基于无人机航测的丹霞地貌区危岩结构面识别与三维裂隙网络模型——以重庆四面山景区为例

丹霞地貌地区是我国地质灾害高发区,裸露的近水平红色砂岩、砾岩陡崖是其最主要的地质特征。在地质构造与包括化学溶蚀、物理风化、重力和生物等内外动力作用下,陡崖岩体节理裂隙十分发育,危岩崩滑灾害表现出变形模式复杂、破坏力强的特点,并且由于坡体结构复杂,工程勘察难度大。为此,以四面山景区滴水岩变形危岩为例,介绍了一种基于无人机勘查技术的高陡破碎岩坡表生节理面的野外快速识别方法及高精度图像建模方法,在准确把握危岩体控制结构面的空间展布特征的基础上,建立了符合丹霞地貌高位破碎危岩的三维随机裂隙网络模型。以期为地区危岩稳定性评价与防治工作提供理论指导。     

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。     

云冈石窟危岩发育的成因分析

云冈石窟发育危岩,在国内砂岩石窟中具有代表性;对云冈石窟危岩发育的成因分析,可指导砂岩类石窟危岩的防治。采用工程地质的研究方法,从内在环境条件和外在环境条件两个层面,对云冈石窟区域危岩的发育条件进行系统分析。箱形向斜和断裂是云冈石窟区域危岩发育的宏观构造成因,近东西向的张裂隙和北东向剪切裂隙直接控制石窟区域内危岩的发育。石窟陡崖的高差直接控制岩坡卸荷带的发育规模,也决定着危岩体的致灾能量。软硬相间的岩层差异风化形成陡崖和岩腔,构成危岩体形态。裂隙水及降雨直接影响岩体稳定性。冻融、温差、干湿交替长期作用于岩体,导致危岩体稳定性不断劣化。人工开凿洞窟破坏崖壁应力状态,是危岩失稳的影响因素。云冈石窟危岩体成因分析结果为指导危岩体防治提供了重要依据,对危岩体稳定性分析具有重要意义。     

三峡库区万州区四层岩危岩带发育特征、稳定性评价及防治对策

三峡库区万州区是危岩灾害集中发育的典型地区，位于主城区的四层岩陡崖带发育众多危岩单体，对下方公路和居民区构成严重威胁。为了有效防治该危岩灾害，首先，基于详细的野外调查和勘查，查明了危岩带发育的工程地质条件和基本特征，危岩体形态可划分为块状、板状和不规则状3种；体积从几十至几千立方米不等；破坏模式可归纳为坠落式和倾倒式2类。通过分析危岩区的地质环境条件，认为多级陡崖带地貌、上硬下软的岩性组合、结构面的组合切割、降雨和地下水作用以及植物根劈作用是导致危岩形成的主要因素。在此基础上，采用赤平投影法对陡崖带宏观稳定性进行了定性分析；进一步地，采用刚体极限平衡法对危岩体在不同工况下的稳定性进行了定量评价。结果显示，陡崖带目前整体处于稳定状态；危岩体在天然状态下多处于基本稳定—稳定状态，然而，在暴雨和地震条件下，危岩体的稳定性显著下降，且地震作用的影响比暴雨更大。最后，根据危岩体的发育特征、失稳模式及现场施工条件，提出了清除危岩、嵌补和支撑岩腔、裂缝灌浆、锚固、被动防护网等防治措施建议。本文研究成果可以为类似的危岩灾害的研究和防治工作提供参考。     

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。     

崩塌危岩体稳定性定量评价及防治对策

对迪那某桥梁旁的危岩体进行勘查,在分析其地质环境条件下查明了该处危岩体的发育分布特征、裂隙发育特征和其形成的主导因素和诱发因素,在现场勘查和室内试验取得的岩体物理力学参数的基础上对其在天然状态、暴雨状态和地震状态下以及不同位置后缘裂隙进行了数值模拟计算,定量地对该危岩体进行了稳定性评价。结果显示:在目前状态下距陡崖面35m范围内处于欠稳定状态,距陡崖面42m处为基本稳定状态,在暴雨工况及地震工况下,距陡崖面35m范围内处于不稳定-欠稳定状态,距陡崖面42.0m处为基本稳定-不稳定状态。并根据研究结果对该危岩体提出了预应力锚索加固和削坡加载、加桩抗滑的防治对策。     

基于重庆某高速公路的岩崩落石数值模拟与防护研究

重庆某高速公路边坡因岩层裂隙切割、岩体差异风化、岩体卸荷等原因,形成陡崖和危岩。陡崖上发育的危岩崩塌方向均为线路所在方向,严重影响线路安全,因此合理设置防护措施十分必要。由于落石属于概率事件,具有很强的随机性,所以其冲击动能、弹跳高度以及拦石网受到落石冲击时,拦石网与防护对象之间的安全距离难以准确确定。通过现场调查、理论分析、并利用rockfall软件对岩崩落石进行稳定性分析,设定危岩体的碰撞恢复系数、坡面摩擦角度和坡面粗糙度等参数,获得边坡潜在的落石坠落轨迹,为被动防护网的设计防护等级、高度和安装位置提供依据。     

重庆武隆庆口危岩形成机制及失稳模式探讨

武隆区庆口危岩底部含0.4～0.6 m厚煤层,开采历史长达200余年,形成了大面积的采空区,已形成了宽约1.2～5.5 m的宏观裂缝,一旦失稳将直接威胁319国道和乌江航道。在对危岩地质环境条件进行分析基础上,按照采空区形成过程,结合危岩变形特征,对庆口危岩的形成机制及失稳模式进行了探讨,并应用数值模拟进行了验证。研究表明:陡崖带的地形地貌、岩性组合、岩体结构特征为危岩形成的主导因素,地下采煤是危岩形成的诱发加剧因素。煤层采进过程中上覆岩体发生了应力调整,诱发山体朝北东临空面方向外倾变形,促成了构造裂隙追踪贯通形成危岩体侧向控制裂缝,从而减弱了山体对危岩的约束,导致危岩转为沿软弱夹层与侧向裂缝的交线,朝北西临空面方向发生视向滑动。     

地震荷载下危岩运动特征的模拟研究

西南地区地形复杂,位于地震高发区域。为了进一步研究该区域地震作用下落石的运动特征,以我国九寨沟景区内荷叶寨后山危岩带2为例。首先研究危岩带2中单一危岩体在自重荷载下的失稳情况,分别采用RocFall和非连续变形分析方法(DDA)进行模拟,结果表明:DDA和RocFall的模拟结果相近。DDA中落石水平位移模拟结果为210.6 m,RocFall中大部分落石水平位移分布在205 m附近。鉴于RocFall的局限性,采用DDA方法继续研究地震作用下危岩体的密度、高度、体积和地震波峰值加速度等因素对落石运动特征如运动轨迹、水平位移和速度的影响规律,并监测落石在坡脚附近的最大弹跳高度。研究结果表明:(1)危岩带2所处边坡自然坡角范围为65°~75°,落石在坡面上加速,在高程约2292 m(与居民区相对高差约为132 m)处发生抛射,运动方式以滚动、碰撞、弹跳为主;(2)岩体软弱结构面的贯通时间随落石密度、体积以及地震波峰值加速度增大而减小;(3)峰值速度随边坡高度、体积及地震波峰值加速度增大而增大;(4)水平位移随落石密度、边坡高度及地震波峰值加速度增大而增大;(5)坡脚处落石最大弹跳高度随各因素变量增大而增大。继续研究内部存在节理裂隙的岩体(3条平行节理将危岩分为K1~K4部分)在地震荷载下的运动特征:(1)在地震荷载作用下,危岩沿节理面发生倾倒破坏,落石水平位移模拟结果为191.5~243.8 m;(2)落石在坡脚附近的最大弹跳高度范围为0~13.8 m。     

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。     

陕西靖边龙洲波浪式丹霞地貌成因机理初探

近期,通过对陕西靖边龙洲地区的丹霞地貌进行详细调查,查明了该地区丹霞地貌类型为丹霞正-负地貌的过渡类型——波浪式丹霞地貌。为了科学评价其价值和意义,本文主要从成景地层岩石特征、地质构造特征以及外动力因素等方面来初步探讨龙洲波浪式丹霞地貌的成因机理。研究表明:首先,研究区洛河组砂岩平行层理、大型风成交错层理对波浪式丹霞景观的形成具有很好的塑造作用;成景地层洛河组紫红色砂岩,为一套风成沙漠相沉积,岩石胶结程度较差,硬度低易碎,是波浪式丹霞地貌形成的物质基础;晚白垩世以来,鄂尔多斯盆地掀斜,区内地壳普遍隆起,表现为靖边龙洲地区发育多级古夷平面和河流阶地,对波浪式丹霞地貌的形成起基础性控制作用;该区洛河组砂岩中发育多组节理、裂隙构造,将洛河组砂岩切割成块状,其对波浪式丹霞地貌的形成和改造起着关键性控制作用;外动力因素上,靖边为半干旱内陆性季风气候,受西北风改造作用非常明显,是波浪式丹霞微地貌形成的主导外动力因素,此外,夏秋季的暴雨强烈冲刷侵蚀地表岩层,春秋季的寒潮霜冻,岩石发生冻融和崩落,对龙洲波浪式丹霞地貌的形成也有重要改造作用;靖边龙洲波浪式丹霞地貌除了受到地质构造和流水侵蚀的约束外,风力吹蚀对微地貌的改造非常明显,这是该地区丹霞地貌形成的主导外动力因素和特色所在;该地区波浪式丹霞地貌的发育阶段可分为两期。     

中国西北地区丹霞地貌景观特征、空间分布及保护利用初探

本文选取中国西北地区90处重点丹霞地貌（广义）地质遗迹为研究对象,对选取的遗迹进行景观特征分析,并采用Arc GIS进一步探讨其空间分布特征。我国西北地区丹霞地貌的整体空间分布,呈西北—东南方向“L形”分布,本文运用最邻近指数法和核密度分析法,得出其空间结构类型为集聚型,并形成5个高密度区。目前,研究区存在保护利用家底不清、顶层设计匮乏等问题,未来应通过建立丹霞地貌脆弱性评价和措施体系,推进世界丹霞地质遗迹品牌和IP建设等途径,探讨西北地区丹霞地貌（广义）保护利用的具体方式。     

西南某水电站枢纽区夹泥型张裂隙成因机制探讨

通过对某水电工程坝区岩体结构的表生改造形迹调查，发现坝区除了发育与岸坡平行的正常的卸荷破坏方式外，还发育了一种破坏方式——夹泥型张裂隙。裂面性质的弱化和发育的普遍性，使这类破裂带可能成为控制坝区高边坡岩体稳定性的重要岩体力学边界。在其发育过程中的诸多控制因素中，岩体结构对这种岩体破坏方式的发育起了控制作用。夹泥型张裂隙与岸坡成大角度相交的陡倾角裂隙和缓倾角错动带组合并构成一个整体。缓倾角错动带的改造是前提。夹泥型张裂隙的发育则伴随陡倾角裂隙和缓倾角错动带的改造过程而产生，构成由陡倾角断裂或裂隙、缓倾角错动带组合形成的典型的岩体破坏模式。结合本地区构造特征和岩体结构特征，并通过大量的现场调查，该文主要探讨了坝区岩体结构特征和夹泥型张裂隙发育的关系，以及岩体结构对夹泥型张裂隙发育的控制作用。     

河北承德丹霞地貌国家地质公园地质遗迹景观及其旅游地学意义

地质遗迹的保护和利用是地质公园建设与发展的核心。河北省承德丹霞地貌国家地质公园是以丹霞地貌景观为主,集地质构造、古生物、河流、热泉景观为一体的综合性地质公园。漫长的地质演化及承德盆地特殊的构造和自然地理位置使公园内地质遗迹类型多样、发育典型,多重要构造、地貌及地层记录。丹霞地貌是由中国学者提出来的一种独立地貌类型,公园内以承德砾岩为主要构景层的丹霞地貌演化阶段完整,露头规模较大,形态多样奇特,在我国北方罕见且较典型,在地学研究、科普教育方面有着重要科学内涵。公园的建立及园内丹霞地貌区特有小环境形成的沟谷效应为生态研究与保护提供了条件。同时,研究区内众多地质遗迹所形成的自然景观极具观赏与美学价值,对承德旅游开发与规划独具意义。     

青海化隆县独特的峡谷丹山地貌景观及其科学价值

“峡谷丹山”是内外地质营力共同作用而形成的多成因地貌组合,不仅具有非常高的景观价值,而且具有重要的科学价值。青海省化隆县拉木峡为黄河一级支流,发育典型的角度不整合和丹霞地貌,因而成为青藏高原隆升和黄河形成演化研究的良好区域。以该地貌组合类型的形态特征、成因机制及形成年代研究为目标,采用野外地质调查等方法,对组成峡谷的岩石及地层、构造背景开展研究,系统总结与分析拉木峡地貌景观的形成动力和演化过程,进而探讨其对青藏高原隆升及黄河演化的指示意义。拉木峡由约900 Ma前的新元古代化隆岩群片麻岩及角度不整合于其上的约54 Ma前的新生代古近纪西宁群红色砂砾岩层组成。约8 Ma前青藏高原快速隆升,丹霞地貌雏形开始形成。自1.1 Ma黄河贯通化隆盆地后,受拉木峡流水强烈侵蚀下切和重力崩塌的持续作用,发育“峡谷丹山”地貌组合景观。峡谷险峻幽深、丹霞栩栩如生,成为极具典型性、独特性和稀有性的国家级地质遗迹,对青藏高原隆升、黄河形成演化和新生代气候环境的研究具有重要价值。     

重庆巫山县望霞危岩体破坏及变形失稳预测

望霞危岩历史上多次发生山体崩滑变形破坏,最近两次大的危岩变形破坏都发生在雨季过后的10月份。鉴于此从危岩体区域地质背景、降雨、岩体结构等几个方面分别论述了产生崩塌灾害的原因,同时根据危岩体各段的变形特征及监测资料分析。认为,望霞危岩体的产生和发展,主要受控于特殊的地质构造环境和临空的高陡边坡条件,在持续性降雨的诱发下使危岩体多次失稳。结合2010年10月21号灾变后的监测数据,该危岩体总体变形趋势持续增大,还可能再次发生破坏,为此作者采用指数平滑法预测模型,以危岩的变形值和变形速率为判据,对危岩再次失稳时间进行动态跟踪预报,根据危岩的实际情况,对部分监测点位移进行了试验性及验证性的建模和预测,取得了较高的预测精度。对该危岩体的防治施工及确保长江航运安全具有重要的意义。     

基于地面三维激光扫描的三峡库区危岩体监测

三峡水库周期性蓄水改变了岸坡内的地下水渗流场和应力场,降低岩土体的剪切强度,对库岸边坡、岩体稳定性影响很大。以往库区岸坡岩体形变监测主要通过设置固定点进行观测,难以发现岩体整体变化情况。地面三维激光扫描方法能获取岩体整体表面厘米精度的点云数据,具有无需接触目标、获取速度快、精度高等特点,非常适合库区高陡危岩体表面三维形变监测。以巫山箭穿洞危岩体为例,采用地面三维激光扫描方法对箭穿洞危岩体进行了为期2年（2017—2018年）共3期监测,以第一期观测目标周围稳定岩体数据为基准,对数据进行重叠点云迭代配准,点云配准精度优于±2.7 cm。针对箭穿洞危岩体在观测时段内的变化情况,构建危岩体区域的基准不规则三角网模型,以点到基准面最近距离法结合危岩体变化区间分析其变形。通过对比分析箭穿洞危岩体3期观测数据,发现相对于2017年,2018年箭穿洞危岩体左侧岩体有变形趋势;在库区蓄水阶段,危岩体局部多处存在明显凹陷变化,局部因蓄水影响发生约?0.03～?0.07 m变形。结果证明三维激光扫描技术在库岸高陡边坡形变监测中的有效性,为三峡库区高陡危岩体形变监测及地质灾害防治工作提供了参考。     

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。     

北京百泉山风景区崩塌地质灾害防治方法分析

以北京百泉山自然风景区不倒翁景点附近的崩塌地质灾害为例,系统介绍该处危岩带（体）规模、特征、破坏模式、危害程度等情况,并根据其地质灾害特点、发育程度及沟谷内交通等条件,对多种治理方案进行分析、比选,最终选择了对危岩带上部反倾区进行削方,清除危岩体及陡壁坡面浮石、松动岩块,对危岩带采用挂主动防护网的治理措施。本治理方案可为类似山谷型自然风景区地质灾害治理工作提供一定的借鉴。