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

论文摘要

顺层边坡稳定性研究已有大量成果,现今的分析方法、分析模型也都是针对此类边坡的,而反向边坡其典型的结构特征为岩层层面与边坡面走向一致但倾向相反,如果同时存在一组或多组顺坡向的节理将岩层切割成离散的块体,则容易发生与以往不同的倾倒破坏。对于这种反倾层状岩质边坡的破坏模式与机理,系统的研究成果尚未见报道。因此,本文应用从奥地利引进的大型岩土工程数值仿真分析系统FINAL为平台,建立几种代表性典型岩质边坡模型,通过特殊离散化有限元模型与数值试验,研究这类边坡的倾倒破坏模式与破坏机理,以便直接为工程设计提供依据。主要结论如下:（1）系统的研究了影响反倾层状岩质边坡的主要因素,对结构面的力学模型进行了初步的探讨,确定了考虑连通率条件下,结构面的强度参数取值,然后利用离散化有限元分析方法,研究反向层状岩质边坡的主要破坏模式（倾倒破坏和剪切滑移）。（2）对各影响因素如结构面的力学特性、岩体的力学特性及坡体的一些物理几何特征对该类边坡稳定性的影响作了分析。①结果表明在不考虑结构面强度参数条件下,岩层倾角大于45°,边坡开挖坡角大于倾角+φ时,（φ一般在5～10°）发生倾倒之可能性大于其它破坏（失稳）模式,如果同时小于这两个指标,此类边坡的破坏模式主要以剪切滑移为主;②当岩层的厚度（或结构面间距）增加一倍时,边坡发生倾倒破坏的最小优势岩层倾角呈增大趋势;③层面结构面参数对倾倒破坏其控制性作用,岩体强度中Ⅳ类岩体表现为弯曲倾倒破坏,而Ⅲ类岩体主要表现为脆性折断破坏;④后缘具有节理拉裂面时,倾角小于30°时,此类反倾层状坡的破坏模式主要倾向于倾倒破坏,倾角大于45°时,此类反倾边坡主要表现为倾倒—滑移组合破坏模式;⑤对于边坡下部软弱基座,当岩层倾角大于45°后,随着软弱基座增厚,软弱基座上部板岩之间张开度增加,向坡表张开度越大,说明此类边坡容易发生压缩倾倒破坏。（3）应用以上分析结果,针对此类边坡,提出合理的稳定性分析及评判方法:通过边坡开挖以后的变形场、应力场及各滑动面安全系数建立关系曲线,综合分析反倾边坡破坏模式。（4）通过以上的计算分析,对锦屏一级水电站左岸坝肩反向边坡进行离散化有限元分析,定性分析了边坡各主要破坏模式,为具体工程提供了指导。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 反倾岩质边坡的基本概念
• 1.2.1 滑坡的类型及其特点
• 1.2.2 反倾边坡的特点及主要破坏形式
• 1.3 反倾岩质边坡的研究概况
• 1.3.1 目前常用的边坡稳定分析方法
• 1.3.2 反倾边坡研究已有成果及存在的问题
• 1.4 本文的研究思路及内容
• 2 反倾岩质边坡影响因素研究
• 2.1 影响反倾岩质边坡的主要因素
• 2.1.1 前言
• 2.1.2 地下水
• 2.1.3 岩体强度
• 2.1.4 初始地应力
• 2.1.5 地震荷载
• 2.1.6 爆破荷载
• 2.1.7 灌浆荷载
• 2.1.8 时间
• 2.2 不连续结构面的力学特性
• 3 数值仿真试验模型及荷载模拟
• 3.1 前言
• 3.2 各种材料的模拟模型
• 3.3 荷载模型
• 3.4 分析模型及参数选取
• 3.4.1 参数选取
• 3.4.2 模型的建立
• 3.5 数值试验方案
• 4 反倾层状边坡稳定性评价及影响因素研究
• 4.1 前言
• 4.2 反倾边坡破坏模式及稳定性评价
• 4.2.1 倾倒变形（失稳）模式分析
• 4.2.2 剪切滑移（失稳）模式分析
• 4.3 滑动面分布部位
• 4.4 边坡的结构因素影响研究
• 4.4.1 不同开挖坡角对倾倒变形的影响
• 4.4.2 不同岩层倾角对倾倒变形的影响
• 4.4.3 岩层厚度对倾倒变形的影响
• 4.4.4 小结
• 4.5 力学参数影响研究
• 4.5.1 层面力学参数对倾倒变形的影响
• 4.5.2 岩体强度对倾倒变形的影响
• 4.5.3 小结
• 4.6 滑动面倾角影响研究
• 4.7 软弱夹层影响研究
• 4.8 本章小结
• 5 工程背景
• 5.1 工程概况
• 5.2 工程地质条件
• 5.2.1 边坡基本特征
• 5.2.2 边坡岩体结构及物理力学性质
• 5.2.3 构造与层面结构特征
• 5.2.4 水文地质特征
• 5.2.5 天然岸坡岩体稳定条件分区
• 5.2.6 边坡破坏形态
• 5.2.7 初步分析
• 5.3 模型研究所选剖面的地质概况
• 5.4 岩体及结构面材料参数取值
• 5.5 有限元模型
• 5.6 成果分析
• 5.6.1 天然边坡
• 5.6.2 开挖后不支护条件下的边坡稳定性
• 5.6.3 开挖后支护条件下的边坡稳定性
• 5.7 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.1.1 本文取得的进展
• 6.1.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 笔者攻读硕士学位期间从事的实践工作和主要成果