均质等厚反倾层状岩质边坡倾倒变形机理研究

发布时间：2018-05-21 07:55

  本文选题：反倾层状岩质边坡 + 悬臂梁极限平衡模型　； 参考：《中国地质大学》2013年硕士论文

【摘要】：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σ11/2σc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)]×h0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。岩层倾角决定的是岩层力的分解(比例)和同等边坡形态情况下可能弯曲的岩层长度,通过影响弯曲作用(力矩值)来影响边坡的倾倒变形。岩层厚度决定岩层裂隙的密度,且对抗弯力矩有影响。层间力学参数决定边坡的整体性,同时与岩层厚度一起决定抗弯力矩(岩层受到的抗弯作用)。岩层力学参数决定的是岩层自身的抗弯能力和岩层自身的完整性,对岩层自身的抗变形、抗拉、抗剪能力有影响。运用悬臂梁极限平衡模型和倾倒变形机理分析可知,硝洞槽-郑家大沟岸坡本身具备利于倾倒变形发生的基础条件且已经存在一定程度的倾倒变形,并在以水库蓄水为主,以及边坡开挖等外部因素的影响下,总体表现出前部由于受到两个诱发因素作用而倾倒变形增大并出现局部倾倒破坏,牵引整个岸坡从前到后发生倾倒变形的变形机理。通过实例,证明了本文提出的均质等厚反倾层状岩质边坡倾倒变形机理的实用性和正确性。
[Abstract]:In the field investigation and observation , it is found that the failure of the reverse inclined slope is the foundation of establishing a reasonable mechanical analysis model of the inverted slope , and the rationality of the model directly affects the completeness and correctness of the subsequent research results .
Secondly , in the study of the influence factors of the existing anti - tilt slope , only a simple correlation statistical analysis and qualitative description of the relation between the influencing factor and the slope collapse deformation are carried out , and the statistical results are not deeply analyzed . The influence factor analysis is the basis of the research of the deformation mechanism , and the degree of penetration of the analysis is directly related to the degree of understanding of the anti - tipping deformation mechanism of the slope .

On the basis of the present research situation at home and abroad , this paper puts forward the viewpoint that the formation mechanism of the damage surface should be the joint action of bending crack and compression shear through field observation , elastic - plastic mechanical analysis and so on . Then , the main internal factors ( rock slope , slope angle , slope height , layer thickness , inter - layer mechanical parameter and rock stratum mechanics parameter ) of the anti - tilt side slope are selected as the analysis objects , and the analysis and mechanism research is carried out on the basis of the mechanical analysis model and the corresponding numerical model , and the research results are applied to the examples , and have certain theoretical significance and application value .

The main research contents and results are as follows :

( 1 ) Research on the formation mechanism of anti - tilt layered rock slope failure surface . Based on the present research situation at home and abroad , this paper studies the damage pattern of different parts of the reverse inclined slope based on the field observation , elastic - plastic mechanics analysis and so on .
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本文编号：1918371