下伏软弱层黄土边坡变形机制分析及治理对策研究

本文研究了陕北某电厂夹断层破碎带上覆黄土的泥岩、砂岩互层反倾边坡的变形机制,并研究治理对策及其治理效果。通过边坡工程地质条件及变形破坏特征分析,建立FLAC3D地质模型,采用数值模拟方法研究了边坡变形破坏机制,在此基础上提出削方减载、锚筋桩、锚杆及坡面防护的综合治理措施。研究结果表明,边坡的变形受开挖坡形的影响,坡体浅表层特别是断层带及坡顶黄土部位出现大范围拉应力集中,断层带出现向坡外的挤出变形,带动上部黄土的牵引式变形,引起沿黄土和基岩基覆界面的剪切变形,在黄土中出现大量拉裂缝,在一定条件下潜在滑移面逐渐贯通,坡体将产生整体失稳。边坡的治理应通过削方减载改善坡体应力环境,并重点控制断层带及黄土与基岩基覆界面的变形,数值模拟结果表明,治理后边坡稳定性较好,满足设计要求。     

高陡岩质边坡稳定性三维离散元分析

某高陡岩质边坡地质条件复杂、软弱结构面发育、开挖高度大、坡度陡、临空面多,为边坡变形提供了有利的空间,边坡多处出现失稳破坏迹象。通过对边坡工程地质条件调查,岩体结构特征和边坡开挖等影响因素的分析,认为边坡变形主要发生在强风化强卸荷岩体内,受软弱结构面的控制比较明显,表现为结构面组合控制的块体变形失稳破坏模式。采用3DEC数值模拟软件,模拟了边坡开挖后坡体变形特征,数值模拟结果表明,边坡浅表层块体以及控制性块体稳定性差,可能导致边坡产生整体失稳。     

浅埋偏压隧道出口变形机理及稳定性分析

以皖南某公路浅埋偏压隧道出口段高边坡为研究对象,提出了"零开挖进洞"的施工方案,并结合洞口的工程地质条件,采取必要的加固措施。通过对该边坡现场工程地质条件的系统调查,首先对边坡的岩体结构类型及其成因机制、结构面与坡面组合特征进行细致研究,在此基础上通过FLAC^3D数值模拟,结合工程地质条件分析,对其变形破坏机制进行深入探讨。研究结果表明,边坡的变形首先以隧道内侧存在的软弱岩体(挤压错动带、断层)的不均匀压缩为先导,进而引起上部岩体产生由NE向陡缓结构面构成的阶梯状滑动,这将会使隧道构筑物及隧道外壁承受较大的压应力,当压应力超过隧道构筑物及外壁的极限强度时将产生破坏,从而诱发上部岩体产生更大规模的地质灾害。基于此,隧道进洞开挖前首先应对上部岩体进行加固处理,避免隧道构筑物及隧道外壁产生应力集中现象。     

内排及削坡对露天矿边坡稳定性影响的实验分析

露天矿边坡稳定是煤矿工程安全生产的主要问题之一。采用内排压脚和削坡减重措施对增强边坡稳定作用较大,有利于现场开采安全。以安家岭露天矿29209工作面为研究对象,采用相似材料模型和数值模拟相结合的方法,研究内排及削坡对露天矿边坡稳定性的影响。研究结果表明,上覆岩层的垮落和变形形成的"拱式"结构使得岩体向边坡临空面方向发生水平移动,造成边坡岩体的开裂,甚至形成滑移面或潜在滑移面;随工作面的推进,地表形成W型沉陷形状,沉陷区域波及到坡面位置,累计沉降值达到2m左右;内排和削坡措施可有效减小边坡沿煤层上下面的错动;边坡的变形破坏以层间错动为主,同时伴有朝向采空区的塌陷;当工作面推进超过设计停采线50m时,垂直方向裂隙带下沉,1360平盘向边坡临空面水平推移约3m,形成典型"推移式"滑坡模式。     

黄土边坡剥落病害的发育特征及其发育程度评价

黄土边坡剥落病害影响黄土边坡的坡面稳定及环保美观。以黄延高速公路黄土路堑边坡剥落病害为背景,采用现场调查结合理论分析的方法,研究了黄土边坡剥落病害的发育特征; 将发育特征与可拓工程方法相结合,实现了黄土边坡剥落病害发育程度的评价。研究结果表明:(1)黄土中节理裂隙分布密度大于6条 ·m^-1 时,极易发生剥落,小于2条 ·m^-1 时,基本不发生剥落。黏粒含量大于15%时,剥落病害越易发生,小于5%时,不易发生剥落。黄土边坡开挖量越大、剥落产生的厚度越大。黄土边坡坡体节理裂隙促使剥落病害的发生。当黄土边坡单级坡高大于10m、坡度大于60°时,容易出现重力型剥落病害; 而单极坡高小于4m、坡度小于50°时,边坡坡面很少出现剥落病害。(2)针对影响黄土边坡剥落病害发育因素的复杂性和模糊性,重视实践中的经验,将可拓工程方法与黄土边坡剥落发育程度评价相结合,提出了黄土边坡剥落发育程度的物元关联函数及物元关联度的计算方法。建立了适合可拓学理论的黄土边坡剥落发育程度的分类标准,实现了定性与定量评价结合。     

黄土路堑边坡变形破坏机理的三轴试验研究

通过原状黄土的减压三轴压缩试验,研究了黄土边坡不同深度不同含水量土体的应力-应变关系,并与原状黄土的常规三轴试验结果进行了比较,发现减压三轴试验能合理地模拟和解释开挖卸荷作用下黄土边坡土体的变形与破坏过程。试验结果表明:坡脚开挖卸荷时,黄土边坡中浅层非饱和黄土易出现应变软化或塑性流动,强度较低,易产生较大变形,而深层饱和黄土仅在高围压下发生应变硬化,强度增加,在中低围压时均发生应变软化现象。分析认为黄土边坡特殊的工程地质条件,使得黄土边坡的特定部位在开挖卸荷作用下常形成了不利于土体稳定的含水量和围压组合,导致坡体特定部位的土体变形破坏,进而诱发边坡的变形破坏;开挖卸荷作用下黄土边坡变形破坏的力学机制应为蠕滑-压致拉裂或"牵引式滑坡"。     

缓倾外层状结构边坡变形破坏模式及支护对策研究

高速公路开挖形成越来越多的工程边坡。缓倾外层状结构边坡作为一种典型的岩质边坡,一般情况下整体稳定性较好,但在特定的结构面组合状况下,开挖后也可能产生整体变形破坏。本文以软弱结构面和长大裂隙发育的公路工程边坡为例,通过岩体结构及边坡一定范围内已有边坡破坏现象的调查研究,采用工程地质类比和三维离散元法综合分析边坡变形破坏模式,并针对变形破坏模式的特点,提出支护对策。研究结果表明,结构面贯通坡体形成切割块体的后缘和侧缘边界时,缓倾外层状结构边坡可沿层面产生滑移-拉裂变形,若滑面与临空面具有一定夹角,边坡的变形可表现为旋转式滑移-拉裂;结构面组合控制的缓倾外层状结构岩质边坡稳定性受坡体中下部的关键块体控制,一旦关键块体失稳,将引起上部块体的连锁失稳,此类边坡变形控制的重点是对关键块体分布区域进行强支护;支护工程实施后的变形监测结果表明,基于变形破坏模式分析的边坡支护方案保证了边坡施工和运营过程中的安全。     

西南大渡河某水电站溢洪道陡槽段雾化边坡稳定性分析

泄洪雨雾入渗导致边坡变形进而影响边坡稳定性的问题已成水电建设的重要工程问题之一。针对西南某水电站溢洪道陡槽段边坡挤压错动带发育、节理裂隙和控制性结构面发育等结构特点,分析该边坡开挖支护后泄洪雾化条件下潜在失稳的边界条件及变形破坏模式。根据边坡所处的地质环境条件,从泄洪雾化对边坡岩体的作用机制入手,得到了雨雾对该边坡稳定性的影响主要为雨雾沿着顺倾坡外拉裂面入渗,影响结构面力学特性,从而影响边坡稳定性。并按结构面类型取不同软化系数,采用数值模拟方法分析了泄洪雨雾入渗后边坡的变形破坏趋势。分析结果表明：在考虑不同的软化系数时,溢0+555.00下游侧边坡岩体稳定性有较大的差别,若以中间值075考虑,溢洪道陡槽段边坡的稳定性稍差,可能产生一定规模的剪切蠕动变形或块体失稳,必须加强一定的支护措施保证该处边坡在施工期安全和运营期间的长期稳定性。     

煤层自燃所致上覆露天矿复杂边坡破坏过程模拟与现象研究

为研究煤层自燃过程中,其上覆急倾斜且具有水平裂隙发育岩体组成的边坡稳定性的影响,及其内部破坏与外部形态之间的关系,使用基于颗粒流理论的PFC3D对煤层自燃过程进行了模拟,分析了煤层自燃对边坡稳定性造成的影响及原因,据此提出了模拟煤层自燃的颗粒流方法。对燃空区8种不同的工况进行了模拟研究,其结果表明:煤层自燃过程对边坡的影响可分为三个阶段:燃空深度在距坡脚60m时,坡脚处有岩体开裂现象,边坡外部轮廓变化不明显;120m时,边坡中下部岩体出现鼓凸,标志着边坡大规模变形过程;160m时,边坡坡面岩体鼓凸基本停止,内部岩体变形和运移趋于停止,边坡趋于稳定。据此可表明煤层自燃程度与边坡内部破坏和外部形态有一定的关系。     

小湾电站深切河谷边坡演化动力学过程及机制研究

小湾水电站坝址位于高山峡谷区,深切峡谷形成演化的动力学过程决定了坝区边坡目前的形态特征、岩体结构特征及稳定性状况,由此深刻影响边坡设计方案和建基面的选择。基于现场工作和分析测试成果,得出主要结论有:(1)由于河谷形成过程中的卸荷作用及风化作用,边坡浅表层改造强烈,产生了大量的中缓倾角裂隙,坡面附近近SN向陡裂张开、扩展; 浅表层发育了大量近EW向挤压带(面); (2)岸坡浅表层中缓倾角结构面的产生机制,包括沿原构造节理扩展和新生裂隙; 坡体下部的中缓倾角裂隙会因差异卸荷回弹而继续扩展,坡体中上部岩体质量劣化,在地应力场调整过程中,因剪切滑移继续扩展,坡体逐渐进入时效变形阶段。(3)对河谷边坡进行了地质—工程分类,指出各类边坡可能变形失稳模式包括倾倒变形、平面滑动、阶梯状滑动、楔形滑动和堆积体滑动等5种。     

常吉高速公路湘西段路堑边坡结构特征与防护措施

常吉高速公路湘西段地形起伏大, 地质条件复杂, 路堑边坡数量众多, 边坡稳定性问题突出。本文根据岩体产状与边坡坡面的关系研究, 认为常吉高速湘西段路堑边坡主要包括顺向坡、正交坡与反向坡, 其中顺向坡的变形破坏机制与它的物质组成、岩体结构合风化程度等有关。分析、总结了路堑边坡的变形破坏模式, 提出并实施了针对不同边坡结构类型与变形破坏模式的边坡防护措施。     

浅埋双连拱隧道围岩——边坡体系变形机理及稳定性分析

双连拱隧道是一种新的隧道形式, 由于其整体跨度大、结构复杂、施工工序繁琐, 在地形偏压、地质条件复杂的情况下修建双连拱隧道难度较高, 尤其在洞口段容易出现衬砌开裂、边坡变形等一系列工程问题。结合安徽铜黄高速公路汤屯段富溪隧道进口段工程, 采用地质条件研究与数值模拟分析相结合的研究手段, 对复杂地质条件下偏压双连拱隧道围岩① 边坡体系在施工过程中应力应变发展过程进行了研究。综合分析表明, 富溪隧道进口段处于F5断层影响带内, 岩体呈碎裂结构,同时, 受到地形偏压影响, 隧道开挖后衬砌和围岩表现为沉降变形和侧向变形, 进口边坡在隧道围岩变形的诱导下, 表现为“蠕滑- 拉裂”变形破裂。根据以上研究成果, 提出了富溪隧道变形治理应以控制进口段隧道拱顶的变形为主。     

典型冰水堆积体浪蚀作用下变形破坏机制研究

大渡河中游沿岸中海拔地区广泛分布的一层冰水堆积体大多具有较为密实的结构和一定程度的胶结, 在风浪作用下的变形破坏机制与其他堆积体存在较大差别。通过对某电站库区高速公路冰水堆积路基岸坡调查和试验分析认为, 该冰水堆积体属级配良好的含细颗粒的粗粒～巨粒混合土, 颗粒之间嵌合紧密, 一般呈中密～密实状, 具有不同程度的泥质、钙质胶结, 其强度明显较其他松散堆积体高。通过采用地质过程定性分析和有限元半定量评价相结合的手段对该冰水堆积体在风浪作用下的变形破坏机制进行了分析和研究, 认为该类冰水堆积体在风浪作用下主要表现为淘蚀- 坍塌型失稳模式。     

松散堆积体工程边坡变形机理分析及支护对策研究

利用表面温度测量来反演热传导方程中的热源项是一类典型的热传导逆问题,在采用有 限体积法对三维非稳态热传导问题进行数值求解的基础上,将该热传导逆问题转化为优化问 题,建立了伴随方程法和共轭梯度法这两类反演算法. 采用这两类算法对一个典型算例的计 算结果表明：建立的两类反演算法是有效的,具有较好的抗噪性能. 此外,对反演算法 中计算收敛准则的选取进行了较深入的分析,结果表明,由于热传导逆问题的不适定性,优 化过程中目标函数值越小并不意味着反演结果与真值更为接近,可以通过设定合适的收敛准 则来模拟正则化项的作用,克服不适定性的影响.     

斜坡应力分布的系统测试与反演分析

采用简易、快速、经济的洞壁应力恢复法对某工程边坡勘探平硐洞壁应力场作了系统测试, 并采用FLAC^2D软件对测试成果作了斜坡初始应力的反演分析。结果表明, 斜坡应力场随深度变化具有明显分带性, 应力量值随硐深曲线具有典型的驼峰式特征, 与理论分析结果相符, 表明该方法能较好地应用于斜坡应力场的系统测试和研究。成果对认识斜坡岩体的变形破裂及卸荷特征等具有重要意义。     

东北大兴安岭多年冻土区工程地质特征及评价

土体在冻结状态具有极高的压缩模量, 具有弹性体的工程地质特征。但是在冻土地温升高过程中, 这种特征急剧衰减, 产生蠕变和流变, 建筑物地基强度降低, 导致建筑物基础破坏。同时土体在冻结过程中产生的冻胀作用也将导致建筑物基础的破坏。东北大兴安岭地区多年冻土为高纬度低海拔多年冻土, 其分布具有明显纬度地带性特点。本文在分析该区多年冻土分布特征及冻土工程地质特点的基础上, 对由于土体的冻胀和融沉导致的建筑物基础的危害进行分类研究, 针对性的提出了用热棒降低土体温度以保证多年冻土稳定及用排水的方法减少水对建筑物地基多年冻土影响的工程病害处理措施。     

关于衢州古城墙通仙门凝灰岩砌块相对风化速度的研究

岩石风化速度历来受到工程地质学界和地貌学界的关注, 但由于岩石在自然条件下的风化速度很慢, 通常很难测到定量化的结果。为了研究衢州古城通仙门城台基座的凝灰岩砌块的相对风化速度, 作者利用与之相邻的石英砂岩水平砌块和它之间风化厚度的比较来估算凝灰岩相对于石英砂岩自明代筑城开始至今的相对风化速度, 得出平均风化速度为0.086mm·A^-1的结论。     

膏溶角砾岩侧限膨胀特性试验研究

研究了膏溶角砾岩的侧限膨胀特性及其影响因素。这种岩石受到扰动后可吸水发生膨胀变形使其结构发生变形甚至破坏。通过GDG高压固结仪采用平衡加压法和充分膨胀法研究了侧限情况下岩石的膨胀力指标, 解释了充分膨胀法膨胀力指标大于平衡加压法膨胀力指标的原因。通过试验研究了供水充足条件下膏溶角砾岩侧限自由膨胀变形演化规律, 阐述了膏溶角砾岩侧限膨胀变形的影响因素。岩石试样采自山西石太客运专线太行山隧道, 试验结果表明, 膏溶角砾岩的膨胀特性不同于常规的膨胀岩, 其轴向膨胀变形随含水率增加而增加, 随密度增大而减小。