望霞危岩破坏模式及其力学解译

【目的】位于巫峡长江左岸的望霞危岩是长江三峡地区代表性板状危岩,对它破坏机制的研究,是揭示三峡地区边坡地貌演化的突破口,也是巫峡长江航道地质减灾的着力点。【方法】采用现场地质勘察、能量原理和突变理论方法,研究望霞危岩破坏模式并对它进行力学解译。【结果】望霞危岩呈板状,由硅质灰岩和泥质灰岩组成;危岩体后部主控结构面贯通段为串珠状溶蚀漏斗,充填大量松散土体,主控结构面锁固段上段为硬质灰岩、下段为软质泥页岩,引入水致弱化函数提出了主控结构面锁固段灰岩和泥页岩的本构模型;构建了望霞危岩力学模型;构建了座滑破坏模式危岩瞬时破坏平均速度的计算方法,据此得到望霞危岩破坏瞬间的平均速度为2.62m·s-1,推知危岩破坏瞬间危岩体底部的瞬时速度约为5.21m·s-1。【结论】望霞危岩的破坏模式属于座滑破坏,危岩瞬时破坏持续时间约2.3s,与实情吻合良好。研究成果可为分析三峡两岸危岩破坏问题提供重要参考借鉴。
     

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。     

三峡库区灰岩地区岩质边坡危岩座裂演化机制研究——以重庆市金佛山甄子岩为例

【目的】灰岩地区的危岩表现为危岩聚集体,具有类砌体结构特征;危岩座裂解体是灰岩地区危岩破坏的核心科学问题。【方法】以在三峡库区具有代表性的重庆市金佛山甄子岩为例,采用现场连续观测和地貌学方法,研究灰岩地区边坡的发育机制问题。【结果】危岩的形成与破坏是灰岩地区边坡演化的主要动力学机制,甄子岩危岩体下座过程中基座的碳质页岩表现出显著的压裂喷射现象,类砌体结构底部快速解体;甄子岩坡脚碳质页岩自然风化速度约48 mm·a-1,甄子岩危岩形成过程的地貌学解译可概化为3个阶段,每个过程边坡后退35~40m,所需时间在600a左右;灰岩地区岩质边坡演化在较短时间尺度(如甄子岩在600a左右)具有局部后退特征,但在较长时间尺度(如甄子岩在1 200a以上)表现为平行后退。【结论】研究成果对于科学解译三峡库区边坡地貌演化规律、防治灰岩地区危岩崩塌灾害有积极意义。     

三峡库区灰岩地区岩质边坡危岩座裂演化机制研究——以重庆市金佛山甄子岩为例

【目的】灰岩地区的危岩表现为危岩聚集体,具有类砌体结构特征;危岩座裂解体是灰岩地区危岩破坏的核心科学问题。【方法】以在三峡库区具有代表性的重庆市金佛山甄子岩为例,采用现场连续观测和地貌学方法,研究灰岩地区边坡的发育机制问题。【结果】危岩的形成与破坏是灰岩地区边坡演化的主要动力学机制,甄子岩危岩体下座过程中基座的碳质页岩表现出显著的压裂喷射现象,类砌体结构底部快速解体;甄子岩坡脚碳质页岩自然风化速度约 48mm · a-1 ,甄子岩危岩形成过程的地貌学解译可概化为 3 个阶段,每个过程边坡后退 35~40m ,所需时间在 600a 左右;灰岩地区岩质边坡演化在较短时间尺度(如甄子岩在 600a 左右)具有局部后退特征,但在较长时间尺度(如甄子岩在 1200a 以上)表现为平行后退。【结论】研究成果对于科学解译三峡库区边坡地貌演化规律、防治灰岩地区危岩崩塌灾害有积极意义。
     

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。
     

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。     

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。
     

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.     

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.     

危岩稳定性计算新方法

危岩稳定性计算在实际工程勘察设计中地位突出,该文在分析前人研究成果的基础之上,认为危岩体失稳破坏源自主控结构面内裂纹的扩展延伸,基于此思想,构建了压剪应力状态下裂纹扩展长度计算式,进而提出了计算危岩稳定性的一种新方法以及判别危岩稳定性的一个新指标.研究成果为危岩稳定性的计算打开了新思路,有一定的理论和实际工程意义.     

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。     

类土质岸坡雪崩式破坏机制研究——以三峡库区龚家方岸坡为例

【目的】水库岸坡破坏机制是库岸地质减灾的重要科学问题。【方法】以三峡库区龚家方岸坡为例,采用现场勘查和模型实验方法,探讨类土质岸坡破坏机制问题。【结果】现场勘查结果表明,类土质岸坡破坏的地质基础包括两方面:一是岸坡由灰岩、泥灰岩、白云岩、页岩、片麻岩、板岩等并富含蒙脱石和伊利石亲水性矿物的碎裂岩体组成;二是岸坡卸荷作用强烈,卸荷结构面岩桥区段是岸坡破坏的关键环节。模型实验结果表明,类土体渗透性良好,水库蓄水初期库水进入岸坡后地下水在类土体空隙内产生明显的紊流作用,孔隙水压力波动特征明显。【结论】水库蓄水浸泡条件下岸坡卸荷结构面岩桥区段抗剪强度参数劣化作用和水库蓄水初期岸坡内孔隙水压力波动作用是类土质岸坡发生雪崩式破坏的物 理机制。
     

滑坡预报的响应比方法

滑坡的孕育和发生是一个十分复杂的非线性过程,其物理本质在于坡体蠕滑变形使得滑动面锁固段应力集中程度不断增高,最终导致锁固段岩体内部损伤缺陷累进性扩展,产生突发的脆性破坏.非线性系统的失稳前兆为响应率不断增高或响应比不断增高,而且系统临近失稳时加载与卸载的响应是不同的.计算了利用固体潮引起的滑动面上有效剪应力的变化,并认为可以将其作为加、卸载手段.选取适当的物理量作为系统响应,则可将这一理论用于滑坡预报.     

云南塞京水库大坝右岸斜坡岩土体结构与开挖变形、破坏机理的关系

塞京水库在修建过程中,大坝右岸斜坡发生较大变形,对大坝安全构成危害。在野外地质调查、勘察资料、监测资料分析评价的基础上,针对大坝右岸斜坡的岩土体结构及变形破坏机理进行了研究。研究结果表明：大坝右岸斜坡位于板内向斜南翼复向斜构造内部的那忠向斜、那忠背斜处,背向斜产状变化控制着大坝右岸斜坡的演化;大坝右岸斜坡岩体内部存在大量层间剪切带,后期卸荷风化作用下局部泥化,形成后期变形破坏的滑动面,岩体结构整体表现为全-强风化基岩与泥化夹层共同构成层状碎裂结构岩体;大坝右岸斜坡变形破坏是由于坝基开挖导致阻滑段消失,右岸斜坡在顺层结构单元产生切层滑动,切层部位为岩层产状缓-陡的改变部位,具有推移式斜坡动力学特征;HP1滑坡为表层残坡积物失稳形成的局部堆积型滑坡;大坝右岸斜坡变形依据监测资料可以划分为3个区：微变形区,裂缝LF1南部区域;主变形区,位于裂缝LF1与裂缝LF2、LF3之间的区域,宏观变形特征明显;浅层局部变形区,位于永久公路以下,表层残坡积局部变形甚至破坏,形成局部表层滑坡。     

陡倾外软硬互层斜坡动力失稳机理研究

陡倾外软硬互层斜坡在静力条件下的稳定性一般较好,但是在"5.12"汶川地震中该种形式的斜坡却发生了大量的失稳现象。以四川安县干磨坊陡倾外软硬互层斜坡在地震作用下失稳案例为基础,利用二维离散元数值模拟方法开展研究。研究表明:动力响应加速度放大系数PGA在坡体下部岩体弯曲处和坡顶增大最为明显,而在同一高程范围内随坡表水平距离的增加,PGA则呈现出先增大后减小的趋势;且该类斜坡的破坏过程可以分为三个阶段:①强大的地震力使坡体内软弱层面逐渐的张开,坡体下部岩土体向临空面轻微隆起。②斜坡下部锁固段岩层发生弯曲折断,上部局部贯通层面同下部岩层折断面构成斜坡潜在的滑动面。③坡坡下部岩层完全折断,潜在滑移面完全贯通,发生溃滑。