三峡工程永久船闸高边坡变形数值仿真分析

基于实际的开挖过程、锚固措施和地质条件建立了三峡永久船闸高边坡的二维和三维数值模型，按9种工况对边坡变形进行了数值仿真分析．计算成果表明，岩体开挖卸荷对边坡的变形有较大影响，正确地划分岩体卸荷带使计算结果更趋合理；锚固和地下水对边坡的整体变形影响较小；边坡岩体仅局部产生零星塑性屈服区，但在中隔墩顶部有拉应力区，可能引起岩体开裂；粘弹塑性模型计算成果显示，边坡开挖完成后变形将趋于稳定．     

陡高边坡节理岩体卸荷岩体力学的物理基础

指出运用卸荷岩体力学 ,研究三峡工程永久船闸岩石陡高边坡节理岩体特性的重要性 ,与岩体由原所受地应力作用到卸荷减压致拉的 (反 )应力应变的机理 阐明卸荷过程中 ,若体抗拉强度、变形模量、泊桑比等参数不是常量 ,是随岩体分化衰变的变量及其物理基础 ;形变显现弹性恢复应变、扩容 ,扩容蠕变的演绎特性 提出卸荷节理岩体的弹 -扩 -粘形状的本构方程     

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.     

高地应力深切河谷形变应力场及线路问题初探

为研究高地应力作用下河谷深切卸荷、岩体强风化的地质环境对拟建川藏铁路的影响,利用ABAQUS对高地应力背景场由河流深切卸荷下的河谷形变—应力场特征进行数值模拟研究;考虑到岩体的宏观力学性能受到卸荷回弹变形的影响而急剧减小,利用场变量实现力学参数随卸荷动态变化,对比分析河谷形变—应力场特征;针对印度板块挤压欧亚大陆板块使河谷两岸地应力值存在差异的情况,模拟主、被动盘的差异卸荷。结果表明:自重应力与40 MPa构造应力同时作用下的卸荷回弹值可达仅计自重应力场的3～6倍,出现由陡、缓倾面构成的"X"状共轭结构面,工程开挖下边坡岩体容易沿陡倾面崩塌,沿缓倾面滑移。将卸荷前后岩体偏应力比值k作为评价岩体受到卸荷影响程度的标准,高地应力作用下谷坡水平深度方向的k值介于1.5～2.5,地应力的量值对岩体卸荷程度有很大影响;较之不考虑岩体力学性质劣化情况,岩体塑性区范围将扩展,裂隙向谷坡上部延伸,坡体稳定性进一步下降;高地应力作用的河谷主动岸,坡面塑性区明显存在"X"状潜在滑移面,而被动岸仅有单向缓倾滑移面,主动岸对开挖扰动的抵抗力更低。据此提出相应的灾害预防措施的建议,为拟建进藏道路的区域工程地质选线提供参考。     

川中红层岩体结构裂隙发育特征及多尺度分析

四川盆地红层岩体宏细观裂隙发育,是影响其卸荷变形、吸水风化膨胀和工程特性的控制因素,近年来出现的多起高速铁路深挖红层路堑型路基持续超限上拱变形病害与此有关。为了解红层软岩裂隙发育特征,在原位岩体所有节理裂隙进行现场调查和测量统计基础上,采用统计岩体力学的方法,从不同尺度对岩体结构裂隙进行了深入系统的分析。结果表明,大尺度裂隙多为原生沉积层面,显示地层相变明显;中尺度和小尺度裂隙多为构造及剥蚀卸荷非协调性变形引起局部复杂应力场共同作用所致,深路堑开挖卸荷加剧了张性裂隙发展,以细观尺度裂隙为主,两种尺度裂隙长度分布均符合负指数模型,发育优势方向多垂直于层面,与基于岩体宏观结构面特征的分析结果吻合;该模型可以应用于工程实际,通过易于测绘统计的中尺度裂隙的发育特征分析,建立红层岩体整体形成的地质环境模型及裂隙结构框架,进而对红层岩体力学特性和红层工程岩体变形及稳定性进行更客观的评价。     

基于变形元件的节理岩体压缩损伤本构模型

为研究节理岩体在压缩荷载作用下的力学响应,基于岩体结构力学观点,把节理岩体在压缩荷载作用下的变形视为岩块变形与节理面变形的叠加,分别采用基于统计损伤模型的弹性损伤变形元件和考虑节理面闭合及滑动的变形元件计算岩块和节理面在压缩荷载作用下的变形,进而建立相应的节理岩体压缩损伤本构模型。并利用该模型讨论节理面弹性模量、最大闭合应变及剪切刚度等对计算结果的影响规律。最后利用该模型对含单条贯通节理的岩体在压缩荷载作用下的应力-应变曲线进行分析计算。研究结果表明:对于可能沿节理面发生剪切滑移的岩体而言,节理面剪切刚度对计算结果的影响最为显著。对本算例而言节理岩体的峰值强度仅为完整岩体的51.5%,反映节理对岩体强度的弱化效应。同时利用该模型得出岩体强度随节理倾角呈现出抛物线变化规律,即当节理倾角在50°~60°之间时,岩体强度最低,该结论与目前的理论及试验研究结果相吻合,从而说明该模型的合理性。     

裂隙岩体边坡开挖卸荷稳定性离散元数值模拟研究

工程岩体边坡中伴生着大量随机裂隙,开挖卸荷很容易导致裂隙扩展,最终导致边坡失稳.但卸荷边坡稳定性涉及断裂力学、岩体力学、地质工程、水力学等多个学科,很难精确分析.针对裂隙岩体边坡,借助离散元方法定义裂隙密度,分析应力水平、台阶高度、裂隙密度等不同因素对边坡卸荷程度的影响.研究结果表明：开挖过程中,当应力水平由0.5 MPa增至2 MPa时,开挖面处最小主应力由0.01 MPa增加到0.2 MPa,最大位移由1.4 cm增加到6.5 cm;随着台阶高度减小,卸荷产生的拉应力区范围减小,变形主要位于中下部岩体;当裂隙密度增大时,边坡最大位移由1.4 cm增至5.5 cm,裂隙沿着优势面贯通趋势越明显.研究成果可为裂隙岩体边坡开挖卸荷变形控制提供参考.     

卸荷条件下锚杆对岩体变形参数的影响

采用有限元分析软件ADINA对含节理的岩体模型进行二维的有限元数值计算，岩体在加载和卸载条件下，其力学特性有本质的区别．重点分析了在卸荷条件下，锚杆的数量和倾角的变化对岩体变形参数如变形模量和泊松比的影响，揭示了岩体变形参数变化趋势并说明了产生变化的原因．     

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.     

洛阳龙门石窟水的赋存对岩体稳定性的影响

由于地下水的发育和大量溶洞的存在,龙门石窟与国内其他石窟相比,有着典型的水文环境。采用岩体力学中的基本理论和方法——库仑准则和摩尔圆,评价了水的赋存对洞窟立壁岩体稳定性的影响。通过计算饱水前后节理面滑动临界剪切强度的降低和在应力摩尔圆的直观图示可以得到,边坡卸荷裂隙中水的存在明显降低了岩体的力学强度,是诱发洞窟岩体失稳事件产生的活跃因素。     

朱昌河特大桥4#主墩基础边坡岩体稳定性的数值模拟分析

利用岩土工程软件FLAC-3D对朱昌河特大桥4#主墩基础边坡岩体在自然条件下,桩及承台施工过程、锚杆(索)加固过程以及施加设计荷载状态下的变形及稳定性进行了三维数值模拟分析。结果表明:在上述条件下,4#主墩基础边坡岩体是稳定的,水平位移量和垂直位移量均在设计范围以内。从长远来看,为确保大桥的安全运行,对4#主墩基础边坡进行加固是必要的。     

岩石高边坡岩体变形测量分析研究

对龙滩水电站左岸蠕变岩石滑坡体变形及其主要影响因子变化情况进行了测量,测量项目包括地下水位、深部岩体水平变形、岩体分层变形和坡面表面测点水平位移．对测量结果进行分析表明,蠕变体B区岩体主要变形发生在570m高程附近,并受地下水位影响明显;大坝蓄水时,对蠕变体稳定不利．     

黄土高填方边坡渗透变形机理的物理模拟

天水市是我国黄土滑坡分布最密集、灾害最严重的地区之一。大面积的挖填方会改变场区的地下水渗流场,从而影响高填方边坡的稳定性。本文以天水地区马兰黄土为研究对象,通过野外详勘与室内物理模拟试验,对马兰黄土高填方边坡的渗透变形机理进行研究。结果表明:受填方前原始地形的影响,凹陷地形易于汇水,地下水流动受阻,易形成积水区,使地下水位抬升高度较大。随着时间的累积,地下水不断浸泡地基土,使其强度劣化,加之毛细水上升作用使地基发生湿馅和湿化沉降,易在边坡坡脚等富水区产生蠕滑变形,并牵引边坡后缘发生滑移拉裂,发生渐进式破坏而引发较大规模的边坡滑移。通过物理模拟,得出该地区马兰黄土高填方边坡受地下水影响产生的变形滑移模式为“渐进后退—牵引式滑移”。     

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。     

岷江某水库蓄水运行期进水口高边坡变形特征模拟研究

岷江某电站库区前期地质勘查资料表明,枢纽区地下水类型主要有第四系覆盖层孔隙性潜水和基岩裂隙水。水库蓄水后水位抬升127m,对条形山脊两侧边坡地下水渗流场产生较大的影响,不仅改变边坡地下水原有渗流场特征及其补、径、排条件,而且由此产生孔隙水压力,对边坡稳定性产生较大的影响。利用地质原型和开挖边坡地质-力学模型(GMD模型),建立水库蓄水过程中,条形山脊地下水的渗流模型及水岩作用模式。进一步考虑蓄水渗流场的变化,对不同蓄水位高边坡的稳定性进行了数值模拟研究,探讨蓄水过程中,条形山脊高边坡形变场特征及其稳定性状况。三维数值仿真显示,水库溢洪道进水口与EL.885m平台下方L11层位(EL.840~852m)与2#泄洪洞的洞脸边坡左上方(EL.833.59~847.50m),为大变形集中部位。水库进水口一侧边坡在库水位上升过程中,岩体的变形范围将随水位的增高逐渐扩大,量级呈递增趋势。受蓄水位的影响,水库进水口边坡的临江(Y方向)位移往山内方向顺层滑移还是朝山外倾倒拉裂不定,层间剪切错动带成为正负位移的"转换断层"效应。     

基于多轨道SBAS方法的露天矿高陡边坡形变监测

面向深凹露天矿形变监测,利用三组Sentinel-1数据对鞍钢集团大孤山铁矿进行小基线子集分析,研究了一种基于地形特征的坡向位移求解方法,将三组卫星视线(line of sight,LOS)方向形变转换为坡向位移.三组监测结果均与实测数据存在较高一致性,且与矿区降水量变化存在相关性.大孤山铁矿矿坑的形变区域主要集中在西北帮.研究表明:岩体结构、岩性与降水是影响露天矿坑边坡稳定性的主要因素.多轨道小基线子集法可作为常规监测手段来监测深凹露天矿潜在的形变,为防灾减灾、安全生产提供技术支持与依据.     

顺倾岩质高边坡开挖变形机理及计算

为了进一步分析顺倾岩质高边坡开挖变形机理及变形计算方法,以卸荷岩体力学及弹性力学理论为基础,对顺层岩质边坡开挖前后边坡岩体的力学状态进行了分析,对边坡变形机理及变形计算方法进行了研究．研究结果表明,顺倾岩质边坡在开挖过程中岩体受力状态发生改变,岩体力学参数劣化,造成边坡发生较大变形;顺层岩质边坡变形主要由浅表松弛变形、卸荷回弹变形及顺层滑移变形组成．并以弹性力学为基础提出了边坡卸荷回弹变形的计算方法,依据能量守恒定律推导了顺层滑移变形的计算方法．     

岩体边坡水平位移影响因素的数据挖掘方法研究

影响高边坡岩体安全稳定性的因素较多。为了更好地研究影响边坡稳定因素的敏感性,从边坡安全监控分析的角度对岩体边坡外观测点水平位移,进行了影响因素聚类分析。应用Clementine软件对岩体边坡外观测点水平位移进行了影响因素关联挖掘。以开挖、降雨、时效和支护作为边坡岩体的荷载集,以边坡岩体外观测点水平位移作为响应集,得出对岩体水平位移影响程度大小排序依次为监测时间、坡表开挖强度、硐室开挖强度、降雨强度、锚杆支护强度和锚索支护强度的结论。根据分析结果可以在控制边坡岩体变形时抓住主要矛盾,为监测分析和工程决策提供依据。     

基于非连续变形分析的黄河上游某电站库岸边坡稳定性分析

为深入研究黄河上游某电站库岸边坡倾倒变形的诱发因素和破坏机理,通过建立库岸边坡的二维非连续变形分析(DDA)概化分析模型,对比分析了水位变动导致的瞬时变形和蠕变作用产生的时效变形对库岸边坡整体变形的影响,模拟库岸边坡整体和细部的变形形态,并采用校验模型将计算结果与实测变形进行对比,验证了应用DDA数值模拟方法的合理性。研究结果表明:库岸边坡倾倒变形的诱发因素是蓄水作用,变形与水位变动具有明显的相关性;该库岸边坡变形主要为时效变形,由于蓄水扰动引起的直接变形较小,在研究变形中必须考虑蠕变作用;DDA模拟岸坡整体和细部的变形形态与真实情况较为吻合,持续的倾倒变形致使局部块体失稳,但对库岸边坡整体变形的影响较小。