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顺层岩质边坡预加固结构让压型抗滑桩承载性能研究

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顺层岩质边坡预加固结构让压型抗滑桩承载性能研究

作者：丁伟重庆交通大学

学位级别：硕士

让压型抗滑桩是针对顺层岩质边坡研发的预加固结构,其加固机理是通过在桩身悬臂段设置让压层来诱发预加固坡体产生一定量的顺坡向剪切位移,发挥岩层层面之间抗剪强度的有利作用,有效地降低作用在桩身的侧向压力。本文首先对顺层岩质边... 详细信息

让压型抗滑桩是针对顺层岩质边坡研发的预加固结构,其加固机理是通过在桩身悬臂段设置让压层来诱发预加固坡体产生一定量的顺坡向剪切位移,发挥岩层层面之间抗剪强度的有利作用,有效地降低作用在桩身的侧向压力。本文首先对顺层岩质边坡开挖失稳过程及其影响因素展开了研究,其次采用了室内模型试验与数值模拟相结合的方式对顺层岩质边坡预加固结构让压型抗滑桩与普通抗滑桩预加固效果进行对比,并讨论了影响让压型抗滑桩预加固效果的因素,最后通过理论分析对让压型抗滑桩应力与变形公式进行推导。论文的主要研究内容及结论如下:(1)采用数值模拟的方法,研究了顺层岩质边坡开挖失稳过程,并探究了影响顺层岩质边坡稳定性的因素。结果表明:由于部分岩层被挖除,边坡整体压应力值有所减小,但开挖后会造成岩层坡脚处临空,潜在滑体下部的约束被解除,使得岩层顶部后缘部分拉应力增大,同时有效塑性应变值增长幅度明显,且其值越大,边坡产生的变形越大,最大值出现在边坡坡脚位置;开挖后,岩层厚度、岩层倾角、开挖坡角、软弱夹层厚度的增大会降低边坡的稳定性。(2)采用室内模型试验的方法,对比分析了顺层岩质边坡预加固结构让压型抗滑桩和普通抗滑桩预加固效果,并探究了让压层厚度对让压型抗滑桩加固效果的影响。结果表明:让压型抗滑桩通过让压层的设置可诱发预加固坡体产生一定变形,使得岩层下滑的位移相较于普通抗滑桩明显增大,降低了桩身的侧向压力;随着让压层厚度的增大,岩层下滑的位移量逐渐增大,而作用在桩身的侧向压力呈现先降低后增大的趋势。(3)采用数值模拟的方法,首先在物理模型试验的基础上进行建模,将模拟结果与试验进行了对比验证,然后探究了让压层厚度、锚固段长度、让压层弹性模量、让压层形态对让压型抗滑桩预加固效果的影响规律。结果表明:在采用了让压型抗滑桩支护后,滑面以上岩体产生的顺坡向剪切位移相较于普通抗滑桩明显增大,而桩身应力相较于普通抗滑桩有所降低;让压桩预加固效果随锚固段长度的增大呈现逐渐变优,而随让压层厚度、让压层弹性模量的增大呈现先变优后变差的趋势,且当让压层截面以矩形的方式布置在桩身悬臂段外时,预加固效果最好。(4)采用理论分析的方法,推导出让压型抗滑桩承载性能计算公式。以静力学的角度对让压型抗滑桩承载性能计算方法进行研究,将桩身视作悬臂梁,让压层视作弹性材料,并按照悬臂梁法和弹性力学的方法分别对桩身和让压层进行分析,得到了关于让压型抗滑桩桩顶的位移以及作用在桩身的水平力计算公式,最后与试验结果进行了对比,验证了公式的合理性。

关键词：顺层岩质边坡让压型抗滑桩物理模型试验数值模拟理论分析

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顺层岩质边坡锚杆加固机理离散元分析

湖南大学学报（自然科学版） 2018年第A01期45卷 144-149页

作者：蒋明镜江华利廖优斌刘笋同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092 天津大学建筑工程学院天津300072 同济大学土木工程学院地下建筑与工程系上海200092 上海理工大学土木工程系上海200093 河海大学土木与交通学院江苏南京210098

顺层岩质边坡广泛存在于水利枢纽工程建设活动中,节理等软弱面影响边坡的稳定性,通常需进行锚固,研究锚固机理对边坡锚固方案设计及施工意义重大.首先,将考虑胶结尺寸的微观接触模型植入离散元软件PFC2D,建立顺层岩质边坡模型,在此基础... 详细信息

顺层岩质边坡广泛存在于水利枢纽工程建设活动中,节理等软弱面影响边坡的稳定性,通常需进行锚固,研究锚固机理对边坡锚固方案设计及施工意义重大.首先,将考虑胶结尺寸的微观接触模型植入离散元软件PFC2D,建立顺层岩质边坡模型,在此基础上引入三组不同长度的锚杆形成锚固边坡模型;其次,通过重力增加法模拟顺层岩质边坡锚固前后的破坏过程;最后,对比边坡锚固前后的安全系数、破坏过程中破坏形态和力链分布等,分析顺层岩质边坡的锚固效果和机理.结果表明,锚固后边坡的安全系数明显变大,边坡稳定性提高,锚固效果显著.锚固后边坡破坏形式基本不变,较未锚固边坡破坏所需时间长、滑裂面浅、滑坡量小.锚杆改善了边坡受力状态:锚固前,边坡内的拉力和压力都集中在岩桥;锚固后,锚杆承担了边坡内的大部分拉力,岩桥基本只承受压力.

关键词：顺层岩质边坡锚杆加固机理离散元

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顺层岩质边坡多级滑动模式及成因机理分析

中国矿业大学学报 2016年第6期45卷 1156-1163,1171页

作者：龙建辉赵邦强李坤太原理工大学地球科学与工程系山西太原030024 煤与煤系气地质山西省重点实验室山西太原030024

为了研究含软弱夹层顺层岩质边坡在降雨作用下的多级滑动模式,基于极限平衡法,对于受控于软弱层及坡体多条陡直贯通裂隙的顺层岩质边坡,全面考虑了坡面倾角(α),岩层倾角(β),坡脚临空面高度(h)和滑面长度(L)边坡几何参数以及滑体重度(... 详细信息

为了研究含软弱夹层顺层岩质边坡在降雨作用下的多级滑动模式,基于极限平衡法,对于受控于软弱层及坡体多条陡直贯通裂隙的顺层岩质边坡,全面考虑了坡面倾角(α),岩层倾角(β),坡脚临空面高度(h)和滑面长度(L)边坡几何参数以及滑体重度(γ),滑带强度(c,φ)物理力学参数,建立力学分析模型,通过公式推导确定了在不考虑地震荷载和水力作用条件下,滑带岩土软化及蠕变过程中不同强度参数下边坡的3种类型:整体稳定型,局部稳定型和整体不稳定型,从机理上分析了强降雨过程中整体稳定型和局部稳定型边坡的多级滑动模式,并推导2类滑坡启动时后缘贯通裂隙的临界充水高度和临界降雨强度.结果表明:整体稳定型边坡破坏模式一般为牵引后退式;对于局部稳定型边坡,当贯通裂隙对应的滑面长度L≤Q(抗滑力与下滑力差极大值点对应滑面长度)时其破坏模式表现为牵引后退式,当Q

关键词：软弱层顺层岩质边坡力学模型多级滑动模式机理分析

顺倾层状碎裂结构岩质边坡地震动力响应及破坏模式分析

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岩土力学 2023年第2期44卷 362-372页

作者：许明余小越赵元平胡家驹张潇婷重庆大学土木工程学院重庆400045 重庆大学库区环境地质灾害防治国家地方联合工程研究中心重庆400045 中冶赛迪工程技术股份有限公司重庆400013 中国建筑第五工程局有限公司湖南长沙410004

顺倾层状边坡沿软弱带剪切方式破坏是滑坡的主要类型之一。采用块体砌筑斜坡振动台模型,在多维多参数地震动作用下,考虑斜坡不同工况下力学参数弱化的过程,研究了层状碎裂结构岩质边坡的地震动力响应和失稳破坏模式。结果表明:斜坡地震... 详细信息

顺倾层状边坡沿软弱带剪切方式破坏是滑坡的主要类型之一。采用块体砌筑斜坡振动台模型,在多维多参数地震动作用下,考虑斜坡不同工况下力学参数弱化的过程,研究了层状碎裂结构岩质边坡的地震动力响应和失稳破坏模式。结果表明:斜坡地震动特性和斜坡地质结构是决定斜坡地震动力稳定性以及破坏模式的决定因素;斜坡水平动力响应具有明显的高程和坡表放大效应,高程对斜坡的垂直动力响应影响较小,地震动放大效应与结构面力学强度、地震波波形、频谱特性等均有一定的关系,正弦波较天然波对坡体放大效应影响更为显著;坡体裂纹依托优势结构面在最弱部位起裂萌生扩展,并向节理面追踪形成蠕滑段和锁固段,节理面强度参数在外界地质营力作用下发生弱化,使潜在滑带出现由后缘向前端搭接贯通的前进式破坏模式和由前端向后缘的后退式破坏模式的分化,滑体也由高位剪出向溃散破坏演变。

关键词：顺层岩质边坡砌块模型振动台试验地震动参数动力响应破坏模式

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顺层岩质边坡爆破的振动控制及损伤特性

爆炸与冲击 2017年第1期37卷 27-36页

作者：王智德夏元友周雄夏国邦杨金华武汉理工大学土木工程与建筑学院湖北武汉430070 云南省公路开发投资有限公司云南昆明650101 云南交通职业技术学院建筑工程学院云南昆明650101

为了更好地了解顺层岩质边坡爆破开挖时振动速度的传播规律以及坡体的损伤程度,以云南省普宣高速公路顺层边坡爆破开挖为工程背景,利用声波测试结合监测点振动速度的方法,获取坡体不同深度的声速变化及不同位置的振动速度,分析不同药量... 详细信息

为了更好地了解顺层岩质边坡爆破开挖时振动速度的传播规律以及坡体的损伤程度,以云南省普宣高速公路顺层边坡爆破开挖为工程背景,利用声波测试结合监测点振动速度的方法,获取坡体不同深度的声速变化及不同位置的振动速度,分析不同药量下单次和多次爆破的坡体损伤范围以及振动速度的衰减规律。研究表明,爆破区任意点的振动速度与损伤深度存在对应关系:对单次爆破,振动速度与损伤深度呈线性关系,而对多次爆破,振动速度与损伤深度呈非线性关系;以声速降低率10%作为损伤界限,并作为爆破控制时,单次爆破对应的临界振动速度为11.54cm/s,损伤半径为5.57m;,基于首次爆破的多次爆破临界振动速度为24.20cm/s,最大损伤半径为7.56m,并由萨道夫基公式得到2种方式的最大起爆药量。

关键词：爆炸力学爆破控制声波测试顺层岩质边坡损伤

消落带岩体劣化下顺层岩质边坡动力响应规律试验研究

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岩土工程学报 2022年第8期44卷 1453-1462页

作者：许彬刘新荣周小涵刘俊黄俊辉王 曾夕重庆大学土木工程学院重庆400045 重庆大学库区环境地质灾害防治国家地方联合工程研究中心重庆400045 重庆大学山地城镇建设与新技术教育部重点实验室重庆400045 中国建筑第二工程局有限公司北京100160 广州市设计院广东广州510620

三峡库区蓄水后导致的消落带岩体劣化和水库诱发地震对岸坡稳定性具有重大影响。采用振动台模型试验探究了消落带岩体劣化下顺层岩质边坡受持续地震荷载作用时的动力响应规律。研究表明:坡体加速度响应具有显著的“高程效应”和“趋表... 详细信息

三峡库区蓄水后导致的消落带岩体劣化和水库诱发地震对岸坡稳定性具有重大影响。采用振动台模型试验探究了消落带岩体劣化下顺层岩质边坡受持续地震荷载作用时的动力响应规律。研究表明:坡体加速度响应具有显著的“高程效应”和“趋表效应”特性,且历经多次地震荷载作用后坡体PGA放大系数衰弱明显,而坡体累积位移、孔隙水压力及土压力随地震荷载持续作用分别呈逐渐增大、增大及减小的变化趋势;坡体阻尼比、自振频率及损伤度随地震荷载持续作用分别呈逐渐增大、减小及增大的变化趋势,且微小地震和强震作用阶段的坡体非线性累积损伤力学模型可分别采用“S”型三次函数和“陡升”型指数函数表征;坡体累积损伤—失稳破坏演化过程表现为坡顶后缘(次级节理和层面)起裂—扩展—贯通、岩体沿复合滑动面整体滑移及完全破坏后岩体呈多尺度破碎块状堆积于坡脚,且消落带岩体受震动、溶蚀及冲刷耦合作用后破碎较严重,并近乎产生整体滑移而形成显著的“凹腔”。

关键词：顺层岩质边坡消落带岩体劣化振动台模型试验动力响应规律累积损伤机理

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碎裂状顺层岩质边坡地震动力响应与破坏模式

工程科学与技术 2023年第2期55卷 39-49页

作者：王通刘先峰侯召旭张俊邵珠杰田士军胡金山西南交通大学土木工程学院四川成都610031 新疆工程学院土木工程学院新疆乌鲁木齐830023 中铁第一勘察设计院集团有限公司陕西西安710043

西南山区存在着大量碎裂状顺层岩质边坡,在地震作用下极易引发崩塌、滑坡等灾害。为探究碎裂状顺层岩质边坡的动力响应与破坏模式,以西南山区某边坡工程为依托,通过实地调研和参考工程地质资料,对结构面的分布规律进行了详细总结,并通... 详细信息

西南山区存在着大量碎裂状顺层岩质边坡,在地震作用下极易引发崩塌、滑坡等灾害。为探究碎裂状顺层岩质边坡的动力响应与破坏模式,以西南山区某边坡工程为依托,通过实地调研和参考工程地质资料,对结构面的分布规律进行了详细总结,并通过赤平极射投影对边坡的整体稳定性进行了分析。在此基础上,利用离散元UDEC建立了多组碎裂状顺层岩质边坡模型,通过加载EL–Centro波和Kobe波分析边坡动力特性及破坏模式,并研究了节理参数对位移和加速度响应的敏感性规律。结果表明:坡面位移响应规律呈现先增大再减小的规律,位移响应最大位于M4处;边坡的PGA放大系数呈现高程放大效应,地震波类型会影响PGA的响应规律;地震波穿过强弱风化交界处的结构面时会消耗一定的能量,局部FFT幅值会降低;碎裂状顺层岩质边坡的破坏模式为裂隙扩展–强风化岩体滑移型破坏;节理参数敏感性分析表明,弱风化岩体区域的层理间距对位移的影响最为明显,而强风化节理间距对加速度放大影响最为明显。数值仿真分析较好地揭示了地震作用下碎裂状顺层岩质边坡的动力响应规律和破坏模式,为进一步研究此类边坡的灾变机制和防治提供了有益参考。

关键词：顺层岩质边坡风化程度动力响应失稳演化过程参数敏感性

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顺层岩质边坡稳定性及预应力锚杆加固研究

中南大学学报（自然科学版） 2014年第1期45卷 231-236页

作者：廖峻李江腾郝瑞卿刘博中南大学资源与安全工程学院湖南长沙410083

运用FLAC3D软件建立顺倾向层状岩质边坡数值计算模型,采用强度折减法分析边坡稳定性与岩层倾角的关系。对自身稳定性不足的边坡用预应力锚杆加固,探讨边坡稳定性与锚杆倾角、锚固长度的关系。研究结果表明:采用预应力锚杆加固边坡时,存... 详细信息

运用FLAC3D软件建立顺倾向层状岩质边坡数值计算模型,采用强度折减法分析边坡稳定性与岩层倾角的关系。对自身稳定性不足的边坡用预应力锚杆加固,探讨边坡稳定性与锚杆倾角、锚固长度的关系。研究结果表明:采用预应力锚杆加固边坡时,存在一界限锚固长度Ldff:当锚固长度小于Ldff时,锚杆倾角对边坡的稳定性影响较小;当锚固长度大于Ldff时,锚杆倾角的影响明显增大;传统由极限平衡原理推导出的最优锚杆倾角公式未考虑锚固长度,但最优锚杆倾角受锚固长度的影响,在界限锚固长度以下,传统方法和数值方法得出的结果一致,但当锚固长度大于Ldff时,数值计算得出的最优锚杆倾角比传统方法得到的结果提高10°左右;布设锚杆时,若锚杆倾角过大,则锚杆将以受剪切为主,因而达不到加固效果,在工程加固中应予以注意。

关键词：顺层岩质边坡稳定性预应力锚杆锚固长度锚杆倾角数值模拟

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顺层岩质边坡抗滑桩弯折破坏模型及试验研究

水利水电技术 2018年第9期49卷 25-31页

作者：白松松张骞高昱王文玉刘宗翰梁冠亭石家庄铁道大学河北石家庄050043 北京理工大学北京100081 武汉市市政建设集团有限公司武汉湖北430056 武汉大学土木建筑工程学院湖北武汉430072

悬臂式抗滑桩是边坡工程有效防护手段,由于岩土体介质及滑坡结构的特殊性,其在滑坡推力及锚固反力共同作用下的桩身力学行为有待进一步研究。基于顺层岩质边坡的地质结构特性及顺层滑移模式,对抗滑桩锚固段的桩后土体抗力进行分析,分别... 详细信息

悬臂式抗滑桩是边坡工程有效防护手段,由于岩土体介质及滑坡结构的特殊性,其在滑坡推力及锚固反力共同作用下的桩身力学行为有待进一步研究。基于顺层岩质边坡的地质结构特性及顺层滑移模式,对抗滑桩锚固段的桩后土体抗力进行分析,分别考虑土体抗力为矩形、三角形和梯形分布情况,建立悬臂式抗滑桩力学模型,研究抗滑桩在顺层边坡滑坡推力及土体锚固反力共同作用下的弯折破坏位置,得到了抗滑桩锚固段弯折破坏位置与抗滑桩的长度、埋深以及滑移面的剪切力的关系及其表达式。通过试验对模型进行验证,对抗滑桩的理论弯折破坏位置进行实际对比。结果表明:在此种滑移模式下,悬臂式抗滑桩的锚固反力按梯形分布计算时,理论模型计算结果与试验结论有较好的一致性,而在按照矩形或三角形分布计算时,理论结果与试验结论相差较大。所以,在施工设计过程中,应在计算得出的悬臂式抗滑桩弯折破坏位置布置较密的抗弯钢筋或按最不利条件计算最大弯矩,确保抗滑桩的承载能力满足要求。

关键词：边坡工程悬臂式抗滑桩顺层岩质边坡力学模型弯折破坏