坡体结构对反倾层状岩质边坡变形破坏影响的数值模拟研究

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反倾层状岩质边坡广泛存在于各类工程区中,因其特殊的坡体结构,易发生弯曲变形和倾倒破坏,制约着工程建设和安全运营,对人们的生命财产安全产生不利影响。因此,研究坡体结构对反倾层状岩质边坡变形破坏影响具有重要的意义。利用UDEC离散元数值模拟软件,构建不同坡角、坡高、岩层倾角和边坡坡形的数值模型,记录模拟过程中监测点各时段的位移和应力,研究反倾层状岩质边坡的变形破坏过程,分析坡体结构对变形破坏过程的影响,并划分其演化阶段。根据模拟结果,研究坡体结构对反倾层状岩质边坡变形位移、破裂面特征及破坏模式的影响;并基于正交试验,分析坡体结构各因素对其变形破坏的敏感性。最后,以白龙江水泊峡水库左岸反倾层状岩质边坡为例对模拟结果进行验证。主要结论为:(1)不同边坡坡角或岩层倾角条件下,变形破坏过程中各监测点的位移和剪切力变化趋势相同。变形位移量的增幅随边坡坡角的增大而增大,剪应力增幅却相反;变形位移量的增幅随岩层倾角增大而减小,剪应力的增幅则在倾角为75°时最小。(2)反倾层状岩质边坡的变形破坏演化过程可分为四个阶段:线弹性变形阶段、初始变形阶段、变形加速阶段和变形破坏失稳阶段。(3)破裂面随着岩层倾角的增大逐渐向边坡的内部加深,在倾角小于65°的条件下,边坡破裂面位置对岩层倾角的响应明显;此外,边坡坡形对边坡破裂面的位置有明显的影响。(4)边坡的变形破坏模式对岩层倾角与边坡坡角之和有明显的响应,可分为115°~120°、120°~150°、150°~180°三个明显的区间。(5)边坡坡体结构各因素中,边坡的变形位移和破裂面最敏感的因素是岩层倾角,而边坡破坏荷载最敏感的影响因素是边坡坡角。(6)数值模拟结果显示,白龙江水泊峡反倾层状岩质边坡内部产生两处破裂面,次级破裂面以上岩体倾倒破坏,上部岩层弯曲堆叠,使边坡坡面呈凸起状,与边坡实际变形破坏情况一致。
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