【摘 要】
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在秦巴山区,高陡岩质边坡失稳是工程建设中的主要地质环境问题。在强烈构造活动作用下,褶皱、断裂及节理发育,使得边坡地质结构十分复杂。边坡岩体往往存在着各种不连续结构面,岩质边坡的稳定性与其紧密相关。随着经济迅猛发展,人类工程活动对区内高陡岩质边坡稳定性的影响也日益加剧。其中采矿工程产生爆破以及开采过程中持续产生的各种振动作用会对高陡岩质边坡的稳定性产生影响。因此开展软弱层带的力学特性研究、含软弱层带
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在秦巴山区,高陡岩质边坡失稳是工程建设中的主要地质环境问题。在强烈构造活动作用下,褶皱、断裂及节理发育,使得边坡地质结构十分复杂。边坡岩体往往存在着各种不连续结构面,岩质边坡的稳定性与其紧密相关。随着经济迅猛发展,人类工程活动对区内高陡岩质边坡稳定性的影响也日益加剧。其中采矿工程产生爆破以及开采过程中持续产生的各种振动作用会对高陡岩质边坡的稳定性产生影响。因此开展软弱层带的力学特性研究、含软弱层带高陡岩质边坡在振动作用下的动力响应规律及其变形破坏特征和稳定性研究对此类边坡的失稳预判具有重要的理论和实际意义。本文以山阳“8·12”山体滑坡为研究实例,通过野外调查、室内试验、振动台模型试验、数值模拟以及理论研究等手段,对高陡岩质边坡软弱层带中的泥化夹层以及泥化夹层-硅质板岩界面试样分别开展力学特性研究,探究其在振动作用下的强度参数衰减规律,并对其进行对比分析;基于试验结果开展高陡岩质边坡的动力响应规律、变形破坏特征的物理模拟和数值模拟研究,且对边坡的动力稳定性进行分析,为此类边坡的失稳预判提供理论支撑。主要研究内容和成果如下:(1)通过对泥化夹层和泥化夹层-硅质板岩界面试样分别开展三轴剪切试验,对两种试样的静力学特性进行对比分析,发现相比泥化夹层试样,泥化夹层-硅质板岩界面试样由于界面的存在显著降低了试样的强度特性。静力作用下含有界面的泥化夹层-硅质板岩界面试样的强度参数粘聚力比泥化夹层要小43%-59%,而内摩擦角比泥化夹层小20%-25%左右。此外,含水率和围压对软弱层带中泥化夹层试样和泥化夹层-硅质板岩界面试样的应力-应变关系以及其破坏强度均影响显著。围压越大,两种试样的强度也越大;而含水率越大,试样的强度越小。(2)通过动强度试验和动变形特性试验对边坡软弱层带的动力学特性进行研究,发现两种试样的动弹性模量随着应变的增大均先减小后逐渐稳定,阻尼比均随着轴向应变的增大整体上呈增大趋势,且在振动作用下泥化夹层试样和泥化夹层-硅质板岩界面试样的强度参数均会发生衰减劣化。动力作用下振动100次后泥化夹层试样的动强度参数粘聚力衰减了17%,而泥化夹层-硅质板岩界面试样衰减了6%;两种试样的内摩擦角同样衰减了25%左右。基于动强度试验构建了泥化夹层和泥化夹层-硅质板岩界面试样的力学强度参数的劣化数学模型,对比两种试样的强度特性变化情况,发现动力作用对泥化夹层的影响程度要远大于泥化夹层-硅质板岩界面试样。(3)基于室内试验获得的岩土体参数,针对含软弱层带高陡岩质边坡设计了振动台模型试验,探究边坡的动力响应特征以及其失稳破坏模式。试验结果发现边坡动力响应特征有明显的高程和趋表放大效应,在泥化夹层处同样有显著放大效应。动力响应特征越显著的位置,则其强度衰减越明显,对边坡的失稳破坏促进作用越大。当动荷载幅值在0.05g~0.15g时,幅值越大,则不同部位监测点的PGA放大系数越小,动力响应越弱。此外还发现在持续的振动作用下,坡体受到拉剪应力的频繁作用,在坡体后缘有拉张裂缝出现,且随着振动作用的持续发展,滑动面逐步贯通,坡体左侧开始出现剪切裂缝,坡体前缘锁固段剪切破坏,左侧溶蚀裂隙逐渐闭合,边坡发生失稳破坏。本次振动台模型试验中边坡的破坏模式为拉裂一剪切一水平滑移型。(4)基于室内试验数据以及振动台模型试验结果,利用FLAC3D软件对山阳“8·12”山体滑坡原型开展不同动参数工况作用下的数值模拟研究,重现了边坡在持续振动作用下的变形破坏演化过程。结果发现不同动参数振动波作用下,坡体的动力响应特征与振动台模型试验获得结果一致,有明显的高程效应和趋表效应,此外还发现软弱夹层削弱了振动波的传播,在坡体中具有减震作用,在一定程度上抑制了坡体的高程效应和趋表效应。且发现动参数的变化对坡体不同位置处的动力响应影响程度不同,当动荷载幅值从0.05g增大到0.25g时,不同位置的PGA放大系数减小了13%-44%;而当动荷载频率从5Hz增大至25Hz时,不同位置的PGA放大系数减小了70%-80%左右。(5)根据模型试验获得的边坡变形破坏模式,从边坡的前缘临空面方向和左侧溶蚀裂隙方向两个角度分别对边坡进行了受力分析,研究了对边坡的动力稳定性变化规律。由极限平衡理论、摩尔-库伦强度准则,以及稳定性系数的定义从三维的角度,建立了一种考虑边坡岩土体强度劣化损伤的岩质边坡动力稳定性系数算法。基于室内试验获得的岩土体参数及强度劣化模型,动态计算获取边坡在动力作用下稳定性系数变化时程曲线,可为边坡失稳预判提供理论支撑。
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