白鹤滩水电站岩质边坡微震活动特征研究*

白鹤滩水电站左岸边坡高陡,应力条件复杂,存在LS_(331)、LS_(337)、LS_(3319)层内错动带,F17断层等软弱结构面,施工期和运营期安全问题十分突出。为评价其左岸边坡开挖稳定性,利用微震监测系统对边坡微震活动进行实时监测,并分析微震活动的时空以及震级分布,揭示岩质边坡开挖扰动下的微震活动特性及其施工响应特征。结果表明:开挖强度越大,边坡损伤越大,微震活动越活跃;爆破后0.5h内应力急剧调整,微震活动频繁;震级分布在-1.6~0.4之间,爆破开挖诱发大量震级小能量低的微震事件,诱发边坡的渐进损伤;软弱结构面是微震事件的主要活动区域,具有发生破坏变形的可能性;左岸边坡岩石破裂以复合型破坏和剪切破坏为主,伴随少量拉伸破坏。该研究可为工程后续开挖和支护提供参考,为同类微震活动特性分析提供一定的借鉴。     

基于徕卡测量机器人的山区边坡地质失稳监测研究

传统的边坡地质失稳监测方法,由于选取测量设备的适用性较差,导致得到的监测数据缺失、断层,因此基于徕卡测量机器人的功能特性,提出对山区边坡地质失稳的监测方法。根据极坐标与三角高程,自动定位监测位置;分析参数之间的相互作用关系,利用SLIDE模型获取边坡失稳数据;设置形变数据序列,剔除奇异值,根据序列均值与标准差,内插加密监测数据;利用曲线切角理论判别边坡地质形变速度,实现对山区边坡地质失稳状态的动态实时监测。     

边坡变形的分布式光纤监测试验研究及实践

布里渊光时域反射计(BOTDR)是一项新型光电传感仪器,可对沿光纤的轴向应变进行分布式监测。该技术采用光纤作为传感和传输介质,具有良好的抗干扰、长距离、可植入性和分布式监测等特点。本文总结了近几年来分布式光纤在边坡工程中监测的工程实践和试验研究结果。实践表明,将光纤传感器铺设在加固边坡的锚杆和框架梁中,在加固边坡的同时进行安全监测,可以取得良好的效果;而将光纤直接铺设在边坡浅层土体中进行监测,可以及时对边坡安全提供预警,但往往不利于长期监测。本文还介绍了将光纤传感器布设在用于加固边坡的土工织物中进行安全监测的室内试验研究。实验证明,不同的光纤类型、布设方法、土工织物性能等都会对监测结果产生影响。最后分析了分布式光纤监测在岩土工程监测中的应用前景,以及今后研究的关键技术问题。     

某矿区岩质高边坡的滑塌机理分析与病害治理

降雨与人工开挖是引起边坡塌方的外部因素。以某矿区岩质高边坡塌方为例,对岩质边坡滑塌机理进行研究并设计防护方案。结果表明,边坡开挖后,岩层结构面倾角小于设计开挖的坡面角,致使节理面切割形成的岩体呈临空状态。在雨水及岩体卸荷回弹作用下,沿岩层一定范围内产生了张拉作用,并沿岩层垂向节理和其它随机裂隙面逐渐开裂,向上贯通直至形成滑动崩塌楔体边界导致顺倾滑塌。防护设计采用分区治理的思路。对潜在滑塌区加强防护,其他区域减少防护,在保证边坡安全的前提下节约了工程造价。     

拉裂-坠落式岩质崩塌失稳过程声信号特征模拟试验研究

岩体崩塌是西南岩溶山区广泛分布的地质灾害,崩塌失稳过程极为迅速,常规监测手段难以有效监测预警。根据岩体崩塌孕育发展力学过程,开展分级蠕变和自然渐变2种工况下的拉裂型崩塌相似模拟试验,采用声发射系统和无线微震传感器研究崩塌模型失稳过程声信号特征。研究结果表明：位移和应变场均仅在主破裂发展瞬间产生突变,难以提供指示失稳破坏的前兆信息;高频声发射信号的多种时域和频域参数在2种工况下的岩体崩塌相似试验中均表现明显的阶段性特征,可为岩体崩塌失稳提供有效的失稳前兆指示;采用滑动窗口法分析了试验全过程的微震波形信号,根据主频特征可清晰区分3类信号,低频信号在加速损伤阶段出现突降;根据2种工况下相似模拟试验声发射和微震信号的特征,崩塌发展过程可分为渐变阶段、主控面加速损伤阶段和失稳破坏阶段,模拟自然渐变荷载下主控裂纹贯穿失稳更为突然。研究成果为发展岩溶山区岩体崩塌监测预警方法和技术提供了支撑。     

某水利枢纽工程泄洪排砂洞进口边坡稳定性监测分析

边坡的失稳破坏,都有一个从渐变到突变的发展过程,在破坏前会显示出一些即将破坏的征兆。通过安装精密的仪器对坡体的变形进行监测,则可能捕捉到破坏前坡体稳定性的异常信息,可以及时发现问题和采取措施进行处理。坡体的位移是观测的最主要、最直观的物理量;用应力观测检验坡体的支护效果,与变形监测对照分析还可验证监测成果的可靠性。某水利枢纽工程通过埋设3支多点位移计和2支锚索测力计,对裂隙发育、坡面破碎的泄洪排砂洞边坡施工过程中的变形进行了监测分析,监测成果表明泄洪排砂洞进口边坡目前是稳定的。     

岩质边坡开挖卸荷岩体参数特征分析∗

岩质边坡的开挖卸荷过程直接决定工程施工的安全性,边坡变形特征分析及有效数值模拟方法的选取至关重要。基于卸荷岩体力学理论与方法,开展红砂岩试件的室内常规三轴与三轴卸荷试验,分析其变形特征、卸荷量与变形模量之间的关系以及强度参数的变化规律,结合有限单元法构建考虑卸荷作用的算例模型,探究考虑边坡开挖卸荷作用所引起的应力释放后的岩体劣化分区问题,以及边坡动态开挖卸荷下的变形分析。研究结果表明：①当卸荷量达70% 和临近破坏时,其变形模量分别降低了10% 和50% 左右;②岩样卸荷力学状态下粘聚力有所降低,内摩擦角有所增高;③依据边坡初始应力场与开挖后应力场的对比分析从而确定强、弱卸荷影响区,算例模型表明考虑卸荷作用后水平位移净增量计算结果为不考虑卸荷作用计算结果的4 倍左右,且其分步开挖支护效果显著,计算结果更加符合工程实际。研究成果可对边坡岩体开挖卸荷数值计算提供一定的指导意义。     

基于BOTDA的削坡作用下边坡破坏过程模型试验研究∗

在众多诱发滑坡的因素中,人工削坡引发的边坡失稳现象十分普遍。采用布里渊光时域分析技术(以下简称BOTDA 技术),通过模型试验和数值模拟分析,对削坡作用下的边坡变形机理及其演化过程进行了研究。由于传感光缆与土体之间的耦合性直接影响着监测结果的准确性,首先通过不同围压作用下的拉拔试验,掌握了传感光缆与土体耦合变形关系。然后,设计了坡顶加载试验模型,通过在水平向和竖直向植入传感光缆,实现对边坡模型在削坡作用下土体内部变形场的分布式监测。试验结果表明:水平和竖直向传感光缆监测到的应变异常区域与潜在滑动面位置相吻合,并被数值模拟所证实;在 BOTDA 监测数据的基础上提出了边坡模型水平特征最大应变值与安全系数之间的经验公式,对削坡作用下的边坡稳定性状态进行了评价,进而可对边坡失稳做出预警。     

川西交通廊道雅安-泸定段典型岩质边坡失稳模式、破坏机理及防治措施

受强烈的内外动力地质作用和复杂的环境因素影响,川西交通廊道雅安-泸定段多处存在边坡变形破坏现象,对区内已建成的318国道、雅康高速公路以及在建的川藏铁路等重要交通工程构成一定威胁。本文从边坡变形破坏的特征现象入手,在查明边坡发育的工程地质条件、以及对边坡的坡体结构和岩体结构进行分类的基础上,总结了11种典型的边坡失稳模式,并采用工程地质分析方法,对每种边坡的破坏机理进行了分析。结果显示:特殊的地层岩性和岩体结构特征、地下水和风化作用、河流下切和人工开挖等是导致边坡变形破坏的主要因素,其中岩体结构是控制边坡变形破坏的最显著因素,它决定了失稳岩体的形态、规模以及失稳形式。最后,针对不同的边坡破坏模式,提出了相应的防治措施建议。研究成果可以为川西交通廊道内的工程建设和运营提供科学的防灾减灾依据,具有重要的工程实际意义。     

基于局部强度阶梯折减法的边坡渐进破坏研究∗

通过强度折减法获取边坡的潜在滑裂带是目前数值计算广泛使用的方法,研究边坡滑裂带形成的渐进过程及坡体内部土体的应力状态具有重要的理论意义和工程价值。基于边坡破坏的渐进性思想,针对均质边坡提出了一种局部强度阶梯折减的方法。该方法以屈服接近度(YAI)作为判别土体是否存在破损区的评价标准,将局部破损区按不同破损次序分配予不同的折减系数,利用通用软件ABAQUS对局部坡体进行强度折减计算,研究边坡渐进变形过程,直至边坡发生整体破坏。计算结果表明,坡体内部初始破损区参与了潜在滑裂面的形成过程,对边坡后期渐进变形具有贡献;有效解决了传统强度折减法潜在滑裂面上折减区和非折减区边界处的塑性应变值的跳跃性问题,合理地演化了边坡的渐进失稳进程。     

库水位变化对库岸边坡稳定性影响研究

水库、河流等水位的变化对土石坝及边坡的稳定性有着重要的影响。水位上升时,边坡浸水部分的土体由于浸泡作用导致抗剪强度下降,从而可能诱发边坡失稳;水位下降时,由于坡体内孔隙水来不及排出而使坡体水位高于库水位,使潜在滑动面的抗滑能力降低,也可能诱发边坡失稳。分析了库水位变化引起库岸边坡失稳的原因及破坏形式,并以某水电工程库岸边坡作为工程实例,研究探讨该边坡在开挖前与开挖后水库水位变化过程中的稳定性。结果发现,库岸边坡在库水位上升过程中其稳定性有降低的趋势,而在库水位下降过程中其稳定性有增加的趋势。     

基于突变特征的边坡工程失稳判据研究∗

边坡系统时刻与外界环境进行着物质、能量和信息的交换,导致其失稳演化过程具有典型的非线性、非连续性特征,这是边坡工程稳定性难以准确评估的重要原因之一。结合非线性突变理论,以势函数为响应变量,破裂区长度为控制变量,构建边坡突变失稳分析模型,对边坡力学机制及突变模型特征进行分析,获得边坡发生突变失稳时的破裂区临界长度,量化边坡稳定状态判定依据,为边坡的稳定性评估提供一种新的可选路径。实例分析结果表明,基于所述方法得到的结果与实际情况间误差在工程上是可以接受的,验证了方法的可行性。     

强度折减有限元法中边坡失稳的塑性区判据及其应用

将抗剪强度折减法基本概念、弹塑性有限元分析原理与计算结果图形实时显示技术相结合,提出了以广义塑性应变及塑性开展区作为边坡失稳的评判依据,并与以非线性迭代收敛条件作为失稳评判指标的强度折减有限元方法进行了对比。对于天然垂直边坡的算例数值分析表明,采用广义塑性应变与塑性开展区作为失稳判据可以比较准确地预测边坡潜在破坏面的形状与位置及相应的稳定安全系数,验证了这种失稳判据的合理性。对开挖边坡和开挖支护边坡的实例计算结果表明本文方法对于复杂的边坡稳定性分析是实用的。     

平缓反倾红层边坡变形破坏机制研究

以赤水市旺隆边坡为工程实例,依据野外调查和地质分析成果建立平缓反倾红层边坡概念模型,并结合离散元数值模拟研究贵州平缓反倾红层边坡的变形破坏机制。结果表明:旺隆边坡是砂泥岩不等厚互层的典型平缓反倾红层边坡,差异风化和降雨是主要的诱发因素。边坡的变形演化过程经历4个阶段:卸荷回弹、浅表生改造局部变形、裂隙扩展延伸、裂隙贯通深部蠕滑。变形破坏机制根据不同变形阶段划分为3种不同形式:压缩—拉裂—倾倒、风化剥落—坠落、蠕滑—压致拉裂。     

开挖岩体边坡卸荷带宽度的计算方法

卸荷带的判别与计算,直接关系到岩体边坡的长期稳定性及致灾安全性.针对均质岩体边坡,采用弹性理论楔形体力学模型,提出了开挖岩体边坡力学模型,建立了开挖岩体边坡应力的计算方法;从开挖高度、开挖坡度、台阶宽度、岩体粘聚力、内摩擦角及岩体容重等方面,通过敏感性分析,探讨了开挖岩体边坡卸荷带宽度的变化规律,据此采用量纲分析法,建...     

边坡开挖卸荷条件下稳定性研究

在原始和卸荷两种不同的力学状态下，分析了边坡的稳定性。岩石边坡开挖为卸荷力学条件，采用卸荷岩体力学的方法分析边坡的位移变形比较符合实际。     

碎石土边坡破坏机理的敏感性分析

在碎石土类边坡中常常发育稳定的地下水管网排泄系统,它们对控制地下水水位上升,保持边坡稳定十分重要。以官家滑坡为例,通过对滑坡稳定性系数有关的各因素敏感性分析,发现地下水是影响边坡变形破坏以及复发破坏的最主要因素。当坡脚开挖或坡体堆载时,会破坏管道状地下水排泄系统,降雨入渗导致地下水水位升高,从而引起坡体内孔隙压力比、水头高度和水力坡度增大,使潜在滑面上的孔隙水压升高,影响碎石土边坡的稳定性;同时,地下水位的升高降低了土体的内摩擦角,而因素敏感性分析发现,内摩擦角对边坡失稳具有极其重要的影响。在官家滑坡的后期治理中,治水作为主要工程措施的理念已经得到很好的贯彻,效果十分明显。     

地震波斜入射下土质边坡的稳定性分析*

地震诱发的边坡失稳是重要的地质灾害类型之一,数值方法是对地震边坡进行分析的一项重要工具。基于黏弹性人工边界,通过将地震记录转化为等效地震荷载实现地震波在场地中的施加;并采用Mohr?Coulomb准则模拟土体的非线性特征。根据非线性有限元软件ABAQUS,建立了双面边坡的数值模型,通过分析地震波在不同角度入射下不同坡角边坡的地震响应,讨论了地震波入射角以及边坡坡角对破坏的影响。结果表明,地震波入射角和边坡形状改变了地震波在坡体内的传播规律,因此影响了边坡的破坏。随着地震波入射角的增加,靠近波源一侧坡面的滑动位移和滑动区域逐渐增加,而远离波源一侧的滑动位移和滑动区域逐渐减小。边坡坡度的增加引起坡面危害的逐渐加剧。本文讨论了不同尺寸边坡在不同地震作用下的破坏规律,从而为地震诱发边坡的失稳破坏提供了理论支撑,具有重要的现实工程意义。     

岩溶区公路边坡监测TLS点云处理与3D场景构建研究

岩溶山区公路的工程地质条件极为脆弱,容易造成沿线边坡整体或局部滑坡,为保障岩溶山区公路的运营安全,对公路沿线易滑边坡进行定位监测分析是十分有必要的。选取云南九乡典型岩溶山区公路的一个易滑边坡作为实验监测对象,针对传统"点"式监测方法存在的不足,采用地面三维激光扫描(Terrestrial Laser Scanning,TLS)技术对该边坡实施了野外现场扫描并获得该易滑边坡现状的3D点云数据;基于I-Site Studio三维点云数据处理平台,开展了对该公路易滑边坡扫描获得的3D点云数据进行了配准、滤波去噪和空洞修复等预处理,以及精细化建模和三维场景构建等试验研究。整理得出了利用地面TLS技术进行岩溶山区公路易滑边坡3D点云数据采集、预处理和3D场景模拟分析等完整技术应用过程,并对TLS技术用于该实验区边坡监测的测量精度进行了评价。研究结果表明,相对于传统"点"式监测方法,地面TLS技术在岩溶山区公路沿线易滑边坡监测中能够获取更加丰富的空间三维数据,并构建出精细化的三维场景模型。     

基坑工程BOTDR分布式光纤监测技术研究

围护体系的加固质量对基坑工程、基坑周边环境和地下管线的变形和稳定性具有重要影响。通过对基坑围护体系和周边环境进行实时、在线监测分析,可掌握基坑变形的发展动态,对基坑失稳破坏进行预警。分布式光纤传感技术与常规监测方法相比具有很大的优越性,如分布式、长距离、实时性和长期稳定性等,可满足基坑工程安全监测和基坑失稳早期预警的要求。本文对布里渊光时域反射计(BOTDR)的测量原理进行了介绍,设计了一套基于BOTDR的新型基坑工程分布式监测系统,详细阐述了工程应用中传感光纤的布设方法、光纤保护和温度补偿技术等。以实际工程为例,对基坑工程分布式变形监测结果进行了分析。监测结果表明,基于BOTDR技术的基坑分布式光纤监测系统能够准确地反映基坑工程的变形情况,具有显著的优越性,可用于基坑工程稳定性的监测和失稳预报。