三峡库区滑坡消涨带变形破坏模型试验（双语出版）

为明确水库滑坡消涨带变形破坏机理,以物理模型试验为手段,基于三峡库区堆积层滑坡工程地质特征,建立3种不同岩层倾角的滑坡消涨带试验模型。通过水库滑坡模型试验材料研制和库水位波动科学控制,实现水库滑坡消涨带失稳过程试验模拟,并从试验角度探讨水库滑坡消涨带变形特征和力学机制。结果表明：初次蓄水过程中,坡表裂缝交角与基岩倾角呈负相关,交角决定了裂缝扩展方向,影响变形发展;滑床倾角越大,交角越小,裂缝越长,变形越大,塌岸越易发生;坡内孔隙水压力滞后性明显,随周期增大逐渐减小趋于稳定,水位波动速率会缩短坡体地下水响应时间;波动速率越大,坡内孔隙水压力变化速率越大,对水下坡体影响最大,坡体内速率差越大,渗透力越大,进而影响滑坡的稳定性;土体结构劣化及水的浮托力是引起滑坡模型前缘破坏的关键因素,而动水压力作用及有效应力减小导致滑坡由局部向整体破坏,呈现典型的多重滑面渐进式牵引破坏模式。该研究结果有助于深入认识滑坡消涨带变形破坏机理,可为库水位波动触发牵引式滑坡的演化模式和力学机理提供依据。     

高变幅水位对滑坡变形影响速率关联度研究

依托西南高拱坝库区某典型特大型库岸滑坡工程,基于速率关联度的相关性分析方法,研究了库岸滑坡坡表位移速率与库区水位波动变化速率的定量关系。结果表明:该滑坡变形属于渗流驱动型,降水期对滑坡变形影响显著,水位下降过程中难以消散的孔隙水压力与指向坡外的渗透力导致了滑坡的变形;在水位下降的初期因水库水的支撑作用显著减弱,滑坡变形最为强烈。     

水位下降对裂隙性路基边坡稳定性影响机理分析

为揭示水位下降对裂隙性路基边坡稳定性的作用机理,基于饱和-非饱和渗流理论,研究了裂隙深度、裂隙开口宽度、裂隙分布位置、库水位下降速率等对裂隙性边坡稳定性的影响。结果表明:裂隙越深,饱和区域越大,边坡稳定性越低;裂隙开口宽度的大小对稳定性的影响不大;裂隙分布在坡面和坡底时稳定性较低;库水位下降速率主要影响裂隙层达到饱和的快慢,对边坡的长期稳定性的影响则可忽略;裂隙边坡稳定性随库水位不断下降而减小,当库水位水位较低或稳定后,其安全系数基本不变。在库水位下降直至稳定过程中,安全系数无裂隙边坡始终大于裂隙边坡。     

砂板互层岩体中隧道围岩力学特性研究

通过建立可反映互层岩体中砂岩与板岩组成、岩层倾角、岩层走向等因素变化对岩体变形影响的互层岩体本构模型,研究了砂板互层岩体中隧道围岩的力学特性。研究结果表明:岩体中板岩体积含量越高,围岩最大变形及破坏范围越大,隧道周边围岩变形不对称性也越明显,板岩结构面的内摩擦角大小对岩体变形及破坏范围影响很大,板岩沿结构面破坏为砂板互层岩体的主要破坏形式之一;砂板互层岩体的倾角变化将影响隧道周边围岩变形的对称性及破坏区域的分布,倾角在40°～60°时,围岩变形的不对称性最明显,板岩含量较高时,砂板互层岩体的最大变形随倾角的增大而降低;岩层的走向与洞轴线交角越大,围岩变形越小,隧道周边围岩变形也越趋于对称,在陡倾砂板互层岩体中,洞轴线应尽可能沿与岩层走向大角度相交的方向布置以利于围岩的稳定;随着埋深的增加,围岩变形及破坏范围均增长,因岩层倾角、走向变化引起的隧道周边围岩变形不对称性也越明显。     

水位涨落对库岸滑坡孔隙水压力影响的非饱和渗流分析

以某高速公路库岸滑坡为工程背景,根据饱和一非饱和渗流控制方程,针对不同滑坡体渗透性和库水位升降速率,研究库水位变化条件下滑坡体内孔隙水压力的动态响应,得到：①水位升降时,在相同的入渗条件下,饱和渗透系数对初始地下水位有明显的影响;增大饱和渗透系数能降低地下水位,使地下水位线变得平缓,滑坡体的动、静水压力减小,有利于稳定;②增加库水位升降速率,地下水位响应滞后变得显著,地下水位线形态整体变陡,滑坡体的动水压力增大,不利于边坡稳定性。     

水位涨落对库岸滑坡孔隙水压力影响的非饱和渗流分析

以某高速公路库岸滑坡为工程背景,根据饱和—非饱和渗流控制方程,针对不同滑坡体渗透性和库水位升降速率,研究库水位变化条件下滑坡体内孔隙水压力的动态响应,得到:①水位升降时,在相同的入渗条件下,饱和渗透系数对初始地下水位有明显的影响;增大饱和渗透系数能降低地下水位,使地下水位线变得平缓,滑坡体的动、静水压力减小,有利于稳定;②增加库水位升降速率,地下水位响应滞后变得显著,地下水位线形态整体变陡,滑坡体的动水压力增大,不利于边坡稳定性。     

水库水位变化对某岸区公路边坡稳定性影响分析

山区公路经常沿水库修筑,水库的蓄水与放水能引起水位的循环升降变化.水位变化对边坡稳定有较大影响.基于Plaxis有限元软件的渗流计算和边坡稳定的强度折减法计算功能,以一个实际库岸边坡为算例,分析了水位升降变化及下降速率、土体渗透系数、是否考虑超孔隙水压力对边坡稳定性的影响.分析结果表明,当土体设置为排水条件时,不管水位...     

库区水位对高速公路桥梁边坡稳定性影响研究

结合工程实例,首先对场区进行详细的调绘、勘探及试验,查明场区的工程地质、水文地质条件及岸坡基本特征;然后进行稳定性计算分析。结果表明:水库蓄水后,粉砂质泥岩受库水浸泡后存在一定程度软化现象,导致强风化层抗剪强度降低、产生动静水压力、下滑力增大,导致强风化稳定性下降。岸坡潜在变形破坏为强风化粉砂质泥岩内的圆弧滑动;水库蓄水后,打磨湾大桥道真岸不满足安全控制标准。库水位升降至569m标高时,稳定性系数下降加快,说明水库调蓄是导致岸坡稳定性系数降低的关键因素。     

黄土填方边坡降雨入渗特征及变形破坏模式的模型试验

平山造城、填沟造地等形成大范围近直立的高填方体，这些新型工程为黄土高原带来重要发展机遇的同时，在降雨条件下也将带来前所未有的重大灾变隐患，针对这一状况，开展黄土填方边坡降雨过程中坡体基质吸力、体积含水率、孔隙水压力、湿润锋以及变形等动态响应规律的分析，并对坡体裂缝发育与演化及变形破坏模式进行模型试验研究。结果表明：湿润锋下移致使坡体内部的基质吸力减小而体积含水率和孔隙水压力增加，并且其达到峰值以后稳定，虽然基质吸力降低到最低时，坡体未发生滑塌，但随着雨水的继续入渗，坡体会发生局部和大规模的破坏，表明降雨诱发的黄土滑坡具有一定的滞后性；坡体裂缝体系演化机制为临空面附近产生张拉裂缝且向后扩展-坡体侧翼产生剪张裂缝-后缘产生贯通性的张拉裂缝，形成的拉裂缝不仅提供了优势入渗通道，而且也是每次滑塌的后缘边界；短时连续降雨诱发的填方边坡变形具有浅部间歇性和突发性破坏的特点，导致填方坡体产生多级块体滑动破坏；长时连续降雨诱发的填方边坡变形则具有深部渐变连续性破坏的特点，导致填方坡体产生冲蚀及流滑破坏。     

基于非饱和渗流的三峡库区某堆积层库岸滑坡失稳机制

当前运用非饱和渗流理论对堆积层这一类滑坡失稳机制研究不多。以三峡库区某堆积层滑坡为例,基于非饱和渗流理论,对库水位下降过程中地下水对滑坡作用规律进行了数值模拟分析,结果表明,库水位下降过程中形成的超孔隙水压力和水平向渗流产生的动水压力是滑坡变形失稳的主要因素。     

降雨诱发残积土坡失稳的模型试验

为了研究降雨条件对残积土坡坡体内部变形特征及边坡失稳机理的影响,结合自制监测系统、人工降雨试验及数字照相量测技术,开展不同位置、不同坡度、不同密实度边坡的地质力学模型试验,分析雨水入渗对坡体变形、吸力的影响。指出失稳预警因子应从降雨诱发滑坡失稳机理出发,着重考虑边坡关键位置的力学物理量变化。基于坡体变形和吸力时变规律,提出边坡变形发展的3个阶段;基于不同条件下边坡的失稳破坏过程,揭示降雨诱发残积土坡的失稳模式。试验结果表明：边坡上部土体吸力和变形变化幅度较大,速度较快,而下部土体变化幅度较小,速度较慢;陡坡和高密实度边坡抵抗降雨入渗引起的变形能力强于缓坡和低密实度边坡,由于小孔隙结构发生破坏所需的能量远大于大孔隙结构,导致低密实度、缓坡坡体中部产生的变形大于坡体上部;边坡变形发展阶段为初始蠕变阶段、加速发展阶段、滑动破坏阶段;无支护的边坡,失稳预警因子可选择边坡关键位置处的基质吸力;有支护的边坡,应根据支护结构受力（变形）和边坡关键位置处吸力变化特征来选择预警因子;土坡的失稳模式为坡表冲刷→冲沟、切沟侵蚀→坡脚局部坍塌→破坏范围纵横发展→整体失稳,滑动面深度为1～3 m,该类滑坡应注重坡脚防护,尽可能降低边坡渐进累积破坏的可能性。研究结果可为构建东南沿海地区降雨诱发滑坡预测模型提供重要依据。     

库水位变动条件下滑坡体变形特性的离散元研究

针对含单一滑面的理想库岸滑坡,应用三维离散单元法3DEC,开展了水库运行条件下滑坡位移的变化规律研究,结果表明,水库蓄水对于库岸滑坡的变形具有明显的作用,在不同的静水位作用下,滑坡体的变形随着水位的升高而逐渐增大;水位上升过程中,滑坡体内的位移随着水位的升高而增大,水位的上升幅度越大,滑坡体的变形越大。水位下降的情况下,处于饱和区的前缘位移随着水位的下降而增大,非饱和区域点的位移值的变化随水位的变化不明显;水位骤降过程中对滑坡体的变形影响最大。     

饱和渗透率对库岸边坡稳定性的影响

储水或泄水的过程使水库内水位不断发生升降变化,并带动沿岸边坡内的地下水位产生升降变化,从而导致沿岸边坡坡体内部渗流水压力与原岩应力随水位升降发生改变。这种改变很可能促使库岸边坡中原本存在的已稳定滑坡体再次发生滑坡,或在部分地质条件较差的地区形成新的土体或岩体滑坡,影响库岸边坡的稳定。为此,通过建立库水下降时库岸边坡数值分析模型,从饱和渗透率对浸润线及库岸边坡安全系数的影响两方面,分析研究了饱和渗透率对库岸边坡稳定性的影响。研究结果表明:边坡浸润线位置受饱和渗透率的影响较大。随着饱和渗透率的不断增大,浸润线位置的变化幅度随水位的变化越来越大,且当水位下降时,浸润线均先在自由坡面处降低,然后再向离坡面较远处的位置逐渐推进降低。同时,边坡的安全系数亦受饱和渗透率的影响,边坡的安全系数在饱和渗透率较大时,随着水位不断下降表现出先减小后增大的变化趋势。而当渗透系数较小时,安全系数随着水位的不断下降呈现出不断减小的趋势,故饱和渗透率将通过影响浸润线位置及库岸边坡安全系数来影响库岸边坡的稳定性。     

梨子岭隧道进口滑坡的分析与治理

双永高速公路梨子岭隧道进口滑坡是一个较典型的滑坡与构筑物相互影响的工程案例。该滑坡坡顶高压铁塔的基础荷载重量和隧道仰坡掘进开挖及掘进爆破振动也是滑坡变形破坏产生的重要原因;滑坡的变形破坏,也导致滑坡坡顶高压铁塔基础的失稳,在滑坡坡脚的隧道衬砌中亦产生多道斜向剪切裂缝;最终形成较为复杂的工程灾害系统。在滑坡工程地质分析的基础上,采用反分析定量计算手段,评估三者的相互作用机制,并确定滑坡变形的力学机制及设计计算参数,确定采用坡体后部卸载和坡体中部锚固相结合的综合方案成功治理滑坡,可为类似工程所参考。     

三峡库区周期性库水位变化对抗滑桩加固效果非饱和流固耦合分析

三峡库区内广泛发育的滑坡等地质灾害在水库运行水位周期性波动条件下会发生复活乃至失稳。抗滑桩是其中应用广泛、效果良好的防治措施之一。抗滑桩在库水位周期性波动条件下对滑坡的治理加固效果及其自身的变形受力特征是较为重要但研究尚少的问题。采用非饱和岩土本构关系,考虑在库水位周期性波动条件下滑坡体处于饱和-非饱和周期性变化时的流固耦合效应,采用有限元法对设置抗滑桩前后库区某滑坡的位移和稳定状态进行模拟,并分析了抗滑桩内力及其桩顶位移随库水位变化的特征。研究结果表明,抗滑桩对滑坡的水平位移控制效果较为显著,安全系数最少能提高到2以上。在库水位运行的一个周期内,抗滑桩加固滑坡的安全系数变化幅度不超过5.4 %,而抗滑桩内力及桩顶位移不超过10.4 %。滑坡最小安全系数和抗滑桩最大受力出现在最高水位时,其变化趋势与水位变化趋势较为一致。     

炭质泥岩-土分层路堤在浸水条件下的渗流及变形特征试验

为研究浸水条件下炭质泥岩-土分层填筑路堤的含水特征与变形规律,开展模拟路堤边坡外水位升高的室内模型试验。分别采用含水率测试仪与陶瓷张力计测定坡体不同位置的含水率及孔隙水压力;采用土压力盒测定坡体前端不同深度处推力;采用千分表测定坡顶的竖直及水平位移。研究结果表明:浸水条件下路堤内各测点的含水率变化可描述为基本不变、快速升高、基本稳定3个阶段,响应时间与到坡面的水平距离成正比;孔隙水压力变化规律表现为含水率增大的同时,孔隙水压力也在增大,当含水率达到饱和含水率时,孔隙水压力也将大于或等于0kPa;坡前推力在浸水初期略微减小,浸水后期明显增大,坡体表层附近坡前推力大于坡体底部土层;路堤在水平方向的位移表现为先向坡内方向发展,后向坡外方向不断增大,竖直方向的变形表现为向下不断增大;坡外水体在渗入路堤的过程中遵循由外向内与由下往上相结合的顺序,浸润线在炭质泥岩中的移动速率大于粉质黏土中的移动速率。     

缓倾角层状高边坡变形破坏机制物理模拟研究

针对某高速公路缓倾角顺层岩质高边坡滑坡,为了研究其变形破坏机制,尤其是岩层缓倾坡内和缓倾坡外两种情况下的异同,通过野外实际调查和论证,在对该滑坡形态、结构及变形破坏特征进行详细研究的基础上,选取其主剖面,并恢复其滑动破坏前的近似坡面情形,利用物理模拟研究方法中的底摩擦试验,分岩层缓倾坡外和缓倾坡内两种情况,再现了该边坡变形破坏的全过程,并对不同阶段的变形及最终破坏机制进行了深入分析。认为岩层缓倾坡外时边坡属滑移—压致拉裂型破坏,层间错动明显;岩层缓倾坡内时边坡基本处于稳定状态,无明显层间错动。     

蓄水软化作用下库岸边坡时变稳定性研究

边坡岩体(尤其是软岩)在泡水过程中具有软化效应,其力学参数会随时间改变,故库岸边坡稳定性会随蓄水时间发生动态变化。本文以澜沧江上游苗尾水电站库岸边坡为例,研究了岸坡稳定性随蓄水水位及时间的动态变化过程。通过对岸坡岩体(砂质板岩、千枚状板岩、千枚岩)的饱水软化试验,揭示岩体抗剪强度参数随饱水时间呈指数软化趋势,并分析得出岩体力学参数的时变模型,然后将岩体参数模型代入传递系数法中计算边坡稳定性,得到岸坡稳定性随蓄水水位和时间的动态变化规律。研究表明岸坡稳定性随蓄水位的升高先降低后增高;不同蓄水位时其稳定性随蓄水时间的增长而降低,在蓄水前15天内稳定性下降速率较快,随后其下降速率逐渐变缓直至稳定。随着水位的不断升高,水位以下被软化岩体增多,在蓄水软化效应下,岸坡存在一个危险蓄水区段,蓄水时应避免在此危险蓄水区段暂停蓄水。     

断层破碎带内隧道纵向受荷特征和变形分析

为了探究断层破碎带处隧道沿纵向的变形和受力特征，首先基于筒仓理论和地层应力分布特征，考虑断层破碎带的几何特征和围岩特性，建立了断层破碎带内隧道纵向荷载简化计算模型，并利用应力传递原理进行了求解；其次将隧道简化为破碎带纵向荷载作用下的弹性地基梁，利用有限差分理论计算了破碎带纵向荷载作用下的隧道变形和受力特征。开展了相应的数值模拟和室内模型试验，结合试验数据和数值计算结果对理论模型进行了验证，并分析了埋深、破碎带宽度和倾角变化对隧道纵向变形和受力的影响。结果表明：①埋深越大，破碎带内纵向荷载越大，但纵向荷载的增长速率越小，隧道在上下盘与破碎带交界面附近的剪力和弯矩差值越小；②破碎带宽度越大，纵向荷载整体越大，隧道在上下盘与破碎带交界面附近的剪力和弯矩差值越大，最大变形位置越接近于下盘和破碎带交界面；③破碎带倾角越大，纵向荷载越接近于均布，上下盘和破碎带交界面附近变形和受力越趋于对称。     

川西非饱和混合土土水特征曲线研究

川西地区地质构造和气候条件复杂,交通荷载和降水入渗经常会引发处于非饱和状态的混合土公路路基变形过大或滑坡破坏,非饱和土的工程性质主要与其吸力值紧密相关。为掌握川西非饱和混合土矿物成分与初始干密度对其土水特征曲线的影响规律,针对川西山区3种崩坡积混合土,采用滤纸法和压力板仪法相结合的试验方案,缩短试验时间,测得各自在不同初始干密度下的土水特征曲线,并通过微观特征来分析宏观现象,探究混合土特征因素的影响机理。试验结果表明:矿物成分对土水特征曲线有显著影响,亲水矿物含量越高,基质吸力越大且曲线走势越平缓;反之,含有较多石英矿物和较少黏粒时,基质吸力通常较低;在相同基质吸力条件下,干密度越大,土体含水量也越大;同时,干密度对土水特征曲线的影响程度随着含水量的减小而增大。最后,采用Van Genuchten(VG)模型拟合川西混合土土水特征曲线,其拟合参数与颗粒级配、非饱和程度相关,拟合曲线与试验曲线吻合较好。