陡倾层状斜向岩层视向溃屈机制力学分析——以陕西山阳滑坡为例

以陕西山阳滑坡为例,分析了陡倾层状斜向岩层岩质滑坡的视向滑动特征、滑移-溃屈破坏模式与机制。基于梁板理论、层状板裂结构岩体弯曲-溃屈破坏的力学模型在考虑自重、地下水静水压力作用及斜倾层状山体视向滑动侧向摩阻力作用的影响下,采用岩体结构力学分析的方法建立了相应的力学模型;经过力学分析,推导出基于斜坡自重、地下水静水压力与侧向摩阻力作用下的陡倾层状斜向岩层斜坡溃屈段长度条件方程。为验证条件方程的正确性,以山阳滑坡为例进行了验算,最后得出与实际调查较一致的结果,为防御陡倾层状斜向岩层斜坡产生视向溃屈破坏提供依据。      

陡倾煤层开采条件下上覆山体变形破坏物理模型试验研究

大型岩质滑坡是中国西南岩溶矿区的主要地质灾害类型,其破坏和成灾过程具有复合性。以我国重庆武隆鸡冠岭滑坡为例,通过离心物理模型试验研究了地下开采条件下陡倾灰岩斜坡的变形失稳机制。试验时随着煤层模型板被拔出,上覆岩层在拟重力作用下开始出现位移与层间错动,当煤层模型被拔出150 mm时,模型山体发生显著破坏。试验结果表明:陡倾灰岩斜坡在长期重力作用下,会出现弯曲倾倒的变形,随着地下煤层逐渐采空,上覆陡倾层状岩体失去支撑,岩层层面分离并产生拉张裂缝,岩体变形加剧发生倾倒破坏,并对煤层下部的稳定岩体形成挤压,下伏稳定岩体发生剪切破坏,最终导致鸡冠岭以倾倒-滑移的复合模式整体失稳。这一研究对中国西南山区大型岩质滑坡的早期识别与失稳机制分析具有指导意义。      

黎家洞滑坡变形机制研究

通常认为顺层岩质斜坡的变形破坏以滑移-拉裂、滑移-弯曲模式为特征,但野外调查中,在陡倾顺层岩质边坡还发现一类特殊的变形破坏方式,即倾倒变形。以黎家洞滑坡为例,在阐明区内地质环境条件、滑坡的基本特征的基础上,应用数值模拟手段对该滑坡的倾倒变形机制进行了分析。研究成果为该类滑坡除险加固提供了参考依据。     

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...     

岩溶区层状缓倾角岩质边坡变形破坏机制研究

在贵州岩溶区某大型工程台址工程地质环境条件研究基础上,采用地质历史过程机制分析法和数值模拟方法,对岩溶区层状缓倾角岩质边坡变形破坏机制作系统研究,总结出了4种变形破坏机制,即高陡的层状缓倾内边坡(A类坡)主要发生倾倒-崩落或拉裂-崩落破坏,低矮的层状缓倾内边坡(C类坡)则以小规模垮塌为主;缓倾外顺层边坡(B类坡)以滑移-拉裂型顺层滑坡或块状滑坡为主,而复合型边坡(D类坡)多以滑移-拉裂和弯曲-拉裂组合形式发生破坏.     

陡倾结构金属矿山采空区围岩破坏机制研究

在地下金属矿山开采中会造成采空区围岩变形破坏,影响地下采矿安全。采用现场调查、位移监测、微震监测,并结合理论分析等方法对金山店东区地下采空区的围岩破坏机制进行研究。考虑水平构造应力和崩落岩体的影响,基于极限平衡理论和能量法分别得到上下盘采空区围岩破坏机制,即倾倒滑移破坏和溃曲滑移破坏。上盘和下盘围岩在陡倾结构面的切割作用下,分别形成反倾结构和顺倾结构。在水平构造应力作用下,上盘陡倾结构岩体向采空区侧发生倾倒破坏,岩体变形破坏进而导致F4断层活化。随着采矿的深入,破坏的岩体数量和范围不断增加,形成一个深部滑动面,并穿过F4断层。下盘采空区围岩在水平构造应力作用下诱发了矿体边界处F1断层滑移,同时引起顺倾结构岩柱发生溃曲-滑移破坏,沿着节理面形成滑动面。     

近水平厚层高陡斜坡崩塌机制研究

近水平厚层高陡斜坡岩层倾角小于10°,具有软硬相间或上硬下软的结构,常形成高陡斜坡或陡崖地形,主要以大型崩塌的形式发生破坏。在梳理国内外文献的基础上,从岩体破坏机制出发,对近水平厚层高陡斜坡崩塌的形成过程、破坏机制、失稳模式进行分析,总结归纳了6种地质力学模型,包括滑移-拉裂、塑流-拉裂、倾倒-拉裂、剪切-错断、剪切-滑移、劈裂-溃屈,并提出了相应的野外识别特征。      

缓倾顺层岩质斜坡破坏条件和变形机制分析——以常吉高速公路朱雀洞滑坡为例

总结国内外实例数据发现:缓倾条件下顺层斜坡能够产生滑移-弯曲变形;同类滑坡具有隐蔽性强、体积规模巨大、滑动面后陡前缓、多层滑动、突发性、高速、滑动距离有限等特征;顺层斜坡产生滑移-弯曲变形的必要条件为岩层倾角20°～60°、岩体软硬相间、节理与裂隙发育、岩层倾角>斜坡坡角、坡长达到数百米及以上、岩体剩余下滑力大于其临界值。为了研究缓倾顺层岩质斜坡滑移-弯曲变化过程,以常吉高速公路朱雀洞滑坡为例,采用地质调查、文献查询、理论计算、物理模拟相结合。首先对滑坡基本特征及其成因机制进行细致研究,建立了滑移-弯曲变形力学模型,进行了变形条件判别、稳定性评价。在此基础上,运用物理模型试验分析方法,再现了斜坡变形破坏演化过程,进一步证实了其滑移-弯曲型变形破坏机制。     

基于斜坡破坏模式的软弱变质岩区岩质滑坡易发性评价

滑坡受控于地质环境条件和坡体地质结构,不同地质结构的斜坡失稳破坏的模式存在差异,本文以后龙门山千枚岩区为例,基于现场调查,梳理总结了区内岩质滑坡发生的力学模式与斜坡地质环境、坡体结构之间的关系,进而选取控制滑坡发生的关键因素,运用ARCGIS软件的加权叠加功能定量划分了不同模式滑坡的易发区域,主要取得以下认识：（1）滑移—拉裂式滑坡主要发生在坡度30-45°的顺向飘倾坡内、滑移—溃曲式滑坡发生在坡度30-45°的顺向伏倾坡内、倾倒变形主要发生在岩层倾角大于65°的反向斜坡内;（2）区内倾倒变形易发区面积为8.73km2、滑移拉裂易发区面积为4.31m2、滑移溃曲易发区面积为3.28km2,以倾倒变形类型的滑坡为主,已发生滑坡与易发分区结果比对证明了滑坡易发分区与实际情况基本吻合。     

三峡地区“14·9”极端暴雨型滑坡泥石流成灾机理分析

从三峡地区2014年9月极端降雨的强度、暴雨与地质灾害的关系和触发特大滑坡的地质特征角度出发,系统分析了"14.9"暴雨型特大滑坡泥石流的发育特征,分析认为"14.9"极端降雨是一次暴雨、局地特大暴雨的降水过程,过程主要集中于渝东北地区以及湖北巴东、秭归等地,最大单日降雨量达到403.4 mm,降雨强度明显超过川东地区区域内群发性岩质滑坡的降水临界值(250 mm/d),导致大范围地质灾害的发生;"14.9"暴雨红层地区滑坡主要是侏罗系与三叠系中上统岩层组成的层状碎屑岩斜坡失稳,破坏模式主要包括近水平顺层滑移破坏、滑移—拉裂破坏、滑移—溃屈破坏、变倾角旋转滑移破坏、斜倾顺层视倾向破坏和沿堆积层与基岩界面滑动等六种类型,且这些山体失稳后伴有泥石流灾害,形成更大范围的链生破坏。     

Mechanism on apparent dip sliding of oblique inclined bedding rockslide at Jiweishan, Chongqing, China

Because of the existence of a front stable rockmass barrier, the failure pattern of an oblique inclined bedding slope is conventionally recognized as a lateral rockfall/topple, and then a transformation into a rockfall accumulation secondary landslide. However, the Jiweishan rockslide, Wulong, Chongqing, which occurred on June 5, 2009, illustrates a new failure pattern of massive rock slope that rockmass rapidly slides along apparent dip, and then transforms into a long runout rock avalanche (fragment flow). This paper analyzes the mechanism of the new failure pattern which is most likely triggered by gravity, karstification, and the processes associated with mining activities. A simulation of the failure processes is shown, using the modeling software, FLAC^3D. The results show that there are five principal conditions for an apparent dip slide associated with an oblique inclined bedding slope are necessary: (1) a block-fracture bedding structure. The rockmass is split into obvious smaller, distinct blocks with several groups of joints, (2) an inclined rockmass barrier. The sliding rockmass (i.e., the rockslide structure before movement) exists along a dip angle and is barricaded by an inclined stable bedrock area, and the subsequent sliding direction is deflected from a true dip angle to an apparent dip angle; (3) apparent dip exiting. The valley and cliff provide a free space for the apparent dip exiting. (4) Driving block sliding, which means the block has a push type of effect on the motion of the rockslide. The “toy bricks” rockmass is characterized by a long-term creeping that induces the shear strength reduction from peak to residual value along the bottom soft layer, and the sliding force is therefore increased. (5) The key block resistance and brittle failure. The pressure on the key block is increased by the driving rockmass and its strength decreases due to karstification, rainfall, and mining. The brittle failure of the karst zone between the key block and the lateral stable bedrock occurs instantaneously and is largely responsible for generating the catastrophic rockslide–rock avalanche. If there was not a pre-existing key block, the failure pattern of such the inclined bedding rockmass could be piecemeal disintegration or small-scale successive rockfall or topple. The recognition of catastrophic failure potential in such inclined bedding slopes requires careful search for not only structures dipping in the direction of movement, but also key block toe-constrained condition.     

重庆武隆鸡尾山滑坡视向滑动机制分析

重庆武隆鸡尾山山体为典型的斜倾厚层灰岩山体,其破坏模式不同于常见侧向崩塌-堆积层滑坡,属于真倾向滑移变形转为视向整体滑动的特殊失稳模式。在现场地质调查的基础上,从地层岩性、岩体结构、岩溶及地下水作用、软弱夹层等影响因素分析重庆武隆鸡尾山滑坡形成原因;根据滑坡破坏机制,基于关键块体控制理论,对鸡尾山滑坡进行三维稳定性极限平衡分析;利用三维离散元软件模拟鸡尾山滑坡的初始变形破坏过程,分析了鸡尾山滑坡不同影响因素条件下的视向滑动形成机制和变形破坏特征,并探讨了节理化和溶蚀岩体的参数取值。结果分析认为,在重力的长期作用下,鸡尾山山体初始沿真倾向方向滑移,沿岩溶发育的陡倾节理裂隙逐渐产生后缘及侧向裂缝,形成块状后部驱动块体,由于地下水等因素使软弱夹层软化,驱动块体下滑力增大,前缘阻滑关键块体内部应力积累,并最终沿强度较低的岩溶发育带发生剪切破坏,从而导致整体滑动;在进行滑坡稳定性极限平衡分析时,考虑实际的滑坡机制,将滑体分为驱动块体和关键块体分别进行力的解析,并以关键块体的安全系数代表滑坡的安全系数更加合理。数值模拟显示,软弱夹层强度降低、岩溶发育带剪切破坏后,滑体进入大变形阶段,表明关键块体控制和阻滑作用明显,软弱夹层强度降低是滑坡发生的关键因素。采矿形成的采空区对山体的影响主要是使上覆岩体压应力增大,但对滑体的变形无影响。     

Physical Modeling of Landslide Mechanism in Oblique Thick-Bedded Rock Slope: A Case Study

The Jiweishan landslide illustrates the failure pattern of an apparent dip slide of an oblique thick-bedded rockslide. Centrifugal modeling was performed using a model slope consisting of four sets of joints to investigate the landslide initiation mechanism. Crack strain gauges pasted between the slide blocks and the base failed in sequence from the rear to the front as the centrifugal acceleration increased. When the acceleration reached 16.3g, the instantaneous failure of the key block in the front triggered the apparent dip slide of all blocks. The physical modeling results and previous studies suggest that the strength reduction in the weak layer and the failure of the key block are the main reasons for the Jiweishan landslide. The centrifuge experiment validated the previously proposed driving-blocks–key-block model of apparent dip slide in oblique with inclined bedding rock slopes. In addition, the results from limit equilibrium method and centrifuge test suggest that even though the failure of the key block in the front is instantaneous, a progressive stable–unstable transition exists.     

Heavy-rainfall-induced catastrophic rockslide-debris flow at Sanxicun,Dujiangyan, after the Wenchuan Ms 8.0 earthquake

This paper uses the catastrophic rockslide at Sanxicun village in Dujianyan city as an example to investigate the formation mechanism of a rapid and long run-out rockslide-debris flow of fractured/cracked slope, under the application of a rare heavy rainfall in July 2013. The slope site could be affected by the Wenchuan Ms 8.0 Earthquake in 2008. The sliding involved the thick fractured and layered rockmass with a gentle dip plane at Sanxicun. It had the following formation process: (1) toppling due to shear failure at a high-level position, (2) shoveling the accumulative layer below, (3) forming of debris flow of the highly weathered bottom rockmass, and (4) flooding downward along valley. The debris flow destroyed 11 houses and killed 166 people. The run-out distance was about 1200 m, and the accumulative volume was 1.9?×?10⁶ m³. The rockslide can be divided into sliding source, shear-shoveling, and flow accumulative regions. The stability of this fractured rock slope and the sliding processes are discussed at four stages of cracking, creeping, separating, and residual accumulating, under the applications of hydrostatic pressure and uplift pressure. This research also investigates the safety factors under different situations. The double rheological model (F-V model) of the DAN-W software is utilized to simulate the kinematic and dynamic processes of the shear-shoveling region and debris flow. After the shear failure occurred at a high-level position of rock, the rockslide moved for approximately 47 s downward along the valley with a maximum velocity of 35 m/s. This is a typical rapid and long run-out rockslide. Finally, this paper concludes that the identification of the potential geological hazards at the Wenchuan mountain area is crucial to prevent catastrophic rockslide triggered by heavy rainfall. The identified geological hazards should be properly considered in the town planning of the reconstruction works.     

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。     

层状岩质边坡破坏模式及稳定性的数值分析

运用FLAC3D模拟层状岩质边坡的破坏模式,并采用强度折减法分析结构面倾角与稳定性之间的关系。结果表明:①水平层状边坡坡顶变形破坏早于坡面和坡脚,形成拉破坏区。当结构面倾角较小时,顺倾向层状边坡主要发生滑移破坏;当结构面倾角较大时,发生弯折-溃曲破坏。直立层状边坡主要发生弯曲-板间拉裂-塌落破坏。逆倾向层状边坡的破坏形式为对于小倾角为滑移破坏,对于陡倾角为倾倒破坏。②对于顺倾向边坡,整体安全系数随结构面倾角先减小后增大,呈现两头高、中间低的形态,在倾角为30°时安全系数最小;对于逆倾向边坡,曲线呈现增大-减小-增大的态势,并且大部分高于顺倾向边坡曲线,符合实际情况。③所采用的低强度弹塑性单元能够比较真实地模拟软弱结构面的变形。     

多层软弱夹层边坡岩体破坏机制与稳定性研究

以大量的实际工程为基础,基于Sarma极限平衡法和有限元强度折减法探讨层状岩质边坡在不同岩层倾角θ、边坡坡角β、结构面间距h条件下的安全系数与破坏面位置的变化规律,揭示复杂多层软弱夹层边坡岩体的破坏机制及稳定性特征。结果表明：不同θ条件下边坡岩体失稳机制和破坏面位置不同,随着θ的增大,破坏机制表现为滑移破坏→滑劈破坏→崩塌破坏→倾倒破坏→滑移破坏;当β、h一定时,直立层状边坡的稳定性略大于水平层状边坡,反倾向边坡的稳定性明显大于顺层边坡;β直接影响边坡岩体破坏特征,当β由30°增大至60°时,顺层边坡的安全系数约降低53%;反倾向层状边坡的安全系数约降低40%;h对边坡岩体破坏机制的影响较小,但对稳定性的影响较大,建议工程实践中加强密集结构面岩质边坡的监测和加固工作。     

重庆市涪陵区厚层软硬相间岩体失稳模式

重庆市涪陵区厚层软硬相间公路高边坡的详细调查发现,不同的岩层产状,不同开挖方向其斜坡变形破坏模式不同。本文根据野外实例总结了不同岩层产状与开挖方向对应的破坏模式,平缓层状斜坡破坏方式有滑塌式崩塌、倾倒式崩塌和坠落式崩塌;中倾角层状斜坡破坏方式有顺层滑移和崩塌;高陡倾角层状斜坡坡破坏方式有滑移式崩塌和坠落式崩塌。表明斜坡变形破坏地质力学模式与斜坡岩体结构之间存在着密切的成生联系。通过对不同倾角的斜坡岩体破坏方式研究,可以达到系统评价预测斜坡稳定性的目的;通过公路开挖对不同产状岩层可能造成灾害的预期,可以采用不同的预防措施,避免大型灾害的发生。     

层状边坡岩体的屈曲和溃屈性态研究

在对层状边坡岩体结构进行稳定性分析的过程中,屈曲和溃屈是两个主要问题。针对边坡岩体结构的赋存特点和分岔特性,以及研究方法仅采用线性理论和已有研究成果只停留在结构屈曲层面上的状况,文章应用初始后屈曲理论和突变理论探讨了岩体结构的屈曲性态和溃屈性态,给出了边坡岩体上部滑动段滑动的条件,得出了边坡岩体的分岔方程和溃屈方程,指出了分岔方程的适用条件和溃屈方程的适用范围,确定了边坡岩体后屈曲状态下溃屈破坏的下限,建立了岩体结构溃屈破坏的判据,并以雅砻江下游的霸王山边坡为例进行研究。结果表明:边坡岩体的赋存状况决定了其势函数的分岔集,从边坡的分岔集可衍生出结构在分岔状态下的分岔载荷和分岔方程;分岔方程表达了边坡岩体结构的屈曲状态,也表达了结构出现屈曲的准则;边坡岩体的赋存状况还决定了岩体结构溃屈破坏时岩体材料屈服的取值范围,而岩体结构溃屈破坏的上限或下限则取决于岩体材料的屈服极限。