反倾岩质边坡破坏机理模型试验研究
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反倾层状岩质边坡倾倒变形破坏机理综述邹丽芳;徐卫亚;宁宇;郑文棠【期刊名称】《长江科学院院报》【年(卷),期】2009(026)005【摘要】倾倒变形破坏常见于层状岩质边坡工程,其机理研究对边坡稳定性分析具有重大意义.在国内外相关研究基础上对弯曲倾倒、块状倾倒及块状-弯曲倾倒3种不同破坏模式进行了分析,就边坡几何形状、岩层强度和长细比、层面力学参数、地下水、开挖作用等因素对倾倒变形的影响进行了阐述,介绍了倾倒变形破坏机理在物理模型试验、极限平衡、数值模拟3种方法中的研究进展,指出了不同方法的适用性和优缺点,说明了研究中需要改进和深化的内容.【总页数】6页(P25-30)【作者】邹丽芳;徐卫亚;宁宇;郑文棠【作者单位】河海大学,岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室,南京,210098;河海大学,岩土工程研究所,南京,210098;河海大学,岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室,南京,210098;河海大学,岩土工程研究所,南京,210098;河海大学,岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室,南京,210098;河海大学,岩土工程研究所,南京,210098;河海大学,岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室,南京,210098;河海大学,岩土工程研究所,南京,210098【正文语种】中文【中图分类】TU457【相关文献】1.不同临空条件的层状反倾岩质边坡倾倒变形几何特征参数影响规律 [J], 黄少平;晏鄂川;尹晓萌;陈前;李兴明2.基于数值流形法的反倾层状岩质边坡倾倒破坏模拟 [J], 王欢欢;郭明珠3.反倾软硬互层岩质边坡倾倒变形破坏机理与影响因素研究 [J], 黄达;马昊;孟秋杰;宋宜祥4.基于数值流形法的反倾层状岩质边坡倾倒破坏分析 [J], 王欢欢;郭明珠5.反倾层状岩质边坡倾倒变形机理与影响因素的离散元模拟 [J], 黄达;马昊;石林因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
第22卷 增2岩石力学与工程学报 22(增2):2707~27102003年10月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Oct .,20032003年3月1日收到初稿,2003年6月1日收到修改稿。
* 国家自然科学基金(40072090)资助项目。
作者 任光明 简介:男,39岁,1995年于成都理工学院工程地质专业获硕士学位,现任副教授,主要从事工程地质与岩土工程方面的学与科研工作。
E-mail :gcr@163. com 。
反倾向岩质斜坡变形破坏特征研究*任光明1 聂德新1 刘 高2(1成都理工大学工程地质研究所 成都 610059) (2兰州大学 兰州 730000)摘要 以黄河上游某电站库区一大型反倾层状岩质斜坡的变形破坏为例,通过地质分析及数值模拟分析,揭示了该类斜坡的变形破坏是岩层在自重应力作用下作悬臂梁弯曲,使岩层发生弯曲变形,导致坡体后缘开裂、根部折断,前缘发生剪切蠕变,当坡体内折断带的剪应力超过其抗剪强度时,坡体逐渐错动下滑形成倾倒塌滑体。
关键词 斜坡,反倾岩层,变形破坏,形成机制,数值模拟分类号 P 642.22 文献标识码头 A 文章编号 1000-6915(2003)增2-2707-04STUDIES ON DEFORMATION AND FAILURE PROPERTIES OFANTI-DIP ROCKMASS SLOPERen Guangming 1,Nie Dexin 1,Liu Gao 2(1Institute of Engineering Geology ,Chengdu University of Technology ,Chengdu 610059 China )(2Lanzhou University , Lanzhou 730000 China )Abstract Based on the field investigation ,geology analysis and numerical simulation of a large-scale slope in reservoir area on the upstream of Yellow River ,the rules of deformation and failure of this kind of slopes are disclosed. The layered rock bends like cantilever under the effect of gravity. When rock mass in back of the slope bends to a certain extent ,its root will break off and create a continuous weak surface ,and shear creep will occur in the toe of the slope. When the shear stress excesses to the shear strength of the weak surface ,the topple-slumping will occur in the shear stress concentration zone of the slope.Key words slope ,anti-dip layered rock mass ,deformation and failure ,mechanism ,numerical simulation1 引 言反倾向层状结构岩质斜坡是常见的斜坡结构类型[1~3]。
反倾层状岩质边坡破坏机制研究——以锦屏一级水电站左岸边坡为例的开题报告一、研究背景和意义随着城市化、工业化的快速发展,人类活动对地质环境的破坏性增加,岩质边坡的稳定性问题备受关注。
随着工程规模的不断扩大和施工技术的不断提高,反倾层状岩质边坡破坏频率不断上升。
因此,研究反倾层状岩质边坡的稳定性及其破坏机制,对于指导工程设计和安全施工具有重要意义。
锦屏一级水电站左岸边坡是中国西南地区的一项重要水电工程,该边坡处于长江干流上游,地形陡峭、复杂多变,其特殊的地质构造和地形条件更使稳定性的问题日益突出。
因此,以锦屏一级水电站左岸边坡为例,开展反倾层状岩质边坡破坏机制的研究,具有一定的应用价值和现实意义。
二、研究内容和目的本研究以锦屏一级水电站左岸边坡为例,通过野外调查、现场测试和实验室分析等手段,全面系统地研究反倾层状岩质边坡的稳定性及其破坏机制,探究其发生的原因,为类似边坡工程的设计和安全施工提供可靠的科学依据。
具体研究内容包括:1. 野外调查及现场测试:对锦屏一级水电站左岸边坡的地形、地质、地貌等进行详细调查,利用无人机、全站仪、地震仪等现代仪器设备进行现场测试。
2. 基本力学特性测试:采用三轴试验、剪切试验等方法,测试岩石的基本力学特性参数;3. 长期侵蚀和加水作用:通过模拟不同水平的降雨、长时间喷水等方式模拟岩体长时间侵蚀和多次加水作用,研究其对反倾层状岩质边坡的影响;4. 机理分析:利用理论分析、数值模拟等方法,对反倾层状岩质边坡的破坏机理进行分析。
三、研究方法和步骤1. 实地调查和测试:采用现代化的测绘仪器、无人机等现代技术手段,系统全面地以锦屏一级水电站左岸边坡为研究对象,对该边坡的地形、地质、地貌等进行详细调查和现场测试;2. 岩石力学特性测试:对采集的反倾层状岩体试样进行三轴试验、剪切试验等基本力学特性测试;3. 长期侵蚀和加水作用模拟:通过模拟不同水平的降雨、长时间喷水等方式模拟岩体长时间侵蚀和多次加水作用,研究其对反倾层状岩质边坡的影响;4. 机理分析:基于试验数据和已有的研究成果,采用理论分析、数值模拟等方法,对反倾层状岩质边坡的破坏机理进行分析。
含软弱岩层反倾岩质边坡地震动力响应与破坏模式摘要:错综复杂的地形地质条件、巨大的风化差异和频发的地震动导致高位危岩落石、崩塌和滑坡灾害频发,严重威胁铁路建设和行车安全。
顺层岩质边坡是西南山区分布最为广泛的边坡类型之一,在风化作用下,岩质边坡内部存在大量的非连续结构面,包括层面、节理及软弱夹层等,导致边坡的动力响应与破坏模式也更为复杂。
关键词:软弱岩层;反倾岩质边坡;动力响应;破坏模式;引言随着露天矿开采深度的增加,边坡稳定性对保障矿山安全生产具有重要的意义。
露天矿山在开采过程中经常受到爆破振动的侵扰,爆破振动严重影响了露天矿山边坡的稳定性。
因此,研究爆破作用下岩质边坡响应特征对于保障露天矿山边坡稳定以及确保矿山安全生产具有一定的理论与现实意义。
迄今为止,我国国内许多专家学者对爆破振动作用下边坡的稳定性以及边坡响应特征做了大量研究。
1反倾岩质边坡稳定性研究水电站、铁路和矿山等工业领域因地质问题引起的灾害也频繁发生,这引起了人们的关注,但也增加了对这些灾害原因的分析,主要是由于反向岩斜坡的倒塌,但反向岩斜坡倒塌的原因需要认真研究,这不仅关系到施工过程中的施工技术,而且还关系到反向岩斜的形成机理。
坡度的稳定性对项目的稳定性至关重要。
目前,研究斜坡稳定性的方法大概有两种:定性分析法和定量分析法,但随着我国大型工程项目的质量稳定性,该领域的研究人员对斜坡稳定性的研究方法进行了改进,如建立岩土力学模型来研究斜坡破坏的力学机理。
通过研究岩石斜坡退化的力学机理,可以了解岩石斜坡的受力情况,然后采取适当的方法来平衡其受力情况,尽量保持岩石斜坡的稳定性,定性分析主要是围绕工程地质勘探,特别是围绕影响岩石斜坡稳定性和变形破坏力学机理的因素,分析形成变形的原因,以说明斜坡的稳定状态和防岩斜坡今后可能的发展趋势,因此这种方法的优点是综合考虑影响防岩斜坡稳定性的因素,使工程施工在施工过程中要考虑多个方面,防止斜坡倒塌的预防措施,目前,在反斜坡稳定性分析的过程中,我国研究人员采用的方法还没有完全达到定量分析或定性分析方法的水平,而在定性分析的过程中,所采用的物理模型分析方法是较早和相对直观的斜坡稳定性分析方法的发展。
岩质边坡的坡体结构及变形破坏模型探讨岩质边坡稳定性的一个主要控制因素是坡体结构,分析坡体的稳定性,首先要查清坡体结构,从而方可判断坡体的变形分析模型与变形发展趋势和稳定状态。
岩质边坡的坡体结构主要可分为层状(含似层状)、块状、破碎和散体状坡体结构四大类。
1、层状(含似层状)坡体结构坡体一般由相互平行的岩层构成,层与层之间为贯通性较好的多成因结构面,坡体岩性可以是单一的,也可以是多层、互层或夹层的。
此外类坡体包括沉积岩(如砂泥岩、页岩、灰岩等)、部分变质岩(如片麻岩、片岩、板岩等)及沉积型火山岩(火山角砾岩、凝灰岩等)。
其中最为常见的是沉积岩。
层状(含似层状)坡体结构是不连续介质模型,坡体在结构上、岩性组合上往往是不均一的,为典型的各向异性结构,坡体的稳定性主要取决于层间结构段的性质与临空面的配套组合。
层状(含似层状)坡体结构可以形成近水平层状、斜交状、顺倾状或反倾状边坡。
一般情况下反倾状、水平状坡体结构的边坡稳定性相对较好。
而顺倾状坡体往往稳定性较差,尤其是存在层间软弱夹层时,层面的力学性质将大幅降低,坡体的稳定性将大幅降低。
此外,对于层状与临空面倾向处于斜交状态的坡体结构,其稳定性与层面和临空面的夹角有直接关系。
夹角越大,稳定性相对越好;夹角越小,稳定性相对就越差。
因此,有的规范将层面和临空面的夹角以40~45°为界划分边坡是否属于顺层的分界点。
对于层状的反倾状坡体变形模型,多为依附于多组结构面的追踪形成贯通性结构面所致,是为切层变形;水平状坡体则多为依附于层间软化、泥化层形成平推式或错落式变形体模型,这在四川盆地的红层地区是比较常见的。
2、块状坡体结构块状坡体结构主要由厚层、巨厚层沉积岩、岩浆岩或部分变质岩组成。
常见的有厚层或巨厚层的砂岩、砾岩、灰岩,花岗岩、闪长岩、玄武岩、大理岩、石英岩等。
块状坡体结构完整性较好时可近似为均一连续的弹性介质模型,而当坡体中存在发育较好的结构面、小断层等时表现为不连续介质模型。
基于PFC2D岩土质混合边坡破坏模式及机理研究发布时间:2021-12-23T02:48:34.472Z 来源:《工程建设标准化》2021年10月20期作者:黄冠滔[导读] 以佛山市高明区明城镇苗村鹿洞山南侧山坡为研究对象黄冠滔广东省佛山地质局广东佛山 528000摘要:以佛山市高明区明城镇苗村鹿洞山南侧山坡为研究对象,在考虑该地区工程地质条件的基础上,运用离散元方法建立该边坡的数值模型,以边坡的位移、速度和局部颗粒的运动轨迹为切入,对边坡的演化过程进行研究。
结果表明:边坡坡度较大时对边坡的破坏模式有很大的影响,边坡为推移式边坡,边坡的地貌是决定边坡滑动面的因素之一;边坡的破坏过程可分为整体沉降阶段、滑动面贯通阶段、沿圆弧面整体滑动阶段。
模拟结果与边坡实际变形情况基本吻合,可为此边坡的防护提供理论参考。
关键词:边坡;PFC2D;演化过程;滑动面Failure mode and mechanism of rock-soil mixed slope based on PFC2DAbstract:Taking the southern slope of Ludong Mountain, Miao Village, Mingcheng Town, Gaoming District, Foshan City as the research object, taking the engineering geological conditions of this area into full consideration, the slope was simulated by particle flow software PFC2D, and the evolution process and disaster mechanism of the slope were studied.The displacement, velocity and local particle trajectory of the slope are analyzed. The results show that the slope slope has a great influence on the failure mode of the slope. The slope is a push slope, and the landform of the slope is one of the factors that determine the sliding surface of the slope.The failure process of the slope is divided into the whole settlement stage, the local shear plane through the slide plane stage, and the whole slide along the arc surface stage.The results are basically consistent with the actual condition of the slope, which can provide theoretical reference for the protection measures of the slope.Keywords:slope; PFC2D; Soil slopes0 引言滑坡灾害在我国山区频发,对人们的生命财产安全造成了重大危害,国家每年治理滑坡灾害开销巨大,对滑坡的研究治理尤为重要。
80 专题研究 2019·2基于破坏机理与破坏模式的道路边坡分类浅析■ 中铁二院工程集团有限责任公司 魏永幸 邱燕玲边坡在道路(铁路公路)带状工程中占比较高,边坡工程可靠性对道路工程建设投资以及后期运营安全影响较大。
影响边坡可靠性的因素多,其中边坡破坏机理、边坡破坏模式直接影响边坡工程设计的有效性和针对性。
准确判明边坡破坏机理、边坡破坏模式,并有针对性地采取相应的加固防护措施,是道路边坡勘察设计的技术关键。
本文在总结经验的基础上,基于边坡破坏机理与破坏模式,归纳总结出共5种、13类常见道路边坡,并对各类边坡的基本特征、破坏机理与破坏模式等进行探讨,希望有益于我国道路边坡工程的设计。
基于破坏机理与破坏模式的道路边坡分类边坡分类的相关研究较多,但由于分类目的不同,使得分类的原则和标准各异。
边坡的工程地质分类,一般是从岩土结构类型和边坡变形破坏的力学机制来划分的[1-5]。
而在工程建设角度,边坡的分类,一般是从边坡的强度、结构和稳定状态来分类分级[6-10]。
道路工程建设中,需要在准确判明边坡破坏模式的基础上,选择相应的方法进行边坡稳定分析,并对边坡有针对性的进行加固防护。
但道路工程的边坡具有数量多、地质条件复杂、地质资料匮乏等特点,需要从边坡破坏机理与破坏模式入手,结合边坡岩土特征、破坏关键因素等进行探讨,以方便从事道路边坡勘察设计的工程师在工程实践中快速识别并判断边坡破坏模式。
为此,我们总结出道路边坡为5种、13类(图1)。
道路边坡基本特征及破坏机理与破坏模式土质边坡土质边坡,是一种常见的道路边坡类型。
土质边坡的黏性土成分多时,通常称为黏性土边坡,砂性土成分较多则称为砂性土边坡。
土质边坡通常会出现因边坡坡度较陡而发生坍塌、失稳,或因坡面受雨水冲蚀形成冲沟引起冲沟溯源侵蚀而造成局部边坡坍塌或失稳,也会出现因为边坡潜水作用引起边坡坍塌或失稳的情况发生。
均质的黏性土边坡多出现圆弧破裂失稳;均质的砂性土边坡则可能出现圆弧破裂失稳,或是直线破裂破坏。
块裂反倾巨厚层状岩质边坡变形破坏颗粒流模拟及稳定性分析岑夺丰;黄达;黄润秋【摘要】为了研究块裂反倾巨厚层状岩质边坡破坏机制及稳定性,基于PFC2D平行黏结模型和持续增加重力加速度方法,研究边坡破坏模式、应力-变形及能量耗散演化,并用临界重力加速度量化研究其稳定性.研究结果表明:边坡破坏模式主要有滑移、倾倒和溃屈破坏3类且随岩层倾角增大而逐渐转变;随岩块两相邻边长比l/h 增大,边坡越倾向于发生倾倒破坏;滑移和倾倒破坏模式从坡脚向上坡体应力逐步达到峰值并峰后跌落,具有渐进破坏特征.而溃屈破坏模式坡体各部位应力呈“捆绑”型波动性塑性流动状态,具有大面积剧烈整体性破坏特征;随着岩层倾角(45°,60°,75°)增大,边坡临界重力加速度先减小再增大,稳定性在60°时最弱.边坡稳定性随岩块增大而增强,并主要受层问裂隙间距控制.【期刊名称】《中南大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2016(047)003【总页数】10页(P984-993)【关键词】块裂反倾边坡;变形破坏;稳定性;演化;颗粒流【作者】岑夺丰;黄达;黄润秋【作者单位】重庆大学土木工程学院,重庆,400045;重庆大学土木工程学院,重庆,400045;重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室,重庆,400044;成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室,四川成都,610059【正文语种】中文【中图分类】TU457反倾层状岩质斜/边坡破坏失稳诱发的灾难性事故常有发生,如加拿大Frank滑坡、美国Brilliant开挖边坡、秘鲁Ghurgar岩崩和我国的宜昌盐池河磷矿山体崩塌、华瑛山溪口镇滑坡、巴东黄腊石滑坡群等[1]。
以往研究认为倾倒破坏是这类斜/边坡的主要失稳模式。
MÜLLER[2]在分析Vaiont北麓滑坡成因时指出了岩块倾覆现象。
ASHBY[3]推荐用“topping(倾倒)”一词来描述这类破坏,并开展了理论和试验研究。
反倾层状岩质边坡倾倒破坏的离心模型试验研究吴昊;赵维;年廷凯;宋怀博;张彦君【期刊名称】《水利学报》【年(卷),期】2018(049)002【摘要】针对反倾层状岩质边坡倾倒破坏机理认识的不足,采用平板玻璃作为相似材料,开展不同边坡坡角及岩层反倾角组合条件下的多组离心模型试验;结合图像量测技术,综合分析坡体在离心加载条件下变形倾倒特征,提出反倾层状岩质边坡典型倾倒破坏模式和倾倒破裂面位置的确定方法.研究表明:坡体倾倒变形主要发生在破裂面以上,坡趾岩层起到抗倾倒作用,变形过程分为位移量稳定增长和位移量加速增长两个阶段;坡体倾倒破坏模式经历坡趾岩层断裂、近坡顶张拉裂缝产生、岩层折断渐进式延伸及裂缝贯通瞬间倾倒4个阶段;边坡坡角及岩层反倾角影响坡体破坏时的临界坡高与破裂面位置,可通过计算位移矢量方向确定破裂面位置.上述研究成果,为反倾层状岩质边坡的破坏理论发展、工程地质灾害评价及防灾减灾提供参考.【总页数】9页(P223-231)【作者】吴昊;赵维;年廷凯;宋怀博;张彦君【作者单位】大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室,辽宁大连 116024;大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室,辽宁大连 116024;大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室,辽宁大连 116024;大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室,辽宁大连 116024;大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室,辽宁大连 116024【正文语种】中文【中图分类】TV458【相关文献】1.反倾等厚层状岩质边坡倾倒破坏折断深度计算 [J], 朱存金;晏鄂川;张世殊;陆文博;严媛2.基于黏聚力裂缝模型的反倾层状岩质边坡倾倒破坏模拟 [J], 马文著;徐衍;李晓雷;陈敏3.地震荷载下反倾层状岩质边坡倾倒变形破坏规律及数值模拟研究 [J], 马文礼;刘赟;魏占玺;董顺德4.基于数值流形法的反倾层状岩质边坡倾倒破坏模拟 [J], 王欢欢;郭明珠5.基于数值流形法的反倾层状岩质边坡倾倒破坏分析 [J], 王欢欢;郭明珠因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
陡倾岩层边坡破坏模式分析及防护措施研究发布时间:2022-06-06T01:36:54.365Z 来源:《城镇建设》2022年第5卷3期作者:张鑫,陈建光[导读] 边坡工程是近年岩土工程的热点技术问题张鑫,陈建光重庆市设计院有限公司,重庆 400015摘要:边坡工程是近年岩土工程的热点技术问题,重庆城区的建筑边坡较多,其中陡倾层状岩质边坡具有一定的代表型。
文章首先基于坡体结构的差异对边坡工程进行梳理,并结合陡倾岩层边坡的工程特征对其进行全面分类。
然后对各类边坡的破坏模式进行机理分析,再探究对应的防护措施,最后对各种类型边坡均提供了代表性的工程实例。
以供参考。
关键词:边坡;陡倾岩层;破坏模式;防护措施随着我国大规模基础设施建设的推进,边坡建设水平不断提高,工程范围与规模有所扩大。
其中对岩质边坡稳定性及破坏模式的研究一直是我国岩土领域的热点技术问题。
山城是重庆城的美称,在重庆“四山”背斜构造发育,两侧的陡倾层状岩坡较为典型。
本文将结合工程案例通过对陡倾岩层建筑边坡的各种坡体结构进行梳理和分类,分析其破坏模式并对其防护措施开展研究,具备区域特征,具有工程案例价值,并对陡倾岩层边坡的认识和防护进行系统总结。
1边坡概述1.1边坡定义及各指标分类(1)一般来说,边坡是指由于工程行为而人工开挖或填筑的斜坡,边坡如有变形破坏,坡体中的滑面是新形成的(或者由于工程活动再次诱发),开挖与填筑前没有变形与滑动迹象。
(2)边坡按照不同的分类指标可以有多种分类。
按构成边坡的物质种类:土质边坡,岩质边坡,岩土混合边坡;按照边坡高度:一般边坡,高边坡;按照工程类别:建筑边坡、交通边坡、矿山边坡、水利边坡;按照使用年限:临时边坡、短期边坡、永久边坡;按照形成过程:自然边坡、人工边坡(又可分为挖方边坡、填筑边坡)。
1.2按坡体结构特征的边坡分类在《边坡与滑坡工程治理》[2]中,按坡体结构特征边坡可以分为8类:(1)类均质土边坡:属土质边坡,如粘性土、黄土、堆积土等;(2)近水平层状边坡:指岩、土层产状近水平,一般倾角<10°;(3)顺倾层状边坡:土层或岩层面倾向临空面(开挖面),倾角≥10°,当有软弱岩层或夹层时,倾角10°~30°最易滑动;(4)反倾层状边坡:岩层面倾向坡内,当岩体破碎或者下伏软岩时会形成切层滑坡,软质岩层倾角>70°时易发生倾倒变形;(5)斜交层状边坡:指层面倾向坡内或者临空面,但其走向与边坡走向斜交,夹角>35°时很少产生滑移变形;(6)碎裂状边坡:大断层或者破碎带或汇交处,岩石十分破碎;(7)块状边坡:指厚层块状岩体,岩块强度高,如花岗岩、玄武岩等;(8)散体状边坡:由破碎块石、砂构成,如强风化层。
地震荷载下反倾层状岩质边坡倾倒变形破坏规律及数值模拟研究随着地震活动的加强,边坡变形破坏问题日益受到重视,而反倾层状岩质边坡的变形破坏问题是工程重大的安全隐患。
为了对反倾层状岩质边坡的变形破坏规律有更深入的了解,本文以地震荷载下反倾层状岩质边坡倾倒变形破坏规律为研究目标,结合数值模拟分析技术,研究反倾层状岩质边坡的变形破坏特点,构建的边坡变形破坏的数学模型,探讨了反倾层状岩质边坡变形破坏规律及其机制。
一、反倾层状岩质边坡的基本特性反倾层状岩质边坡是指由反倾型岩层所组成的单面边坡,比较常见于孤立山脚或峰顶,具有极强的抗剪切能力,形成较大的地层破坏及崩塌,唯独反倾层状岩质边坡在构造上有较大的不稳定性,经受地震荷载作用,会发生变形破坏,因此引起了一系列的安全隐患。
二、反倾层状岩质边坡变形破坏特点反倾层状岩质边坡在受地震荷载作用时,会发生较大的变形破坏,主要表现为边坡下部出现大片滑移,上部变形破坏加剧,沿反倾层大面积错移变形,形成长体状块状倾倒破坏,且变形破坏区域大小依据受力状态及反倾层构造参数有所区别。
三、数值模拟计算针对反倾层状岩质边坡的变形破坏,本文采用数值模拟的方法,建立集体三维有限元模型,通过变形有限元分析,分析反倾层状岩质边坡在不同荷载作用下变形破坏特性。
计算结果表明,边坡受地震荷载作用时,反倾层下部会发生大片滑移,随着荷载作用的加剧,滑移量会逐渐增大,长体状块状变形装入的深度也会出现相应的变化趋势,滑移量及变形破坏的深度都会受反倾层构造参数的影响。
四、反倾层状岩质边坡变形破坏规律及机制探讨根据数值模拟分析结果,反倾层状岩质边坡在受地震荷载作用时,主要表现为边坡下部出现大片滑移,上部变形破坏加剧,沿反倾层大面积错移变形,形成长体状块状倾倒破坏等特征;而其变形破坏规律主要受反倾层构造参数及受力情况影响。
由此可以推断,如果可以控制反倾层构造参数及受力状态,则可以有效避免反倾层状岩质边坡的变形破坏,进而达到安全可靠的边坡稳定性。
第30卷增刊2 岩 土 力 学 V ol.30 Supp.2 2009年12月 Rock and Soil Mechanics Dec. 2009收稿日期:2009-03-20第一作者简介:谭儒蛟,男,1979年生,博士,工程师,主要从事岩土工程勘察设计和科研咨询工作。
E-mail: tanrujiao@文章编号:1000-7598 (2009) 增刊2-0479-07反倾岩体边坡变形机制与稳定性评价研究综述谭儒蛟1,杨旭朝1,胡瑞林2(1.天津市市政工程设计研究院,天津 300201;2.中国科学院地质与地球物理研究所,北京 100029)摘 要:随着人类工程活动的日益频繁及范围的扩大,在国内外的水利水电、矿山、铁路、城市环境灾害等方面都出现了大量反倾向边坡失稳破坏的灾难性事故,然而这种广泛存在的反倾向岩体边坡的工程地质问题在二十世纪六十年代初才逐步被人们认识到和加以研究。
本文就国内外反倾岩体边坡变形机制与规律认识,以及解析解、数值模拟和物理模拟等稳定性评价方法的研究进展进行了系统总结,对有待深入思考的问题和可能的研究途径进行了探讨。
关 键 词:反倾岩体;变形机制;解析法;数值模拟;物理模拟;稳定性评价 中图分类号:TU 457 文献标识码:AReview of deformation mechanism and stability analysisof anti-dipped rock slopesTAN Ru-jiao 1, YANG Xu-zhao 1, HU Rui-lin 2(1.Tianjin Municipal Engineering Design & Research Institute, Tianjin 300051, China; 2.Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China)Abstract: As human engineering activities become more frequent and the scales expand more and more broadly, a large number of catastrophic accidents induced by the instability and destruction of the anti-dipped slopes in the world, that accidents occur in a variety of engineering projects such as hydraulic projects and hydropower stations, mines, railways and urban environments. But such comprehensive engineering geological problems were gradually being recognized and studied in the early 1960s. A comprehensive review of the worldwide research on the deformation mechanism and stability analysis methods of the anti-dipped rock slopes is put forward. Finally, the existing problems and further study direction are discussed.Key words: anti-dipped rock slopes; deformation mechanism; analytical solution; numerical simulation; physical modeling; stability evaluation1 引 言在国内外的水利水电、矿山、铁路、城市环境灾害等方面都出现了大量反倾向边坡失稳破坏的灾难性事故。
第24卷 第19期岩石力学与工程学报 V ol.24 No.192005年10月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Oct.,2005收稿日期:2005–06–01;修回日期:2005–07–28作者简介:左保成(1978–),男,硕士,2004年于中国科学院武汉岩土力学研究所获硕士学位,主要从事岩土工程设计与施工方面的研究工作。
E-mail :zuobaocheng@ 。
反倾岩质边坡破坏机理模型试验研究左保成,陈从新,刘小巍,沈 强(中国科学院 武汉岩土力学研究所,湖北 武汉 430071)摘要:通过室内物理力学模型试验研究发现,对于反倾边坡,其主要的变形破坏形式为倾倒变形折断破坏,破坏首先发生在坡顶;通过试验研究反倾岩层的层面剪切强度(c ,ϕ 值)、岩层厚度及岩层倾角对反倾边坡变形的影响发现,反倾岩层的层面强度(c ,ϕ 值)和岩层厚度是影响边坡稳定性的重要因素,而岩层倾角对反倾边坡的变形影响不大。
对试验结果进行分析,显示此类边坡的变形破坏过程具有明显的“叠合悬臂梁”的特征,并得出反倾岩质边坡的抗倾覆能力随着反倾岩层的层面强度(c ,ϕ 值)、岩层厚度及岩层倾角的增大而增大的结论,与工程实际比较吻合。
关键词:岩土力学;反倾边坡;模型试验;叠合悬臂梁;时间–位移曲线;相似理论中图分类号:TU 457 文献标识码:A 文章编号:1000–6915(2005)19–3505–07MODELING EXPERIMENT STUDY ON FAILURE MECHANISMOF COUNTER-TILT ROCK SLOPEZUO Bao-cheng ,CHEN Cong-xin ,LIU Xiao-wei ,SHEN Qiang(Institute of Rock and Soil Mechanics ,Chinese Academy of Sciences ,Wuhan 430071,China )Abstract :Based on the example of a certain slope in Guangdong segment of Beijing ⎯Zhuhai Expressway ,several groups of physical model tests are performed ;and the factors affecting the stability of slope are analyzed. The testing results show that the main failure mode of counter-tilt slopes is a toppling one ,which appears first on the top of the slope. The stability of counter-tilt slopes does not rest on terrane obliquity but on strength and thickness of terrane interface. It is also indicated that the failure characteristic of this kind of slope is similar to that of superposition cantilever ;and the anti-toppling capability of counter-tilt slope increases with the increases of the parameters such as the parameters of interface (c ,ϕ),thickness ,and obliquity of terrane.Key words :rock and soil mechanics ;counter-tilt slope ;model experiment ;superposition cantilever ;curve of time-displacement ;similarity theory1 引 言近年来,国内外通过工程实践、数值分析和室内物理模型试验等方法对反倾岩石边坡破坏模式、 岩移机理等进行了研究并取得了一些成果,但这些成果具有很大的局限性。
某反倾层状软岩边坡倾倒破坏机理分析与防治技术研究朱根桥【摘要】With rapid development of highway construction, the stability problem of soft rock slopes is becoming more and more outstanding in highway construction. Survey and design personnel usually pay attention to stability of bedding slopes, but neglect stability and damage of Toppling soft rock slopes. Previous researches drew some beneficial conclusions in aspects of deformation conditions, influence factors and deformation mechanisms of Toppling rock slopes, however, systematic research on control measures is absent. This paper in combination with Collapse damage features of some typical Toppling soft rock slope actively explores its stress features, deformation damage mechanisms and control countermeasures to provide favorable references for control design of the same type slopes.%随着公路建设的快速发展,软质岩边坡的稳定问题在公路建设中越来越突出.勘察设计人员往往重视顺层边坡的稳定,而忽略了反倾软岩边坡的稳定和破坏问题.以往的研究,在反倾岩质边坡的变形条件、影响因素和变形机理方面得到了一些有益的结论,但对于治理措施却缺少系统性的研究.结合某典型反倾软岩边坡倾倒破坏特点,对其受力特点、变形破坏机理及防治对策进行积极探索,为该类型边坡的防治设计提供有益的参考.【期刊名称】《公路交通技术》【年(卷),期】2013(000)002【总页数】4页(P15-18)【关键词】反倾岩质边坡;软质岩;倾倒破坏;防治原则;防治技术【作者】朱根桥【作者单位】招商局重庆交通科研设计院有限公司,重庆400067【正文语种】中文【中图分类】U416.1+4随着公路建设的快速发展,路堑边坡大量出现,软质岩,如页岩、泥岩、板岩等边坡的稳定问题在公路建设中越来越突出。
第30卷第1期 辽宁工程技术大学学报(自然科学版) 2011年2月Vol.30 No.1 Journalof Liaoning Technical University (Natural Science ) Feb. 2011 收稿日期:2009-09-15基金项目:西部交通建设科技项目基金资助项目(200831822357) 作者介绍:罗 勇(1977-),男,贵州 毕节人,博士,主要从事岩土工程设计和地质灾害和防治方面的研究,E-mail:luoyong7966@ 文章编号:1008-0562(2011)01-0060-04节理发育反倾边坡破坏机理分析及模拟罗 勇1,龚晓南2(1.贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司 地勘院,贵州 贵阳,5500012.浙江大学 岩土工程研究所,浙江 杭州,310027)摘 要:为了解决边坡岩体结构的稳定性评价及其力学变形特性,采用了离散单元理论和利用UDEC(Universal Distinct Element Code)技术,用离散块体模拟节理发育反倾边坡破坏机理和加固变性过程。
将此理论和技术应用于贵阳市乌开公路K44+340~K44+450段右侧滑坡工程;研究了塑性变化范围和发展趋势;同时还利用独有的离散滑动的优势分析软弱结构面上的块体滑移和节理张拉破坏的演变过程,该成果对岩体边坡工程具有一定的参考价值和指导意义。
关键词:离散单元;节理;反倾;边坡;稳定性分析 中图分类号:P 642.22 文献标识码: AMechanism analysis and simulation on damage of antidi slope with well-developed jointsLUOYong 1,GONG Xiaonan 2(1.Guizhou Institute of Transportation Planning, Survey and Design, Guizhou 550001, China; 2. Institue of Geotechnical Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China)Abstract: UDEC is described as a “distinct element program”. This numerical method falls within the general classification of discontinuous analysis techniques. This study aimed to model the failure mechanism, deformation characteristic and stability evaluation on the slope at the right side of Section K44+340~K44+450 at Guiyang Wukai highway. The strength reduction method of slope stability analysis was applied in this study to model the range and trend of the plasticity development. Also, using the discrete sliding properties, the blocks slide and tension breakage evolving process of weak structural planes was modeled. This study has some practical and referential value.Keywords: distinct element; joint; antidip; slope; stability analysis0 引 言随着西部经济的腾飞和社会发展的需要,其交通基础设施建设进入了一个大发展时期,各项道路建设大幅增加。
第24卷 第19期岩石力学与工程学报 V ol.24 No.192005年10月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Oct.,2005收稿日期:2005–06–01;修回日期:2005–07–28作者简介:左保成(1978–),男,硕士,2004年于中国科学院武汉岩土力学研究所获硕士学位,主要从事岩土工程设计与施工方面的研究工作。
E-mail :zuobaocheng@ 。
反倾岩质边坡破坏机理模型试验研究左保成,陈从新,刘小巍,沈 强(中国科学院 武汉岩土力学研究所,湖北 武汉 430071)摘要:通过室内物理力学模型试验研究发现,对于反倾边坡,其主要的变形破坏形式为倾倒变形折断破坏,破坏首先发生在坡顶;通过试验研究反倾岩层的层面剪切强度(c ,ϕ 值)、岩层厚度及岩层倾角对反倾边坡变形的影响发现,反倾岩层的层面强度(c ,ϕ 值)和岩层厚度是影响边坡稳定性的重要因素,而岩层倾角对反倾边坡的变形影响不大。
对试验结果进行分析,显示此类边坡的变形破坏过程具有明显的“叠合悬臂梁”的特征,并得出反倾岩质边坡的抗倾覆能力随着反倾岩层的层面强度(c ,ϕ 值)、岩层厚度及岩层倾角的增大而增大的结论,与工程实际比较吻合。
关键词:岩土力学;反倾边坡;模型试验;叠合悬臂梁;时间–位移曲线;相似理论中图分类号:TU 457 文献标识码:A 文章编号:1000–6915(2005)19–3505–07MODELING EXPERIMENT STUDY ON FAILURE MECHANISMOF COUNTER-TILT ROCK SLOPEZUO Bao-cheng ,CHEN Cong-xin ,LIU Xiao-wei ,SHEN Qiang(Institute of Rock and Soil Mechanics ,Chinese Academy of Sciences ,Wuhan 430071,China )Abstract :Based on the example of a certain slope in Guangdong segment of Beijing ⎯Zhuhai Expressway ,several groups of physical model tests are performed ;and the factors affecting the stability of slope are analyzed. The testing results show that the main failure mode of counter-tilt slopes is a toppling one ,which appears first on the top of the slope. The stability of counter-tilt slopes does not rest on terrane obliquity but on strength and thickness of terrane interface. It is also indicated that the failure characteristic of this kind of slope is similar to that of superposition cantilever ;and the anti-toppling capability of counter-tilt slope increases with the increases of the parameters such as the parameters of interface (c ,ϕ),thickness ,and obliquity of terrane.Key words :rock and soil mechanics ;counter-tilt slope ;model experiment ;superposition cantilever ;curve of time-displacement ;similarity theory1 引 言近年来,国内外通过工程实践、数值分析和室内物理模型试验等方法对反倾岩石边坡破坏模式、 岩移机理等进行了研究并取得了一些成果,但这些成果具有很大的局限性。
在工程领域当中,边坡设计和稳定性评价一般是基于各向同性介质理论,采用极限应力法确定近似圆弧滑面,以此作为边坡稳定性计算和设计参数选择的依据;但对于反倾边坡,主要的危险不是在坡脚而是在坡顶,用极限平衡法来研究这类边坡的稳定性是不合适的[1]。
在数值计算方面,人们通过有限元法、离散单元法等数值计算方法,对反倾边坡的变形破坏机理进行了研究,同时还研究了结构面间距及力学参数对变形的影响。
但是由于边坡稳定受多方面因素影响,而各• 3506 • 岩石力学与工程学报 2005年因素具有不确定性(模糊性、随机性、信息不完全 性和未确定性)和复杂性,故无论是传统的确定性 分析方法还是不确定性分析方法,其用于边坡稳定性评价的准确性与实际情况仍有差距[2]。
在模型试验方面,由于模型试验耗时长、费用高昂,目前,国内外仅就层状反倾边坡在开挖过程中的位移、应力变化和变形破坏规律方面进行了研究[3],而对反倾岩质边坡破坏的影响因素及破坏机理还没有系统的成果,在实际应用中更具有很大的局限性。
因此,进一步研究反倾岩石边坡破坏的发生机理和运动机制仍然是当前边坡工程研究的重点课题。
本文依据京珠高速公路粤境北段某反倾边坡的典型剖面,采用室内物理模型试验方法,考虑多种因素的影响,对反倾岩质边坡的破坏机理进行了研究,使人们能进一步认清反倾层状岩质边坡的破坏机理,探明影响反倾边坡稳定性的因素,同时为已有的理论研究提供参考依据。
2 工程背景京珠高速公路粤境段穿越山区丘陵地段,路堑边坡稳定问题非常突出。
据统计,在100 km 内有100多个边坡出现不稳定,成为制约工程建设顺利进行的关键问题。
位于K36+100~200范围内的失稳编坡为双边路堑边坡,左侧开挖边坡为1级边坡,最高8 m 左右,坡比1:0.75,其后为反坡地形;右侧开挖边坡为4级,最高37 m 左右,其上为高度大于100 m ,坡角为45°左右的山体,每1级10 m 高,设平台为2 m ,第1,2,3级坡比为1:0.3,第4级坡比为1:0.5,第1,2,3级采用锚索加固,第4级为护面墙。
连续降了一段时间雨后的一天正午,桩号K36+100~200之间长约100 m 范围内的右侧边坡发生大规模破坏,破坏高度约80 m ,失稳土石方量约13万m 3,图1为失稳边坡工程地质剖面图。
此时边坡开挖成形已有2个月左右,正在施工锚索,地梁还未浇注,锚索未张拉发挥作用[4]。
该路段基岩地层为下石碳统石磴子(D 1ds)灰岩,泥质灰岩夹钙质灰岩,宏观构造呈薄–中厚层状,微观结构呈极薄的片状,片理化程度较高,片理间多为泥质浸染,硬质灰岩间夹软质片理状泥质灰岩或绿泥石化的钙质页岩,软层厚度为10~30 cm 不等,分布间距为0.5~1.5 m 。
该路段岩体构造不甚发育,岩层产状比较稳定,走向SE150°~155°,倾向SW240°~245°,倾角 65°~75°,对边坡而言,属陡倾反倾岩层,在自然山坡的表层多见岩层变缓现象,倾角45°左右,局部变缓至20°~35°。
沿K36+100~200采集样品进行饱和密度测量及饱和抗压强度试验,结果见表1。
图1 失稳边坡工程地质典型剖面Fig.1 Typical geology section of a instability slope230°~250°∠60°~65°240°~250°∠60°~65° 240°~250°∠60°~65°250°~35°240°~250°∠70°~65°237°~48°第24卷 第19期 左保成等. 反倾岩质边坡破坏机理模型试验研究 • 3507•表1 边坡岩石物理力学性质参数Table 1 Physico-mechanical parameters of slope rocks岩性饱和密度/(g ·cm -3) 饱和抗压强度/MPa厚层状灰岩 2.66 51.9 中厚层状灰岩2.62 39.8 中厚、薄层状含炭泥质灰岩 2.62 32.8 中厚层状微层理灰岩2.62 29.03 相似理论3.1 相似理论本文的研究主要是采用的室内物理模型试验模拟的方法。
相似理论是指导模型试验,整理分析试验结果并使其推广到实际中去的基本理论。
提及试验中的相似,这意味着对模型有2点基本要求:(1) 它能代表原型 (即未知现象);(2) 能把模型试验结果转换到原型结构上去。
为了达到这些要求,试验现象必须遵守如下3个相似定理:(1) 相似第1定理:相似现象以相同的方程式描述彼此相似的现象,其相似指标为1。
(2) 相似第2定理:若诸现象相似,则它们的判据方程式可以用同一形式。
(3) 相似第3定理:具有相同文字的方程式单值条件相似,并且从单值条件导出来的相似判据数值相等,是现象彼此相似的充分和必要条件[5]。
根据相似原理,地质力学模型试验应满足下列相似判据:⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎬⎫===============l δτR R σc E σεεεf µlγσC C C C C C C C C C C C C C C C C C C C t t C 011εϕ (1)式中:σC 为应力相似常数,l C 为几何相似常数,γC 为容重相似常数,µC 为泊松比相似常数,εC 为应变相似常数,f C 为摩擦系数相似常数,ϕC 为内摩擦角相似常数,0εC 为残余应变相似常数,C εC 为单轴极限压应变相似常数,t εC 为单轴极限拉应变相似常数,E C 为弹性模量相似常数,c C 为粘聚力相似常数,σC 为边界应力相似常数,t R C 为抗拉强度相似常数,C R C 为抗压强度相似常数,τC 为抗剪强度相似常数,δC 为位移相似常数。
3.2 相似常数正确地选择模型比例尺或几何相似常数l C 是很重要的,它直接关系到:(1) 试验的精度;(2) 制作模型的工作量和经济指标;(3) 寻找合适的模型材料的难易程度;(4) 实验室现有的模型试验设备、测试技术和试验技术;(5) 模拟范围。