考虑侧壁阻力的顺层边坡失稳机制及稳定性评价∗

侧壁阻力作用下,顺层边坡主滑方向将偏离岩层倾向,其变形及失稳机制具有典型特征。以四川盆地马边河流域某顺层边坡为例,基于其工程地质条件,总结顺层边坡不同变形区域的特征,结合失稳边界条件研究了考虑侧壁阻力的顺层边坡失稳演化机制;最后,对比主滑方向偏离岩层倾向与否的受力差异,分析考虑侧壁阻力的顺层边坡三维稳定性,并研究了各影响因素的作用效应。结果表明：（1）考虑侧壁阻力的顺层边坡变形可划为失稳滑走区、滑坡区和稳定区,滑坡区包含滑动区和蠕滑变形区,滑动区岩体滑动后解体风化为碎、块石土,蠕滑变形区受侧壁阻力影响岩体仅变形拉裂;（2）顺层边坡经岩体劣化和前缘临空后,总体呈下部滑动、中部蠕滑拉裂的顺层临空-后退式破坏;滑动区边界受前缘及侧壁临空控制,长度与侧壁冲沟下切段长度相近;蠕滑变形区部分侧壁由节理面转化为挤压带,侧壁阻力增大,稳定性高于临界失稳状态;受侧壁阻力及滑体厚度控制,蠕滑变形区与稳定区界限处因滑体厚度削薄而拉裂;（3）建立了考虑侧壁阻力的顺层边坡稳定性系数计算式,以及岩层倾角δ、滑面倾角α、主滑方向偏离岩层倾向夹角β 三角度间的换算关系式,侧壁摩擦系数和β 越大,侧壁阻力越利于顺层边坡稳定。     

顺层岩质边坡刚度与破坏特征关系研究

用力学的观点研究顺层岩质边坡失稳机理是顺层岩质边坡稳定研究的重要手段之一，顺层岩质边坡刚度对其稳定的影响获得了广泛的关注，在总结前人研究成果基础上，采用柔度作为其刚度指标，认为顺层岩质边坡力学模型、破坏形态以及临界长度与其柔度大小密切相关，在其柔度小于临界柔度值时，可简化为杆模型，在其柔度值大于其临界柔度值时，根据其实际坡长，可简化为梁或杆模型，并分析了柔度大小与其破坏特征之间的关系，指出溃屈破坏一般只在特定的情况下发生。     

考虑地震力与静水压力的顺层岩质边坡弯曲破坏分析*

顺层岩质边坡是工程中较为常见的一种边坡类型,而弯曲破坏又是顺层岩质边坡中常见的破坏形式。当边坡上覆岩体具备下滑条件,岩体前缘下滑受阻,造成坡脚附近顺层岩板承受纵向压应力,加上地震力和静水压力的共同作用很容易发生弯曲变形直至弯曲破坏。基于弹塑性板稳定性理论,考虑岩体塑性和边坡长度的影响,并特别考虑地震力和静水压力的影响,建立了弯曲破坏段长度的计算公式和稳定系数指标。将建立的计算公式与现有分析方法进行对比,给出了两者的一致性和差异性。结合渝怀铁路2个工点的具体参数,代入公式并采用MATLAB进行计算,所得结果与现场实际调查情况相一致,并且分析了地震影响系数和岩板塑性参数的不同取值对计算结果的影响,验证了本文方法的可行性。     

瓮马高速公路低缓顺层边坡失稳机理与反思

通过对瓮马高速公路顺层边坡工程地质条件的系统调查与分析,对其变形破坏机制进行深入探讨研究。研究结果表明,顺层边坡破坏为滑移-弯曲-拉裂复合型顺层滑坡,边坡的变形受层间软弱夹层及岩体结构控制作用明显。基于变形机理分析和工程影响的治理措施将重点放在控制顺层滑坡向上继续滑移拉裂和软弱面滑移剪切控制上。     

某高速公路花岗岩边坡稳定性评价及防护措施研究

花岗岩在我国分布广泛,完整新鲜的花岗岩具有良好的工程地质特性,但受到侵蚀、剥蚀、风化等作用的花岗岩体物理力学性质急剧降低,又会成为工程建设中较难处理的岩石之一。公路建设过程中,风化花岗岩边坡较为普遍。由于这类边坡的特殊岩体性质,在一定条件下容易发生失稳,对公路施工和运营都会造成严重危害。因此,研究这类边坡的变形破坏机制和失稳模式,对边坡的开挖和防治具有重要意义。文章通过对某高速公路一风化花岗岩边坡的现场工程地质勘察,在边坡岩体结构特征、变形破坏机制及失稳模式分析的基础上对边坡的整体稳定性做出了评价,进而对边坡开挖和防护提出有效建议,同时也可为同类风化花岗岩边坡的设计、施工提供理论上的参考。     

稀土矿层厚度对浸矿边坡渗流及稳定性的影响

在原地浸矿和稀土边坡稳定性关系研究中,往往忽略了矿层厚度的影响,为此选取3个具有代表性的边坡实例,基于Fredlund提出的饱和-非饱和渗流理论,构建考虑稀土矿层厚度的采场边坡在不同注液强度下浸矿饱和液面及孔隙水压力与浸矿时间的关系,研究不同全风化稀土矿层厚度对边坡渗流场及稳定性的影响。结果显示,在矿层厚度不变的情况下,注液强度越高,坡体内浸润线和孔隙水压力增加越快,边坡稳定性下降越快;在一定的注液强度条件下,矿层厚度对浸润线的上升具有明显的滞后效应,厚度越大,浸润线和孔隙水压力上升速度也越慢,边坡稳定性下降速度则相应减缓。因此,稀土矿层厚度对稀土边坡渗流场及稳定性的影响是显著的,稀土采场拟定合理注液强度时不容忽视。     

顺层岩质高边坡的静力稳定性安全评价

工程边坡环境直接关系到工程的经济效益,顺层岩质高边坡的稳定性主要受软弱结构面的构造和力学性能的影响。采用基于强度折减法的边坡安全系数作为边坡稳定性的评价指标,使用FLAC3D软件对顺层岩质高边坡稳定性进行了非线性有限元分析,分别探讨了结构面倾角和剪切强度、边坡坡率以及边坡高度对其稳定性的影响规律,着重提出了顺层岩质高边坡的两种破坏模式以及滑移剪切破坏的机理;并采用层次分析法定性比较了边坡稳定性对各影响因素的敏感性。结果表明,结构面剪切强度对边坡稳定性影响的权重最大,结构面倾角次之,边坡坡率及边坡高度的影响相对较小。     

地震作用下含软弱夹层顺层岩质边坡表面放大效应研究

为了研究地震作用下含软弱夹层顺层岩质边坡表面的放大效应,借用FLAC3D软件,建立了含软弱夹层顺层岩质边坡动力分析数值模型;在合理考虑地震动输入、边界条件、网格划分与模型参数的基础上,分析了地震动峰值、频率、持时以及初动方向等因素影响下的边坡表面放大效应。研究结果表明:①地震动峰值、频率和初动方向对边坡表面放大效应的影响较显著,而地震动持时对边坡表面放大效应的影响微小;②随着地震动峰值的增加,放大效应由软弱夹层之上的坡面及坡顶面向坡肩点逐渐增大,坡肩点的放大效应最大;③当输入地震动频率小于边坡的自振频率时,边坡表面加速度放大倍数较小,且频率越小,放大倍数越小,当输入地震动频率大于边坡的自振频率时,边坡表面加速度放大倍数较大,且频率越大,放大倍数亦越大。     

基于正交设计的边坡稳定性影响因素敏感性分析

边坡的稳定性受多种因素的影响,应用正交设计对影响边坡的多因素进行了敏感性分析。首先对正交设计原理及用于结果分析的极差法和方差法进行了简单介绍,然后结合工程实例,说明了正交设计在边坡敏感性分析中的应用,最后用极差法和方差法对其结果进行分析,得出影响边坡的参数中,敏感性由大到小依次为:地震加速度α,粘聚力c,内摩擦角φ,库水位变化H,容重γ;其中地震加速度α,粘聚力c,内摩擦角φ是对该边坡影响最显著的因素。因此,在边坡治理时应注意地震和降雨对其稳定性产生的不利影响。     

极端灾害天气下临河岩质边坡的倾覆稳定性分析

基于改进的水压分布假设,建立了临河岩质边坡在冻胀作用、静水压力和流水淘蚀等多因素影响下失稳的概化理论模型,并利用极限平衡理论推导出了极端天气下临河岩质边坡倾覆稳定性的无量纲表达式。重点分析了各影响因素对边坡倾覆稳定性的影响,绘制了饱水岩质边坡倾覆稳定性系数与坡高、坡角、临河水位以及水平淘蚀距离之间的关系图;同时分析了非饱水状态下边坡的倾覆稳定性系数与各影响因素的关系。算例分析表明:在极端天气的影响下,出溜缝未堵塞边坡的倾覆稳定性发生了很大的变化,其随着临河水位的升高先减小后增大,随淘蚀距离的增加而减低,随坡角、坡高的增加而增加,当坡高较低时,随冻深的增加而减低,当坡高较高时,随冻深的增加而增大。     

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。     

白音华一号露天矿地鼓区边坡稳定性研究与治理

为揭示地鼓产生的原因及其对边坡变形破坏机理与稳定性的影响,结合白音华一号露天煤矿东帮工程实例,在分析边坡工程地质特征的基础上,应用极限平衡理论并通过反分析法确定了2~#煤顶板弱层抗剪强度,评价了地鼓区边坡稳定;应用FLAC3D数值模拟软件对优化后的边坡进行了数值模拟研究。结果表明:2~#煤顶板弱层及地鼓是控制边坡稳定的决定性因素;地鼓区滑坡模式为剪切圆弧-弱层-地鼓裂缝相结合的组合滑动;选定安全储备系数为1.1,5~6剖面现状边坡满足安全储备要求;1~4剖面现状边坡不满足安全储备要求;1~4剖面原设计边坡均不满足安全储备要求;经削坡优化治理不稳定边坡,优化后1剖面整体边坡角为22°,2~4剖面为24°。该研究可为白音华一号露天矿东帮边坡治理提供指导,为类似条件下露天矿安全生产提供借鉴。     

降雨作用下考虑膨胀推力的膨胀土边坡稳定性分析

为研究膨胀力作用下膨胀土边坡的稳定性,通过合理假设,在传统剩余滑坡推力法中引入膨胀力项,得出了适用于膨胀土边坡的滑坡稳定性系数计算公式。基于该公式对某膨胀土坡的离心模型降雨试验进行了模拟和计算,通过计算结果和试验结果的对比验证了该法的可行性;同时分析了膨胀力施加与否、不同裂隙分布位置和深度、不同降雨历时和降雨强度下膨胀土边坡的稳定性,得出了安全系数的变化规律。结果表明,降雨条件下考虑膨胀力时膨胀土边坡的安全系数相对于未考虑膨胀力时大幅下降,符合膨胀土边坡降雨破坏的实际情况;裂隙位于坡中时膨胀土边坡较裂隙位于坡顶时更危险;降雨强度和降雨历时也对膨胀土边坡的稳定性造成了影响,但超过一定程度时这种影响会受到限制。该方法为工程中膨胀土边坡稳定性的计算提供了参考。     

三维土工网防护边坡整体稳定性分析

针对三维土工网护坡技术的前期阶段不断出现的边坡整体失稳现象,基于三维土工网护坡技术的作用机理,采用强度系数折减法,利用ABAQUS建立土工网防护边坡的三维有限元模型,以坡肩特征点的位移突变情况作为边坡失稳判断的标准,分别计算和比较了不同降雨条件下土工网防护边坡和不含土工网边坡的安全系数,探究了边坡失稳时坡体内部塑性区的发展情况和位移分布规律,并利用室内边坡抬升破坏试验分析比较了两种边坡的破坏抬升角度和最终破坏情况,与数值模拟分析结果进行比较。结果表明:土工三维网在一定程度上可以提高边坡的整体稳定性,但作用影响较小;降雨强度的大小对边坡稳定性的影响较为明显;在土工网和铆钉共同作用下,土工网和其覆盖的土体共同作用,呈现较好的整体性。     

顺层滑坡的发育环境及分布特征

顺层坡是山区铁路、公路和水利水电工程建设中常见的一类斜坡，也是极易失稳滑动的一类斜坡，其稳定性及其影响因素一直是工程技术人员关心的问题。在现场勘测和调查的基础上，对涪陵市至酉阳县龙潭镇渝怀铁路沿线顺层滑坡的发育环境及其分布特征进行了系统的统计分析，结果表明：岩层中的软弱夹层、构造变动时形成的层间错动面及因河流切割而形成的有效临空面是顺层滑坡发育的基本条件；暴雨是斜坡滑动的重要诱发因素；滑坡发育程度随坡高的增大而增大，随岩层走向与斜坡临空面走向间夹角的增大而减小，同时具有凸形坡大于直线坡而直线坡大于凹形坡的规律。     

基于强度原理的顺层岩质边坡动力安全系数判据研究

基于完全动力的有限差分强度折减法,对6种判据求解地震荷载作用下顺层岩质边坡动力安全系数的有效性和适用性进行分析,并与刚体极限平衡法的计算结果进行了对比。研究结果表明:塑性区和岩体层面剪切滑移状态贯通判据是判别顺层岩质边坡处于临界失稳状态的必要非充分条件,以其为判据获得的动力安全系数略小于其它判据对应的动力安全系数,工程意义上偏于保守;由于很难事先预知边坡滑裂面的几何形状和位置,层面上下岩体相对位移突变判据、层面剪切滑移位移突变判据和动力安全系数时程判据的普遍适用性较差。建议联合塑性区和层面剪切滑移状态贯通判据以及滑体特征点位移或位移变化速率突变判据,进行地震等动载作用下顺层岩质边坡动力安全系数的求解;为使所选取的特征点具备普遍适用性,可在坡脚至坡顶之间的坡面上间隔一定距离选取监测点,作为监测边坡位移或位移变化速率的特征点。     

基于神经网络的岩体边坡稳定性的灰色聚类空间预测法及其应用

针对岩体边坡稳定性与影响因素之间的非线性关系,提出了基于神经网络的岩体边坡稳定性的灰色聚类空间预测法,结合实例仿真分析,表明该方法能较好地处理岩体边坡稳定性与影响因素之间的灰色非线性关系,同时,能比较准确地预测岩体边坡的稳定性。     

基于ABAQUS的强度折减有限元法边坡稳定性分析

将强度折减有限元法与ABAQU S软件相结合,充分利用ABAQU S软件强大的后处理功能,动态显示广义塑性应变和塑性区的开展情况,以此对边坡稳定性进行判定。在ABAQU S软件的模拟计算中,通过不断调整强度折减系数F的大小,改变土体的强度指标c、值,得到不同折减系数下边坡中广义塑性应变的发展情况;当塑性区趋于贯通,且广义塑性应变和位移发生突变时,则边坡处于破坏的临界状态,此时的折减系数就定义为边坡的最小稳定安全系数。通过天然直立边坡及开挖边坡的实例分析,表明该法可以较准确形象地预测边坡潜在滑裂面的位置及评价边坡的稳定性,在复杂条件下的基坑边坡稳定性分析中是简便实用的。     

加筋土边坡临界滑动场

在分析加筋土边坡稳定性时,将加筋材料的作用视为施加于滑面上的等效力,建立了满足力平衡的加筋土边坡安全系数的计算格式;将边坡临界滑动场数值模拟方法进行推广,提出了基于力平衡的加筋土边坡临界滑动场计算方法,可以得到形状任意的临界滑动面及边坡最小安全系数。通过算例,比较加筋前后临界滑动面和安全系数的变化,并探讨了加筋水平间距、强度、长度对加筋土边坡稳定性的影响。     

水位下降对某悬索桥桥基边坡稳定性影响分析

悬索桥桥基边坡由锚碇和桥墩构成复杂的的结构体系,其变形特点与天然边坡有很大区别。为深入研究水位下降对桥基边坡稳定性的影响,以某拟建悬索桥桥基边坡为例,采用有限元强度折减法计算了锚碇与桥墩耦合作用下水位下降不同高度边坡的位移、塑性点和安全系数变化规律。结果表明:随着河道水位逐渐下降,边坡发生主要水平位移的部位也随之下移,锚碇附近岩体位移受降水前期影响大;坡体内部塑性点主要分布在锚碇附近,分布范围随水位降低先增加后减少并最终趋于稳定;边坡安全系数随水位的下降先减小后增加,水位下降40 m后安全系数稳定在1.28;通过分析桥基边坡潜在滑裂面,确定了锚碇受拉是桥基边坡稳定性大小的控制性因素。计算成果可为大桥修建过程中边坡的稳定性评估提供参考。