库水位变动条件下柱状危岩体变形破坏机理

三峡水库周期性水位变动造成了部分消落带岩体劣化,其具体表现为强度下降和宏观裂隙增多,这使得一些柱状危岩体被发现或需要重新认识,包括箭穿洞、曲子滩和棺木岭等危岩体。这些柱状危岩体三维边界清晰,由"硬-相对软"的岩性组成,主要受控于相对软的硬岩基座岩体。采用伪时间增量的方式模拟岩石强度的时间相关劣化效应,数值分析了多水位变动周期下棺木岭危岩体裂缝和破坏区的扩展情况。危岩体初始破坏区主要集中在基座趾部岩体。随着水位变动周期增多,裂缝和破坏区由危岩体踵部和趾部相对扩展,破坏区主要集中在危岩体踵部。10次水位周期计算所得破坏区比相同时步、没有劣化效应时增加了近4倍,且以拉张破坏为主。周期性水位变动造成的岩体劣化强烈加快了柱状危岩体演化进程,同时影响了其破坏机理。从数值分析来看,棺木岭危岩体的变形破坏模式从原来的倾倒为主将转为以压溃崩塌为主。水位变动条件下岩石强度的时间相关劣化效应及其对柱状危岩体的影响研究将为三峡水库危岩体防治提供重要技术支撑。     

重庆南川甑子岩山体崩塌机制研究

本文以重庆南川甑子岩崩塌为例,对近水平厚层状高陡灰岩山体座落滑移式崩塌机制进行研究,通过工程地质分析揭示了甑子岩危岩崩塌的成因机制,利用数值模拟开展了初始变形破坏的研究。研究认为,甑子岩崩塌是自然条件下形成发育、受岩溶风化与人类工程活动影响所产生的大型危岩体崩塌。岩体中多组大型陡倾节理发育,卸荷作用下在陡崖边缘形成张拉裂隙,地下水长期溶蚀使裂隙连通率不断增大,地下采空加速软弱基座破坏、危岩体变形。随着裂隙的贯通,软弱基座内部应力累积,应变逐渐增大,当超过岩体强度时发生圆弧形剪切滑移破坏,导致柱状危岩体座落崩塌。     

三峡库区巫峡箭穿洞危岩体稳定性分析及防治工程设计

箭穿洞危岩体壁立于三峡库区巫峡左岸,区内属神女峰风景旅游区,每天有大量的船舶从危岩体前方航道通过,潜在涌浪威胁到长江航道安全。箭穿洞危岩体的后缘高程为305 m,基座高程为155 m,平均高差为135 m,平均危岩横宽约50 m,平均厚度约55 m,崩塌体体积约3.575×105m3。箭穿洞危岩体基座为泥质条带灰岩,在库水波动下基座岩体劣化强烈;干湿循环试验表明基座岩体强度下降约20%~30%,危岩体可能发生基座压裂滑移或倾倒破坏。箭穿洞危岩体在145 m、175 m静水位工况条件下为稳定,暴雨+162 m洪水位工况下为基本稳定状态,在考虑基座岩体劣化的工况下处于极限平衡状态。箭穿洞危岩体防治工程等级为Ⅰ级,设计方案采用基座软弱岩体补强加固+锚索锚固。基座岩体在持续劣化,建议尽快启动箭穿洞危岩的治理工作。     

重庆市南川甑子岩危岩形成演化机制分析及防治措施探讨

地质灾害的形成严重制约地方经济的发展，灾害形成机制研究可为其治理提供科学依据。重庆市地质灾害主要表现为滑坡、崩塌。对于前者已有较多的研究，而后者开展的工作甚少。甑子岩危岩体全长近1400m，潜在崩塌体积约444．06万m3。目前危岩带岩体处于时效变形破坏阶段，变形仍在继续，特别是在暴雨及其它人为因素的作用下，很可能突发崩塌灾害，危及附近居民及铝矿厂的安全。为此已引起了有关方面的高度重视。文章从地形地貌、地层岩性、坡体结构、降雨、风化、温度、植物、人类工程活动等方面对危岩的形成机制进行分析，得出上硬、下软的岩体地质结构是危岩形成的物质条件，采矿活动是危岩形成的最重要的原因的结论。通过危岩变形破坏演化过程的剖析，确定了危岩变形的两种破坏模式：倾倒式破坏、基座剪切滑塌式破坏。在此基础上结合Ⅰ、Ⅱ区危岩的不同危害性，建议采取分区治理。通过施工条件、经济合理性、治理效果、社会效应4方面的优劣对比，对Ⅱ区危岩南坡村民居住区搬迁避让比治理Ⅱ区危岩体更经济、有效。由于铝矿厂搬迁难度极大，因此对Ⅰ区危岩体采取排水、封闭裂缝、填实采空区、填补凹腔、锚固、拦挡的综合治理措施。     

三峡库区箭穿洞危岩体变形破坏模式与防治效果分析

本文以三峡库区箭穿洞危岩体为例,对涉水厚层危岩体的变形破坏模式和防护措施进行了研究。根据现场调查和长期监测数据可知,干湿循环作用下基座岩体的劣化是加速箭穿洞危岩体变形破坏的主导因素,并判定其破坏模式为基座滑移式崩塌。在此基础上,将危岩体的防护治理定为两部分,分别是基座软弱岩体的补强加固,以及中上部危岩体的锚索加固。通过数值模拟对防护前后危岩体的位移场以及应力场进行了分析,结果表明危岩体上部的锚索加固能够有效控制岩体的变形,基座补强能够有效控制危岩体的最大剪应力,综合防护可以显著提高箭穿洞危岩体的稳定性。该防护措施的理念及方法,可以为库区涉水危岩体的治理提供重要的参考价值。     

三峡库区黄南背西危岩体变形机理研究及失稳模式预测

自三峡库区2009年蓄水至175 m以来,库水位常年在高程145-175 m间波动,形成了高差30 m的水位变动带(消落带)。由于该变动带上岩体长期在饱和浸泡-风干曝晒的循环作用下,其物理力学强度不断减弱,于是大量的新生危岩和滑坡塌岸相继形成,此类地质灾害不仅点多面广,且破坏频率高,诱发因素甚多。本文以黄南背西危岩体为典型案例,基于影像资料、原位测试数据以及离散元数值模型深入分析了该危岩体未来失稳的破坏模式和变形成因机理,重点对该危岩体的应力场、形变场和基座岩体受水位作用影响展开研究。研究表明黄南背西危岩体发生失稳破坏的三种因素:1)底部岩体出现压溃破坏,2)底部破碎岩体受水影响劣化加剧,3)基座角砾岩岩体遇水水解。危岩体发生破坏将从其底部岩体出现压溃开始,上部岩体随后下错滑移,失稳岩体发生倾倒、滑移和坠落的复合型破坏。     

软弱基座型斜坡变形破坏机制模拟研究

软弱基座型斜坡崩滑在我国西南山区及三峡库区是一种较为常见的地质灾害。下伏软岩在上部硬岩重力作用和外营力地质作用下产生压缩变形,向临空方向塑性流动,导致上部硬岩拉裂,进一步发展演变为崩滑。贵州某斜坡为一典型缓倾内软弱基座斜坡,上部为灰岩形成高度约150m陡崖,下部为厚度大于150m泥岩形成的缓坡。调查发现上部硬岩坡肩部位产生多条深大拉裂,坡肩局部发生过多次崩塌落石现象,斜坡变形仍在继续。本文采用有限元数值模拟和底摩擦物理模拟相结合的方法,分析了该斜坡坡体内应力、变形分布特征和发展过程,在此基础上研究软弱基座型斜坡的变形破坏机制,为软弱基座斜坡崩滑地质灾害防治提供理论支撑。研究结果表明,缓倾内具软弱基座的斜坡变形破坏机制表现为压缩（塑流）拉裂剪断三段式滑坡。     

西龙池抽水蓄能电站下水库BW2危岩稳定性分析

BW2危岩位于山西西龙池抽水蓄能电站下水库进/出水口和地面开关站及副厂房附近,其下部基座由较软的砂质页岩夹竹叶状灰岩构成,上部为坚硬的厚层泥质条带状灰岩,而且由于受到F118断层割切,已形成一座柱状的分离体。这种上硬下软的结构是BW2危岩岩体产生卸荷松动变形的根本原因。如果BW2危岩体发生破坏,将对水库安全产生巨大的影响。通过系统分析BW2危岩体的工程地质条件后,提出了危岩体可能的破坏模式,然后利用刚体极限平衡和快速拉格朗日(FLAC3D)方法对危岩体在4种不同工况条件下的稳定性进行评价和预测,并提出危岩防治措施。     

猴子包危岩体变形机理及稳定性预测

猴子包危岩体位于巴东县信陵镇火焰石村长江右岸。危岩体由包含层间错动带等软弱夹层的层状灰岩组成,下伏煤系软岩,具有上硬下软的结构;西侧陡崖下部采煤,斜交坡面的陡倾角裂缝将陡崖切割成链条式块状结构,发生多次崩塌。结合本区发生的崩塌,分析了猴子包危岩体形成发育的环境地质条件、变形失稳的机理和力学模式;运用力学图解的方法对危岩体不同工况下的稳定性进行了预测。研究认为,危岩体在自然状态下是稳定的,在地震及动水压力作用下不稳定,破坏方式为倾倒,视倾角αs（合力角φ）达到临界倾角α0是危岩体从变形到倾倒崩塌的拐点。     

震裂斜坡软岩崩塌成因机制与稳定性评价

陡峻边坡崩塌主要受控于岩体节理裂隙和结构面的组合,是西南地区频发的地质灾害之一。基于对李家屋脊崩塌区的工程地质条件的调查,阐述了崩塌危岩体的变形特征,进而对其成因机制和破坏模式进行了分析,对危岩体的稳定性进行了评价,对其治理给出了防治措施建议。     

三峡库区巫山县廖家坪危岩体倾倒机制数值模拟分析

廖家坪危岩体位于三峡库区长江左岸,危岩体内部发育有7层软弱岩层和2组裂隙,其变形机制为次生倾倒。采用UDEC离散元模型,对该危岩体倾倒机制进行了数值模拟。模拟结果表明,廖家坪坡体内因次生倾倒形成的拉裂破坏向坡内呈递减趋势;坡体内的倾倒块体受软弱层控制,一般不穿越软弱层,因此不会发生整体性倾倒破坏。各次级悬崖上的危岩体岩柱形成后,出现了向前倾倒翻转破坏和向后仰剧冲或蠕滑两种破坏方式。倾倒的方向与下伏软弱层破坏的关系密切,危岩体跟趾部破坏强烈则向前倾倒翻转破坏,趾部破坏强烈则向后仰剧冲或蠕滑。     

差异风化型危岩力学模型及破坏机制研究

差异风化型危岩多形成于由砂岩和泥岩等软、硬岩性组成的互层陡倾岩质边坡中,其崩塌破坏属地质灾害中的常见形态。以普洱渡危岩高边坡为例,推导出差异风化型危岩岩腔后壁泥岩压应力随岩腔深度增加而增大的计算公式。据普洱渡危岩高边坡地形地貌和地质构造特征建立了两类4种差异风化型危岩力学模型：第1类为主控结构面贯通率等于1时的泥岩基座压裂破坏型和转动破坏型危岩;第2类为主控结构面贯通率小于1时的坠落型和倾倒型危岩。利用岩石强度理论推导出研究区砂岩的二次抛物线型摩尔强度包络方程,以极限平衡理论和摩尔强度理论推导了4种危岩体在自重、地震力和裂隙水压力共同作用下的崩塌破坏判别表达式,并由此反演出危岩体的临界崩塌边界方程,得出危岩体崩塌边界（岩腔深度、危岩体厚度和高度、主控裂隙深度）之间的关系,为现场预测和判别危岩体的稳定性和崩落时序提供简便可靠的依据。     

FEM/DEM法在典型柱状危岩体破坏过程数值分析中的应用

有限元/离散元耦合分析方法（FEM/DEM法）可计算连续介质的小变形,也可在新生裂缝并在裂隙间开展大变形计算。文章以位于重庆市巫山县长江左岸的箭穿洞柱状危岩体为例,分析了箭穿洞危岩体可能的破坏过程。分析表明:柱状危岩体的基座处于应力集中状态,既有拉应力集中区也有压应力集中区,应力集中造成柱状危岩体的基座附近边界岩体易破坏。应力集中新生了裂隙,裂隙的延展导致了危岩体的解体和最终的破坏。FEM/DEM方法预演了柱状危岩体压致拉裂的裂隙网络形成和破碎岩体运动过程。FEM/DEM对帮助分析大小变形混合的斜坡变形十分有利,是未来数值模拟的发展方向之一。     

新疆维吾尔自治区乌恰县康苏红层崩塌运动学特征研究

以新疆维吾尔自治区乌恰县康苏红层崩塌为例, 基于DAN-W运动学模型进行了红层崩塌碎屑流空间预测评价, 同时根据无人机航拍图和野外地质现场调查, 结合崩塌研究区的工程地质要素, 分析该崩塌的形成特征和失稳模式。结果表明:该崩塌为拉裂式崩塌, 主要受危岩体岩性组合和坡体结构面组合控制, 其孕灾模式为差异风化阶段→岩体结构变形破坏阶段→悬挑危岩阶段→崩塌失稳落下阶段, 具有典型的碎屑流运动特征。同时利用动力学模型软件DAN-W对该崩塌碎屑流的运动过程进行计算, 得到崩塌碎屑流的运动时长约为50 s, 堆积体平均厚度达到2 m, 最大速度为11.5 m·s-1, 冲击最远距离达到315 m, 与实际情况相符。表明DAN-W模型可以用来分析红层崩塌碎屑流的动力学灾害效应, 为红层地区类似的潜在崩塌碎屑流灾害的形成特征和运动效应分析提供借鉴。     

基于水波动力学模型的棺木岭危岩体涌浪数值分析

以棺木岭危岩为研究对象,在分析危岩体变形破坏的基础上,运用水波动力学模型进行危岩体在145 m、175 m水位条件下的滑坡涌浪模拟。结果显示:145 m条件下最大涌浪高度为24.2 m,最大爬高为19.9 m,1m以上涌浪高度的河道长约5.4 km;175 m条件下最大涌浪高度为23.3 m,最大爬高为14.5 m,1 m以上涌浪高度的河道长约6.6 km。在九畹溪河道上,涌浪的波高严重不均衡,下游涌浪强度明显高于上游。在长江河道上,涌浪波以九畹溪口为扰动点,向上下游衰减,衰减近似平缓。随着库水位的下降,危岩体形成的最大涌浪高度增大,而涌浪危害的范围逐渐减小。     

三峡库区小溪隧道口危岩稳定性评价与防治

小溪隧道进口危岩位于重庆市涪陵区乌江西岸,岸坡陡峻。陡崖脚泥岩风化凹进形成崖腔,陡崖顶有阶梯状陡坎,在构造裂隙、软弱陡崖基座、卸荷裂隙带等因素的控制下,稳定性极差。作者采用地质分析和量化分析方法对危岩作了稳定性评价。危岩破坏形式有坠落、倾倒和滑塌3种。随着软弱基座差异性风化的进一步发展、崖腔进一步扩大、卸荷裂隙逐渐连续贯通,危岩体将失去稳定产生崩塌。采用支撑、锚固、拦石、排水、少量危石清除相结合的综合防治措施,是行之有效的。通过3个水文年的监测显示,本区工程在经历多个雨季后,每个监测点都是稳定的,危岩整治效果明显,防治措施起到了良好作用。     

长江巫峡岸坡座滑式危岩稳定性研究——以望霞座滑式危岩为例

通过对长江巫峡望霞座滑式危岩调查研究表明,在川东平行岭谷一系列平行展布的背斜山、向斜谷的窄岭宽谷地貌格局控制作用下,长江巫峡横石溪背斜岸坡近水平的灰岩与页岩、泥岩软硬互层结构为座滑式危岩的孕育提供了有利条件;对危岩软弱基座矿物成分 X-Ray 衍射的结果表明,绿泥石、云母、蒙脱石等层状结构硅酸盐矿物含量较高,其抗剪强度低,容易产生滑动,易沿主控结构面方向形成潜在破坏面,导致岩体整体剪出,发生座滑破坏。根据危岩发育机理,将三峡地区座滑式危岩破坏过程归纳为四个阶段,即：拉裂阶段、扩展阶段、失稳阶段和后期破坏阶段;并基于极限平衡理论和岩体结构理论,推导了座滑式危岩破坏的两组结构面的应力表达式,建立了座滑式危岩稳定性分析的力学模型。将该方法运用到望霞座滑式危岩案例计算表明,天然状况下危岩稳定系数为1.19,属于基本稳定岩体;在饱和状态下,随后缘裂隙充水高度的增加其稳定系数递减,当裂隙充水高度为10 m 时,稳定系数为1.15,当裂隙充水高度为20 m 时,稳定系数为1.07。     

西南某水电站坝址区右岸WY3危岩稳定性研究

WY3危岩位于西南某水电站前期勘探施工临时营地正上方,基座受风化板岩层切割,上盘岩体受层面、两组中陡倾角侧向裂隙切割成块状,并呈现架空结构,后缘沿陡壁拉裂形成典型的贴坡式倾倒体。WY3目前处于时效变形阶段,一旦失稳,将对现场施工人员的生命财产构成极大威胁。通过系统分析WY3危岩体的工程地质条件后,提出了危岩体可能的破坏模式,利用离散元软件对该危岩的破坏模式进行验证并模拟了危岩的变形运动趋势,采用相应的计算公式计算危岩体在4种不同工况条件下的稳定性系数,最后提出了危岩处理措施。     

河北阜平县石滩地村危岩体变形破坏模式及稳定性分析

石滩地危岩体自20世纪20年代开始变形以来,于2016年7月19日再次发生崩塌灾害,坡体危岩体变形具有加剧的趋势,严重威胁坡脚处石滩地村安全。基于野外调查和勘测,结合已有资料,研究了石滩地危岩体变形破坏模式及稳定性。研究结果表明:石滩地村西侧危岩体变形范围大,可划分为三个危岩体区及7个危岩体带。危岩体崩塌破坏模式表现为滑移式、倾倒式、坠落式三种类型,其中南部、中部危岩体以倾倒、坠落式破坏为主,北部危岩体以滑移式为主。天然状态下危岩体处于基本稳定状态;当遭遇强降雨或地震时,危岩体处于不稳定或欠稳定状态,易发生崩塌灾害,相比于中、北部危岩体,南部危岩体更易发生崩塌。     

贵州武陵山区中二叠统崩塌地质灾害形成机理研究

为掌握贵州武陵山区中二叠统地层崩塌地质灾害发生机理,通过实地调查,结合原有地质资料,发现中二叠统主要分布在乌江及其支流两岸,典型的河谷地形为地层崩塌提供条件。分析认为,卸荷作用导致河谷岩体形成垂向的卸荷裂隙,卸荷裂隙在自重、水的侵蚀及溶蚀等外力的共同作用下,不断扩展,形成危岩体的边界,同时卸荷裂隙与层面、节理等结构面将岩体切割成独立的危岩体,从而导致崩塌灾害发生。指出该区域内二叠系中统三种崩塌破坏模式:卸荷—拉裂—倾倒式、卸荷—拉裂—滑移式、卸荷—拉裂—坠落式,而研究区内主要破坏方式为卸荷—拉裂—倾倒式。