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岩土力学 2014年第S1期35卷 15-28页

作者：蔡静森晏鄂川王章琼杨建国唐睿旋中国地质大学(武汉)工程学院武汉430074 重庆地质矿产研究院重庆400041

基于悬臂梁理论和运用极限平衡法研究反倾层状岩质边坡变形破坏是一种既注重变形过程又注重力学分析的可行方法。在国内外研究现状基础上,研究悬臂梁极限平衡分析模型。首先通过野外现象的观测,提出能对反倾层状边坡变形几何空间条件进... 详细信息

基于悬臂梁理论和运用极限平衡法研究反倾层状岩质边坡变形破坏是一种既注重变形过程又注重力学分析的可行方法。在国内外研究现状基础上,研究悬臂梁极限平衡分析模型。首先通过野外现象的观测,提出能对反倾层状边坡变形几何空间条件进行分区的"基准面"的概念,再利用"基准面"分析岩层分区破坏模式的力学机制,认为破坏面的形成机制是弯曲拉裂和压缩剪切的共同作用结果,对悬臂梁极限平衡分析模型中的各参数确定给出假设或理论分析,建立了计算模型。以重庆市巫溪县中梁水库硝洞槽-郑家大沟库段反倾岸坡为例,在边坡变形破坏模式识别基础上,应用悬臂梁极限平衡模型理论分析实例,验证该模型的合理性,同时也给出反倾层状边坡悬臂梁极限平衡模型计算步骤,用数值模拟方法验证该分析模型的正确性。模型计算结果表明,破坏区大体分为滑移区、倾倒区和倾倒变形影响区,破坏区大小由坡角、岩层倾角、坡高共同决定,当三者关系(见式(13))大于0时,才存在破坏区,才有可能发生变形破坏。研究成果对反倾层状岩质边坡稳定性评价与防治具有理论指导意义和应用价值。

关键词：反倾层状岩质边坡悬臂梁极限平衡模型破坏面变形破坏特征

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均质等厚反倾层状岩质边坡倾倒变形机理研究

均质等厚反倾层状岩质边坡倾倒变形机理研究

引用

作者：蔡静森中国地质大学

学位级别：硕士

反倾层状岩质边坡是指边坡走向与岩层走向近于平行,而倾向相反的层状边坡。就边坡的结构而言,反倾边坡应属于最稳定的类型。但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... 详细信息

反倾层状岩质边坡是指边坡走向与岩层走向近于平行,而倾向相反的层状边坡。就边坡的结构而言,反倾边坡应属于最稳定的类型。但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。这使得人们逐步认识到研究这种广泛存在的反倾向岩体边坡的影响因素及其变形机理的必要性和紧迫性。一般认为,反倾边坡破坏是由于岩层弯曲倾倒变形产生拉破坏所致。但在野外调查观测中发现,大量反倾边坡前缘都有剪切破坏现象。弄清楚反倾边坡破坏面如何形成是建立反倾边坡合理力学分析模型的基础,而模型的合理性直接影响到后续研究结果的全面性和正确性；其次,在已有的反倾边坡影响因素研究中,仅对影响因素与边坡反倾变形的关系进行简单的相关性统计分析与定性描述,未对统计结果进行过较为深入的成因分析。影响因素分析是变形机理研究的基础,其分析的深入程度直接关系到对边坡反倾变形机理的认识程度。鉴于此,本文在目前国内外研究现状基础上,通过野外现象观测、弹塑性力学分析等,提出破坏面的形成机制应是弯曲拉裂和压缩剪切共同作用的观点,并在此基础上建立了悬臂梁极限平衡力学分析模型。接着,选取了反倾边坡主要内部因素(岩层倾角、坡角、坡高、层厚、层间力学参数、岩层力学参数)为分析对象,以力学分析模型为主,对应的数值模型为辅助,对均质等厚反倾层状岩质边坡倾倒变形进行了较为深入的影响因素分析与机理研究,并将研究成果运用到实例当中,具有一定的理论意义与应用价值。本文主要研究内容及成果如下： (1)反倾层状岩质边坡破坏面形成机制研究。在目前国内外研究现状基础上,本文围绕着“悬臂梁极限平衡分析模型”进行了研究,通过野外现象观测、弹塑性力学分析等,分析出由于反倾边坡不同部位的变形几何空间条件不同,决定了反倾边坡不同部位破坏模式的不同。破坏面以下可认为固定无变形,破坏面以上有不同程度的变形。通过设定基准面,再根据力学分析结果不断修改基准面位置和形状,最终可以确定破坏面的位置。在基准面以下,可认为岩层变形几何空间完全受限,随着围压增大,地应力集中：在基准面处,岩层变形几何空间局部受限,只可能发生剪切破坏；在基准面以上,当σ1≤1/2σc时,岩层只可能发生拉破坏,当σ1>1/2σc吒时,岩层更可能发生剪切破坏。最后提出破坏面的形成机制应是弯曲拉裂和压缩剪切共同作用的观点。 (2)均质等厚反倾层状岩质边坡力学分析模型研究。在对附加弯矩、层间应力、层间摩擦力以及剪切破裂角作出了一些合理的假设后,建立了计算模型,并进行了实例验证。模型的计算结果表明：破坏区大体分为滑移区、倾倒区和倾倒变形影响区。破坏区大小由坡角、岩层倾角、坡高共同决定。[α-(90°-β)-(45°-φ/2-δ)]×h>0时,破坏区才存在,才可能发生变形破坏。岩层变形的主动力来源于重力场,简化估算时可仅考虑重力；岩层间正压力对岩层发生的破坏模式有主要控制作用；层间摩擦力的作用相当于给岩层增加一个抗弯力矩,层厚或层间摩擦力较大时该作用往往不可忽略。对边坡层间应力的简化导致基准面上剪切破坏深度l剪大多情况下都不存在(无解),说明这一简化虽能满足大部分情况,但存在一定的局限性。 (3)均质等厚反倾层状岩质边坡倾倒变形影响因素研究。根据设计的分析方案,利用建立的模型对影响反倾边坡倾倒变形的内部因素(岩层倾角、坡角、坡高、层厚、层间力学参数、岩层力学参数)进行了因素分析。分析结果表明：随着岩层倾角增大,坡顶最大倾倒变形量增大,变形影响区域增大,倾倒变形难易程度呈现难——易——难的变化,可将区间(60,70)作为优势岩层倾角的范围,岩层倾角小于30。或大于85。时对应的弯曲作用非常小;随着坡角增大,倾倒变形量增大,变形影响区域增大,倾倒变形难易程度从难到易,坡角小于350时对应的弯曲作用非常小；随着坡高增大,边坡总体规模增大,倾倒变形量增大,变形影响区域增大,倾倒变形难易程度从难到易；随着岩层厚度、层间参数或岩层参数的增大,抗倾倒变形的能力增强,倾倒变形影响深度增大,倾倒变形量减小,变形影响区域增大,倾倒变形难易程度从易到难。层间参数的增大使得层面的作用相对减弱,反倾边坡整体性增强。岩层参数的增大使得岩层自身的抗拉强度、抗剪强度、抗变形能力都提高,自身抗弯能力增强,但还是受到了层间裂隙的影响,变形量较同形同质的块状边坡大,整体性差。 (4)均质等厚反倾层状岩质边坡倾倒变形机理实例研究。倾倒变形的大小取决于作用在岩层上使岩层产生弯曲变形的分力、可能弯曲的岩层长度以及岩体受到的抗弯作用或本身的抗弯能力。岩层倾角、坡角、坡高、层厚、层间力学参数、岩层力学参数等主要内部因素通过影响以上三者来影响倾倒变形。边坡的形态特征(坡角、坡高)仅改变可弯曲岩层的长度。岩层倾角决定

关键词：反倾层状岩质边坡悬臂梁极限平衡模型倾倒变形机理研究

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反倾层状岩质边坡稳定性解析及影响因素分析研究

反倾层状岩质边坡稳定性解析及影响因素分析研究

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作者：安紫微西安理工大学

学位级别：硕士

弯曲倾倒是反倾边坡的一种典型失稳模式,破坏方式与常见的滑动模式完全不同。随着建设逐渐深入西部高山区和南部山岭地带,越来越多的反倾边坡稳定性问题被揭露。本文首先研究了反倾层状岩质边坡的变形分类、稳定性分析方法、安全系数计... 详细信息

弯曲倾倒是反倾边坡的一种典型失稳模式,破坏方式与常见的滑动模式完全不同。随着建设逐渐深入西部高山区和南部山岭地带,越来越多的反倾边坡稳定性问题被揭露。本文首先研究了反倾层状岩质边坡的变形分类、稳定性分析方法、安全系数计算公式和稳定性影响因素,在悬臂梁极限平衡模型的基础上将岩层几何形状和层间力进行了一些改进,推导出了反倾层状岩质边坡稳定性的解析和安全系数计算公式。其次,根据前人对反倾边坡的研究,认为坡脚拉应力在边坡的稳定性中起着至关重要的作用,根据坡脚拉应力问题进行了无量纲分析,将反倾层状岩质边坡的稳定性问题与无量纲分析法结合,并分析了影响边坡稳定性的因素,得到关于坡脚拉应力的概化函数。然后,本文创建了反倾层状岩质边坡稳定分析平台,可计算具有不同坡高和岩层倾角的边坡模型坡脚处所受到的拉应力和边坡模型的安全系数。最后,通过引入的两个边坡案例,介绍了无量纲分析方法的实际应用,并进行UDEC数值模拟和解析计算,验证了本文提出的反倾层状岩质边坡稳定性解析的正确性,说明本文创建的反倾层状岩质边坡稳定分析平台在实际工程应用方面的可行性。

关键词：反倾层状岩质边坡倾倒破坏悬臂梁极限平衡模型量纲分析 π定理

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