Barton经验公式在岩质边坡稳定性分析中的应用

由于岩质边坡的失稳几乎都是沿着结构面发生的,而岩体结构面的抗剪性能并不完全满足莫尔-库仑准则,因此在岩质边坡的稳定性分析中采用莫尔-库仑准则会带来较大误差.本文用Barton经验公式代替莫尔-库仑准则进行岩质边坡的极限平衡稳定性分析,以更好地反映岩体结构面的抗剪性能,并通过简单算例阐明了莫尔-库仑公式及Barton经验公式在岩质边坡稳定性分析中的差异.     

裂隙岩体注浆结石体收缩变形与抗剪强度

为了提高裂隙岩体的力学性能,保证工程的质量和安全,采用水玻璃-水泥混合注浆液对裂隙岩体进行加固。通过直剪试验、显微镜实时观测试验,研究注浆结石体的强度与变形特性,以此评价水玻璃-水泥混合液作为注浆材料的可行性。试验结果表明,水玻璃-水泥混合注浆液有效的提高了裂隙岩体的力学性能。水玻璃-水泥注浆溶液不但改变了裂隙岩体的微结构、裂隙率和岩体的物质组成成分,使岩体的致密度和强度增加;而且注浆溶液在岩体结构面中凝固后对结构面进行填充加固,有效的提高了注浆结石体的黏聚力c,增强了注浆结石体抵抗外力破坏的能力。裂隙率对注浆结石体的强度影响显著,随裂隙岩体裂隙率的增加,注浆结石体(裂隙岩体与注浆材料经过物理化学变化后形成的结合体)的抗剪强度减小;在裂隙率相差不大时,裂隙岩体的裂隙条数对注浆结石体的抗剪强度有重大影响,随着裂隙条数的增加,注浆结石体的抗剪强度减小。在注浆结石体抗剪强度减少过程中,注浆结石体的黏聚力c不断减小,内摩擦角φ基本保持不变。注浆结石体在第12 d时达到最佳抗剪强度,而水玻璃-水泥质量比为1.3∶1注浆液工程性能最为理想,期最佳抗剪强度为6.243 MPa。     

初始损伤对岩体力学性质影响的试验研究

为获取不同初始损伤量对岩体力学性质的影响规律,通过室内单轴压缩试验,研究了含不同初始损伤试件在不同阶段的破坏规律,从定量及定性角度分析了裂隙数量及裂隙面间距对试件极限强度、弹性模量的影响,并给出了一定裂隙尺度下的经验公式.所获得的成果,对于工程岩体的安全和稳定性具有重要的参考意义.     

基于JRC-JCS模型的人工劈裂砂岩结构面力学特性研究

为探究人工劈裂结构面与天然结构面力学特性的相似性,解决现场取样困难、难以保证均一性等问题,文章采用人工劈裂方式制备砂岩结构面,并进行三维扫描和室内直剪试验等,根据结构面相关理论、Barton标准剖面线等理论知识,描述了人工劈裂砂岩结构面的相关形态并确定了结构面粗糙度系数,最后基于JRC-JCS模型进行力学参数的估算,并与直剪试验结果对比,分析人工劈裂砂岩结构面的力学特性。结果表明:在粗糙度系数相同时,结构面的抗剪强度与所受的法向应力成正相关;在法向应力相同时,结构面抗剪强度与粗糙度系数成正相关;砂岩结构面的黏聚力和内摩擦角与粗糙度系数呈正相关,其相关系数与粗糙度系数呈负相关,结构面粗糙度系数越小,相关系数越接近于1。研究成果为结构面室内研究工作奠定了基础。     

贯通结构面抗剪强度尺寸效应研究

目前,岩土工程界普遍采用Barton和Bandis建议的公式,计算具有一定规模岩体结构面的抗剪强度,但经分析发现并不适用于规模大于5m的结构面.因此,借助二维离散元软件UDEC,提出了一种基于现场实测结构面粗糙度系数JRC(长10 cm)和结构壁面回弹试验的结构面抗剪强度尺寸效应分析方法,并通过实例验证了方法的准确性.     

土质边坡土体抗剪强度室内外试验研究

结合具体的滑坡工程,通过8个现场水平推剪试验和4组室内反复直剪试验研究了滑带土的抗剪强度指标变化规律、含水量变化对土体强度参数的影响、峰值强度和残余强度之间的差异等.试验结果表明,对于渐进式滑坡,坡体一般有足够的时间形成其滑动面,因此这类边坡的稳定性依靠的应该是它的残余强度,而不是峰值强度.同时,含水量的变化对土样抗剪强度有很大的影响,遇水作用后其强度下降很快,并随着含水量的增加,土体的峰值强度降低,剪切变形增加,这些特性对边坡稳定性非常不利.最后,与室内直剪试验相比,现场水平推剪试验更能按土体实际受力情况来确定试验应力路径,能保证土样的原始结构和含水状态,并沿潜在的滑动方向进行大面积剪切,是一种合理有效的试验方法,试验所得结果值与土体真实值较接近,其结果一般对工程设计是可靠的.图9,表4,参7.     

结构面剪切特性的试验与数值模拟分析

结构面的性质对岩体工程稳定性具有重要意义,通过室内试验和数值模拟,分析了结构面在直剪条件下的应力和变形特征,得到:①直剪试验过程中.剪力一剪切位移之间的关系逐渐从线性关系转化为非线性关系;当剪应力将要达到峰值剪切强度时,切向位移突然增大,岩体已开始沿结构面剪坏;②试样剪切强度与正应力之间符合Mohr-Coulomb线性关系;数值计算得到的应力应变关系与室内试验得到的结果相同,说明了数值试验的可靠性;③结构面剪应力的分布从结构面施加切向位移速率的一端向另一端逐渐增大:④随着法向应力的增大,最大剪应力分布区域基本上没有变化,说明法向力的大小对结构面剪应力的分布影响较小:并且根据Mohr-Coulomb理论.正应力在结构面上的分布情况类似于剪切力的分布情况.     

岳阳地区典型黏性土地基抗剪强度指标经验公式研究

针对岳阳地区典型的黏性土地基,进行了不同排水条件下的直剪试验,获得了大量直剪强度指标试验数据．基于试验数据的整理,提出了抗剪强度指标归一化参数的概念及定义式;对不同条件下的归一化参数分析表明,影响该参数的主要因素是液性指数,并给出了4个归一化参数随液性指数的变化曲线和相应的经验公式．基于归一化参数及快剪强度指标,可计算出更耗时的固结快剪、固结慢剪抗剪强度指标．本文研究思路和经验公式可为岳阳地区典型黏性土地基抗剪强度指标的确定提供新的途径,该方法可推广至其它地区或其它类型地基土的抗剪强度指标的确定．     

壁面强度及粗糙度对含软弱夹层岩体影响研究

软弱夹层作为一种特殊的结构面是影响岩体稳定性的重要因素之一.软弱岩层与围岩接触壁面的物理力学性质很大程度上影响着整个岩体的强度特征和破坏特征.为研究其中规律自行设计并制作了不同粗糙度和强度壁面的试样,通过室内直剪试验结果分析了壁面强度和壁面粗糙度对岩体强度特征和破坏特征的影响.发现岩体峰值抗剪强度与壁面强度和粗糙度成正相关关系,法向应力较小时,随着壁面强度增加,试样主破坏裂纹与水平面夹角越来越小,随着壁面粗糙度增加,岩体从无裂纹变成夹层上部岩体出现裂纹,法向应力较大时,随着壁面强度增加,试样主破坏裂纹与水平面夹角越来越大,随着壁面粗糙度增大,主裂纹与水平面夹角逐渐减小,并且裂纹数有所增加.     

共面断续节理岩体直剪强度特性模型

采用理论分析和模型试验相结合方法,对共面闭合断续节理岩体直剪强度特性进行分析和研究.引入法向变形协调条件,基于Mohr-Coulomb理论,推导共面断续节理岩体模型的直剪强度公式.模型试验表明:全应力-应变曲线主要经历了线弹性增长、节理面错动、次生裂纹起裂稳态扩展、节理面贯通破坏和残余强度5个阶段;剪切应力峰值和残余强度都随正应力的增大而增大,而变形特性随正应力的变化规律性不强;抗剪峰值强度随节理连通率的增大而减小,低连通率时强度下降速度慢;节理分布形态对强度也有影响,节理在两边分布的试样强度普遍高于节理在中间的;理论计算结果与试验值吻合较好,能较好描述共面断续节理岩体的直剪强度特征.     

上海软黏土强度固有各向异性

采用室内异形十字板试验对上海淤泥质黏土原生结构导致的不排水抗剪强度的固有各向异性特征进行研究.从基坑中取得筒状土样,然后采用两个具有不同长宽比的矩形板头和三个不同角度(30°,45°和60°)的菱形板头进行室内异形十字板剪切试验,得到了原状土在不同方向破坏面上的不排水抗剪强度.结果表明:由于上海软黏土原生结构的影响,在总应力为零的情况下,其不排水抗剪强度随着破坏面与水平面夹角的增大而增大,即破坏面为水平向时强度最小,竖直向时强度最大.十字板试验结果与直剪试验、无侧限抗压强度试验的结果有很好的一致性.推荐采用Casagrande和Carrillo提出的公式来计算上海软黏土各向异性不排水强度.     

某深基坑边坡岩体的原位直剪试验研究

通过对某边坡岩体原位直剪试验的数据分析,得到了岩体的抗剪强度指标(c和φ)和岩体原位直剪的剪应力—应变关系曲线。试验结果还表明:岩体的抗剪强度和残余强度与法向应力近似成正比例关系,再一次验证了库伦强度准则的正确性。     

固结煤矸石抗剪强度特征试验

依据现场大型剪切试验和室内直剪试验,研究了固结煤矸石的抗剪强度特性。试验剪应力-剪位移过程曲线表明,一定含水率条件下的固结煤矸石呈现明显的粘塑性体力学特性。以现场大型剪切试验煤矸石作为试样配料进行了室内直剪试验,分析了含水率和密实度对良好固结煤矸石试样剪应力-剪位移试验曲线以及抗剪强度参数的影响,在此基础上探讨了试样内煤及其它细颗粒的状态变化对固结煤矸石抗剪强度的弱化作用机理,最后对比分析了现场大型剪切试验抗剪强度参数值和室内直剪试验抗剪强度参数值的差异及其产生的主要原因。     

基于ANN-RBF方法对边坡岩体抗剪强度的预测

抗剪强度参数的选择对于边坡稳定性分析至关重要.为了保证数值分析的可靠性,建立了RBF神经网络模型预测边坡岩体的抗剪强度参数,并且收集了大量的工程数据修正和验证了这个模型.该模型可以预测任意一个边坡岩体的抗剪强度参数,并且计算结果非常接近于实测剪切实验结果,这证明了该模型的有效性和合理性.     

关于边坡岩体抗剪强度计算参数取值方法的探讨

边坡岩体抗剪强度参数是影响边坡稳定性的主要地质因素之一.本文总结了确定岩体抗剪强度参数的常用方法和影响参数选取的主要因素,指出岩体的抗剪强度参数的确定应采用多种方法,以获得合理可行的结果.     

地震作用下岩石边坡稳定性有限元模拟

为研究地震作用下岩石边坡的稳定性问题,根据实验室直剪实验结果确定了完整的岩石样本的抗剪指标参数,并根据岩体裂隙间距对其进行了弱化折减.采用有限元强度折减方法评估了含节理岩石边坡的稳定性,计算了临界滑移面的安全系数.通过Drucker-Prager破坏准则判断岩石边坡有限元模型中每个单元的滑移状态.采用准静态方法模拟岩石边坡地震作用荷载,讨论地震动力放大系数对边坡抗滑稳定性安全系数的影响.基于有限元分析结果,确定不同地震作用组合下岩石边坡在极限状态下的塑性区分布和滑移面的安全系数.     

岩体抗剪强度特性研究

岩体是一种不连续介质，岩体及岩体结构 度特性具有一定的特殊性。岩体抗剪参数取值是否合理，关系到工程的安全和经济性。研究主改进结构面，岩桥抗剪强度确定的新技术以及抗剪参数取值的新方法。     

基于三维重构的原岩硬性结构面抗剪强度

节理面形貌特征是影响岩石节理面剪切破坏的重要因素。具有相同形貌特征的岩石节理面,沿不同剪切方向其力学行为存在差异性。结合三维激光扫描和3D打印技术,针对天然节理岩石的表面形貌进行逆向处理,将其制备为不同剪切方向的人工节理试样,并进行5种法向应力条件下的直剪试验。依据室内试验结果与理论分析,提出了定量计算节理面三维粗糙度与沿剪切方向接触面积有效系数值的方法,建立了不同剪切方向下含有三维形貌参数的抗剪强度模型。结果表明,影响剪胀角的因素与节理面的粗糙度系数和沿剪切方向接触面积有效系数值有关;沿不同的剪切方向会得到不同的剪胀角。基于剪切破坏的爬升和摩擦效应理论,并利用非线性拟合方法,得到峰值剪胀角的变化规律。最后,与已有的Barton抗剪强度公式进行对比分析,进而验证了该方法的合理性。     

基于GSI的水库高边坡岩体抗剪强度参数计算

为研究某水库高边坡的节理岩体抗剪强度参数,选取37个调查点进行统计计算,引入GSI地质强度指标,考虑岩体结构、结构面特征、岩块的抗压强度值,岩性的情况四个方面对其评分.采用了普遍适用的Hoek-Brown经验准则对边坡的白云质灰岩和灰岩材料参数进行计算,通过回归分析方法计算出了两种节理岩体的抗剪强度参数.结果表明GSI指标对强度参数值影响较大,尤其是粘聚力,白云质灰岩及灰岩的风化程度越强,粘聚力和内摩擦角及抗压强度值越小,并且得出了两种岩体强度参数的分布规律,其结果可为边坡的稳定性分析及防治提供可靠的依据.     

公路路堑岩质高陡边坡稳定性评价

某省道高等级公路K93 946～K94 082段路堑高陡边坡工程地质条件十分复杂,边坡稳定性较差.以工程地质调查成果为基础,深入分析了影响边坡稳定性的主要因素,采用极限平衡法计算了边坡的安全系数.结果表明:该边坡节理裂隙发育,岩体较破碎,边坡开挖后其稳定性较差,须加强支护.对滑面强度参数、滑体密度等参数的敏感性分析发现,抗剪强度参数对边坡的稳定性影响较为敏感.研究结果为下一步的加固设计和施工奠定了基础.