层状反倾边坡变形特征及影响因素分析

借助金沙江某水电站左岸边坡岩体参数,利用离散元软件UDEC/3DEC对层状反倾边坡的主控影响因素(边坡高度、边坡坡度、层面倾角、层面力学参数、坡面与层面夹角等)进行多工况数值模拟分析,揭示了不同影响因素下层状反倾边坡倾倒变形的条件及破坏特征。计算结果表明各影响因素均对边坡倾倒变形有显著影响,边坡层面力学参数的影响尤为显著;边坡在坡角β40°,层面倾角γ50°时发生倾倒破坏的特征并不明显,当边坡坡角β40°,层面倾角γ50°时,随着各影响因素的不同组合与变化,边坡倾倒变形趋势显著增加,边坡的破坏模式主要表现为延性弯曲倾倒和脆性折断倾倒破坏;坡面与层面夹角的变化对边坡倾倒变形及边坡潜在破坏模式均有显著影响,当坡面与层面夹角Ψ在0°~90°时,随Ψ值的增大边坡潜在破坏模式由典型的弯折倾倒破坏模式向圆弧形滑动破坏模式转变。     

软硬相间层状复杂岩体综合变形模量原位试验研究

某拟建大型电站坝基岩体为一套河湖相沉积岩,包含了砾岩、砂岩、粉砂岩和泥岩等多种岩性岩体。不同岩体变形参数各异,常规变形试验只能获得单一岩性岩体的变形模量,而这种软硬相间层状复杂岩体的综合变形模量是与单一岩性岩体变形模量、岩层倾角、岩层厚度多个因素相关的,如何通过试验获得这种复杂组合岩体的综合变形模量是一个重要问题。本文首先对坝址区不同岩性所占的比例进行了详细的统计,获得砂岩、粉砂岩和泥岩的厚度比为6：2.5：1.5,根据这一统计结果在坝轴线附近选择含有砂岩、粉砂岩和泥岩三种岩体的大型变形试验区,将承压板尺寸设定为200cm×37cm,承压板就能同时覆盖砂岩、粉砂岩和泥岩三种岩体,且将其厚度比确定为6：2.5：1.5。通过在承压板上施加大荷载（250余吨）将应力传至下部多层岩体,从而获得软硬相间层状复杂岩体的综合变形模量。试验结果表明坝基弱下风化岩体的综合变形模量可达到7.0GPa,已经满足筑坝的要求。通过原位试验成功地论证了坝基岩体综合变形模量量值的问题。
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层状盐岩力学特性研究进展

盐岩具有孔隙度低,渗透率小,损伤自恢复和塑性变形能力大等特性.本文着眼于深部盐岩能源地下储备,在简要介绍国内外盐岩力学特性研究现状基础上,着重综述了近期关于层状沉积型盐岩工程力学特性研究的进展.层状盐岩压缩试验表明泥质硬石膏夹层对盐岩体的变形和破坏特性有明显的影响,揭示了复合岩体的变形和破坏机制;层状盐岩流变试验表明层状盐岩的蠕变主要由盐岩层控制,硬夹层的存在对溶腔围岩的长期蠕变起到抑制作用;为了深入了解界面的力学特性,开展了层状盐岩直接剪切试验、间接拉伸试验和界面微观分析试验,试验表明层状盐岩体中盐岩夹层界面具有较强的黏结力,这十分有利于盐岩溶腔的密闭性和稳定性;针对特殊的层状岩体提出了复合岩体Cosserat介质扩展本构模型,并应用于层状盐岩构造中能源储库稳定性分析中.最后指出了层状盐岩工程力学特性研究中值得关注的几个重点研究方向.      

反倾层状岩体斜坡弯曲-拉裂两种失稳破坏之判据探讨

对反倾层状岩体斜坡弯曲-拉裂的失稳破坏判据,已有研究分别基于两种力学模型进行推导,即竖直压杆弹性屈曲稳定和平直梁弯折破坏模型,但对层间错动阻力及挠度产生附加弯矩等因素未加以考虑,不尽合理。在反倾斜坡岩层受力分析基础上,建立考虑了板侧层间错动阻力的下端嵌固、上端自由的斜置等厚弹性悬臂板梁模型,统一地通过瑞利-里兹能量方法,推导了弹性屈曲临界条件和嵌固端弯折破坏临界条件。实例计算及讨论表明,弹性屈曲判据适用于陡立岩层;而中-陡反倾岩层应主要为弯折破坏,但层间的力学性质对弯折临界判据值具有较大影响。     

缓倾外层状结构边坡变形破坏模式及支护对策研究

高速公路开挖形成越来越多的工程边坡。缓倾外层状结构边坡作为一种典型的岩质边坡,一般情况下整体稳定性较好,但在特定的结构面组合状况下,开挖后也可能产生整体变形破坏。本文以软弱结构面和长大裂隙发育的公路工程边坡为例,通过岩体结构及边坡一定范围内已有边坡破坏现象的调查研究,采用工程地质类比和三维离散元法综合分析边坡变形破坏模式,并针对变形破坏模式的特点,提出支护对策。研究结果表明,结构面贯通坡体形成切割块体的后缘和侧缘边界时,缓倾外层状结构边坡可沿层面产生滑移-拉裂变形,若滑面与临空面具有一定夹角,边坡的变形可表现为旋转式滑移-拉裂;结构面组合控制的缓倾外层状结构岩质边坡稳定性受坡体中下部的关键块体控制,一旦关键块体失稳,将引起上部块体的连锁失稳,此类边坡变形控制的重点是对关键块体分布区域进行强支护;支护工程实施后的变形监测结果表明,基于变形破坏模式分析的边坡支护方案保证了边坡施工和运营过程中的安全。     

爆破扰动下邻近层状围岩隧道的稳定性与振速阈值

爆炸荷载下邻近既有层状围岩隧道的迎爆侧易发生开裂、破坏,确保既有隧道围岩在爆破扰动下的安全是隧道近接施工中的关键问题。基于弹性力学和结构力学原理,建立了既有层状围岩隧道迎爆侧最危险点的简化力学模型,得到了最危险点的应力计算表达式,分析了隧道半径与岩层厚度的比值、岩层的倾角、岩层所对应的圆心角和隧道埋深等因素对既有隧道围岩稳定性的影响规律,并依据岩体最大拉应力判据确定了既有层状隧道围岩稳定的质点临界振动速度,结合地震波传播时的衰减规律,可以得出爆破施工时的最大单响药量,从而为隧道近接爆破动力扰动施工提供理论依据。     

重庆武隆鸡尾山危岩体形成与崩塌成因分析

鸡尾山事件是一次巨型滑移式岩体崩塌（体积大于100×10⁴m³）,也是一次特大型地质灾害（死亡/失踪人数超过30人）。鸡尾山层状石灰岩地质结构、近南北向和近东西向裂隙组合以及软弱夹层的存在是山体开裂滑移的物质结构基础。长期的降雨渗流和岩溶作用使软层强度弱化、裂隙带扩大是层状山体易于拉开的前提。类比分析认为,鸡尾山地形上高陡临空、山下铁矿大面积采空形成的“悬板张拉效应”是山体拉裂形成大规模危岩体的主要原因。视滑力分析计算得出,层状岩体向外的视滑力是逐渐克服危岩体底面摩擦力和前缘抗剪力,使危岩体蠕滑发展成崩塌的主要驱动力。鸡尾山崩塌灾害是铁矿采空和视滑力共同主导作用下的一个“山体拉裂～弱面蠕滑～剪出崩塌～碎屑流冲击～灾难形成”的链式反应过程。文章为应急管理决策解释了此次事件的动力来源问题,也为类似事件应急响应技术支撑提供了一种简便方法。     

强震条件下碎裂岩体崩塌机理及崩塌后壁对堆积体稳定性影响研究

"5 ·12" 汶川地震的强震作用诱发产生了大量崩塌地质灾害,且多发生于碎裂结构岩体中。崩塌后斜坡后缘岩体及前缘堆积体的稳定性和后缘岩体对前缘堆积体稳定性的影响研究同样是震后灾害所面临的问题。以干河沟沟口斜坡为例,在分析该斜坡结构特征及崩塌机理的基础上,采用二维离散元软件UDEC模拟了斜坡在天然或强震条件下的稳定状态和可能失稳过程; 运用极限平衡法对陡壁岩体再次崩塌,产生新物质堆载在现有崩塌堆积体后缘前、后分别建立模型进行了稳定性分析。研究结果表明:碎裂岩体崩塌过程可分为应力重分布、潜在崩塌体形成和地震诱发崩塌3个阶段。崩塌堆积体在考虑后缘堆载作用之前,在天然或地震环境下均处于相对稳定状态,考虑堆载作用之后,其可能会在地震条件下失稳。离散元法和极限平衡法的组合使用,对于解决同类斜坡的同类问题切实可行。     

大型反倾库岸岩体变形过程及破坏机制数值模拟

随着边坡地质结构、地层岩性和诱发因素的不同,反倾岩体的主控变形破坏模式都会发生改变。金沙江龙蟠边坡岩体主要为反倾向千板岩和砂岩互层状结构,坡脚河床深厚覆盖层构成了边坡的软弱支座。本文运用离散单元法模拟了大型反倾库岸岩体在漫长的地质历史时期中的变形演化过程,并基于反倾岩体变形的时效性观点,引入强度折减法分析边坡在不同阶段的剪切屈服区扩展情况及相应的稳定性状态。结论表明龙蟠边坡变形岩体是重力弯曲蠕变为主导的成因机制,并归纳提出了软基效应和互层效应共同作用下的大规模反倾岩体的累进性剪切破坏模式,俗称“龙蟠模式”。     

内排及削坡对露天矿边坡稳定性影响的实验分析

露天矿边坡稳定是煤矿工程安全生产的主要问题之一。采用内排压脚和削坡减重措施对增强边坡稳定作用较大,有利于现场开采安全。以安家岭露天矿29209工作面为研究对象,采用相似材料模型和数值模拟相结合的方法,研究内排及削坡对露天矿边坡稳定性的影响。研究结果表明,上覆岩层的垮落和变形形成的"拱式"结构使得岩体向边坡临空面方向发生水平移动,造成边坡岩体的开裂,甚至形成滑移面或潜在滑移面;随工作面的推进,地表形成W型沉陷形状,沉陷区域波及到坡面位置,累计沉降值达到2m左右;内排和削坡措施可有效减小边坡沿煤层上下面的错动;边坡的变形破坏以层间错动为主,同时伴有朝向采空区的塌陷;当工作面推进超过设计停采线50m时,垂直方向裂隙带下沉,1360平盘向边坡临空面水平推移约3m,形成典型"推移式"滑坡模式。     

金沙江某水电站上下坝址岩体卸荷差异研究

油水乳化渗流是三元复合驱和热力采油过程中常见的现象,地层介质的微观 孔隙结构特征对乳状液流动有着重要影响. 现有描述乳状液渗流的理论模型都属于确定性方 法,只能反映出介质孔隙结构的体积平均效果. 当介质内部微观非均质性相比其尺寸不能被 忽略时,采用确定性方法描述会与实验结果存在偏差. 基于连续时间随机游走理论建立 了描述乳状液渗流的随机理论模型. 该模型引入反映液滴微观运动特征的跃迁时间和跃迁位 移两个概率分布函数来反映多孔介质微观非均质特征. 研究结果表明该模型能很好地刻画 实验曲线中出现的与介质尺度相关的拖尾现象,可作为更一般的过滤模型.     

顺层岩质边坡开挖模型试验及稳定性影响因素分析

用地质力学模型试验方法,对顺层岩质边坡进行开挖破坏试验。同时在有限元分析的基础上,采用多层结构模型对顺层岩质路堑边坡稳定性的影响因素进行了分析。指出当边坡走向与岩层走向夹角超过30°后,边坡发生顺层滑动破坏的可能性很小,基本上可不视为顺层边坡。同时也阐明了岩层倾角以及结构面抗剪强度对顺层岩质边坡稳定性的影响。文中结论可为顺层岩质边坡的科研、设计和施工提供参考。     

雅砻江锦屏二级水电站皮带输送隧洞施工中的地质问题分析及其处理措施

重力坍塌、脆性破坏和楔形掉块是锦屏二级水电站皮带输送隧洞施工中存在的主要地质问题。重力坍塌主要存在于Ⅳ类和Ⅴ类松散破碎岩体中,围岩在重力作用下发生坍塌;脆性破坏主要存在于Ⅰ类和Ⅱ类完整坚硬岩体中,围岩在高地应力作用下发生脆性破裂;楔形掉块主要存在于Ⅱ类、Ⅲ类和Ⅳ类较完整岩体中,围岩在结构面切割组合下形成楔形块体并在重力作用下向临空面发生掉落。根据不同的破坏模式,分别采取了不同的开挖支护措施：重力坍塌段采取了超前锚喷、短进尺、强支护;脆性破坏采取了监测预报、光面爆破、超前钻孔;楔形掉块采取了喷锚支护。     

北京市戒台寺滑坡发生发展机理研究

戒台寺滑坡位于北京市门头沟区马鞍山的北麓,马鞍山背斜的北翼,组成边坡的岩性较为软弱。由于多期构造运动的影响,岩体中裂隙发育,岩体结构破碎,风化卸荷严重。边坡为顺倾结构,边坡中顺倾坡外的软弱夹层、软弱结构面及断层发育,它们分别为边坡的滑动提供了滑动面和切割面的作用。由于边坡中岩层倾角大于边坡的坡度,因此并没有剪出的临空面,只是一个受特定边坡结构控制的蠕变体。但是近年来在胜利煤矿和石厂煤矿的大规模采掘Ⅳ级平台山梁下煤层影响下,形成采空移动盆地,造成Ⅳ级平台山梁整体塌陷,客观上为蠕变体提供了变形空间,引起戒台寺SN向山梁Ⅰ～Ⅲ级平台坡体依附于断层破碎带或软弱夹层的松弛,导致各块坡体沿软弱结构面向临空产生蠕动和滑动。采石场大药量爆破的地震波的频繁作用影响,使坡体内的构造结构面扩展松弛张开,表水易于下渗,岩体强度及变形特性显著降低,斜坡稳定性对降雨入渗的敏感性显著提高,最终导致了蠕变体变形的加速。     

鄂西北山区降雨型边坡失稳模式和评价方法

2003年6月的一次连续降雨诱发了鄂西北山区郧漫公路沿线多处边坡失稳。根据边坡岩土体的组成和结构特征,总结出了5种典型的暴雨型边坡失稳模式：浅层堆积体滑移、含软弱面顺层滑移、切层边坡水压劈裂破坏、碎裂岩似弧形追踪破坏和块裂岩楔体滑移。根据边坡破坏特点和降雨作用形式提出了相应的评价方法,认为浅层堆积体在暴雨下含水量,即85%~100%液限含水量时易发生滑移,通过平面无限斜坡评价法计算边坡稳定性;含软弱面顺层边坡及块裂楔形体均为剪切滑移失稳,采用简化的刚体极限平衡法计算其稳定性;切层边坡中陡倾裂缝经历了卸荷张开－水压开裂－贯通破坏的过程,通过Ⅰ型裂缝扩展判据评价边坡稳定性;碎裂岩边坡发生类似弧形滑移的追踪破坏,采用连续介质圆弧法计算边坡稳定性。     

斜坡地质灾害的空间预测问题

结合典型实例阐明斜坡地质灾害的空间预测是灾害防治工作的前提条件与成败关键。继而讨论了“斜坡地质灾害空间预测”的内涵与工作程序,以及与斜坡稳定性评价预测相关的斜坡破坏型式,斜坡结构类型,斜坡破坏的环境条件和人类活动的影响等问题。在斜坡地质灾害空间预测的定义中,笔者将预测时段仅限于“工程年代”之内,且前提是保持现有斜坡结构和环境条件,以及可预料的人类活动影响;预测程序是先进行斜坡稳定性预测,然后再对稳定性差或较差的坡段进行灾害危险性(度)预测。关于斜坡破坏型式的划分,一是从它的影响范围和“量”与“质”的关系看都需重视其单次规模;二是要与斜坡的成因结构类型相结合,才能对现场地质调查与研究具有指导意义。为了展示斜坡的成因结构类型对稳定性的控制意义,本文提供了长江三峡工程库区和西部大开发中总结出来的碎屑岩和副变质岩斜坡的新类型系统,并对三类土质斜坡的典型结构特征和稳定性进行了简要比较。关于环境条件对斜坡稳定性影响的量化研究,笔者更看重多个非自体(非本坡段)天然模型观测和滑坡反算的成果。同时建议在全面准确的现场调研的基础上建立确定性地质模型并应用基础学科的相关原理进行单要素的量化分析和单元分析,以便进一步揭示斜坡变形破坏机理。     

岩质滑坡的时间预报与水力启动模型

摘  要  岩质滑坡发生时间的适时超前预报是一个世界性难题,之所以长期不得其解,主要是缺乏对滑坡成生机理的明晰认识和未建立正确的量化模型。本文根据我国长江三峡工程库岸和西南山区积累的大量滑坡实例调查资料并参考国外的一些研究成果,排除了地形控制论与地层控制论观点,阐明了滑坡形成的必要条件是斜坡具有易滑结构;滑坡发生的充分条件是有一定强度的诱发因素作用。故而诱发因素的动态变化对滑坡发生的时间具决定意义。
鉴于地下水诱发的岩质滑坡分布最广,为建立正确的水力启动模型,本文归纳了近代典型岩质滑坡的主要特征：（1）滑面是导水性差异最大的贯通面;（2）滑体长度大而厚度小,长厚比多在20左右;（3）滑坡前缘段先启动;（4）临滑前在前缘段有渗水、冒水或喷水现象;（5）出水宽度之和远小于前缘段总宽度。根据这些特征和水力学、水文地质学的成熟理论指出jennings（1970）等人提出的岩质斜坡稳定性模型存在下列问题：（1）未表明贯通面上岩体重力分布状况;（2）空隙水压力的分布特征与前述滑坡现象和水力学原理相悖;（3）未考虑通水率问题。然后,本文按顺向坡中的易滑超倾坡和椅状坡两个类型建立了斜坡稳定性模型和滑坡水力启动临界值（基本）计算公式。提出潜滑面的综合内摩擦角和通水率的确定方法：（1）滑坡反算;（2）对无水压滑坡滑面倾角和渗水边坡通水率进行观测统计;（3）剪切试验和简易水文地质试验;（4）物探方法。
本文还讨论了新模型的实用意义和应用范围,并对解决这类复杂地质灾害问题的研究途径发表了作者的认识,强调了积累经验的重要性。     

SHPB冲击作用下层状千枚岩多尺度破坏机理研究

通过分离式霍普金森杆对层状千枚岩施加动态载荷，得到不同层理倾角下层状千枚岩的动态抗压强度与宏观破坏模式。采用三维激光仪获得断裂面细观形貌，引入分形几何定量计算断口面粗糙度；结合SEM观察到的微观尺度下不同层理倾角断口破坏机理，分析了不同层理倾角下层状岩石的动态破坏机制。研究结果表明:动态压缩下层理弱面对岩石的抗压强度影响较大；不同层理倾角千枚岩的断口形貌分形维数随层理倾角增大呈U型变化；从强度与裂纹扩展两方面考虑层理弱面对层状岩石破坏特征的影响，对于层理倾角为0°的试样，强度由岩石基质控制，但层理弱面仍对岩石破坏的裂纹分布与走向产生较大影响；对于层理倾角为22.5°的试样，强度与裂纹走向受岩石基质与层理弱面共同控制；对于层理倾角为45°～67.5°的试样，强度与裂纹走向受层理弱面控制；而对于层理倾角为90°的试样，动态抗压强度受岩石基质的影响较大，在层理弱面较早形成纵向宏观裂纹，导致该层理弱面角度下裂纹受层理弱面的影响较大。     

强震条件下双面坡变形破坏机理的振动台物理模拟试验研究

5·12汶川地震引发了数以万计的崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害。为了研究双面坡在强震条件下的动力响应规律,本文在大量野外调查的基础上,采用振动台物理模拟试验手段,设计完成了四类11个模型试验,从改变模型的坡度和坡顶宽度、软岩硬岩结合、阶梯状坡形等角度,较系统地研究了双面坡在强震作用下的响应规律。试验结果显示：强震条件下地震水平惯性力是导致边坡破坏的主要原因; 在地震情况下边坡变形破坏表现出明显的初动破坏效应; 振动过程中双坡具有明显的共剪效应,坡面为阶梯状时其共剪效应更明显; 坡体结构为上软下硬时下部硬岩对振动具有一定的放大效应,上硬下软时坡体易整体偏移产生变形破坏。试验结论与实际情况基本符合。