岩腔后退近水平砂-泥岩互层危岩稳定性研究

岩腔后退是三峡库区重庆段近水平砂-泥岩危岩稳定性改变的关键。基于岩腔平行后退理论,提出了岩腔泥岩后退的剪切破坏和拉破坏力学机制,考虑岩腔后退参数提出了3类危岩体稳定性计算方法,结合重庆万州太白岩危岩稳定性计算得到如下结论:采用本文方法计算得出滑塌式危岩W12、倾倒式危岩W22、坠落式危岩W4处于稳定状态,倾倒式危岩W59处于欠稳定状态,而坠落式危岩W16处于基本稳定状态,这与2008~2013年现场监测情况相吻合。针对滑塌式危岩W12讨论得出,最小主应力随时间呈线性降低趋势,随着最小主应力持续降低,泥岩先产生剪切破坏后发生拉破坏,泥岩破裂角随着最小主应力降低不断降低;随着岩腔深度加大,稳定系数呈凹曲线降低趋势,岩腔后退是危岩失稳的根本原因;存在一临界岩腔深度,此岩腔深度下危岩将发生失稳破坏,并可据此预测危岩失稳时间。     

危岩水力劈裂分析的扩展有限元法

危岩是三峡库区典型的地质灾害类型之一,而主控结构面受荷断裂扩展是危岩发育成灾的关键核心。将危岩主控结构面类比为宏观裂纹,利用扩展有限元法在模拟裂纹扩展方面的优势,基于考虑裂纹面水压力作用的虚功原理推导出了采用扩展有限元法分析水力劈裂问题的控制方程,给出了危岩主控结构面水力劈裂问题的扩展有限元实现方法,对重庆万州太白岩危岩主控结构面的水力劈裂进行了数值模拟分析。计算结果表明：暴雨是威胁危岩稳定性的最敏感因素,随着裂隙水压力上升,裂端拉应力会急剧升高,危岩的稳定性降低;I型裂纹扩展是危岩主要的结构面扩展形式,结构面一旦发生开裂,将处于非稳定扩展状态。     

长江三峡水库区危岩分类及宏观判据研究

危岩是三峡水库区主要地质灾害之一，约30，000余个位于陡崖或陡坡上。河流或沟谷强烈下切产生的岸坡岩体卸荷作用、软硬相间的岩层组合（如砂岩、泥岩）以及高强度的降雨或较大的日温差变化是三峡水库区危岩形成的基本条件，其破坏具有突发性、致灾具有毁灭性。目前将危岩分为滑塌式、倾倒式及坠落式3类，体现了危岩失稳破坏的主要模式。现场可识性不强、力学机理不明确，降低了危岩治理的针对性及有效性。据此，文章提出了现场易识性、力学机理明确性和失稳模式预判性的危岩分类原则，并将危岩分为单体危岩和群体危岩两大类。单体危岩分为压剪-滑动型危岩、拉剪-倾倒型危岩、拉裂-坠落型危岩及拉裂-压剪坠落型危岩；群体危岩分为底部诱发破坏型危岩及顶部诱发破坏型危岩。分析了各类危岩的基本特点；从陡崖（坡）断面形状、主控结构面、主控结构面走向与陡崖（坡）走向之间的组合关系以及岩性等方面构建了危岩分类宏观判据，经万州太白岩50余个危岩的现场验证，利用这些宏观判据判识的危岩与实际相符。     

重庆南川甑子岩-二垭岩危岩带特征及其稳定性分析

在调查重庆南川甑子岩-二垭岩段88处近水平层状大型危岩形成的地质环境背景基础上,分析了危岩发育特征、影响因素以及稳定情况,查明了危岩体结构与失稳模式的相关性,分坠落式、倾倒式、滑移式三种失稳模式进行稳定性分析。研究表明该危岩带是金佛山向斜核部经长期地质演化形成的近水平层状厚层灰岩陡崖,受降雨、岩溶、底部软弱层及大面积地下采空影响形成的,属特大型危岩带。其中,危岩带内的塔状岩体是西南缓倾层状灰岩山区典型的危岩类型,破坏机理复杂,易形成崩塌碎屑流。通过稳定性计算并综合考虑现场调查结果,认为带内危岩体在天然工况下整体稳定性较高,但暴雨工况和地震工况下稳定性骤降,尤其是危岩分布集中的甑子岩、和尚帽以及二垭岩区段,具有较高的成灾可能性,亟需开展监测预警工作。     

四川南江县三百钱沟危岩体特征及稳定性分析

三百钱沟危岩区位于县城内南江河左岸三百钱沟沟口附近,是南江县危岩崩塌地质灾害高发地带,目前三百钱沟危岩区在长约1500m范围内主要发育有13个危岩体。坠落式、倾倒式和滑移式三种类型为区内危岩的主要失稳破坏方式。本文通过危岩体稳定性进行定量计算,结合危岩体崩坏机制,提出采用主被动相结合的综合工程措施对三百钱沟的危岩体进行针对性治理。     

四川南江县三百钱沟危岩体特征及稳定性分析

三百钱沟危岩区位于县城内南江河左岸三百钱沟沟口附近,是南江县危岩崩塌地质灾害高发地带,目前三百钱沟危岩区在长约1500m范围内主要发育有13个危岩体。坠落式、倾倒式和滑移式三种类型为区内危岩的主要失稳破坏方式。本文通过危岩体稳定性进行定量计算,结合危岩体崩坏机制,提出采用主被动相结合的综合工程措施对三百钱沟的危岩体进行针对性治理。     

上硬下软型危岩及其失稳临界凹槽深度确定方法研究——以水富市罗岩崩塌为例

以水富市罗岩上硬下软型危岩为研究对象,基于工程地质测绘,查明危岩岩体结构形态特征,分析其不利组合及可能存在的变形破坏模式,通过岩体质量分级及临空岩体承载力分析,对鼓胀式、倾倒式两种不同破坏模式下临界凹槽深度进行反算对比。结果发现：本研究实例上硬下软型危岩失稳主要受后缘高角度结构面控制,鼓胀式失稳时所需的临界凹槽深度较倾倒式更小,更易发生失稳破坏,危岩防控应首先考虑鼓胀式危岩的稳定控制。     

三峡库区危岩稳定性断裂力学计算方法

危岩崩塌实际是危岩主控结构面断裂扩展问题。基于主控结构面的断裂力学模型提出了危岩断裂稳定性判定方法,建立了以联合应力强度因子为指标的危岩稳定系数,推导得出危岩主控结构面尖端受力分布形式及计算表达式,提出了危岩主控结构面尖端断裂力学模型,推导得出主控结构面尖端联合应力强度因子计算公式。重庆万州首立山危岩断裂稳定性计算结果表明,计算结果与现场情况较吻合,采用文中的断裂稳定性计算方法比现有的地质灾害防治工程设计规范更加安全、客观、实际。     

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。     

重庆市万州区戴家岩危岩灾害风险分析

万州区是三峡库区内危岩发育较为典型的地区。文章以戴家岩危岩为例,提出了适用于危岩的风险评价模型,并结合防治规划,提出了危岩灾害风险管理对策建议。首先根据危岩可能的破坏模式,将危岩分为滑塌式危岩、坠落式危岩和倾倒式危岩三类,然后选取天然、暴雨及暴雨加地震三种工况分别计算危岩在各工况下的稳定性,从而找出最危险工况并得到该工况条件下危岩的破坏概率,再结合危岩强度对危岩进行危险性评价。研究区的承灾体分类主要包括人口和财产两方面,根据承灾体与危岩体的相对空间距离和各危岩强度来确定各承灾体的易损性。最后,将危岩的破坏概率与承灾体的危害度相乘得到危岩破坏的风险结果。     

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。     

崖腔型悬崖的稳定性估算

崖腔型悬崖破坏,是一种崩塌地质灾害,对线路工程与居住环境的安全性必须进行评估。假设张应力呈线性三角形分布,提出了一种评估崖腔型悬崖体稳定性的估算方法:首先计算张力矩,应用张力矩与压力矩相等的力矩平衡原理,计算出张力面上的总张力,然后按张力线性分布原理求出最大张应力。崖腔型悬崖的破坏是顶部最大张应力拉裂岩石而发生的。所以稳定系数定义为抗拉强度与最大张应力之比,用以评价崖腔型悬崖的稳定性。用算例讨论了影响崖腔型悬崖张应力大小的因素:悬崖体厚度H、岩石容重γ与崖腔深度L,分析了它们对不同厚度岩体与不同崖腔深度条件下最大张应力变化与破坏的一般变化规律,以及节理裂隙发育程度对岩体抗拉强度的影响,并提出了相关建议。算例表明本方法与悬臂梁的弹性力学解方法结果相差很大,证明弹性力学解对“深梁”型悬崖是不适用的。     

预制节理岩体试件强度及破坏模式的试验研究

采用相似材料模型试验对不同节理倾角、节理贯通度、节理组数、载荷应变率、试件长径比、节理充填物厚度及类型等7种工况下的预制节理岩体在单轴压缩下的峰值强度及破坏模式进行了研究。结果表明：节理岩体的破坏模式及峰值强度与节理构造形态密切相关。贯通节理岩体将产生沿节理面的剪切破坏或穿切节理面破坏,且与第1种破坏模式对应的岩体峰值强度更低。非贯通节理岩体的强度介于完整岩体和贯通节理岩体之间。随着平行节理组数的增加,岩体峰值强度逐渐下降。随着载荷应变率的增加,岩体峰值强度逐渐增大,相应地试件的破坏模式也变得更加复杂。试件长径比基本没有改变其破坏模式,完整试件仍主要是以张拉破坏为主,而节理试件仍以剪切破坏为主。随着长径比增加,试件峰值强度逐渐增大。随着节理充填物厚度增加,试件峰值强度降低。不同节理填充物对试件峰值强度也有一定影响。     

含顺层断续节理岩质边坡地震作用下的破坏模式与动力响应研究

基于二维颗粒流软件PFC2D的人工合成岩体技术（SRM）,研究了岩桥倾角和节理间距不同组合形式的含顺层断续节理岩质边坡在地震作用下的破坏模式与动力响应规律。研究结果显示：在地震动力作用下,含单潜在滑动面的顺层断续节理岩质边坡呈现出滑移-倾倒的混合破坏特征,含多潜在滑动面的顺层断续节理岩质边坡则主要发生倾倒破坏;由顺层断续节理以及岩桥交替连接所组成的潜在滑动面是控制边坡动力稳定性的关键因素。在地震动力作用下,最靠近坡脚的岩桥段首先萌生翼裂纹,使得拉应力得到释放,随后各节理相继萌生裂纹并扩展、贯通,最终导致坡体发生阶梯状整体失稳。裂纹扩展受顺层断续节理控制,萌生裂纹中以张拉裂纹为主,且裂纹数量与输入地震波的加速度曲线具有同步性。另一方面,节理面的存在对边坡动力响应产生明显影响,沿坡表以及沿水平方向上的峰值速度、峰值位移随着岩桥倾角的增大、节理间距的减小而增大,同时节理间距和岩桥倾角对于峰值加速度（PGA）放大系数的影响范围主要集中在坡表、坡肩;沿竖直方向上,峰值位移随着岩桥倾角、节理间距的增大而减小,PGA放大系数曲线随高程变化总体呈现U型分布特征。     

含预制节理岩体卸荷条件下力学特性试验研究

节理对卸荷条件下岩体的力学性质有重要影响。通过含2条不同间距预制断续节理岩体的三轴卸荷破坏试验,研究了节理岩体在卸荷应力条件下的应力-应变特征、强度、变形特征、破坏规律及节理间距对岩体力学性质的影响。研究表明：相比于完整岩体,节理岩体卸荷破坏时从峰值强度跌落至残余强度过程中轴向应变较大,为完整岩体的3～4倍,岩体破坏时极限强度明显低于完整岩体,脆性特征不如完整岩体明显;节理岩体卸荷破坏时,变形模量有较大幅度的降低,其降低程度是同条件下完整岩体的6～7倍,节理间距越大,变形模量降低程度越大;与含预制节理岩样三轴加载试验结果相比,节理岩体卸荷条件下破坏程度更为强烈,除剪切破裂面外,沿最大主应力方向分布的不同级别的张性裂隙非常发育,预制节理的间距对岩体破坏形态影响不大。     

节理岩体动态破坏的SHPB相似材料试验研究

采用相似材料模型试验对不同节理倾角、节理贯通度、节理条数、载荷应变率、节理充填物厚度、节理充填物类型及试件长径比等7种工况下的节理岩体动态强度及破坏模式进行了分离式Hopkinson压杆(SHPB)试验研究。结果表明：节理岩体动态破坏模式及强度与节理构造形态密切相关。对于单节理岩体,其强度及破坏特征在很大程度上受节理倾角控制,节理倾角0°、90°试件动强度分别为完整试件的90%和71%,且其破坏形式均为张拉破坏;倾角60°试件动强度几乎为0;倾角30°、45°试件的动强度分别为完整试件的50%和18%,且其破坏以剪切破坏为主,兼有张拉破坏。中心1/4、1/2、4/5及全贯通节理试件的峰值强度分别为完整试件的95%、74% 、28%和17%,即随节理贯通度增加,试件动强度逐渐降低。含1~3条节理的试件动强度分别为完整试件的54%、23%和10%,即随节理条数增加,试件动强度随之有较大幅度降低,但节理条数的增加并没有改变其破坏模式。随着节理充填物厚度增加及节理充填物强度降低,试件强度依次递减,但破坏模式并没有改变。完整试件和节理试件的动强度均随着载荷应变率的增加而变大,且前者对载荷应变率的敏感性要远远高于后者,相应地试件的破坏模式也变得更加复杂。两类试件的动强度均随着试件长径比的增加先增大后减小,即存在一个最佳长径比。     

非均质共面断续节理岩体拉伸剪切破裂机制研究

工程开挖面附近卸荷扰动区的岩体,受结构面和拉应力共同影响作用,其变形和破坏具有拉剪复合特征。为研究节理岩体的拉剪力学特性,基于颗粒离散元法针对共面断续节理岩体开展了系列数值模拟研究。通过假设粒间接触的力学参数服从Weibull分布表征岩体的非均质性,探讨了非均质性、均质度、法向拉应力和节理连通率对节理岩体拉剪强度和破坏模式的影响。研究表明:拉剪应力条件下非均质性节理岩体主要沿阶梯型破裂面破坏,剪应力-水平位移曲线可以分为线性变形阶段、非线性变形阶段、峰值及峰后阶段;随均质度提高,节理岩体的剪切强度逐渐增加且提升幅度逐渐减弱,趋于均质岩体,岩体中微裂纹由弥散型分布向破裂面集中;节理岩体峰值剪切强度和法向拉应力的大小呈非线性负相关关系;岩体剪切强度随节理连通率增加而显著降低。     

Stability Analysis and the Stabilisation of Flexural Toppling Failure

Flexural toppling is a mode of failure that may occur in a wide range of layered rock strata in both rock slopes and large underground excavations. Whenever rock mass is composed of a set of parallel discontinuities dipping steeply against the excavated face plane, the rock mass will have the potential of flexural toppling failure as well. In such cases, the rock mass behaves like inclined superimposed cantilever beams that bend under their own weight while transferring the load to the underlying strata. If the bending stress exceeds the rock column’s tensile strength, flexural toppling failure will be initiated. Since the rock columns are “statically indeterminate,” thus, their factors of safety may not be determined solely by equations of equilibrium. The paper describes an analytical model with a sequence of inclined superimposed cantilever rock columns with a potential of flexural topping failure. The model is based on the principle of compatibility equations and leads to a new method by which the magnitudes and points of application of intercolumn forces are determined. On the basis of the proposed model, a safety factor for each rock column can be computed independently. Hence, every rock column will have a unique factor of safety. The least factor of safety that exists in any rock column is selected as the rock mass representative safety factor based on which simple equations are proposed for a conservative rock mass stability analysis and design. As a result, some new relations are established in order to design the length, cross-sectional area and pattern of fully grouted rock bolts for the stabilisation of such rock mass. Finally, the newly proposed equations are compared with the results of existing experimental flexural toppling failure models (base friction and centrifuge tests) for further verification.