破坏机制,及时制订有效的治理措施,保证下方施工人员生命安全和基坑的继续施工。通过对深秀洞陡崖工程地质条件研究,并在此基础上结合FLAC3D进行数值模拟,对层状岩质基坑边坡进行深入研究。结果表明:层状岩质基坑边坡开挖破坏坡体内部原有力学平衡,其变形破坏机制为开挖卸荷—滑移—拉裂过程;数值模拟显示两侧崖壁及基坑边坡,极易向外倾结构面发生变形,北东侧基坑边坡上部变形以沉降为主,下部向外倾结构面发生变形,边坡内部剪切应变增量较大区域易发生剪切破坏,并伴随挤压、拉裂现象。针对层状岩质基坑边坡变形破坏机制,提出以"框架锚索"和"肋柱锚杆"为主的分区治理方案,加固效果良好,目前基坑边坡及崖壁处于稳定状态。     

“采空区”控制型高斜坡变形破坏研究

煤矿开采导致的矿山地质灾害发生特征在贵州山区具有相似性。基于贵州省纳雍县中岭高斜坡的坡体特征及变形机制分析,建立了中岭高边坡演化机制概念模型,其演化过程分为2个阶段：即压缩倾倒变形阶段和采空区沉陷-倾倒-拉裂阶段。采用数值分析方法对中岭边坡煤矿上方的观察节点位移进行开采过程中的全过程模拟,节点运动规律对崩塌发生位置和范围能做出很好的解释。陡～极陡坡体下部矿层遭受回踩后,易形成采空区控制型崩塌。陡坡段存在软岩夹层时,坡面会因差异风化而出现凹岩腔,从而在坡面上出现局部倒悬坡,受采空区影响区岩体结构面向上贯通,造成倒悬体成为危岩体。     

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...     

块裂反倾巨厚层状岩质边坡变形破坏颗粒流模拟及稳定性分析

为了研究块裂反倾巨厚层状岩质边坡破坏机制及稳定性,基于PFC2D平行黏结模型和持续增加重力加速度方法,研究边坡破坏模式、应力-变形及能量耗散演化,并用临界重力加速度量化研究其稳定性。研究结果表明:边坡破坏模式主要有滑移、倾倒和溃屈破坏3类且随岩层倾角增大而逐渐转变;随岩块两相邻边长比l/h增大,边坡越倾向于发生倾倒破坏;滑移和倾倒破坏模式从坡脚向上坡体应力逐步达到峰值并峰后跌落,具有渐进破坏特征。而溃屈破坏模式坡体各部位应力呈"捆绑"型波动性塑性流动状态,具有大面积剧烈整体性破坏特征;随着岩层倾角(45°,60°,75°)增大,边坡临界重力加速度先减小再增大,稳定性在60°时最弱。边坡稳定性随岩块增大而增强,并主要受层间裂隙间距控制。     

岩质边坡岩体动力破坏数值模拟分析

汶川地震触发的大量岩质滑坡表明,坡顶岩体发生拉裂破坏,下部岩体发生剪切破坏。利用FLAC2D6.0的动力学模块对某岩质边坡在动荷载下的破坏进行了数值模拟分析,结果表明,对于岩质边坡、坡顶附近岩体发生的是以结构面的拉张破坏为主的破坏,坡体下部发生剪切破坏。