基于PFC离散元的多层岩质陡坡危岩崩落序列

以三峡库区重庆万州青草背后山多层危岩边坡为研究对象,结合离散元仿真技术建立PFC3D颗粒流多层岩质陡坡危岩崩落的过程,并根据区域颗粒岩块位移、速度、荷载指标进行对比分析,分析了多层岩质陡坡危岩崩落序列规律及层间荷载变化规律。结果表明:该方法能合理呈现危岩陡坡的崩落规律,从曲线可以得到岩体峰值运动速度会随崩落时间逐渐衰减,崩落速度受力链断裂的影响较大,第一层力链影响速度峰值最大可达2. 5 m/s,下部危岩体对上部的回弹作用导致力链断裂速度由500 st/p加快至167 st/p。力链在每个崩落的峰值强度时刻都有明显的衰减,且随崩落时间推移衰减逐渐增大。该方法模拟的危岩崩落过程更加简便直观,为以后研究岩质陡坡危岩的破坏预测提供了重要手段。     

基于PFC离散元的多层岩质陡坡危岩崩落序列研究

以三峡库区重庆万州青草背后山多层危岩边坡为研究对象,结合离散元仿真技术建立PFC3D颗粒流多层岩质陡坡危岩崩落的过程,并根据区域颗粒岩块位移、速度、荷载指标进行对比分析,分析了多层岩质陡坡危岩崩落序列规律及层间荷载变化规律。结果表明：该方法能合理呈现危岩陡坡的崩落规律,从曲线可以得到岩体峰值运动速度会随崩落时间逐渐衰减,崩落速度受力链断裂的影响较大,第1层力链影响速度峰值最大可达2.5m/s,下部危岩体对上部的回弹作用导致力链断裂速度由500st/p加快至167st/p。力链在每个崩落的峰值强度时刻都有明显的衰减,且随崩落时间推移衰减逐渐增大。该方法模拟的危岩崩落过程更加简便直观,为以后研究岩质陡坡危岩的破坏预测提供了重要手段。     

滑塌式危岩尖点突变模型研究

通过建立滑塌式危岩地质力学模型,应用尖点突变理论综合考虑了影响危岩体稳定性的内外因素,并建立了尖点突变力学模型,分析了各因素对危岩体稳定性的影响,推导出危岩失稳崩塌的力学判据.经万州太白岩W12危岩体计算分析,比较了传统刚性极限平衡法的不足,验证了应用尖点突变理论分析各种复杂影响因素的危岩时,可得到比刚性极限平衡法更好的结果.     

地震荷载作用下倾倒式危岩体动力失稳机理研究

目的研究地震作用下倾倒式危岩体的动力响应规律及稳定性.方法以金沙江下游溪洛渡水电站14岩流层内1#危岩体为例,利用离散单元法对倾倒式危岩体进行全时程动力分析.结果倾倒式危岩体在地震荷载作用下发生破坏后,落石的主要运动可分为三个阶段,即启动准备阶段、倾倒、翻滚阶段和减速滞留阶段.结论揭示了地震荷载作用下危岩体的失稳规律,为危岩防灾减灾提供了理论依据,可以为类似工程提供参考和借鉴.     

危岩崩塌灾害物理演进理论框架与灾害爆发时间

【目的】构建危岩崩塌灾害物理演进理论框架，分析崩塌灾害爆发时间以进一步推进危岩崩塌减灾基础理论研究。【方法】基于危岩崩塌减灾科学问题的前期研究，遵循地貌过程发育理念及危岩周期荷载，并通过典型危岩崩塌事件爆发时间统计分析，探索危岩崩塌灾害物理演进基础理论研究新方向。【结果】1) 构建了危岩崩塌灾害物理演进理论框架，即危岩聚集体地质成因机制、危岩荷载计算理论、危岩破坏断裂力学、危岩破坏激振理论和危岩破坏起崩动力学。2) 分析结果显示约70%的危岩崩塌灾害事件爆发在夜间尤其是凌晨；危岩崩塌灾害爆发与雨季没有明显关联性，在雨季爆发的灾害事件仅占总数的56%。3) 地月固体引潮力可增强倾覆点在危岩体重心外侧的第1类倾倒式危岩的稳定性，天然状态下稳定系数可提高6.21%～11.03%，对倾覆点在危岩体重心内侧的第2类倾倒式危岩的稳定性有显著劣化作用，天然状态下稳定系数降低幅度可达到10.33%～21.52%。【结论】研究结果为进一步开展危岩崩塌灾害减灾基础理论研究指明了方向，并有助于提升灾害监测预警水平，也为深入开展地月日固体引潮力和昼夜温差冻胀力两种危岩周期荷载作用下危岩破坏机制的研究提供了科学借鉴。     

恩施清管站危岩稳定性及其影响评价

为了弄清楚滑塌式危岩的作用范围,在危岩防治之前应该对危岩的稳定性及其影响范围做出评价,利用危岩体发育的力学机理,选择恩施清管站危岩,根据其发育特征采用平面滑动模型对其进行分析及稳定性计算,发现危岩处于欠稳定状态,并进行了危险性评价,提出了挡墙和锚固为主的2种危岩防治方案.该方法采用平面滑动模型简化了作用在危岩体上的荷载,对于危岩的剪切滑移的研究有着重大的帮助,同时为危岩体的治理实施提供了科学依据.     

西南山区大型危岩体灾害地震稳定性数值模拟分析

危岩体灾害在我国西南山区分布广泛,开展地震作用下危岩体的稳定性研究是进行灾害风险评价和工程治理措施的前提,具有重要的意义。本文以重庆市武隆县庆口危岩为研究对象,在对危岩体地质环境和变形破坏特征野外详细调查的基础上,运用GeoStuido数值模拟软件,分析了危岩体在自然工况和不同地震动(小震、中震和大震)作用下危岩体的稳定性变化。结果表明:在自然工况下,庆口危岩处于欠稳定状态,在地震工况下,随着输入地震动峰值加速度的增大,危岩体稳定性逐渐降低。在小震作用下,庆口危岩降低至不稳定状态;在中震和大震作用,危岩体稳定性则会明显下降,安全系数最大降低幅度可达33%,危岩体可能会产生剧烈滑动。     

桂林翻山危岩稳定性评价的离散元分析

危岩崩塌是一种常见的山区地质灾害,由于失稳机制极其复杂且难以预测,给灾害防治造成了极大困难。为了对桂林翻山危岩进行防护治理,基于离散元模拟法(3DEC)分析了桂林翻山Ⅱ区内危岩的发育特征和破坏情况,选取滑移式危岩和坠落式危岩为目标岩体,对目标岩体在重力和降雨作用下的破坏过程进行模拟并对模拟结果进行分析,结果表明：对岩块体积小的危岩采用静态爆破的方法进行清理,对于体积较大的危岩选用锚杆支护的方法进行加固。     

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.     

三峡库区公路缓倾角岩层边坡崩塌机理及警报系统

危岩崩塌是我国山区公路主要病害类型,具有分布广泛、前兆不明、突变失稳、致灾严重等特征,防治难度大.以发生在2007年11月20日湖北巴东高阳寨国道318线K1405并导致1辆客车被掩埋和31人死亡的特大型崩塌灾害为背景,分析了三峡库区公路边坡崩塌灾害安全问题,揭示了缓倾角层状岩体边坡危岩群发性机理.研究发现群发性危岩一般由多层危岩体叠置而成,当顶部危岩体断裂失稳后,通常作为荷载直接施加在下部危岩体上,加速了下部危岩体的破坏过程;国道318线K1405崩塌源存在9个危岩块,按照3层叠置,其破坏过程符合危岩群发性破坏机理,已经崩落的第3层危岩顶部第4层危岩体目前已处于欠稳定状态;初步构建了公路边坡崩塌灾害警报系统,包括4个部分,即监测仪、预警仪、警示牌、无线传输和信号解译.最后分析了在公路建设及养护过程中高度重视地质安全的必要性.     

缓倾角层状岩体边坡链式演化规律

砂岩-泥岩及灰岩-泥岩等软硬相间的缓倾角层状岩体边坡呈现多台阶倒梯形特征.运用地貌学方法揭示了缓倾角层状岩体边坡链式演化规律,包括危岩块从坡脚向坡顶逐渐形成、崩落演化的微观链和从边坡临空面逐渐向山体内部阶段性后退的宏观链,可分为仅有一个宏观链的简单模式和多个宏观链同时存在的复合嵌套模式.泥岩和砂岩、灰岩等软硬岩石之间的差异风化孕发了陡崖底部的岩腔,内部泥岩的应力风化加速了岩腔发育.岩腔是链式演化规律的源动力,将边坡链式演化机制分为岩腔形成机制、基座压裂破坏机制和危岩坠落机制.基于极限平衡理论建立了第一个微观链危岩体后部主控结构面顶端开裂与岩腔深度之间的量化关系.     

多孔岩石中应力波传播特性及震源函数

建立了两种着重描述多孔岩石的塑性压缩(孔隙坍塌)机理的弹塑性本构模型,分别为将孔隙压实过程计入P-V关系的变模量理想塑性包络面模型和将孔隙演化行为计入帽盖的双屈服面帽盖模型.在此基础上,对地下球形药包起爆引起的弹塑性波在多孔凝灰岩中的传播过程进行计算,揭示了多孔岩石中应力波传播的一些基本特性.并采用改进的帽盖模型,研究了多孔凝灰岩中地下爆炸震源函数的特性,着重分析了孔隙度对震源函数的稳态值、拐角频率以及过冲特性的影响.     

拉剪型危岩发育过程的模型试验

拉张破坏和剪切破坏是拉剪型危岩发育的主要力学机理,基于平面应变假定,文通过室内模型试验对拉剪型危岩发育过程进行了试验研究,得到了该类危岩在荷载作用下的损伤断裂破坏是从陡崖脚部逐渐向陡崖顶部发育,危岩失稳破坏具有突发性,主控结构面在受荷初期表现为拉张破坏,当主控结构面端部扩展至距离危岩体底部一定距离后主控结构面的破坏型式表现为剪切破坏等结论,为深入进行危岩发育机理研究提供了重要的试验依据。     

雷波县白沙村滑坡-碎屑流粒度分布特征与运动过程关系

2017年7月1日，四川省雷波县白沙村发生滑坡-碎屑流灾害，为了揭示滑坡-碎屑流过程中粒度特征的变化情况，在野外调查和无人机航摄数据分析的基础上，通过碎屑流粒度特征的统计分析试验，结合谢德格尔公式对碎屑流运动速度的估算，研究了碎屑流粒度特征与运动过程的关系，结果表明：（1）碎屑流堆积体表层碎石的等效粒径为4~6cm，碎屑流中的巨石等效粒径主要在0.5~1m之间；（2）通过统计堆积体表层碎石粒径的变化情况可反映出碎屑流动能的变化，运移速度增加，碎石粒径越大，携带巨石能力越强，运移速度降低，碎石粒径减小，巨石越容易停积；（3）雷波县白沙村滑坡属于超高速滑坡，地形制约和挡土墙的阻挡是造成该滑坡-碎屑流移动性较低的原因。     

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.     

岩石超声谐波特征及其随应力的变化

岩石具有较强的非均质性和强衰减特性,谐波测量的难度较大。建立超声谐波测试实验系统,采用单频脉冲串(tone burst)激发、门控放大、脉冲反转和叠加等增强二次及高次谐波,研究岩石超声谐波的发育与振幅特征,定义名义非线性系数,分析单轴应力下岩石超声谐波及名义非线性系数随应力的变化。结果表明,超声谐波包含了丰富的岩石内部结构信息,表征了岩石的非线性特性,利用先进的仪器系统,采用谐波强化技术,可有效地获得岩石的超声谐波及其振幅,进行岩石非线性特性、微结构变化与损伤演化的监测。     

考虑蠕变效应的软岩特大断面隧道围岩抗力系数计算

根据软岩具有蠕变时效的特点,考虑岩体应力-应变全过程曲线,基于鲍格斯(Burgers)蠕变力学模型,推导出了考虑蠕变效应及初始地应力的隧道抗力系数计算公式。以沪昆高速铁路特大断面软岩隧道——明山隧道为工程依托,通过现场水压致裂试验获取隧道初始地应力以及室内岩石试验,获取围岩物理力学参数,代入该公式得到了明山隧道的围岩抗力系数。研究结果表明:该公式能够可靠的运用于具有蠕变效应的软岩隧道衬砌支护设计计算中;当围岩出现塑性流动变形时,围岩仍具有与衬砌共同承载的能力,这一研究结果对隧道衬砌设计具有十分重要的实际指导意义。     

基于SDCQGA优化BP神经网络的岩石可钻性建模

针对智能钻井优化控制过程中岩石可钻性提取存在的建模难、非实时性、精度差等问题,提出基于自适应双链量子遗传算法优化BP神经网络结构的岩石可钻性提取建模方法.依据目标函数在搜索点处的变化率,建立了快速自适应双链量子遗传算法;采用新算法优化BP神经网络结构,以克服BP神经网络受初始权值/阀值影响和泛化能力差的问题.通过对邻近钻井区域的大量测量数据和实验数据的统计分析和预处理,建立岩石可钻性提取模型,有效地解决了复杂地形岩石可钻性提取难的问题.对不同岩性的可钻性参数提取实验结果证明,该建模方法不仅提高了参数提取的精度和模型的泛化能力,而且在相邻实际参数提取时,具有很好的实时性和适应性.     

峰后软岩应变软化渗流特性

为探讨峰后软岩的应变软化特性对渗流过程的影响,以新集矿两组砂质泥岩岩样为研究对象,基于裂隙损伤有效应力理论,研究了峰后软岩的应变软化特性和渗流特性,分析了软岩的应变软化渗流机制。结果表明：峰后软岩渗透性能较弱,同时软岩受到结构面、孔隙率的影响应力降存在突跳现象,且软岩渗流过程与损伤度、应力降、应变软化率有很大的相关性,表现为损伤度越大,应力降越大,应变软化率越大,相应的渗透率也越大。