危岩稳定性断裂力学计算方法

危岩是山区主要地质灾害,危岩破坏的本质是主控结构面在荷载作用下的断裂扩展.将主控结构面类比为宏观裂纹,运用断裂力学方法建立了主控结构面尖端断裂扩展方向岩石的联合断裂强度因子计算方法,其为第一类断裂强度因子和第二类断裂强度因子的函数,并结合危岩的断裂韧度,建立了危岩稳定性计算方法.进一步把滑塌式危岩、坠落式危岩和倾倒式危岩的破坏机理统一为压剪断裂及拉剪断裂.据此建立了第一类和第二类断裂强度因子的计算方法.实例分析表明,计算方法显示的危岩稳定状态更为客观、敏感.     

三峡库区公路陡高边坡拉裂-滑塌型危岩破坏机制分析

[目的]探究公路陡高边坡危岩的失稳破坏机制,对确保公路交通交通安全具有重要意义.[方法]针对三峡库区公路陡高边坡中受2组结构面切割控制形成的危岩,分析了首先受控于近水平层状第一条主控结构面逐渐受拉扩展,扩展至一定程度沿陡倾卸荷裂隙面第二条主控结构面滑移变形破坏的拉裂-滑塌型危岩地质模型.考虑危岩块间的相互作用,通过转角判断相邻危岩块的荷载传递;基于断裂力学方法构建了危岩体在 自重与振动荷载作用下第一主控结构面拉断裂方程与破坏判别式,利用极限平衡理论构建了第二主控结构面在自重与振动荷载下的滑塌失稳判别式.通过对发生2007年11月20日三峡库区宜万铁路高阳寨隧道口 20 m外的拉裂-崩塌型危岩破坏,分析了被2组结构面切割面形成的3块近临空面附近的危岩位于国道318线K1405上方,在自重与工程振动荷载作用下危岩失稳破坏机制.[结果]经计算发现,针对水平状第一主控结构面,底部危岩块与中间危岩块层面间受压,不会拉裂,底部与中间危岩块联合与顶部第三危岩块层面间也不会拉裂破坏,3块危岩块联合一体后顶部层面会被拉裂扩展,导致陡倾的第二主控结构面滑塌失稳破坏坠落解体.[结论]计算结果与实际情况基本吻合,验证了含两条主控结构面的拉裂-滑塌型危岩的稳定性分析法的合理性,为危岩防治提供了重要的理论依据.     

三峡库区岩溶景区危岩破坏模式及稳定性——以重庆天生三桥深秀洞陡崖危岩为例

天生三桥景区深秀洞陡崖存在16处危岩,严重威胁到深秀洞下方水幕电梯和两侧栈道工程的安全。通过现场勘测和理论分析的方法,研究了危岩基本特征和破坏模式,进一步采用定性与定量相结合的方法对危岩稳定性进行综合评价。研究结果表明:天生三桥景区深秀洞陡崖危岩发育,其形态多样、规模不等,破坏后影响范围大、后果严重;危岩破坏模式主要表现为滑移式、倾倒式和坠落式三种;采用RMR法对陡崖岩体稳定性进行评价,陡崖岩体属于Ⅳ级,岩体质量为差岩体;采用赤平投影分析对陡崖岩体稳定性进行评价,岩体受结构面切割严重,裂隙L1、L4和多组组合交线为不稳定结构;对危岩稳定性进行定量评价,计算出危岩介于稳定与欠稳定状态之间,但在暴雨工况下,危岩大多处于欠稳定状态。研究成果可为后期危岩防治提供一定的科学依据和理论支撑。     

三峡库区公路陡高边坡拉裂 滑塌型危岩破坏机制分析

[目的]探究公路陡高边坡危岩的失稳破坏机制,对确保公路交通交通安全具有重要意义.[方法]针对三峡库区公路陡高边坡中受2组结构面切割控制形成的危岩,分析了首先受控于近水平层状第一条主控结构面逐渐受拉扩展,扩展至一定程度沿陡倾卸荷裂隙面第二条主控结构面滑移变形破坏的拉裂-滑塌型危岩地质模型.考虑危岩块间的相互作用,通过转角判断相邻危岩块的荷载传递;基于断裂力学方法构建了危岩体在 自重与振动荷载作用下第一主控结构面拉断裂方程与破坏判别式,利用极限平衡理论构建了第二主控结构面在自重与振动荷载下的滑塌失稳判别式.通过对发生2007年11月20日三峡库区宜万铁路高阳寨隧道口 20 m外的拉裂-崩塌型危岩破坏,分析了被2组结构面切割面形成的3块近临空面附近的危岩位于国道318线K1405上方,在自重与工程振动荷载作用下危岩失稳破坏机制.[结果]经计算发现,针对水平状第一主控结构面,底部危岩块与中间危岩块层面间受压,不会拉裂,底部与中间危岩块联合与顶部第三危岩块层面间也不会拉裂破坏,3块危岩块联合一体后顶部层面会被拉裂扩展,导致陡倾的第二主控结构面滑塌失稳破坏坠落解体.[结论]计算结果与实际情况基本吻合,验证了含两条主控结构面的拉裂-滑塌型危岩的稳定性分析法的合理性,为危岩防治提供了重要的理论依据.     

压剪滑动型危岩失稳破坏准则研究

根据危岩的受力特点,建立了压剪滑动型危岩力学模型;分别求出了作用于危岩体上的重力、裂隙水压力(天然工况和暴雨工况)和地震荷载计算表达式。将作用在危岩上的荷载沿主控结构面法线和切线方向分解,得到法向力和切向力计算式;采用D-P破坏准则,建立了用主控结构面法向力和切向力表达的压剪滑动型危岩的失稳破坏准则。工程实例验证表明该准则具有一定合理性。     

压剪滑动型危岩失稳破坏准则研究

根据危岩的受力特点,建立了压剪滑动型危岩力学模型;分别求出了作用于危岩体上的重力、裂隙水压力（天然工况和暴雨工况）和地震荷载计算表达式。将作用在危岩上的荷载沿主控结构面法线和切线方向分解,得到法向力和切向力计算式;采用D-P破坏准则,建立了用主控结构面法向力和切向力表达的压剪滑动型危岩的失稳破坏准则。工程实例验证表明该准则具有一定合理性。
     

川东南灰岩地区陡高边坡的地貌演化研究——以重庆市金佛山甄子岩为例

【目的】四川盆地东南部灰岩陡高边坡十分发育,研究其地貌演化规律有助于推动防灾减灾学科的发展。【方法】以南川金佛山甄子岩为例,用地貌学方法分析了该地区地貌演化过程。【结果】甄子岩地貌具有阶梯状层状地貌特征,存在两级显著的夷平面,两级陡崖短期内局部后退,较长时间尺度表现为两级陡崖平行后退。由软、硬岩性组合的的两级陡崖上发育了大量的危岩,由于多因素影响,侧向卸荷、软、硬岩组合及外力地质作用使甄子岩陡崖上危岩体形成具有3种典型结构面,即水平状原生结构面、顶部坡肩卸荷拉裂面及底部软、硬岩界面的拉裂面,使危岩体具有类砌体结构面特征,其破坏具有塔状压裂座溃破坏、板状倾倒式破坏及塑流-拉裂破坏3种典型破坏模式。新构造运动、长江水系归并重组的过程中对川东南的地貌进行了明显的改造,在外力地质作用下加剧陡崖边坡的演化。【结论】研究成果为进一步研究灰岩陡崖演化的力学机制提供重要的科学依据。
     

川东南灰岩地区陡高边坡的地貌演化研究——以重庆市金佛山甄子岩为例

【目的】四川盆地东南部灰岩陡高边坡十分发育,研究其地貌演化规律有助于推动防灾减灾学科的发展。【方法】以南川金佛山甄子岩为例,用地貌学方法分析了该地区地貌演化过程。【结果】甄子岩地貌具有阶梯状层状地貌特征,存在两级显著的夷平面,两级陡崖短期内局部后退,较长时间尺度表现为两级陡崖平行后退。由软、硬岩性组合的的两级陡崖上发育了大量的危岩,由于多因素影响,侧向卸荷、软、硬岩组合及外力地质作用使甄子岩陡崖上危岩体形成具有3种典型结构面,即水平状原生结构面、顶部坡肩卸荷拉裂面及底部软、硬岩界面的拉裂面,使危岩体具有类砌体结构面特征,其破坏具有塔状压裂座溃破坏、板状倾倒式破坏及塑流-拉裂破坏3种典型破坏模式。新构造运动、长江水系归并重组的过程中对川东南的地貌进行了明显的改造,在外力地质作用下加剧陡崖边坡的演化。【结论】研究成果为进一步研究灰岩陡崖演化的力学机制提供重要的科学依据。     

危岩主控结构面端部区域应力特征研究

危岩主控结构面端部区域的应力变化是导致危岩破坏的主要因素.针对压剪破坏型危岩,进行室内模型试验.主控结构面端部区域的平面应力状态可以用两个主应变ε1和ε2来表示,在模型主控结构面端部布置了5个测点,试验量测到5个测点在施加荷载过程中两个主应力的变化曲线;对试验结果分析表明,危岩主控结构面端部区域的1#、4#和5#测点的主应变在所施加荷载逐渐增加的情况下,变化较大;2#和3#测点的主应变的变化较小.说明1#、4#和5#测点的主应力变化最为敏感,敏感程度1#>4#>5#>3#>2#;3#测点在整个过程中两个主应力方向上均处于受压状态.     

重庆市合川区磨子岩危岩形成过程有限元数值模拟

重庆市合川区磨子岩危岩3个独立危岩W1~W3中,W2危岩方量最大,岩性齐全,选取W2危岩为研究对象,对它的形成过程进行数值模拟。模拟结果表明,随着采空范围的扩大,陡崖内部各点应力应变增大。模型所示开采条件下,陡崖X方向的最大位移达到0.203 6m,最大应力为7.75 MPa,陡崖顶部和采空区上方围岩应力应变变化明显,形成一个临空面附近的应力应变变化集中区;危岩体内部各点应力应变逐渐增大,后部裂缝扩展并贯通成主控结构面,岩体内部各点位移增至7.091×10~(-3)~19.339×10~(-3)m,应力增至为-1.28~1.73 MPa。数值模拟结果对认识该地采矿活动下危岩的变形破坏特性有积极意义。     

剪切荷载对裂隙渗透性影响研究现状

综述了剪切荷载对裂隙岩体渗流特性影响的研究现状,认为:目前这方面的研究主要采用室内试验和数值模拟2种方法.室内试验方法可以准确地得到剪应力和裂隙渗透系数的关系,但对试验仪器精度的要求比较高,试样的制作比较复杂,试验的可重复性差;数值模拟方法能够定性地模拟出剪应力对裂隙渗透性的影响,但裂隙的宽度、走向、密度和长度等参数较难确定.总结了剪切过程中裂隙岩体渗透系数的变化规律,即:剪胀发生前,裂隙渗透系数随剪切位移的增加而减小;剪胀发生后,裂隙渗透系数随剪切位移的增加急剧增大,达到峰值位移后裂隙渗透系数趋于稳定甚至会减小.指出了需要进一步研究的问题:剪切荷载作用下裂隙变形和破坏规律;不同法向荷载作用下剪切荷载对裂隙渗透性的影响;裂隙岩体本构关系;等等.     

坠落式危岩剧动式崩落与激振效应

针对坠落式危岩,考虑自重和裂隙水压力影响因素作用下,建立危岩崩落激振效应物理模型。联合断裂力学和波动理论从能量角度量化危岩体之间的相互作用,获取崩塌体崩落瞬间的启程速度计算式,根据危岩崩落激振波在岩体内的传播机理,构建了激振波作用下岩体介质质点位移速度计算方法。通过实例分析,建立的坠落式危岩剧动式崩落与激振效应分析结论和实际情况基本一致,对进一步实施危岩破坏及演化机制研究提供了科学依据。     

单轴压缩下预制2条贯通裂隙类岩材料断裂行为

在伺服控制单轴加载试验机上,对采用养护前期拔出预埋插片方式制作的含2条贯通裂隙类岩石试件进行压缩试验;基于滑动裂纹模型理论,并结合试件破坏全应力-应变曲线和贯通破坏面颗粒体破坏形态分析裂隙试件断裂破坏机理。滑动裂纹模型表明:驱动裂纹相对错动的有效剪力是裂隙倾角α和裂隙面摩擦因数f的函数。试验中发现:裂隙试件发生破坏时,依据裂隙倾角和岩桥倾角的不同,将会出现单裂隙微裂纹贯通破坏、预制裂隙贯通破坏和无微裂纹发育的脆性破坏;根据裂隙试件岩桥区受力特征的不同,预制裂隙发生贯通破坏时,将呈现拉伸破坏、剪切破坏和拉剪复合破坏3种模式,岩桥区贯通面上颗粒体破坏形态随之依次呈现无摩擦、完全摩擦和部分摩擦痕迹。     

三峡工程岩石拉剪断裂试验研究

根据三峡工程永久船闸地质勘探中获得的花岗岩岩石,采用了有效的加载方式,模拟了现场岩石节理情况,进行了岩石拉剪断裂的试验研究,研究了花岗岩在拉剪应力作用下的强度和变形特性、破坏型态、破坏准则、拉剪应力作用下花岗岩的变形规律等,为三峡工程的建设提供有效的数据和资料     

三峡工程岩石拉剪蠕变断裂试验研究

根据三峡工程永久船闸地质勘探中获得的花岗岩岩石,采用了有效的加载方式,模拟了现场岩石节理情况,进行了岩石拉剪蠕变断裂的试验研究,研究了花岗岩在拉剪应力作用下的蠕变变形规律,蠕变模型的建立等,为三峡工程的建设提供有效的数据和资料．     

高渗压条件下裂隙岩体的劈裂破坏特性

基于岩体工程中普遍存在节理裂隙岩体,裂隙岩体在地下工程卸荷扰动后形成复杂应力状态和高水头压力的共同作用下将发生压剪复合破坏或拉剪复合破坏,对裂纹面的应力状态进行分析以判定其破坏模式,并进一步研究岩体裂纹开裂特性及岩桥断裂贯通力学机理,建立相应的临界水压和初裂强度判据。同时,对处于水力劈裂状态的高水头压力隧洞围岩的破坏特性进行模拟。研究结果表明:隧洞在高渗透水压的驱动下周边围岩开始发生水力劈裂,形成拉剪劈裂区;随着内水外渗的发展,随即在拉剪劈裂区外侧形成压剪劈裂带,同时,拉剪区和压剪区继续扩展直至渗流衰减趋于稳定。     

爆破载荷作用下围岩裂隙发展特征试验研究

为研究爆破载荷条件下围岩损伤范围与裂隙扩展行为问题,以云南红河州咪的隧道爆破开挖为背景,通过理论分析与室内模型试验分析方法,以Froude比例法建立爆破载荷作用下裂隙发展试验模型,分析爆破载荷作用下围岩试样的动态力学与裂隙发展趋势.结果表明:通过对空气间隔装药孔壁压力计算得到应力波作用下裂隙范围计算公式,同时基于爆生气...     

三峡库区危岩群发性机理与防治——以万州太白岩为例

以太白岩危岩为例,研究获得了群发性危岩的形成条件,即泥岩和砂岩交互成层组合、陡峻的地形及高强度的降雨;揭示了危岩群发性机理演绎过程,包括从陡崖底部逐渐向崖顶演化的微观链和从临空面向山体内部演化的宏观链,陡崖砂岩底部的岩腔是危岩群发性机理的起搏器,宏观链中位于陡崖顶部的危岩块受到裂隙水压力作用易于破坏;针对单个危岩体,提出了2种荷载组合,基于极限平衡理论建立了危岩稳定性分析方法;基于危岩群发性机理,研发了危岩支撑锚固联合治理技术和锚钉锚杆(索)联合治理技术两类核心技术.     

循环冲击载荷作用下砂岩破坏模式及其机理

利用岩石动静组合加载SHPB试验装置对不同静载砂岩试件进行循环冲击试验,研究其破坏模式.在研究岩石试件界面摩擦力的基础上,对不同静载作用下岩石试件的应力状态进行分析.研究应力波斜入射到微裂纹时的作用效应,探索具有一定静载的岩石在循环冲击作用下的破裂机理.研究结果表明:对具有三轴静载的试件,应力波在其最大剪应力所在平面进行斜入射时优先破坏.在循环冲击载荷作用下,具有轴向静载的岩石在破坏过程中具有明显的端部效应,而没有轴向静载的岩石则没有端部效应;静载荷的组合形式对岩石在循环冲击作用时的破坏模式影响较大;无静载荷作用时,岩石在循环冲击时逐步破坏成几块,破裂面平行于纵向面,属于张应变破坏;只有轴向静载作用时,岩石试件第1次破坏形成共轭双曲线型破裂面,进而在入射界面处发生破坏,破坏都属于张剪破坏;具有三轴静载作用时,由于轴向静载的不同,岩石最终破坏成圆锥台、圆锥体和V型锥体,破坏属于拉剪破坏.