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。     

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。     

基于全动力分析法的地震边坡与隧道稳定性分析

目前地震边坡和隧道稳定性分析方法尚有一些不尽如人意的地方,如地震边坡的破裂面假定为剪切破裂面,这与汶川地震边坡破坏现象不符;地震边坡稳定性分析采用时程分析法,假定在某一时刻加速度作用下,将其作为静力问题来计算边坡稳定安全系数,没有充分考虑加载的动力效应;同样,未考虑地震作用下隧洞围岩的拉破坏,对隧洞围岩破坏缺少动力稳定性标准,也不能充分考虑隧洞围岩与衬砌的动力效应。为此,基于有限元强度折减法,提出了一种完全的动力分析方法——强度折减动力分析法,计算中同时考虑剪切强度和抗拉强度参数的折减,并采用计算不收敛和位移突变综合判断边坡和隧道是否动力失稳破坏,以极限状态时的强度折减系数作为地震边坡和隧道的动力稳定系数,由此获得拉、剪组合破裂面与全动力稳定安全系数,充分考虑了动力效应。     

基于强度折减有限元法的边坡失稳判据研究

强度折减有限元稳定分析方法是目前应用及研究较多的一种分析方法。如何根据有限元计算结果来判别边坡稳定性，是强度折减有限元稳定分析方法的一个关键性问题。强度折减有限元法的失稳判据主要有3种：第一种以有限元解的收敛性判定失稳状态；第二种根据计算域内最大节点位移与折减系数之间关系曲线变化特征判定失稳状态；第3种通过计算域内塑性区是否贯通判定失稳状态。利用ADINA有限元通用软件，对二个不同的边坡算例进行强度折减计算，分别采用3种失稳判据进行稳定性分析，对3种失稳判据的适用性、3者之间的一致性、各自的适用范围进行了研究。研究表明，对于均质边坡，3种失稳判据存在较好的一致性，但是对于非均质边坡，塑性区贯通判据在应用范围上存在局限性。     

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。     

含隧道岩石边坡在地震作用下动力响应特性研究

根据动力有限元原理,利用软件Midas/GTS对某一山岭高速公路隧道边坡,模拟有无锚杆加固两种工况,进行了地震荷载作用下的动力响应分析,获得了位移、加速度、锚杆轴力及隧道的动力响应规律。结果表明:边坡岩体对地震加速度存在放大作用,锚杆在一定范围内能有效抑制这种放大作用;锚杆加固岩质边坡主要体现在对地震作用下坡顶岩体产生拉剪破坏的嵌固作用,来约束周围岩体的位移,锚杆支护设计的关键在于充分发挥锚杆的延性;在地震作用下隧道动力响应由洞口向衬砌内部,拱脚向拱顶呈放大趋势,衬砌内出现明显的应力集中现象。     

地震作用下土石混合体边坡稳定性分析研究∗

目前对边坡进行的动力分析多是针对土质边坡或岩质边坡,忽略了土石混合体边坡这一特殊岩土体边坡,而少有的研究中都是将土石混合体边坡简化为等效均质土坡,忽略了块石的存在。利用数字图像处理技术,建立某一实际土石混合体边坡的细观结构模型,利用有限差分软件 FLAC3D 的动力分析模块分析对比了等效均质土坡与土石混合体边坡在地震荷载作用下的变形及稳定性。结果表明：土石混合体边坡在地震作用下首先在坡脚处出现剪切破坏,随作用时间增加逐渐在顶部产生拉裂破坏,最终形成完整的破坏带;土石混合体边坡的滑面受石块位置制约,具有“绕石现象”;在相同地震荷载作用下,土石混合体边坡破坏区贯通比等效均质土坡慢,最终产生的永久位移比等效均质土坡产生的永久位移小,块石的存在增加了土石混合体边坡的抗剪强度,提高了其稳定性。     

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。     

基于Ubiquitous-Joint模型的层状岩坡稳定性分析

在应力的作用下,层状岩土体表现出来的力学行为比较复杂,目前广泛使用的各向同性模型不再适用,因此,有必要建立合理描述层状岩质边坡的力学模型。以某公路边坡为工程背景,首先,探讨了层状岩质边坡的失稳机制;然后,利用快速拉格朗日差分法(FLAC3D),建立该边坡的数值分析模型,探讨了强度折减技术在U-biquitous-Joint模型中的实施方法,即对岩体和层理面参数同时进行折减,采用计算不收敛作为边坡临界失稳判据;最后,通过数值计算,分析层状岩质边坡稳定性的影响因素,得到边坡整体安全系数F随节理倾角β先减小后增大,呈现两头高中间低的形态。     

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。     

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。     

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。     

二维最小势能法的边坡安全系数新求解方式

针对任意形状的二维滑面边坡,选取滑体中任意单元体为研究对象,通过垂直于合外力方向上的静力平衡关系求解滑面上的剪应力;参照矢量和法定义安全系数的方式,求解出滑体下滑趋势方向,沿此方向求得边坡安全系数。通过与经典算例验证表明:该方法得出的边坡安全系数与其它方法计算结果基本一致,验证本文方法是可行的,可应用于边坡稳定性分析,且表明滑面上的剪应力分布状态对边坡安全系数是有影响的。     

某公路构造碎裂岩质滑坡特征及成因分析

以巧家县白鹤滩镇白泥沟滑坡为研究对象,通过工程地质调绘、工程勘探及滑坡变形监测等勘测手段,确定滑坡体形态和性质,确定滑带土岩体力学特征,分析碎裂岩滑坡的形成机制,并对滑坡在天然状态、暴雨及地震工况下滑坡稳定性分析,结果表明:该构造碎裂岩质滑坡具有利滑动的地层及岩体结构及复杂的构造环境,在采石场边坡开挖、暴雨及地震等诱因作用下,滑坡处于欠稳定-不稳定状态。     

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。     

地下水位变化对砂质边坡地震稳定性的影响研究

基于砂土边坡的有限元模型和室内振动台试验,研究了地下水位变化对边坡的地震动力响应和破坏模式的影响规律。研究结果表明,基于中国规范的拟静力法计算的边坡安全系数相对于日本规范较为保守。随着地下水位的增加,边坡的最大水平位移均表现出增加趋势,且在边坡顶部水平位移达到最大值;近场地震作用下的位移要大于远场地震作用下的位移。地震作用下随着水位的增加,边坡顶部的最大水平加速度呈现减小的趋势,说明地下水的存在具有一定的减震作用。地下水对边坡动力特性影响较大,随着地下水位的升高,边坡的自振周期呈现增加趋势,最高水位时(1m)边坡的自振周期比无水时增大了2.88倍。不考虑地下水时,边坡的破坏主要表现为通过坡脚的圆弧形剪出破坏,而地下水的存在使边坡的破坏并没有通过坡脚,而是从边坡前缘某一点处发生剪出破坏。最后通过振动台试验对数值模拟结果进行验证,确定了数值模拟结果的准确性。     

双向地震作用对台阶型加筋边坡动力响应的影响

以我国西南部一实际工程为背景,分析了双向地震作用下台阶型加筋边坡的动力响应特点及规律。利用经过验证的PLAXIS有限元分析方法,首先在不同地震强度下,对比了水平及双向地震分别作用后加筋边坡的动力响应,然后研究了竖向地震的影响。结果表明,地震作用下,填土的塑性变形呈弥散型分布,随着竖向地震分量的增大,加筋土体横向变形增大,筋材内力提高,同时,竖向地震的震动压实作用使土体侧向围压提高,土体发生硬化,刚度增加,坡面横向位移减小;随着竖向地震分量进一步增大,土体硬化改变了边坡自振特性,在本研究地震激励下,加筋土体动力响应加剧,上坡有发生整体剪切破坏的趋势,并向外偏转,坡面横向位移增大。竖向地震对边坡动力响应的影响随地震强度的增大变得明显。     

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。     

含小净距隧道岩石边坡地震动力响应特性研究

采用有限元分析软件建立一个通过大型振动台模型试验验证的边坡动力数值分析模型,研究了地震作用下含小净距隧道岩石边坡的动力响应规律,探讨了隧道结构对边坡动力响应规律的影响。结果表明:1)边坡加速度峰值放大系数沿坡面向上呈现出先减小后增大的非线性变化特征,存在临空面放大作用,边坡会改变输入地震波的频谱成分,对高频段地震波存在滤波作用,对低频段地震波存在放大作用;2)因小净距隧道的存在,含小净距隧道边坡的坡面加速度分布较无隧道边坡表现出明显的非线性高程特性,其坡体最大水平和竖向位移总体上小于无隧道边坡;3)强震作用下坡顶和结构面附近水平位移最大,两隧道中夹岩处及偏压侧隧道左侧拱脚处易发生拉裂破坏和剪切破坏。试验研究结果对含小净距隧道边坡抗震设计及其地震动力反应特性的研究有一定的指导意义。     

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。