内外动力地质作用耦合的崩塌形成机理研究: 以藏东昌都地区上三叠统石灰石矿山采场崩塌为例

石灰石矿山采场崩塌是藏东昌都地区常见的地质灾害类型, 是矿山企业安全生产和铁路工程建设面临的主要地质安全问题之一。文章采用基础地质、构造地质和灾害地质相结合的方法, 通过详实的地质灾害调查, 查明崩塌发育规律, 分析岩体结构面特征, 探讨崩塌灾害的形成机理, 并建立其破坏模式。结果表明: 藏东昌都地区上三叠统石灰石矿山采场崩塌沿区内褶冲带呈线状展布; 岩体内发育纵张节理(S₁)、横张节理(S₂)、"X"型共轭剪节理(S₃、S₄)及层间剪节理(S₅)共5组与区域褶皱和对冲系断裂配套的陡倾构造结构面, 将岩体切割为破碎的块体; 研究区崩塌地质灾害是内、外动力地质作用耦合的产物。晚三叠世(T₃)早期, 昌都地区陆内裂谷盆地环境沉积形成的上三叠统波里拉组(T₃b)灰岩是崩塌发育的沉积建造基础; 新生代(Cz)印度-欧亚大陆碰撞引发的强烈褶皱造山运动奠定了区内构造格架, 是崩塌发育的必要条件; 第四纪(Q)以来的强烈新构造运动和晚更新世(Q₃)以来的湿-热气候频繁交替、充沛降雨、现代人类活动等做为内和外动力的耦合作用是崩塌灾害的主要诱发因素。研究区内崩塌灾害存在倾倒式、坠落式和滑移式3种破坏模式。研究成果对岩溶区崩塌灾害防治与相关铁路建设具有一定指导意义。      

林滩场构造多期节理构造特征及其意义

通过对林滩场背斜大量节理面及擦痕的观测,运用构造解析方法,结合节理缝空间几何特征和岩石学等研究方法对120余组多期(共轭)剪节理构造破裂滑动古应力进行反演,结果表明林滩场地区主要经历了5期构造运动:NW-SE向(主应力σ1方位:140°～160°)挤压运动、近南北向(主应力σ1;0°～10°)挤压运动、NWW-SEE向(主应力σ1方位:290°～300°)挤压、NNE-SSW向(主应力σ3方位:190°～210°)和近E-W向(主应力σ3方位:180°～200°)拉张构造运动.基于节理缝几何特征与多期构造运动配置关系,将其分为两大类5小组,即贯通(跨层)和非贯通(层内一层间)类,第一、二、三组剪性非贯通节理系,第四、五组张性贯通节理系,晚期张性贯通节理裂缝系对区域油气保存条件破坏和裂缝性储层储集空间改善具有重要的影响.     

柱状节理玄武岩隧洞破坏模式及其力学机制模拟

柱状节理岩体由于其内部赋存大量的隐节理面,开挖卸荷后极易出现隐节理面开裂松弛等特征,导致其破坏模式异于一般岩体。其破坏模式主要受到异常发育的节理面和较高地应力的共同作用影响。由于柱状节理岩体节理面发育,岩体结构控制型破坏占主要部分,包括单临空面节理面滑移（塌方）、多临空面节理面滑移（塌方）、与错动带、断层等弱面相组合的坍塌等破坏模式;应力控制型破坏主要为河谷侧顶拱喷层开裂;应力-结构面型破坏主要为岩性交界处的节理岩体塌落等。柱状节理岩体表层主要发生柱内竖直隐节理面和柱间节理面的拉破坏,而围岩内部的柱状节理主要发生柱间节理面的剪切破坏。因此,现场柱状节理的支护也应主要包括两个方面：以喷射混凝土钢纤维来阻止柱状节理岩体表层的张性开裂,以系统锚杆来控制柱状节理岩体内部的剪切破坏。     

大别造山带岳西县斜坡变形破坏演化模式

岳西县自然斜坡在地球内、外动力共同作用下,容易变形并遭到破坏,造成人员伤亡和财产损失,严重制约了当地的经济发展。通过系统的工程地质调查和浅表生改造理论分析,查明了岳西县斜坡变形破坏特征及其成因,并探讨了其演化模式。结果表明,岳西县不同岩组的抗风化能力和力学特性存在差异,斜坡发生地质灾害的机理也不相同。根据斜坡结构特征,岳西县滑坡分为全风化层滑坡、强风化层滑坡和顺层岩质滑坡：全风化层滑坡的滑面位于全风化层中或全风化层与强风化层的分界线处;强风化层滑坡的滑面主要发育于强风化层与中风化层的分界线处;顺层岩质滑坡主要发育于片麻岩发育的顺向坡中。根据变形破坏方式,岳西县崩塌可分为滑移式崩塌、倾倒式崩塌和坠落式崩塌：滑移式崩塌主要由一组缓倾坡外结构面和另一组陡倾(坡外或者坡内)结构面控制;倾倒式崩塌主要由一组陡倾坡内结构面和另一组近水平发育的结构面控制;坠落式崩塌主要由一组结构面陡倾或近直立发育的结构面控制。岳西县滑坡多发育于风化壳厚度较大、岩体较松散、结构面强度低的地区;崩塌多发育于斜坡高陡、岩质风化程度低、结构面发育的地区。研究成果对岳西县乃至整个大别山地区地质灾害的研究及防治工作具有一定的借...     

北山及邻区晚古生代基性岩墙群几何特征及构造意义——基于遥感影像研究

北山及邻区广泛发育晚古生代基性岩墙群,反映了该地先存裂隙（节理）的区域构造应力场和岩墙群形成后经历的构造活动,对探究岩浆活动、反演构造演化过程及分析岩墙几何特征与构造应力之间的耦合关系具有重要意义。综合遥感和地质方法,在遥感影像中解译提取1777条基性岩墙,通过几何工具计算得到岩墙走向数据,总结岩墙群空间分布规律,同时与其形成时的大陆动力学演化背景相对应。结果表明,北山及邻区岩墙优势走向方位集中于0°～65°与320°～360°,绝大部分岩墙是在伸展作用中张性区域应力场控制下形成的,具张性性质或剪张性性质,部分岩墙受后期碰撞挤压环境影响,具张剪性性质。岩墙群主导成因机制是区域伸展构造作用,兼以地幔柱远程效应及热点作用。     

塔什库尔干县大同乡中心小学崩塌发育特征及影响因素研究

研究区位于新疆塔什库尔干县大同乡中心小学,地处祖国西部边陲。在对研究区崩塌灾害详细调查的基础上,对区内岩质崩塌灾害的发育特征和影响因素进行了分析。研究结果表明:研究区崩塌斜坡分为三个崩塌段,长度分别为160 m、140 m和80 m,总长380 m,在斜坡上部主要发育有漂石崩塌地质灾害,在第一崩塌段南西端、第二崩塌段中部和南端基岩出露区发育有3处岩质崩塌灾害,规模均为小型;影响因素主要包括地质构造、风化、降雪、融雪、地层岩性以及地震等。     

白乃庙金矿区节理组合分析

白乃庙金矿区共发育3组共轭剪切节理,即东西向剖面共轭剪切节理,北东向和北西向平面共轭剪切节理,北北东向剖面共轭剪切节理.此外还发育张节理和局部节理.通过节理组合分析以及节理与主应力关系分析,确定出节理的成因、形成顺序以及节理与控矿断裂之间的成生联系.     

青藏高原南羌塘盆地多玛地区 晚新生代伸展构造特征

晚新生代以来青藏高原南羌塘盆地内发育近南北走向和近东西走向的两组伸展构造。南羌塘盆地多玛地区的遥感影像分析及野外实地研究表明,沿两组断裂均可见线性分布的断层三角面、断层陡坎、断塞塘、热泉和泉华等构造地貌特征,表明断裂的伸展特性;同时,南北走向的断裂错断山脊、中生代地层和研究区内近东西走向的伸展构造,断层错距从几十米到上千米不等。近南北走向的断裂由南部的两条主干断裂向北呈马尾状散开,并在中央隆起带南坡逐渐消失,近东西走向伸展构造发育在近南北走向断裂的北部,不论断层规模还是断层活动性均表明近南北走向断裂为研究区内主控构造单元。光释光年龄表明近东西走向断裂在全新世仍处在活动状态。研究区内两组伸展构造的交切关系表明近东西走向的伸展构造为近南北走向构造的伴生构造或转换构造,两组伸展构造的发育表明高原腹地处于伸展垮塌状态。     

额尔古纳地区中生代应力场演化及其与金铅锌矿的关系

额尔古纳地区中生代主要受到3期区域应力场的影响,分别是印支期（T2-J1）、塔木兰沟期（J3）和上库力期（K1）。印支期的主压应力方位为北北西南南东向,该期应力场在区内形成两条大型韧性剪切带,剪切带走向0~20°塔木兰沟的主压应力方位为北西西南东东向,形成了区域上极为发育的两组共轭剪节理,其走向分别为66~90°和320~340°上库力期的主压应力方位为北北东南南西,它使塔木兰沟期的两组共轭节理复活,形成劈理带、逆断层等。本地区金、铅锌矿点、矿化点或矿化异常区较多。矿（化）体产状与塔木兰沟期、上库力期构造特征相吻合,它们的形成时间基本一致。塔木兰沟期、上库力期强烈的火山作用及其地球化学特征反映当时具有良好的成矿地球化学条件,说明该地区中生代的主成矿期为塔木兰沟期和上库力期。本区已知的金矿（化）点、砂金矿点均位于两条韧性剪切带附近,所以两条韧性剪切带附近是本地区金矿的找矿远景区。     

白乃庙金矿床控矿构造解析

白乃调金矿区的节理包括东西向剖面共轭剪切节理,北东－北西向平面共轭剪切节理,北北东向剖面共轭剪切节理。与之相应的断层有近东西向逆断层,北东向和北西向的平移断导以及北北东向的斜冲断层。此外,北东向断层的低序次构造亦呈北北东走向,但其性质为平移断层。东西向、北东和北西向断裂形成于南北向挤压构造应力场。它们控制了主要含金石英脉展布。其中,２６号主矿脉就位于北东向平移双断裂－白乃庙断裂的北北东向低序次平移     

秦岭造山带中段马蹄沟金矿床伸展剪切构造系统及其控矿作用

马蹄沟金矿床位于陕西省宝鸡市南部秦岭造山带中段的商丹断裂带(华北板块与扬子板块碰撞缝合带)西段南缘,在矿集区划分上属于凤太矿集区北部。金矿区发育一套由面理构造、a-型线理、a-型褶皱和配套张扭性裂隙组成的伸展剪切构造系统。面理构造产状平缓,走向NWW,倾向NNE,倾角以20°~30°为主;a-型线理产状总体倾伏向为NEE,部分向E倾伏,倾伏角比较平缓,以5°~20°为主,个别达30°~50°;a-型褶皱构造往往轴面产状比较平缓或近水平,枢纽与a-型线理一致;张扭性裂隙构造单体呈约350°走向,倾向E,倾角50°~70°,组合形式平面上为右列式、剖面上为前列式。金矿床宏观上受发育于早古生代罗汉寺岩组浅变质碎屑岩中的韧脆性剪切伸展构造系统控制,金矿体沿该韧脆性变形带中的各个方向微裂隙发育,形成宽度0.5~2 mm的微细含硫化物含金石英网脉,这些微裂隙包括平行面理、小角度(10°~15°)斜交面理、中角度(25°~30°)斜交面理,对应于剪切带的P、D、R型含矿裂隙;最特色的是发育一组产状350°/NE50°~70°、大角度(50°~60°)斜交面理的较粗大含硫化物富金石英脉,其对应于剪切带的T型含矿裂隙。商丹断裂带西段地区金成矿作用与区域构造演化密切相关,秦岭造山带勉县‒略阳地区陆陆碰撞在早‒中三叠世已经完成,晚三叠世早期存在伸展构造形成的构造背景。区域上的进一步找矿方向是发育伸展剪切构造系统的地区。     

云南泸水市压扭性构造对银厂坪白云岩岩溶系统发育控制作用

银厂坪岩溶系统由溶蚀洼地和溶洞系统组成,溶蚀洼地内发育15个规模和形态不同的落水洞以及多条溶沟。根据断层面擦痕反演构造应力张量和共轭剪节理反映的应力场特征, 结合区域地质背景,认为研究区于始新世—早中新世主要受 SEE-NWW 向挤压和 NNE-SSW 向拉张应力场控制,形成 NW 向左旋压扭性构造,其几何学和运动学特征符合里德尔剪切模式。走滑拉分阶区所形成凹陷具有汇水功能,利于岩溶作用形成溶蚀洼地,内部发育的共轭节理交汇部位是良好的导水构造,叠加在走滑微拉分阶区内,促进白云岩溶蚀作用形成落水洞。地下岩层受构造挤压发生层间滑动形成微裂隙,经溶蚀扩大,形成顺倾斜岩层发育的岩溶洞穴。左行走滑断裂造成地表河流和山脊发生系统左旋位错,发育断层崖于山脚处形成倒石堆,在构造抬升和剥蚀作用下,岩壁不断后退,地下河频繁袭夺使早期溶洞成为干洞,现代地下河于斜坡下游通过地下河出口转为明流。     

逆层岩质边坡地震动力破坏过程FLAC/PFC耦合数值模拟分析

建立含有非贯通层面和正交次级节理的逆层岩质边坡FLAC/PFC2D耦合计算模型,进行地震动力破坏过程模拟试验,研究了逆层岩质边坡地震动力破坏机理。试验结果证明,在地震动力破坏过程中,边坡内部层面主要产生剪切破坏,少量张拉破坏集中于逆层边坡顶部位置并且总是发生在坡体已经产生动力失稳之后,因此层面的抗拉强度并不影响逆层边坡的地震动力稳定性。坡顶正交次级节理只能产生张拉破坏,形成宏观的岩层倾倒趋势,而坡底的正交次级节理既会产生张拉破坏,也会产生剪切破坏,破坏面滑动趋势明显。动力响应坡顶放大效应和破坏面发育位置深度导致坡顶岩体的张拉倾倒早于坡底岩体的剪切滑动,与逆层边坡静力倾倒破坏顺序相反。     

鲁西古生代碳酸盐岩中的垂直缝合线及其在华北板块构造演化中的意义

笔者在山东省淄博市博山区中奥陶统马家沟群白云岩和上石炭统本溪组石灰岩中识别出垂直缝合线。垂直缝合线都借助于平面X剪节理发育,缝合面上的“牙齿”与缝合面本身多呈斜交状态,其延伸方向代表着变形期最大主压应力轴（σ1）方向。根据垂直缝合面“牙齿”的突出方向判别：以山东博山地区为代表的华北东部地区在古生代中期和末期先后两次受到NNE—SSW方向的水平挤压作用。其中第一次挤压事件与遍布华北东部的中奥陶统—上石炭统（C2—O2）平行不整合抬升相关,而第二次则与华北东部古生代末期的褶皱隆起相联系。本文的研究为垂直缝合线在盆地构造演化研究中的应用提供了良好的研究实例。     

界面倾角对复合层状物理模型材料力学特性的影响研究

针对我国层状盐岩的地质赋存特征,开展了层状模型材料的三轴压缩试验,探讨了界面倾角对层状交互模型材料试样的应力-应变曲线、压缩强度、弹性模量、峰后应力跌幅和破坏形态的影响,并对不同界面倾角试样的破坏形态进行了理论分析。分析结果表明,（1）三轴峰值强度随界面倾角的增大呈先减小后增大的变化趋势,60°时取得最小值,90°时取得最大值;（2）弹性模量随界面倾角的增大而增大,刚开始随角度增大而增大的趋势很平缓,倾角接近90°时增大趋势明显,0°时取得最小值,90°时取得最大值;（3）随界面倾角增大,峰后应力跌幅先减小后增大,30°最小,90°最大;（4）破坏形态随界面倾角增大依次呈现出共轭剪切（0°）、沿弱面的剪切破坏（30°和60°）和剪切-局部劈裂破坏形态（90°）三种破坏模式;（5）储库腔顶和腔底部位强度较高,但脆性很强,须采取一定措施控制这些部位的变形和位移,腔体30°和60°的腰部部位及附近强度较低,塑性变形能力较强,须对储库形状和运营压力进行精细设计。针对试验结果进行的理论分析,可为进一步分析层状盐岩地层中储库的围岩稳定性和局部破损特性提供一定参考。     

三峡库区巫峡剪刀峰顺层岩质岸坡破坏模式分析

剪刀峰岸坡位于三峡库区巫山县巫峡左岸,全长2.1 km。受北侧神女峰箱状背斜及南侧神女溪—官渡口向斜影响,岸坡为陡倾顺层岩质岸坡。岸坡坡度45°～89°,整体为陡坡与的陡崖复合地貌;岸坡出露的第四系地层主要为崩坡积碎块石土,出露的基岩含三叠系大冶组三段、四段及嘉陵江组一段至四段地层,地层多元化;岩组类别主要为大冶组及嘉陵江组碳酸盐溶岩组成的坚硬岩组及嘉陵江组二段岩溶角砾岩组成的较软岩组;岩体结构从极薄层至巨厚层状,岸坡地形、地层、岩组及结构复杂。岸坡上游至下游,2.1 km范围内,坡体结构变化大,岸坡变形破坏特征差异大,成因机制及破坏模差异大。根据岸坡不同的地质条件及特征,划分为6个大段、6个亚段。研究从岸坡宏观变形、破坏特征出发,将岸坡目前的变形、破坏总结为“构造切割及卸荷”“局部压裂、滑移”“地表溶蚀”“消落区岩体劣化”四个方面,并从岸坡成因机制上分析了各段的破坏模式。此外,本次研究还分析了库水位以上岸坡及库水位消落区的岩体劣化特征,从岩体劣化的角度提出了沿层面渐进式松脱滑移、沿软弱夹层溃屈滑移、沿“X型”节理滑移、沿层面倾倒溃屈四种岩体劣化及破坏类型。     

鄂尔多斯盆地东南部中生界地层节理发育特征与古应力场

鄂尔多斯盆地东南部中生代地层中发育有六组节理(E-W、N-S、ENE-WSW、NNW-SSE、WNW-ESE、NNE-SSW),并且构成三期的正交节理系统(E-W与N-S、ENE-WSW与NNW-SSE、WNW-ESE与NNE-SSW).三期正交节理系统形成的先后期次为:E-W向和N-S向两组节理最早形成,WNW-ESE向和NNE-SSW向两组节理为第二期形成,ENE-WSW向和NNW-SSE向两组节理则最晚形成.E-W向、N-S向和ENE-WSW向三组节理的节理间距指数(FSI)分析结果表明,节理间距的发育程度除了受岩层厚度控制外,还受区域应力场的控制.E-W向、N-S向和ENE-WSW向三组节理的节理间距率(FSR)值分布范围指示不同组节理在区域上发育程度具有差异性.此外,E-W向的优势节理组的FSR值有超过间距与层厚比值的临界值,而非优势组的SN向节理的FSR值则全部小于临界值,表明E-W向和N-S向两组节理组成最早一期的正交节理系统.盆内中生代地层中的三期正交节理系统,所对应的古应力场分别为:(1)晚侏罗世盆地处在近E-W向的挤压环境下,形成了第一期正交节理系统,为E-W向和N-S向两组节理;应力来源于古太平洋板块向欧亚板块俯冲所产生的NW-SE向的挤压分量.(2)晚白垩世时,来自于古太平洋板块俯冲产生的NW-SE向挤压应力形成了第二期正交节理系统的WNW-ESE向和NNE-SSW向两组节理.(3)晚白垩世末至新生代,印度板块向欧亚板块下的俯冲产生NE-SW向的远程挤压应力,形成第三期正交节理系统的ENE-WSW向和NNW-SSE向两组节理.